高州市石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)調(diào)水工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究

摘 要：針對(duì)高州市石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水不足的問(wèn)題，規(guī)劃設(shè)計(jì)滿足其需求的調(diào)水方案及泵站、渠道建設(shè)方案。根據(jù)當(dāng)?shù)啬晷杷颗c蓄水量，計(jì)算得到年調(diào)水量；根據(jù)當(dāng)?shù)睾恿髑闆r，確定取水泵站選址及出水流量，并選定水輪泵型號(hào)；規(guī)劃灌溉渠道建設(shè)位置、數(shù)量、形式、方法與等級(jí)，設(shè)計(jì)各類(lèi)渠道尺寸，提出用于優(yōu)化供水與補(bǔ)水的水閘形式及增壓點(diǎn)建設(shè)方案。該水利灌溉工程能切實(shí)滿足石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收，且對(duì)類(lèi)似水利工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)調(diào)水；水量計(jì)算；泵站設(shè)計(jì)；渠道規(guī)劃；供水優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：S277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-7909（2025）5-150-5

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.05.031

1 高州市石鼓片區(qū)水資源現(xiàn)狀與調(diào)水意義

高州市石鼓鎮(zhèn)是廣東省水稻生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)鎮(zhèn)，總面積為155.2 km2，轄32個(gè)村（社區(qū)），耕地面積約4 466.67 hm2［1］。石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)為用水量大、蓄水量少。石鼓鎮(zhèn)自然降雨主要由低壓槽和臺(tái)風(fēng)等天氣形成，年平均降水量為1 711 mm。當(dāng)?shù)仉m然降水量豐富，但蒸發(fā)量也較大。經(jīng)測(cè)量，該地區(qū)年平均水面蒸發(fā)量為1 380 mm，即降水中的49.4%被植物蒸騰和土壤蒸發(fā)消耗掉，只有50.6%的降水形成徑流，而且還要滿足居民生活用水和牲畜用水需求。

為了有效解決石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉用水存在的困難，在流經(jīng)該地區(qū)的鑒江設(shè)置取水點(diǎn)，輔以泵站、灌溉渠道，設(shè)計(jì)規(guī)劃出一套小型調(diào)水方案。這不僅能緩解石鼓鎮(zhèn)水資源分布不均的問(wèn)題，而且能確保農(nóng)田在干旱季節(jié)獲得充足的灌溉水源，減輕干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，增強(qiáng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害能力，從而保障糧食生產(chǎn)安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，助力石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2 調(diào)水量計(jì)算

參考2018年數(shù)據(jù)，石鼓鎮(zhèn)農(nóng)作物中水稻種植面積占耕地面積的58%，剩余以水果（荔枝、龍眼和沃柑）種植為主，約占42%。通過(guò)不同類(lèi)型農(nóng)田的灌溉定額和灌溉面積來(lái)計(jì)算灌溉水量［2］，灌溉水量即為本研究所提及的需水量。根據(jù)廣東省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布的《用水定額 第1部分：農(nóng)業(yè)》，在75%水文年條件下，在粵西沿海丘陵平原蓄引灌溉用水定額中，使用渠道防滲灌溉方式的，早稻通用值為6 345 m3/hm2，晚稻為6 960 m3/hm2，荔枝成年樹(shù)為2 895 m3/hm2，龍眼成年樹(shù)為2 985 m3/hm2，柑橘成年樹(shù)為4 500 m3/hm2。

研究采用直接計(jì)算法來(lái)計(jì)算毛灌溉用水量。直接計(jì)算法先調(diào)查統(tǒng)計(jì)灌區(qū)作物灌溉制度中的灌水定額，再計(jì)算灌區(qū)的凈灌溉用水量，其值等于灌區(qū)年度綜合灌溉定額乘以灌區(qū)總灌溉面積［3］。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)與方法，計(jì)算出石鼓鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)灌溉用水總量（見(jiàn)表1）。

