農(nóng)田水利工程設(shè)計中的渠道設(shè)計與施工管理分析

摘要：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)田水利工程作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對于提高農(nóng)田灌溉效率、保障糧食安全、促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的作用。渠道作為農(nóng)田水利工程中的核心構(gòu)件，其設(shè)計與施工管理直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運行效率、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。本文旨在系統(tǒng)分析農(nóng)田水利工程設(shè)計中的渠道設(shè)計要點和施工管理策略，為農(nóng)田水利工程的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)提供理論指導和實踐參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利；工程設(shè)計；渠道設(shè)計；施工管理

渠道設(shè)計是農(nóng)田水利工程規(guī)劃中的首要環(huán)節(jié)，不僅要求滿足農(nóng)田灌溉的基本需求，還要綜合考慮地形地貌、水文地質(zhì)、氣候條件等多種自然因素，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、農(nóng)民用水習慣等社會經(jīng)濟因素。施工管理則是確保渠道設(shè)計得以準確實施、工程質(zhì)量得以有效控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在渠道施工過程中，需要精心組織施工力量，合理安排施工進度，嚴格控制施工質(zhì)量，確保渠道結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定、耐久可靠。

1 農(nóng)田水利工程設(shè)計中的渠道設(shè)計要點

1.1 渠道橫斷面設(shè)計

1.1.1 矩形和U型斷面選擇

渠道橫斷面形狀的選擇需綜合考慮水流特性、地質(zhì)條件、施工難度及成本等因素。矩形斷面適用于地勢平坦、土質(zhì)堅硬且需較大流量的區(qū)域，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，但易產(chǎn)生側(cè)蝕和淤積。相比之下，U型斷面因其良好的水力性能和自凈能力，在農(nóng)田水利中更為常見。U型斷面能夠減少水流對渠壁的沖刷，降低維護成本，且其底部為圓弧狀，有利于水流平穩(wěn)過渡，減少水頭損失。設(shè)計時，應根據(jù)具體條件選擇斷面形狀，并確定合適的寬度和深度，以滿足灌溉需求并降低建設(shè)成本。具體選擇時，可依據(jù)流量Q、流速v、水力半徑R等參數(shù)進行計算。例如，對于U型渠道，其水力半徑R可通過公式R=A/P計算，其中A為渠道過水斷面面積，P為濕周。通過比較不同斷面形狀下的水力特性（如流速分布、水頭損失等），選擇最優(yōu)斷面形狀[1]。

1.1.2 渠道比降與邊坡系數(shù)設(shè)計

渠道比降（即渠道底坡）是渠道設(shè)計中的重要參數(shù)，它直接影響水流速度和渠道穩(wěn)定性。比降過大易導致水流速度過快，增加水頭損失和渠道沖刷風險；比降過小則可能導致水流緩慢，影響灌溉效率。因此，設(shè)計時需根據(jù)地形條件、土壤類型、水流特性等因素綜合考慮，確定合適的比降值。邊坡系數(shù)設(shè)計則關(guān)乎渠道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。邊坡過陡易導致土壤失穩(wěn)，引發(fā)滑坡等地質(zhì)災害；邊坡過緩則可能增加占地面積和施工成本。設(shè)計時，應通過地質(zhì)勘探和力學分析，確定合理的邊坡系數(shù)，確保渠道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且經(jīng)濟可行。

1.2 渠道縱斷面設(shè)計與水位高程的確定

1.2.1 渠道水位高程的確定

渠道水位高程的確定需綜合考慮灌溉需求、地形條件、水源水位及排水要求等因素。首先，應根據(jù)農(nóng)田灌溉面積、作物需水量及灌溉制度，計算出渠道所需的總流量。然后，結(jié)合地形圖和水源水位資料，確定渠道起點和終點的水位高程。在設(shè)計過程中，還需考慮渠道沿程的水頭損失（如摩擦損失、局部損失等），以確保渠道內(nèi)水流能夠順利到達灌溉區(qū)域。具體計算時，可采用伯努利方程或能量方程來求解渠道沿程的水位變化。同時，還需考慮渠道沿線的地面高程變化，確保渠道水位與地面高程相協(xié)調(diào)，避免產(chǎn)生淹沒問題。

