小型農田水利工程中灌溉渠道的設計研究

周璽

（蘭州市水電勘測設計院有限責任公司，蘭州 730000）

1 引言

小型農田水利工程也被稱為“小農水”，主要指的是流量在1 m3/s以下的渠道，是對解決農村農田灌溉和人畜飲水所修建的各種基礎設施的總稱。小農水工程作為農業發展中基礎設施的重要部分，根本目的是通過改善農田水源現狀和區域水利，改變農田生產條件，實現農業綜合生產的高效性，是農村發展邁入全面建設小康社會的基石。小農水工程建設形式具有多樣性，如水源工程、渠道建筑、具有排水功能的河道工程等。灌溉渠道作為小農水工程中的基礎設施，對農田生產效益的提高具有重要意義，目前，我國小型農田水利工程灌溉渠道的修筑大部分是采用砂礫石或者土質渠床，通過將水源分配輸送到澆灌區域各處，達到灌溉的目的，因此，灌溉渠道設計需根據灌溉水量和流量進行[1]。

小農水的特點主要體現在工程和建設兩方面，其中，工程方面的特點主要有5個層面：（1）群眾性。我國地域遼闊，小農水工程分布在我國各地農村地區，極大地促進了農業的發展，有效改善了農民的生產生活方式，因此，小農水是一項惠民的公益性、群眾性工程。（2）互助合作性。現階段，小農水工程功能仍有短板，但實際應用過程中，可以發揮自身的最大作用，各功能相互配合，共同推動當地的經濟發展。（3）水利建設末端工程。輸配水是小農水工程的重要作用，其灌溉渠道一般處于斗渠等級以下，即末端工程。（4）小規模性。小農水工程與大型水利工程不同，小農水工程規模小，且功能不齊全。（5）區域性。受多種外在因素的制約，且各地區農業生產因素不同，例如，西北地區農業極易受天氣影響，南方農業則受溫度影響較大，在此情況下，小農水工程應運而生，為各地方農業發展提供有力保障，在其應用過程中，充分體現出工程區域性這一特點。

2 小型農田水利工程灌溉渠道的設計原則

設計小農水灌溉渠道時，一般需要遵循4個基本原則。

1）在農田灌溉過程中，灌溉渠道的設計需有效擴大一定水量的灌溉面積，確保水資源得到充分利用，對渠道的輸送水環節可適當進行實驗，避免水資源浪費。

2）灌溉渠道設計需結合當地農田實際情況，保證當地生態系統平衡的條件下，對灌溉渠道進行科學合理的設計，從而更好地對農田用水和人畜飲水進行分配[2]。

3）灌溉渠道設計應避免過度占用農田，對于渠道的蓄水區域及中轉需做好細節處理，確保其滿足相關技術要求的同時，遵循田地生產規律，在灌溉設計過程中，需將曲線設計平滑，加快水流流動速度，有效提高灌溉效率。

4）灌溉設計基本完成后，需對農田地質情況進行實際考察，對于遇到的問題及時處理，及時補充設計中存在的缺陷，在對設計進行補充時，遵循經濟性原則，同時保證灌溉渠道質量和效益[3]。

3 小型農田水利灌溉渠道設計中存在的問題

現階段我國農田水利灌溉渠道使用效率有待提高，分布不均，很大程度上降低了灌溉效率。由于我國地域遼闊，各地區農田土壤條件不同，在此情況下，農田灌溉水資源利用率較低，水源有限，在一定程度上阻礙了農業生產。傳統的農田灌溉渠道設計大多需要穿越農田進行蓄水和分渠，導致灌溉渠道占用大面積農田，農作物種植面積相對減少，生產效益呈現下降狀態。

3.1 設計人員技術水平有待提高

針對小型農田水利工程中灌溉渠道的設計，部分設計人員缺乏一定的經驗，設計的專業性和技術性仍有不足之處，設計中一味注重圖紙設計，往往忽視農田地質的實際情況。與此同時，部分設計人員仍沿用傳統灌溉渠道設計方式，難以實現自我創新，在細節處理上不夠仔細，未能對灌溉渠道設計圖紙進行嚴格審查，導致設計嚴重背離實際情況。

3.2 灌溉渠道設計占用大面積農田

我國傳統的小型農田水利工程灌溉渠道設計不能充分對農田實際條件進行考察，未能將其影響因素納入灌溉渠道設計中，對于渠道的設計缺乏一定的科學性、合理性，從而降低了設計的可行性。同時，由于未能很好地掌握水資源的狀況，導致設計中占用大面積農田，還在一定程度上破壞了生態平衡[4]。

3.3 灌溉渠道實際應用后效率不高

農業生產過程中需要充足的水源，因此，灌溉渠道在設計時應確保其能滿足農田生產要求。但目前農田灌溉中，未能實現灌溉面積最大化；少部分雖然為了提高灌溉效率，借鑒了先進經驗修建干渠，但這一技術應用范圍小，大部分地區仍沿用傳統的灌溉渠道的方式進行設計修建，不僅灌溉效率低，渠道中還出現了滲漏、泥沙淤積等問題。

