高州市石鼓鎮農業調水工程規劃與設計研究

摘 要：針對高州市石鼓鎮農業生產用水不足的問題，規劃設計滿足其需求的調水方案及泵站、渠道建設方案。根據當地年需水量與蓄水量，計算得到年調水量；根據當地河流情況，確定取水泵站選址及出水流量，并選定水輪泵型號；規劃灌溉渠道建設位置、數量、形式、方法與等級，設計各類渠道尺寸，提出用于優化供水與補水的水閘形式及增壓點建設方案。該水利灌溉工程能切實滿足石鼓鎮農業生產用水需求，實現農民增收，且對類似水利工程的規劃與設計具有借鑒作用。

關鍵詞：農業調水；水量計算；泵站設計；渠道規劃；供水優化

中圖分類號：S277 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2025）5-150-5

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.05.031

1 高州市石鼓片區水資源現狀與調水意義

高州市石鼓鎮是廣東省水稻生產專業鎮，總面積為155.2 km2，轄32個村（社區），耕地面積約4 466.67 hm2［1］。石鼓鎮農業用水特點為用水量大、蓄水量少。石鼓鎮自然降雨主要由低壓槽和臺風等天氣形成，年平均降水量為1 711 mm。當地雖然降水量豐富，但蒸發量也較大。經測量，該地區年平均水面蒸發量為1 380 mm，即降水中的49.4%被植物蒸騰和土壤蒸發消耗掉，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農業灌溉用水存在的困難，在流經該地區的鑒江設置取水點，輔以泵站、灌溉渠道，設計規劃出一套小型調水方案。這不僅能緩解石鼓鎮水資源分布不均的問題，而且能確保農田在干旱季節獲得充足的灌溉水源，減輕干旱對農業生產的影響，增強當地農業抵御自然災害能力，從而保障糧食生產安全和農業生產的穩定性，助力石鼓鎮農業發展。

2 調水量計算

參考2018年數據，石鼓鎮農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%。通過不同類型農田的灌溉定額和灌溉面積來計算灌溉水量［2］，灌溉水量即為本研究所提及的需水量。根據廣東省市場監督管理局發布的《用水定額 第1部分：農業》，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，荔枝成年樹為2 895 m3/hm2，龍眼成年樹為2 985 m3/hm2，柑橘成年樹為4 500 m3/hm2。

研究采用直接計算法來計算毛灌溉用水量。直接計算法先調查統計灌區作物灌溉制度中的灌水定額，再計算灌區的凈灌溉用水量，其值等于灌區年度綜合灌溉定額乘以灌區總灌溉面積［3］。根據上述標準與方法，計算出石鼓鎮的農業灌溉用水總量（見表1）。

蓄水量是反映河流、湖泊（水庫）等地表系統水量盈虧的重要指標［4］。表1中，蓄水量（m3）的計算方法為年降水存量（年降雨量與蒸發量的差值，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。

通過分析計算范圍內各水量輸入、輸出項的平衡關系，用水量平衡法來計算其生態需水量［5］。本研究的調水量計算方法是結合“灌溉設計保證率”及“渠系水利用系數”來計算需水量與蓄水量之差（×104 m3）。根據《灌溉與排水工程設計標準》中的相關規定，以水稻種植為主的濕潤地區灌溉設計保證率為80%～95%，廣東地區多采用灌溉設計保證率為90%［6］。本研究的設計方案采用灌溉設計保證率為90%，渠系水利用系數設為0.75。結合表1中各種作物需水量之和與蓄水量數據，調水設計方案的年均毛灌溉調水量為（4 057.15-1 478.47）×104 ×0.9÷0.75=3 094.42×104" "m3。。

3 泵站設計

3.1 泵站選址

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

受地轉偏向力影響，北半球的河流在流動時，河水在偏向力的作用下會向右偏，河道右岸受到的沖刷作用比左岸更強。因此，通常河道的右岸比較陡峭，左岸相對平緩［7］。故此，泵站建設位置宜設計在河道左邊。

結合鑒江流經石鼓鎮的路徑，在沙坡村附近時為自東向西流，且水流較平緩。該地遠離居民區，可避免泵站工作時的噪聲對居民產生干擾。故泵站的建設位置選址在沙坡村北邊近鑒江區域的左岸［見圖1（b）］，該地（東經：110.783 830 54°、北緯21.885 466 07°）有助于利用地勢形成水流的自然流動。