1.2.2 損耗流量與凈流量計算

在渠道運行過程中，由于滲漏、蒸發(fā)、植物吸收等因素，會有一部分水量損失掉。因此，在設(shè)計時需準確計算損耗流量，以確保渠道能夠提供足夠的灌溉水量。損耗流量的計算可通過實地觀測、經(jīng)驗公式或模型模擬等方法進行。同時，還需考慮不同季節(jié)、不同天氣條件下的損耗差異，以確保計算的準確性。凈流量則是指渠道實際用于灌溉的水量。在設(shè)計時，應根據(jù)農(nóng)田灌溉需求、作物生長周期及灌溉制度等因素，確定合理的凈流量值。通過合理調(diào)配水源、優(yōu)化渠道布局和減少損耗等措施，提高凈流量的利用率和灌溉效率。

1.2.3 U型槽縱坡降與槽內(nèi)過水流量計算

對于采用U型槽作為襯砌材料的渠道，其縱坡降和槽內(nèi)過水流量的計算尤為重要。縱坡降的設(shè)計需考慮水流速度、渠道穩(wěn)定性及施工難度等因素。一般來說，縱坡降應保持在一定范圍內(nèi)，以確保水流平穩(wěn)且渠道結(jié)構(gòu)安全。槽內(nèi)過水流量的計算則可通過流量公式進行。對于U型槽渠道，其過水流量Q可通過公式Q=Av計算，其中A為槽內(nèi)過水斷面面積，v為流速。在設(shè)計時，需根據(jù)灌溉需求、水源條件及渠道特性等因素，確定合適的流量值，并通過調(diào)整槽寬、槽深及底坡等參數(shù)來實現(xiàn)；同時，還需考慮槽內(nèi)水流的水力特性（如流速分布、水頭損失等），以確保渠道運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

2 農(nóng)田水利渠道施工要點

2.1 混凝土預制U型槽

2.1.1 預制設(shè)備選擇與混凝土配比試驗

混凝土預制U型槽的質(zhì)量直接關(guān)系到渠道的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。因此，在選擇預制設(shè)備時，應優(yōu)先考慮具有自動化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的設(shè)備。同時，設(shè)備應具備良好的攪拌系統(tǒng)、成型系統(tǒng)和養(yǎng)護系統(tǒng)，以確保U型槽的幾何尺寸準確、表面光滑且內(nèi)部密實。混凝土配比試驗是預制U型槽前的關(guān)鍵步驟。通過試驗，可以確定最佳的混凝土配合比，包括水泥用量、水用量、砂率、骨料種類及摻和料等。試驗應遵循國家相關(guān)標準和規(guī)范，采用正交試驗設(shè)計或響應面法等方法，以優(yōu)化混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能[2]。例如，對于C30強度的混凝土，其典型配合比可能為水泥：水∶砂∶石子=1∶0.4∶1.5∶2.5（具體比例需根據(jù)試驗確定）。在配比確定后，應進行試塊制作和性能測試，以驗證配比的合理性和可靠性。

2.1.2 預制U型槽的養(yǎng)護

預制U型槽的養(yǎng)護是確保其質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。養(yǎng)護應在U型槽脫模后立即進行，并持續(xù)至混凝土達到設(shè)計強度。養(yǎng)護期間，應保持U型槽表面濕潤，避免水分過快蒸發(fā)導致干縮裂縫。同時，應采取措施防止U型槽受到陽光直射、風吹雨打等不利環(huán)境因素的影響。養(yǎng)護方法可采用覆蓋保濕、灑水養(yǎng)護或蒸汽養(yǎng)護等。對于覆蓋保濕，可使用濕布、塑料薄膜或草簾等材料覆蓋U型槽表面；對于灑水養(yǎng)護，應定期向U型槽表面灑水，保持其濕潤狀態(tài)；對于蒸汽養(yǎng)護，則需使用專業(yè)的蒸汽養(yǎng)護設(shè)備，通過加熱和加濕來加速混凝土的硬化過程。養(yǎng)護時間一般不少于14 d，具體應根據(jù)混凝土強度增長情況和環(huán)境條件來確定。

