灌溉排水工程優化設計新方法研究與運用

【摘要】基于灌溉排水工程優化設計新方法研究與運用，首先分析灌溉排水工程重要性，然后闡述常見的排水工程渠道建設以及生態化設計原則，最后總結灌溉排水工程優化設計新方法研究及其運用，其目的在于推動灌溉排水工程能夠實現可持續發展。

【關鍵詞】灌溉排水工程;優化設計;新方法;U型渠道斷面

中圖分類號： S277? ? ?文獻標志碼：A

在農田水分狀況和地區水情變化規律分析中，灌溉排水工程作為調節措施應用其中，不僅能有效解決水旱災害問題，同時還能為合理運用水資源發展奠定良好基礎。而且根據目前我國水利工程工作現狀來看，該項工作的核心內容就是借助灌溉、排水工程措施等，進行解決某區域當中存有的水分狀況，而灌溉渠道系統主要進行承擔的工作內容包含水量輸送、分配任務等，從而把多余出來的水量實現排出。除此之外，灌溉渠道和排水措施在整個水利工程投資中占據重要地位。所以，灌溉排水工程設計是否具有科學性，在一定程度上關系到水資源的利用資源，甚至還在水利工程的實際生產中發揮著重要作用和效益。

1.灌溉排水工程的重要性

現如今人們針對水利工程提出了較高要求，且伴隨水利工程和排水事業的不斷發展，不僅有效整改了畜牧業和農業生產，更是起到了防御旱澇災害的重要作用。而且據統計可看出，我國目前還有很多地區都在處于嚴重的缺水資源狀態下，再加上我國現有的水利工程配套設施等多個方面內容出現老化，不僅致使整個水利工程系統的質量和效率出現下降趨勢，更是降低了防災害能力。基于此，伴隨我國社會經濟的飛速發展，使得水利工程的質量和技術水平也得到了有效提升，可見，水利工程在一定程度上有效推動了我國社會經濟發展。因此，這就需要針對水利工程的灌溉技術加大研究力度，從而確保灌溉排水工程質量【1】。

2.常見的排水工程渠道建設

在水利工程建設中，常見的排水工程渠道可以被劃分成為土渠道、混凝土渠道、塑料渠道、生態渠道等。首先，針對土渠道進行分析。所謂土渠道就是指農田地當中存有的渠道，該渠道與人們的農業發展之間存有密切聯系，而且還能在提升水體自凈能力的基礎上，加大生態環境的建設。相對于其他渠道建設而言，土渠道具有投資成本低的特點，且被適應于村莊農田中，但是因為土渠道在形成之后還會因遭受到長年風吹日曬等多種因素影響，導致該渠道在被逐漸毀壞時沒有得到及時修補，從而致使原本的排水渠道為開拓土地占用;其次，針對混凝土渠道進行分析?；炷燎谰哂屑訌姷妮斔δ?，并且還在一定程度上有效促進了農業灌溉的發展【2】。現如今常見的混凝土渠道包含U型渠道和梯形渠道兩種形式，合理運用混凝土渠道不僅能有效提升水流速度，同時還能加快水流的運輸效率。

除此之外，混凝土渠道雖然具備較強的水力特性和耐久性，但是針對防滲能力具有較高要求，一旦混凝土渠道遭受較強外荷載力影響作用下，就會導致混凝土渠道出現裂縫，不僅降低了混凝土渠道的輸水效率，更是導致防滲技術成為了相關人員需要深入研究的問題;再次，針對塑料渠道進行分析。在排水工程中合理運用U型塑料渠道，不僅能減少滲漏問題的產生，同時還能起到降低輸水效率的重要作用，但是提升塑料渠道抗老化性能卻是目前相關人員需要深入研究的問題;最后，針對生態渠道進行分析【3】。該項渠道技術方法主要被適應于混凝土襯砌方面，通過創設生態空間、實現生態護面設計等方法，保證水生植物能夠和自然環境有效結合，同時還能起到增加和提供的重要作用。若是在建設的過程當中需要靠近人類生活與活動的地界時，就需要相關人員能在建設渠道時運用“生態工程”技術，使得陸地和水生生物能夠實現有效結合。

3.灌溉排水工程的生態化設計原則及要點

3.1原則分析

相對于排水溝工程的優化設計方法而言，灌溉排水工程的優化設計更應當在設計中高度重視渠道的防滲措施和水流速度。所以，需要相關人員能在設計的過程當中，秉承生態化設計原則理念，確保其灌溉渠道的設計質量和設計效率。所謂優化設計新方法則是指在原有的基礎上，不會導致渠道輸水功能遭受影響【4】。因此，灌溉排水工程的生態化設計應是在確保渠道安全性能的基礎上合理設計。若是在設計的過程當中遭遇到結冰期的寒冷地區時，就要合理運用防凍脹措施。除此之外，還要降低因優化新方法對自然環境產生的影響因素，進而確保施工附近的生態平衡，將在設計中有效降低質量不合格或不達標等問題。

