高標準農田建設渠道排水溝設計研究

摘要：隨著農業現代化進程的加速發展，高標準農田建設已成為提升農業生產能力、保障糧食安全的重要途徑。其中，渠道排水溝對于調節農田水分、防止漬澇災害具有不可替代的作用。由于當前部分農田排水系統設計存在不合理、效率低下等問題，嚴重影響了農田的生產效益。因此，筆者在本文圍繞高標準農田建設中渠道排水溝的設計原則、方法及其優化策略展開探討。

關鍵詞：高標準；農田建設；渠道；排水溝；設計

我國地域遼闊，農田類型多樣，氣候條件復雜，這對高標準農田建設中的渠道排水溝設計提出了嚴峻挑戰。傳統的排水溝設計一般基于經驗判斷，缺乏科學的理論依據和精準的數據支持，導致排水效果不理想，甚至引發土壤鹽堿化、作物減產等一系列問題。因此，迫切需要引入先進的設計理念和技術手段，對渠道排水溝進行精細化設計，以適應不同地區農田的實際情況和需求。而隨著科技的進步和信息技術的發展，智能化、生態化已成為高標準農田建設的新趨勢。在渠道排水溝設計中，可以借鑒現代水利工程的成功經驗，引入GIS、BIM等先進技術，對排水溝的布局、斷面尺寸、邊坡坡度等進行精確計算和模擬；或者結合生態農業的理念，采用生態護坡、生態排水等環保措施，減少對農田生態環境的破壞，實現農田水利工程與生態環境的和諧共生。

1 高標準農田建設概述

1.1 高標準農田建設的定義與目標

高標準農田建設是指通過一系列綜合性的土地整治和農田水利設施建設措施，全面提升農田的基礎設施水平，使其達到標準化、規模化、集約化生產的現代農業生產模式。建設過程涉及土地資源的有效整合與優化配置，還包括對農田水利、道路、防護林等基礎設施的全面升級。其核心目標在于顯著提升農田的生產能力和抗災能力，確保糧食生產的穩定與安全，強化我國的農業實力。

高標準農田建設的目標如下：一是通過土地整治，優化農田布局，提高土地資源的利用率和產出率；二是加強農田水利設施建設，確保農田水分供給充足且排泄順暢，有效抵御旱澇災害；三是通過田間道路和防護林的建設，改善農田生態環境，提升農田的綜合生產能力；四是推動農業科技創新與應用，進一步保證國家的農業生產量，使農業朝著現代化方向持續發展。

1.2 高標準農田建設的主要內容

高標準農田建設的內容豐富多樣，涵蓋了土地整治、農田水利設施建設、田間道路建設、農田防護林建設等多個方面。其中，農田水利設施建設作為核心環節，對于保障農田水分供給和排泄至關重要。土地整治主要是對現有土地進行改良，且對農田加以呵護，進一步維護生態平衡，在此基礎上能夠優化農田布局，提高土地資源的利用率和產出率。而農田水利設施建設圍繞灌溉系統、排水系統、防洪設施等進行建設和完善，確保農田在干旱和洪澇等極端天氣條件下仍能保持穩定生產。田間道路建設旨在改善農田交通條件，便于農業機械化和規模化生產。農田防護林建設可以種植防護林帶，保護農田免受風沙、干旱等自然災害的侵襲，也有助于改善農田生態環境[1]。

2 渠道排水溝設計理論基礎

2.1 排水系統工程布局與原則

排水系統工程布局是農田水利工程規劃與設計中的重要環節。布局時，必須嚴格遵循因地制宜、統籌規劃的原則，充分考慮地形地貌、氣候條件、作物種類、土壤類型、水文地質條件以及農田的灌溉與排水需求等多方面因素。地形地貌決定了排水溝的走向和坡度，所以，要根據地勢高低合理布置排水溝，確保水流暢通無阻。而氣候條件會影響降雨強度、降雨頻率和降雨歷時等，這是確定排水溝設計流量和制定排水方案的重要依據。作物種類和土壤類型決定了農田的水分需求和排水敏感性，對此，就要根據作物的生長特性和土壤的透水性來合理設計排水系統。此外，水文地質條件還會影響地下水位和土壤含水量，因而還需考慮地下水對排水溝的影響以及排水溝對地下水位的控制作用。在布局過程中，還應注重排水系統的整體性和協調性，確保各排水設施之間能夠相互銜接、協同工作。還要注意盡量避免排水溝穿越農田耕作區，減少對農田生產的干擾和破壞。