2.2 U型槽的施工安裝

2.2.1 施工放線、土方開挖與回填

施工放線是U型槽安裝的第一步，應根據(jù)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場實際情況，準確放出渠道中心線和U型槽安裝位置線。放線時，應使用精度高的測量儀器，如全站儀、GPS等，并確保放線誤差在允許范圍內(nèi)。土方開挖應根據(jù)放線結(jié)果進行，開挖深度、寬度和坡度應符合設(shè)計要求。開挖過程中，應采取措施防止土壤坍塌和水土流失，如設(shè)置支撐、排水等。開挖完成后，應對渠底進行清平處理，確保渠底平整、無雜物。回填則應在U型槽安裝完成后進行，回填材料應選用符合要求的土壤或砂石，并分層夯實。回填時，應確保回填材料密實、無空洞，且與原土壤結(jié)合良好。回填高度和寬度應符合設(shè)計要求，以確保渠道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.2.2 U型槽運輸與安裝

U型槽的運輸應使用專門的運輸工具或設(shè)備，如平板車、吊車等。在運輸過程中，應采取措施防止U型槽受損或變形，如設(shè)置支撐、綁扎等。同時，應確保運輸路線暢通無阻，避免碰撞和顛簸。安裝時，應使用專業(yè)的安裝工具或設(shè)備，如吊車、滑輪組等。安裝前，應對U型槽進行檢查，確保其質(zhì)量符合要求且無損傷。安裝時，應按照放線結(jié)果和設(shè)計要求進行定位和調(diào)整，確保U型槽的幾何尺寸和位置準確。同時，應采取措施防止U型槽在安裝過程中移動或傾斜[3]。安裝完成后，應對U型槽進行檢查和驗收，確保其安裝質(zhì)量符合要求。對于不符合要求的部分，應及時進行整改和處理。

2.2.3 接頭處理與養(yǎng)護

U型槽的接頭處理是確保其連續(xù)性和密封性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。接頭處理應采用專用的接頭材料或密封膠，如橡膠墊、塑料膜、聚氨酯密封膠等。接頭材料應具有良好的彈性、密封性和耐久性，能夠適應渠道內(nèi)水流的變化和外部環(huán)境的影響。接頭處理前，應對U型槽接頭部位進行清理和干燥處理，確保無雜物和水分。然后，按照設(shè)計要求將接頭材料粘貼或嵌入接頭部位，并壓實和固定。接頭處理后，應進行檢查和測試，確保其密封性和穩(wěn)定性符合要求。養(yǎng)護則應在接頭處理完成后進行，養(yǎng)護方法同U型槽的養(yǎng)護。養(yǎng)護期間，應特別注意接頭部位的保濕和防裂處理，以確保其長期穩(wěn)定運行。同時，應定期對渠道進行檢查和維護，及時處理發(fā)現(xiàn)的問題和隱患。

3 農(nóng)田水利工程設(shè)計中的施工管理

3.1 精細化的施工組織設(shè)計

施工組織設(shè)計是施工管理的基石，需確保施工的高效與有序。首先，制定詳細施工方案，包括施工流程、工藝選擇及關(guān)鍵節(jié)點控制，明確各環(huán)節(jié)的操作步驟和質(zhì)量標準。例如，對于渠道開挖，規(guī)定采用分層開挖法，每層深度不超過0.5 m，以確保土層穩(wěn)定。其次，合理配置施工資源，根據(jù)工程量計算，配置施工人員120名，挖掘機8臺，自卸車15輛，以及全站儀、水準儀等精密測量設(shè)備各2臺，確保施工能力與任務(wù)需求相匹配。