3.2要點分析

針對灌溉排水工程渠道建設而言，還將被劃分成為非灌溉期和灌溉期兩種形式。先針對灌溉期進行分析，當灌溉渠道建設處于該階段中，就會致使灌溉排水渠道中存有的水位升高和水流速度變快;后對非灌溉期進行分析，要與上述情況相反，會致使灌溉排水管道內出現干涸現象。由此可見，兩種形式具有較大的水位差異，因此需要設計人員能在設計過程中合理運用有效的防范措施【5】。眾所周知，生態工法可以被劃分成為“多孔質空間、擾流結構”等，而且在渠道防滲技術中還要結合生態化，尤其是處于非灌溉期間時，更是要在實際操作的過程當中注重以下幾點：首先，針對緩坡設計進行分析。緩坡設計指的是對渠道環境的延伸，能夠為區域中存有的兩棲動物和水陸領域動物遷徙提供基礎條件，從而針對現存有的水位變化問題起到緩沖作用;其次，針對混凝土和塊石結合進行分析。在優化設計新方法時，應當合理運用漿砌塊石法，該方法的運用不需要針對石頭外側進行填筑砂漿，只是需要運用石頭自身具備的材質進行創設孔質空間環境就可以，通過該方法給昆蟲類提供合適的棲息環境。此外，在常水位以下的渠道當中若是合理運用混凝土襯砌設計方法的話，不僅能在提升輸水效率的基礎上，保證渠道設計具有防滲性能，還能起到維持生態平衡的重要作用。

4.灌溉排水工程優化設計新方法研究及其運用

以某工程為例，該工程在開展的過程當中，就從優化設計施工內容、規范設計排水工程和U形渠道斷面設計等多個方面，針對灌溉排水工程優化設計新方法研究及其運用，不僅為該項工程取得到了優異成果，更是確保了該項工程的施工質量。

4.1優化設計施工內容

在灌溉排水工程優化設計的過程當中，相關人員應當依照現有渠道功能和不同渠道取水方式，科學合理設計溝渠和渠系建筑物的整體結構，并且還需要依照灌溉取水和灌區的實際情況，進行開展水庫引水、無壩引水、抽水引水和有壩引水等。首先，針對水庫引水進行分析。所謂水庫引水是指當水資源出現匱乏問題時，在水位較低的河流當中建設水庫，水庫能夠起到調節水量取水方式等重要作用;其次，針對無壩引水進行分析。無壩引水的修建是在水源豐富且水位流量適當的河流周邊進行建設水閘，水閘起到的作用就是作為取水口引水灌溉;再次，針對抽水引水進行分析。該抽水體系建設是在灌區較高且具有水源豐富周邊實心建設，在日常生活當中常見的抽水建筑就是機電排灌泵站;最后，針對有壩引水進行分析?；谒徊贿m宜但具有豐富水源的河道上，創建高水位建筑物，以此來起到引水灌溉的重要作用。總而言之，當相關人員在運用上述不同引水方式時，不僅要綜合考慮建筑物的地基處理工作是否合理，還需要科學選擇防滲以及防凍和防脹措施。同時，還需要基于符合灌溉功能的性能基礎上，全面分析施工條件與施工周期，確保其質量【6】。

4.2規范設計排水工程

現如今常見的防滲技術方法包含三合土護面防滲、土料夯實防滲等。首先，針對三合土護面防滲進行分析。由砂、黏土、石灰三項因素相結合的體系就是三合土，把結合的三合土涂抹在渠道表面起到防滲作用;其次，針對土料夯實防滲技術進行分析。該防滲技術主要是在渠床表面進行涂抹料層，所涂抹的料層不僅能起到良好的防滲效果，同時還具備造價低和效果好等優勢【7】。與此同時，相關人員還需要針對斷面設計給予高度重視，不僅需要充分考慮縱斷面于橫斷面之間存有的關系，還要保證設計渠道能與灌溉排水工程建設有效結合，從而確保排水工程建設能夠完全符合現代社會發展背景下，對平面穩定性和縱向穩定性的需求，不存有塞水等現象發生。

4.3U形渠道斷面設計

U形渠道主要被應用在中小型的灌溉渠道設計中，并且主要運用混凝土進行現場澆筑。據目前U形渠道斷面設計現狀來看，部分設計人員在設計時都會以正坡明渠均勻流公式作為基礎，不僅具有省工省料、整體性好等優點，還能抵抗基體凍脹的破壞能力?，F如今常見的U形渠道斷面設計參數呈現多元化發展，如圖一所示，U形渠道的橫斷面示意圖，在示意圖中存有a，a1是和設計流量相關的常數項，所以需要進行有效明確的只有三個，那么就是直線段外傾角α（°）、切點以上水深h2（m）與渠道圓底半徑r（m）【8】。

以單位某渠道總費用最小為目標函數，基于滿足流量、流速以及渠道穩定性等多個方面的設計模型，其目標函數作為：.而在公式中存在的K與W分別代表的含義使工程單方造價和工程量。而j=1≈3代表的含義是指挖方項、襯砌項與占地項。通過幾何推導得出計算式為：

而需要滿足的約束包含以下幾點：

流量約束：

流速約束：

渠道穩定約束：

其他約束：

5.結束語：

綜上所述，基于社會經濟飛速發展背景下，使得水利工程基礎設施正在向完善方面實現發展，但是因為水利工程建設屬于復雜且繁瑣的工程項目，所以需要人員能在設計的過程當中全面考慮是否和生態環境相結合，尤其是在灌溉排水工程的設計中，更是需要在掌握當地地理條件和特征的基礎上，優化現有設計方案，以此來推動灌溉排水工程能夠實現可持續發展。

參考文獻：

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高臺縣大湖灣水管所 甘肅省高臺縣734300

張東榮 ，（1967.02），男 ，漢 ，甘肅張掖人， 中專， 工程師， 從事水利灌溉工程建設工作。