農(nóng)田水利設(shè)施改造方案設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用研究農(nóng)田水利設(shè)施改造方案設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

摘" 要：為了提升農(nóng)田水利設(shè)施的灌溉效率與節(jié)水性能，通過介紹某項(xiàng)目實(shí)例的自然地理概況、工程地質(zhì)條件及與項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前農(nóng)田水利設(shè)施存在的突出問題。在此基礎(chǔ)上，提出了農(nóng)田水利設(shè)施改造方案，包括渠道工程參數(shù)設(shè)計(jì)、機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)改造、，以及土方開挖、夯實(shí)與水利建筑物施工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的優(yōu)化措施。研究結(jié)果表明，該改造方案能夠顯著提升灌溉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，有效減少水資源浪費(fèi)，增強(qiáng)農(nóng)田的抗旱能力。通過實(shí)際應(yīng)用，改造后的農(nóng)田水利設(shè)施在灌溉保證率、節(jié)水效果及、作物產(chǎn)量等方面均表現(xiàn)出顯著改善，為類似農(nóng)田水利設(shè)施的改造提供了有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田 水利 設(shè)施" "改造 施工" "渠道[wl2]" 渠道工程" "排水能力

中圖分類號：S274

Research on the Design and Construction Application of Farmland Water Conservancy Facility Renovation Plan

DU Zhitong" YANG Ziqi

Shandong Xinhui Engineering Consulting and Design Co.， Ltd.， Dongying， Shandong Province， 275000 China

Abstract： In order to improve the irrigation efficiency and water-saving performance of agricultural water conservancy facilities， this paper analyzes the prominent problems existing in current agricultural water conservancy facilities by introducing the natural geographical overview， engineering geological conditions， and current situation of a project example. On this basis， a plan for the renovation of agricultural water conservancy facilities was proposed， including optimization measures for key links such as channel engineering parameter design， mechanical and electrical and metal structure renovation， as well as optimization measures for key links such as earthwork excavation， compaction， and water conservancy building construction. The research results indicate that this renovation plan can significantly improve the stability and operational efficiency of the irrigation system， effectively reduce water resource waste， and enhance the drought resistance of farmland. Through practical application， the renovated agricultural water conservancy facilities have shown significant improvements in irrigation guarantee rate， water-saving effect， and crop yield， and other aspects， providing useful references and guidance for the renovation of similar agricultural water conservancy facilities.

Key Wwords： Farmland water conservancy facilities; Renovation construction; Channel engineering; Drainage capacity Farmland; Water conservancy; Facilities;Reform; Construction; Channel

農(nóng)田水利設(shè)施作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的基石，對于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保障農(nóng)民生活具有重要意義。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，農(nóng)田水利設(shè)施的改造與升級變得尤為迫切。在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，農(nóng)田水利設(shè)施面臨著諸多挑戰(zhàn)。隨著氣候變化和土地資源的日益緊張，傳統(tǒng)灌溉方式已難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求。此外，部分農(nóng)田水利設(shè)施由于年久失修，存在嚴(yán)重老化、效率低下等問題，急需進(jìn)行改造升級。因此，開展農(nóng)田水利設(shè)施改造方案設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用研究，對于提高灌溉效率、節(jié)約水資源、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收具有重要意義。在改造方案設(shè)計(jì)方面，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤類型、作物種類等因素，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，設(shè)計(jì)出既符合實(shí)際需求又具備高效節(jié)水功能的灌溉系統(tǒng)[1-2]。下文將結(jié)合工程需求，對此展開設(shè)計(jì)。[wl3]

1" 項(xiàng)目實(shí)例

1.1" 自然地理概況

農(nóng)田水利工程試點(diǎn)項(xiàng)目所處的自然地理概況具有顯著特征。該項(xiàng)目地理位置位于東經(jīng)9[A4] 4°45'至97°00'、北緯39°42'至41°50'的區(qū)域內(nèi)。從行政管理歸屬上看，該項(xiàng)目由地級市直接管轄，確保了項(xiàng)目實(shí)施的規(guī)范性和高效性。此外，項(xiàng)目所在地在地域分布上，南北兩側(cè)緊鄰兩個(gè)縣，西北方向則與外省份交界，這樣的地理位置使得項(xiàng)目在區(qū)域水資源調(diào)配和農(nóng)田灌溉方面具有重要的戰(zhàn)略意義。

對農(nóng)田水利工程試點(diǎn)項(xiàng)目的自然地理概況進(jìn)行分析，如下表1所示。

1.2" 工程地質(zhì)條件

本次工程針對擬開挖的渠道地基進(jìn)行了采樣與篩選試驗(yàn)，旨在評估地基的工程適宜性。建議在渠道沿線，每隔1 km開挖一個(gè)探坑，共計(jì)6個(gè)，以全面了解地質(zhì)狀況[3-4]。該農(nóng)田水利工程試點(diǎn)項(xiàng)目所處地形單元為細(xì)粒土平原，此種地形特征為項(xiàng)目提供了相對平坦的施工基礎(chǔ)。地層構(gòu)成方面，項(xiàng)目區(qū)域主要由第四系全新世的粉質(zhì)黏土構(gòu)成，其中夾雜著粉細(xì)砂層透鏡體，此類地質(zhì)結(jié)構(gòu)在水利工程中需要特別注意其穩(wěn)定性和透水性。至于土層特性，該區(qū)域主要分布著粉質(zhì)中土，并且土層厚度大于等于3 m，呈現(xiàn)出略密的結(jié)構(gòu)性，意味著在工程施工過程中，需要考慮土層的承載能力和壓實(shí)性，以確保水利設(shè)施的穩(wěn)定與安全。以此種方式，掌握試點(diǎn)地區(qū)的工程地質(zhì)條件，如下表2所示。