3.2 嚴格的施工進度控制

在農(nóng)田水利工程的施工過程中，進度控制不僅是確保項目按時交付的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是優(yōu)化資源配置、提升整體效率的重要手段。為了實現(xiàn)這一目標，創(chuàng)新性地采用了甘特圖與網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)相結(jié)合的方式，來全面規(guī)劃并管理施工進度。首先，根據(jù)工程整體需求，精心制定了總進度計劃，明確各階段的關(guān)鍵節(jié)點和預期完成時間。隨后，為了進一步細化管理，又將總計劃分解為月度、周度的細分計劃，確保每一個施工環(huán)節(jié)都能緊密銜接，無縫對接。在實際施工過程中，堅持定期召開進度協(xié)調(diào)會議，這已成為管理進度的重要機制。會議不僅用于回顧上周或上月的施工進度，更重要的是，它能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決施工中出現(xiàn)的進度偏差。例如，面對不可預見的天氣因素，如雨天影響土方作業(yè)，會立即根據(jù)實際情況調(diào)整作業(yè)順序，合理調(diào)配資源，增加晴天時的施工強度，從而確保總體進度不受任何外界因素的干擾，始終保持穩(wěn)步推進。

3.3 全面質(zhì)量控制體系

質(zhì)量控制是農(nóng)田水利工程的生命線，它直接關(guān)系到工程的持久性和使用效果。因此，在設(shè)計及施工過程中，始終嚴格遵循設(shè)計要求和國家標準，特別是像《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》這樣的權(quán)威文件，確保每一個施工參數(shù)都準確無誤，符合行業(yè)規(guī)范。為了實施全過程的質(zhì)量監(jiān)控，特別設(shè)置了專職質(zhì)檢員，他們將對原材料、施工過程以及成品進行100%的嚴格檢驗。以混凝土強度測試為例，規(guī)定每批混凝土至少取樣3組進行強度測試，確保每一批混凝土的強度都能達到設(shè)計要求。同時，對于在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的任何質(zhì)量問題，都堅決實行“發(fā)現(xiàn)即改，改后必驗”的原則，確保每一個問題都能得到及時、有效的解決，并形成閉環(huán)管理，這種全面且嚴謹?shù)馁|(zhì)量控制體系，為農(nóng)田水利工程的品質(zhì)提供了堅實的保障[4]。

3.4 系統(tǒng)化的安全管理

安全管理是施工順利進行的前提。建立施工現(xiàn)場安全監(jiān)控系統(tǒng)，安裝攝像頭全覆蓋，配合定期安全巡查，及時發(fā)現(xiàn)并糾正違章行為。同時，加強施工人員安全教育，每年至少組織4次安全教育培訓，包括安全操作規(guī)程、應急處理等內(nèi)容，確保每位員工持證上崗。通過設(shè)立安全警示標志、配備個人防護裝備等措施，有效降低事故風險。

3.5 綠色環(huán)境保護措施

環(huán)境保護是施工不可忽視的責任。嚴格遵守國家環(huán)保法規(guī)，如《中華人民共和國環(huán)境保護法》及地方環(huán)保標準，施工前進行環(huán)境影響評估。施工中，采取生態(tài)友好型施工方法，如使用低噪音、低排放的施工機械，設(shè)置沉淀池處理施工廢水，減少對周邊環(huán)境的干擾。對于施工區(qū)域的植被，采取“避讓+恢復”策略，施工結(jié)束后進行植被補植，恢復生態(tài)原貌，確保施工活動與自然和諧共生。詳細施工管理流程如圖1所示。

圖1 施工管理流程

4 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)田水利工程設(shè)計中的渠道設(shè)計與施工管理是確保工程質(zhì)量、提升灌溉效率、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了保障農(nóng)田灌溉的順利有效開展，更好地促進農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，必須確保農(nóng)業(yè)水利工程中“農(nóng)田灌溉基本保障”的渠道系統(tǒng)的運行效率與質(zhì)量；良好的渠道規(guī)劃設(shè)計和優(yōu)質(zhì)的施工直接影響著所設(shè)計的渠道灌溉系統(tǒng)是否更加完善、安全、

合理。

參考文獻

[1] 江道宗.農(nóng)田水利工程設(shè)計中的渠道設(shè)計及其施工管理研究[J].百科論壇電子雜志，2024（7）：97-99.

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[3] 朱旭.農(nóng)田水利工程渠道設(shè)計與施工管理關(guān)鍵點分析[J].水電水利，2021，4（11）：120-121.

[4] 李娜，林波.灌區(qū)農(nóng)田水利渠道設(shè)計及其施工技術(shù)分析[J].水利電力技術(shù)與應用，2024，6（3）.