蓄水量是反映河流、湖泊（水庫(kù)）等地表系統(tǒng)水量盈虧的重要指標(biāo)［4］。表1中，蓄水量（m3）的計(jì)算方法為年降水存量（年降雨量與蒸發(fā)量的差值，m）與該地灌溉面積（m2）的乘積，即（1.711-1.380）×4 466.67×104=1 478.47×104 m3。

通過(guò)分析計(jì)算范圍內(nèi)各水量輸入、輸出項(xiàng)的平衡關(guān)系，用水量平衡法來(lái)計(jì)算其生態(tài)需水量［5］。本研究的調(diào)水量計(jì)算方法是結(jié)合“灌溉設(shè)計(jì)保證率”及“渠系水利用系數(shù)”來(lái)計(jì)算需水量與蓄水量之差（×104 m3）。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，以水稻種植為主的濕潤(rùn)地區(qū)灌溉設(shè)計(jì)保證率為80%～95%，廣東地區(qū)多采用灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%［6］。本研究的設(shè)計(jì)方案采用灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%，渠系水利用系數(shù)設(shè)為0.75。結(jié)合表1中各種作物需水量之和與蓄水量數(shù)據(jù)，調(diào)水設(shè)計(jì)方案的年均毛灌溉調(diào)水量為（4 057.15-1 478.47）×104 ×0.9÷0.75=3 094.42×104" "m3。。

3 泵站設(shè)計(jì)

3.1 泵站選址

石鼓鎮(zhèn)位于粵西沿海丘陵平原，大體呈北部高、南部低的態(tài)勢(shì)，西部有少量山地，總體地勢(shì)較為平坦，80%以上土地的海拔在50 m以下。流經(jīng)石鼓鎮(zhèn)區(qū)域的河流有3條，分別是鑒江、公館河和王江河，流向大致為由北向南，見(jiàn)圖1（a）。公館河和王江河年徑流量較小、位置偏僻，且出現(xiàn)過(guò)干枯，不適合用作取水河段。鑒江流經(jīng)石鼓鎮(zhèn)的地域廣闊，水量豐富，故在鑒江上選取合適的地點(diǎn)設(shè)置泵站。

受地轉(zhuǎn)偏向力影響，北半球的河流在流動(dòng)時(shí)，河水在偏向力的作用下會(huì)向右偏，河道右岸受到的沖刷作用比左岸更強(qiáng)。因此，通常河道的右岸比較陡峭，左岸相對(duì)平緩［7］。故此，泵站建設(shè)位置宜設(shè)計(jì)在河道左邊。

結(jié)合鑒江流經(jīng)石鼓鎮(zhèn)的路徑，在沙坡村附近時(shí)為自東向西流，且水流較平緩。該地遠(yuǎn)離居民區(qū)，可避免泵站工作時(shí)的噪聲對(duì)居民產(chǎn)生干擾。故泵站的建設(shè)位置選址在沙坡村北邊近鑒江區(qū)域的左岸［見(jiàn)圖1（b）］，該地（東經(jīng)：110.783 830 54°、北緯21.885 466 07°）有助于利用地勢(shì)形成水流的自然流動(dòng)。

3.2 泵站出水量計(jì)算與水輪泵選型

根據(jù)石鼓片區(qū)的年灌溉調(diào)水需求，泵站的出水流量=3 094.39×104/（365×24×60×60）=0.981 m3/s。

設(shè)計(jì)的取泵站出水量為1.0 m3/s（1 000 L/s）。

水輪泵是一種把水輪機(jī)和水泵組合在一起、以水力作為動(dòng)力的抽水機(jī)械，在山區(qū)、丘陵、濱海、平原，凡有急流、落差的地方都可利用，且有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能好、投資少、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)［8］。經(jīng)實(shí)地勘測(cè)，由鑒江水面引水上岸的高程為8 m左右，結(jié)合泵站建設(shè)位置的地勢(shì)和所需毛灌溉調(diào)水量等數(shù)據(jù)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水輪泵》（GB/T 6490—2021）中“4.3性能參數(shù)”，選用Z系列水輪泵作為引水泵，選型及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