2.2 排水溝設計流量與水位計算

排水溝設計流量的計算是排水溝設計的基礎，它對整個排水溝的排水能力和效果有較大的影響。設計流量時，可以根據農田的排水需求、降雨強度、降雨歷時、降雨頻率以及土壤入滲率等因素進行綜合考慮。計算過程中，結合歷史降雨資料和氣象預報數據，確定不同重現期下的降雨強度。再嚴格計算土壤入滲率和地表徑流系數。最后，根據排水溝的斷面尺寸、坡度和水流速度等參數，計算得出排水溝的設計流量。但要注意的是，水位計算需考慮排水溝的斷面尺寸、坡度、水流速度、土壤滲透性以及地下水位等因素。得出排水溝在不同流量下的水位變化后，就可以確保排水溝在暴雨等極端天氣條件下仍能保持暢通無阻，從而避免積水對農田造成損害。

2.3 排水溝斷面尺寸確定方法

確定斷面尺寸時，需綜合考慮排水流量、流速、邊坡穩定、土壤滲透性以及排水溝的材料和結構等因素。具體來說，應根據設計流量和流速要求，計算出排水溝的最小斷面尺寸；同時，考慮邊坡穩定性要求，確定合理的邊坡坡度和支護措施；還需考慮土壤滲透性對排水溝斷面尺寸的影響，以及排水溝材料和結構對斷面尺寸的限制。計算過程中可采用水力計算方法和經驗公式等方法進行綜合考慮，再結合實際情況進行現場勘察和試驗驗證，確保排水溝斷面尺寸合理、可靠。

2.4 排水溝邊坡穩定分析與設計

為確保排水溝安全穩定運行，可以對排水溝邊坡進行穩定分析，在此基礎上確定合理的邊坡坡度和支護措施，防止排水溝在排水過程中發生坍塌等安全事故。整個過程要考慮土壤的物理力學性質、排水溝的斷面尺寸和坡度、地下水位以及外部荷載等因素。得出邊坡的穩定安全系數后，根據安全系數的要求確定合理的邊坡坡度和支護措施。具體設計時可采用重力式擋土墻、錨桿支護、土釘墻等支護措施來增強邊坡的穩定性。

3 高標準農田建設渠道排水溝設計案例分析

3.1 案例背景與概況

在遼寧大石橋市盤海營高速公路沿線的高標準農田建設示范項目中，排水系統工程被精心規劃為支渠與斗渠2大組成部分，總長達51 km。這一龐大的渠系布局巧妙，涵蓋了4條支渠，總長度達到8.93 km，以及12條斗渠，合計8.38 km。此外，還設有93條農渠，總長度達到33.6 km，共同構成了一個高效且全面的排水網絡。

項目所在的區域，土壤類型豐富多樣，自東向西依次分布著各類豐富的草甸土。這些土壤在質地分布上相對均勻，其中，中部地區的表土主要是壤質土，占比接近一半。而其地表1.5 m以下，土壤逐漸轉變為粉砂及砂土。得益于數十年來持續的種稻改良，項目區內的大部分地塊表土鹽分含量已降至極輕度和輕度水平，中度以上的鹽化土現象已較為罕見。這一顯著的土壤改良成果，為高標準農田的排水系統建設提供了更為有利的條件[2]。

3.2 設計原則

在規劃排水系統工程時，依據工程布局與既定標準，確定田間排水溝的深度與間距，分析各級排水溝道及其配套建筑物的流量、水位、斷面尺寸，并精確計算相應的工程量。田間排水網的布局，特別是排水溝的間距與斷面尺寸，是綜合考量排水需求與機械化耕作要求后的科學決策。針對除澇排水系統中的農溝，其間距通常設定在100～400 m，而溝深則大致維持在1 m。初步規劃階段，要考慮作物生長所需的地下水埋藏深度△H以及實際施工條件，以此為基礎，設定排水農溝的深度，并據此確定合理的排水溝間距。鑒于排水區域水文地質條件的復雜性，在確定排水溝深度與間距時，要參考實驗數據并充分借鑒相鄰地區的成功案例與經驗[3]。

3.3 斷面設計

確定排水溝的設計流量與設計水位后，可以著手規劃溝道的斷面規格，這涵蓋了水深、底寬等關鍵參數。設計過程中，通常依據排澇設計流量來精確計算溝道的斷面尺寸。該地區的平均年降水量達到了652 mm，且降水主要集中在7—9月份，這一時期的降水量占據了全年總降水量的70%。渠道排水溝斷面設計普遍遵循恒定均勻流的原理。為確保排水順暢且避免過度開挖，排水溝的比降通常被設定為與沿線地面的自然坡降相接近。此外，排水溝的邊坡相較于灌溉邊坡而言更為平緩。針對不同土質的排水溝，邊坡系數的取值也有所差異，具體可參考表1中的詳細數據。