4 小型農田水利工程中灌溉渠道設計

小型農田水利工程灌溉渠道設計：（1）需明確渠道的引水流量；（2）渠道斷面設計從橫斷面和縱斷面兩方面進行設計；（3）完成前兩點后，開始進行圖紙設計，對工程總量進行精確計算，然后著手初步設計報告。同時，小型農田水利工程灌溉渠道設計工作的順利開展需有效協調好農田灌溉用水、灌溉效果及灌溉面積間的關系，以此實現小型農田水利工程的灌溉目標，實現農業效益最大化。因此，為了更好地完成小型農田水利工程中灌溉渠道的設計，首先應掌握其設計原理和影響因素，對于農業中常用的小型水庫、蓄水池、機電井等小型農田水利工程，應了解其設計原理和相互關系，詳細了解其蓄水、輸配水、取排水等功能，深入認識建造小型農田水利工程的真正作用；并能在此基礎上，綜合工程整體做好設計前的實地調查工作，將農田、水利設計進行有機結合，從而實現社會效益與經濟效益的相互統一。

4.1 明確灌溉渠道引水流量

小型農田水利工程的灌溉渠道設計中，最基礎的是農田澆灌損失流量計算。設計人員在設計時往往會受到多種因素的制約，因此，為了更好地進行渠道設計，設計人員在設計工作開展前應進行實地考察，結合當地農田地質條件、氣候條件、種植面積等因素制訂完善的設計方案，實現灌溉渠道設計的科學性、合理性、可行性。

小型農田水利工程灌溉渠道引水流量具體是指農田灌溉凈流量和渠道損失流量的和。一般情況下，影響其因素較多，例如，灌溉河流的水流量大小、灌溉區域的水源條件、作物類別、農田地質、農田面積、地方氣候、渠道長短等。在計算灌溉渠道引水量的過程中，需要對同一時間段的不同作物同時進行灌溉，在其灌溉量最大的情況下，結合作物灌溉制度和灌溉面積進行計算。灌溉渠道引水量的計算公式[5]為：

①1畝≈666.7 m2。

根據控制面積的不同，可將灌溉渠道分為干渠、支渠、斗渠、農渠和毛渠。通常情況下，在小型農田水利工程灌溉渠道的設計過程中，干渠有效利用系數為0.5~0.7；支渠有效利用系數為0.6~0.8；渠道在襯砌時系數可隨之提高。

4.2 灌溉渠道的設計

4.2.1 確定渠道水位高程

在灌溉渠道設計過程中，根據灌溉范圍內存在的地面參考點高程以及各級渠道沿渠水頭損失，對渠道水位高程進行確定。其中，灌溉渠道中沿渠水頭損失包括渠道比降損失和渠道建筑物水頭損失。

4.2.2 渠道橫斷面設計

明確渠道引水量后即可開始灌溉渠道的斷面設計。在其設計過程中需要注意的是，在灌溉渠道流量一定時，斷面尺寸選擇時要將渠道水流量的比降流速等考慮在內。

1）渠道比降及渠道流速

灌溉渠道設計時，其渠道比降一般是根據渠道地質、渠道水流中的含泥沙量以及灌溉區域地面坡度計算的。若渠道比降較大，則渠道引水流速同步增大，對于斷面小的渠道，水頭跌落速度加快，而灌溉渠道范圍內可控面積較少，渠床易遭到大力沖刷；若渠道比降較慢，且流速較小，會造成渠道淤積，大大降低渠道的輸水能力。一般小型農田水利工程灌溉渠道設計時，采用的比降范圍按照控制面積進行計算。一般情況下，干渠、支渠的比降范圍在1/2 500~1/500；斗渠的比降范圍在1/1 500～1/200；引渠的比降范圍根據農田的地形和渠道流量確定[6]。除此之外，灌溉渠道設計中對于渠道水流的流速，應保證其小于渠道最大允許不沖流速且大于允許不淤流速，從而有效確保渠床的穩定性。

2）渠道超高

小型農田水利工程灌溉渠道設計中，最為重要的一點是確定渠道超高，做好渠道超高設計能夠有效確保引水安全。通常渠道的超高和渠道級別及流量相關，渠道超高的計算公式為：

式中，R為水渠中水流的爬高，cm；e為最大風壅水面高度，cm；A為安全加高，cm。

4）渠堤頂寬

一般渠堤頂寬的設計根據灌溉渠道的渠岸高度和流量大小設定。設計中，若渠堤與道路設計為一體，則道路一側的堤頂寬需嚴格按照相關交通要求確定。通常情況下，汽車路面寬度均采用6 m，田間干道寬度采用2.5 m。

4.3 灌溉渠道設計材料的選擇

在小型農田水利工程中灌溉渠道的設計中，為有效保證渠道質量和效益，需采用優質材料。灌溉渠道在實際應用過程中，所處環境較為復雜，影響渠道質量因素較多，因此，在其材料的選擇上，應著重考慮材料的耐用性、抗老化性等性能。除此之外，考慮到大部分材料會出現熱脹冷縮問題，材料選擇時應避免不易安裝且結構復雜的材料，有效減少甚至規避渠道滲漏等問題。相關設計人員在渠道材料的選擇方面，除考慮其質量外，需遵循經濟性原則，實現低成本高質量的材料選擇。

5 結語

綜上所述，通過深入研究小型農田水利工程中灌溉渠道的設計得知，科學合理的設計在一定程度上能有效提高我國灌溉渠道的利用率，控制農田水資源的浪費，滿足農業生產需要，進而實現農業生產效益和經濟效益的提高。