4 灌溉渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)

4.1 渠道總體規(guī)劃

科學(xué)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃是建設(shè)合理、高效農(nóng)田水利設(shè)施的前提［9］。本研究根據(jù)高州市石鼓片區(qū)地形、地貌及作物種植區(qū)域的分布情況，針對(duì)不同農(nóng)作物的需水量，設(shè)計(jì)橫截面積不同的灌溉主干渠和分干渠。在主干渠設(shè)計(jì)中，盡量實(shí)現(xiàn)水流可回收利用、可循環(huán)到河流中；分干渠在主干渠上進(jìn)行分流，以水閘開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)過(guò)量灌水淹沒(méi)農(nóng)作物的現(xiàn)象。

以使用便捷為原則，設(shè)計(jì)灌溉渠道走向時(shí)需要考慮地勢(shì)高程。為此，以?shī)W維地圖作為輔助，充分利用當(dāng)?shù)胤涎a(bǔ)水條件的石陂沖水庫(kù)，綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)7條灌溉渠道，如圖2所示。

4.2 渠道設(shè)計(jì)

根據(jù)灌溉渠道的總規(guī)劃設(shè)計(jì)圖，在盡可能不影響作物種植面積的前提下，保證該水利工程能順利施工，所設(shè)計(jì)的灌溉渠道走向基本是在沿山旁田邊，形式為臥式通用渠道，具體如圖3所示。在滿足年均毛灌溉需水量和承接泵站出水流量1 m3/s的前提下，設(shè)計(jì)渠道占地寬度為a、內(nèi)寬為b、高度為c、內(nèi)高為d、側(cè)壁寬為e的主干渠和各分支渠道。同時(shí)，按渠道走向每500 m測(cè)量高程，在下游高程高出上游處設(shè)計(jì)為增壓點(diǎn)。

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圖3 灌溉渠道通用式樣

共設(shè)計(jì)1號(hào)主干渠、2～6號(hào)分支渠和7號(hào)補(bǔ)水渠等7條渠道，總長(zhǎng)度為78.364 km，海拔為15～44 m，共設(shè)置增壓點(diǎn)39個(gè)，最大增壓值為8 m。各條渠道的長(zhǎng)度、海拔高度、增壓點(diǎn)數(shù)量、增壓值及設(shè)計(jì)尺寸等數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

為保證田間施工便捷、渠道使用時(shí)穩(wěn)固，渠道基底進(jìn)行平整回填和壓實(shí)，鋪設(shè)100 mm厚的碎石粉疊層后，再進(jìn)行建設(shè)。渠道側(cè)壁統(tǒng)一設(shè)計(jì)為磚墻側(cè)壁，墻體兩側(cè)再添加10 mm的C25混凝土漿進(jìn)行平整和固定，側(cè)壁每隔100 m增設(shè)瀝青木板進(jìn)行分段建設(shè)。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，該渠道設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅴ級(jí)，規(guī)模為小（2）型，主要建筑物5級(jí)，次要建筑物5級(jí)，渠溝級(jí)別為5級(jí)。

4.3 供水優(yōu)化與補(bǔ)充

為優(yōu)化供水網(wǎng)絡(luò)，滿足村民取水灌溉農(nóng)田的需求，主干渠每隔200 m設(shè)置一個(gè)水閘。若遇分支渠道，則在支渠前1 m設(shè)置水閘。水閘由多片木板組成，尺寸為（b+0.2）×k×0.2（長(zhǎng)×寬×高，單位：m）。用擋水閘板來(lái)控制渠道中的水量，便于農(nóng)民開(kāi)、關(guān)閘進(jìn)行取水和用水，能最大程度上發(fā)揮灌溉工程的使用效能。水閘的設(shè)置位置示意圖如圖4所示。