據統計，灌區內2008年實際灌溉的水田面積達到了4.1萬hm2，而灌溉定額為14 340 m3/hm2，因此，總用水量高達58 794萬m3。為精準確定排水溝的斷面尺寸，可采用試算法，這一方法綜合考慮了排澇、灌溉等多重需求，反復計算與調整后最終得出合理的排水溝水深設計[4]。

規劃排水溝道時，依據灌溉引水的具體需求來審慎校核其底寬。特別是在利用排水溝進行引水灌溉的情況下，由于水位容易形成倒坡或平坡的特殊形態，因此，必須依據非均勻流的理論公式，精確推算出排水溝在引水灌溉過程中的水面曲線。這一步驟至關重要，因為它能夠幫助我們驗證排水溝在輸水距離、流速等關鍵水力要素上是否能夠滿足灌溉引水的實際需求。一旦發現存在不足之處，就需立即對排水溝的水力要素進行相應的調整與優化。最后，依據《遼寧省治澇規劃復查提綱》中的相關規定，確定排澇模數這一關鍵參數。考慮到項目區的水田排水方式主要為自然排放，綜合參考了表2中提供的數值以及當地近期實測的寶貴數據，經過細致的分析與比對，最終決定在項目區采用0.528 m3/s/km2的排澇模數。項目區排水溝道為排澇、排漬兩用排水溝，按排漬要求確定溝深，按排澇設計流量進行斷面校核。排水流量最終計算結果見表3。

4 高標準農田建設渠道排水溝設計優化策略

4.1 設計理念與方法創新

在高標準農田建設渠道排水溝設計中，創新的設計理念和方法是推動設計質量提升的關鍵。務必樹立智能化的設計理念，利用現代信息技術和大數據技術，對排水溝的設計進行精準模擬和預測。例如，可以引入GIS（地理信息系統）和BIM（建筑信息模型）技術，對排水溝的布局、斷面尺寸、邊坡坡度等進行三維模擬和優化。設計中，還要注重生態平衡和環境保護，采用生態護坡、生態排水等技術手段，減少對自然環境的破壞，提高排水溝的生態效益。同時，加強與農業、環境等領域的合作與交流，共同探索符合高標準農田建設需求的渠道排水溝設計新理念和新方法[5]。

4.2 排水溝布局與結構的優化

排水溝布局方面，應根據地形地貌、氣候條件、土壤類型以及農田分布等因素進行綜合考慮，確保排水溝的布局合理、走向順暢。通過科學的布局設計，可以有效避免排水溝的堵塞和積水問題，提高排水效率。結構方面，應優化排水溝的斷面尺寸和邊坡坡度等參數。斷面尺寸的選擇應根據排水流量、流速以及土壤滲透性等因素進行綜合考慮，確保排水溝的排水能力滿足實際需求。邊坡坡度的設計則應根據土壤的物理力學性質和穩定性要求進行合理確定，以防止邊坡失穩和坍塌等安全事故的發生。

5 結語

綜上所述，高標準農田的建設是國家糧食安全戰略的重要組成部分，而渠道排水溝的優化設計則是實現這一目標的關鍵所在。本文所提出的設計思路與技術要點，旨在為農田水利工程提供一套系統化、規范化的解決方案，促進農業生產的可持續發展。未來，隨著農業科技的不斷進步與智能化技術的應用，渠道排水溝的設計將更加精準高效，為農田管理帶來革命性變革。期待業界同仁能夠持續探索創新，不斷優化設計方案，共同推動我國高標準農田建設邁向新臺階。

參考文獻

[1] 陳暉.如皋市九華鎮生態型高標準農田建設研究[D].揚州：揚州大學，2021.

[2] 章勇.小型農田水利渠道設計與施工研究[J].江西農業，2021（6）：58-59.

[3] 李洪祥.高標準農田建設中灌排溝渠施工技術要點分

析[J].黑龍江水利科技，2023，51（11）：179-181.

[4] 袁素勤，劉藝平，雷明慧，等.成都市農田灌排生態工程建設研究[J].黑龍江科學，2020，11（2）：158-159.

[5] 黃曉林.高標準農田建設中節水灌溉技術的應用研究[J].河北農機，2023（20）：103-105.