3.2 泵站出水量計算與水輪泵選型

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

設計的取泵站出水量為1.0 m3/s（1 000 L/s）。

水輪泵是一種把水輪機和水泵組合在一起、以水力作為動力的抽水機械，在山區、丘陵、濱海、平原，凡有急流、落差的地方都可利用，且有結構簡單、性能好、投資少、見效快等優點［8］。經實地勘測，由鑒江水面引水上岸的高程為8 m左右，結合泵站建設位置的地勢和所需毛灌溉調水量等數據，按國家標準《水輪泵》（GB/T 6490—2021）中“4.3性能參數”，選用Z系列水輪泵作為引水泵，選型及技術參數見表2。

4 灌溉渠道規劃設計

4.1 渠道總體規劃

科學的設計和規劃是建設合理、高效農田水利設施的前提［9］。本研究根據高州市石鼓片區地形、地貌及作物種植區域的分布情況，針對不同農作物的需水量，設計橫截面積不同的灌溉主干渠和分干渠。在主干渠設計中，盡量實現水流可回收利用、可循環到河流中；分干渠在主干渠上進行分流，以水閘開關對其進行控制，避免出現過量灌水淹沒農作物的現象。

以使用便捷為原則，設計灌溉渠道走向時需要考慮地勢高程。為此，以奧維地圖作為輔助，充分利用當地符合補水條件的石陂沖水庫，綜合規劃設計7條灌溉渠道，如圖2所示。

4.2 渠道設計

根據灌溉渠道的總規劃設計圖，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，所設計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，設計渠道占地寬度為a、內寬為b、高度為c、內高為d、側壁寬為e的主干渠和各分支渠道。同時，按渠道走向每500 m測量高程，在下游高程高出上游處設計為增壓點。

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圖3 灌溉渠道通用式樣

共設計1號主干渠、2～6號分支渠和7號補水渠等7條渠道，總長度為78.364 km，海拔為15～44 m，共設置增壓點39個，最大增壓值為8 m。各條渠道的長度、海拔高度、增壓點數量、增壓值及設計尺寸等數據見表3。

為保證田間施工便捷、渠道使用時穩固，渠道基底進行平整回填和壓實，鋪設100 mm厚的碎石粉疊層后，再進行建設。渠道側壁統一設計為磚墻側壁，墻體兩側再添加10 mm的C25混凝土漿進行平整和固定，側壁每隔100 m增設瀝青木板進行分段建設。

根據《灌溉與排水工程設計標準》，該渠道設計等級為Ⅴ級，規模為小（2）型，主要建筑物5級，次要建筑物5級，渠溝級別為5級。

4.3 供水優化與補充

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

由表3可知，灌溉渠道中需要建設39處加壓泵站，最大增壓點為8 m，余下大部分在3m以下。設計中高于3 m的增壓點可分解為2～3個類似3 m的增壓點進行建設。增壓點加壓泵選擇軸流式泵，其流量大、結構簡單、重量輕、占地面積小、操作簡單方便。立式軸流泵和潛水軸流泵是廣泛使用的低揚程泵型［10］，考慮設計中泵站出水流量大于0.98 m3/s的過流狀態及盡量少占用土地的原則，按國家標準《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為700ZLQ-3.2，其余渠道需加壓水泵型號為400ZLB-4.0。2種泵的具體參數見表4。

5 結束語

本研究以滿足高州市石鼓鎮農業種植用水需求為目標，較完整地說明小型農業水利項目規劃設計的全過程。根據年需水量與蓄水量數據，計算出石鼓鎮農業種植的年需調水量，并結合當地地貌和河流位置、流量與走向，選定取水泵站位置，計算出泵站的出水流量，并選定水輪泵型號，進而全面規劃包括主干渠、分支渠及補水渠在內的7條灌溉渠道，確定渠道的樣式與形式，設計并計算出渠道的尺寸、長度、增壓點數量等參數，說明渠道的建設方式與等級及水閘、增壓點的設計等供水優化與補充方法。

結合鄉村振興的時代發展要求，筆者梳理了建設農業灌溉工程的要點，說明了灌溉工程設計與規劃的重點，旨在助力當地水利事業的高質量發展，增強當地農民的幸福感。

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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

作者簡介：伍渭城（1994—），男，碩士，助理工程師，研究方向：水利設施規劃設計與建設；羅浩然（2005—），男，本科生，研究方向：工程設計與造價。

通信作者：陳光偉（1973—），男，博士，副教授，研究方向：液壓傳動與伺服系統設計、機械結構設計與理論。