由表3可知，灌溉渠道中需要建設(shè)39處加壓泵站，最大增壓點(diǎn)為8 m，余下大部分在3m以下。設(shè)計(jì)中高于3 m的增壓點(diǎn)可分解為2～3個(gè)類(lèi)似3 m的增壓點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)。增壓點(diǎn)加壓泵選擇軸流式泵，其流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、占地面積小、操作簡(jiǎn)單方便。立式軸流泵和潛水軸流泵是廣泛使用的低揚(yáng)程泵型［10］，考慮設(shè)計(jì)中泵站出水流量大于0.98 m3/s的過(guò)流狀態(tài)及盡量少占用土地的原則，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中小型軸流泵》（GB/T 9481—2021）第4.3條，選用主灌溉渠道加壓水泵型號(hào)為700ZLQ-3.2，其余渠道需加壓水泵型號(hào)為400ZLB-4.0。2種泵的具體參數(shù)見(jiàn)表4。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究以滿足高州市石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)種植用水需求為目標(biāo)，較完整地說(shuō)明小型農(nóng)業(yè)水利項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的全過(guò)程。根據(jù)年需水量與蓄水量數(shù)據(jù)，計(jì)算出石鼓鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)種植的年需調(diào)水量，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐孛埠秃恿魑恢谩⒘髁颗c走向，選定取水泵站位置，計(jì)算出泵站的出水流量，并選定水輪泵型號(hào)，進(jìn)而全面規(guī)劃包括主干渠、分支渠及補(bǔ)水渠在內(nèi)的7條灌溉渠道，確定渠道的樣式與形式，設(shè)計(jì)并計(jì)算出渠道的尺寸、長(zhǎng)度、增壓點(diǎn)數(shù)量等參數(shù)，說(shuō)明渠道的建設(shè)方式與等級(jí)及水閘、增壓點(diǎn)的設(shè)計(jì)等供水優(yōu)化與補(bǔ)充方法。

結(jié)合鄉(xiāng)村振興的時(shí)代發(fā)展要求，筆者梳理了建設(shè)農(nóng)業(yè)灌溉工程的要點(diǎn)，說(shuō)明了灌溉工程設(shè)計(jì)與規(guī)劃的重點(diǎn)，旨在助力當(dāng)?shù)厮聵I(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，增強(qiáng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的幸福感。

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Planning and Designing of Agricultural Water Diversion Project in Shigu Town， Gaozhou City

WU Weicheng1 2 CHEN Guangwei1 LUO Haoran3

1.College of Mechanical and Electrical Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China;

2. 12315 Complaint and Reporting Center in Gaoyao District， Zhaoqing City， Zhaoqing 526100， China;

3.Zhongxin International College of Engineering， Shenyang Jianzhu University， Shenyang 110168， China

Abstract： In view of the shortage of water for agricultural production in Shigu Town， Gaozhou City， a water transfer scheme， pumping station， and channel construction scheme were designed to meet the local agricultural water needs. The annual water transfer volume is calculated according to the annual water demand and storage capactity. According to the local river condition， the location and discharge capacity of water intake pump station were determined， and the type of water wheel pump was selected. The construction position， quantity， form， method and grade of irrigation channels are planned， the size of each type of channels was designed， and the form of sluices and the construction method of pressurization points for optimizing water supply and replenishment were also designed. The water conservancy irrigation project can effectively meet the agricultural production water demand of Shigu Town， facilitate the increase in farmers' income， and provides a reference for the planning and design of similar water conservancy projects.

Key words： agricultural water diversion; water quantity calculation; pumping station design; channel planning; water supply optimization

作者簡(jiǎn)介：伍渭城（1994—），男，碩士，助理工程師，研究方向：水利設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)；羅浩然（2005—），男，本科生，研究方向：工程設(shè)計(jì)與造價(jià)。

通信作者：陳光偉（1973—），男，博士，副教授，研究方向：液壓傳動(dòng)與伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論。