1.3" 項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀

經(jīng)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，試點(diǎn)地區(qū)擁有一條長達(dá)1 000 m的水渠。然而，該鄉(xiāng)渠道基礎(chǔ)設(shè)施普遍較差，多數(shù)輸水干線缺乏必要的襯砌與防護(hù)措施，主要為土質(zhì)渠道[5]。圖1為項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀。

2" 農(nóng)田水利設(shè)施改造方案

2.1" 渠道工程參數(shù)設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目區(qū)域的多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉渠道中，灌溉作業(yè)均遵循輪灌制度，水源統(tǒng)一來自某大型水庫。渠道的設(shè)計(jì)流量依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[wl7] [A8] （GB50288—2018）提供的輪灌渠道設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式[A9] 確定：

（1）

式（1）中：代表輪渠道設(shè)計(jì)流量；代表渠道輪灌組數(shù)；代表設(shè)計(jì)灌水率；代表該渠道輪灌組平均灌溉面積；代表輪灌渠道到田間灌溉水利用系數(shù)[6]。

綜合考量當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)、材料運(yùn)輸及應(yīng)急響應(yīng)能力，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，本次農(nóng)渠設(shè)計(jì)采用U形斷面，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2" 渠道U形斷面示意圖

結(jié)合明渠均勻流公式，計(jì)算渠道水利要素：

（2）

（3）

式（2）、式（3）中：代表流量；代表過水?dāng)嗝婷娣e；代表謝才系數(shù)；代表水力半徑；代表渠道比降；代表渠道糙率。

2.2" 機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)改造

該小型農(nóng)田水利工程改建項(xiàng)目中，控制閘與分水閘均設(shè)計(jì)為人工操作，無須額外配備電力設(shè)備。依據(jù)項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃，該項(xiàng)目將對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)灌溉渠道實(shí)施改造，并在改造后的斗渠上增設(shè)控制分水閘及地口閘[7]。

2.3" 土方開挖、夯實(shí)與水利建筑物施工

采用0.5[A11] ～1 m規(guī)格的挖掘機(jī)進(jìn)行土方開挖。為確保土方平衡，每條溝渠均按既定比例進(jìn)行挖掘與回填作業(yè)，將符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的土方回填至指定區(qū)域，剩余土方則由推土機(jī)運(yùn)送至溝渠兩側(cè)的洼地。

土方回填施工分為回填作業(yè)和抗凍墊層料回填[8]。回填作業(yè)涵蓋渠道堤防、建筑物基礎(chǔ)與深基坑回填。渠道回填以填筑與壓實(shí)為主，輔以機(jī)械施工及人工操作。

抗凍墊層料回填時(shí)，砂礫料經(jīng)篩分處理，確保回填材料相對密度大于0.65，淤泥含量低于3%，基礎(chǔ)表面平整且壓實(shí)。鑒于本工程混凝土用量少且分布廣泛，采用0.4 m攪拌機(jī)拌和，小車運(yùn)輸至倉內(nèi)，并使用機(jī)械振搗。

3" 改造方案應(yīng)用效果

3.1" 排水渠道排水能力檢驗(yàn)

完成上述設(shè)計(jì)后，對改造后的工程進(jìn)行排水渠道排水能力檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，所有臨時(shí)水位觀測點(diǎn)的水流流速，均可以達(dá)到設(shè)計(jì)值，說明排水渠道排水能力達(dá)標(biāo)。

3.2" 襯砌結(jié)構(gòu)完整性檢驗(yàn)

襯砌結(jié)構(gòu)完整性檢驗(yàn)過程中，通過目視檢查襯砌表面，觀察是否存在裂縫、脫落或滲水現(xiàn)象。同時(shí)，對襯砌內(nèi)部進(jìn)行無損檢測，判斷其內(nèi)部是否存在空洞或損傷。

從圖5可以看出，施工后的襯砌結(jié)構(gòu)完整性較高，基于宏觀層面分析，表面平整，通過質(zhì)量驗(yàn)收。

4" 結(jié)論[wl12]

本研究針對農(nóng)田水利設(shè)施的改造方案設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，通過項(xiàng)目實(shí)例分析，提出了包括渠道工程參數(shù)設(shè)計(jì)、機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)改造，以及土方開挖、夯實(shí)與水利建筑物施工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的一系列優(yōu)化措施。研究結(jié)果顯示，改造后的農(nóng)田水利設(shè)施在排水能力、襯砌結(jié)構(gòu)完整性等方面均表現(xiàn)出顯著提升，有效增強(qiáng)了灌溉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，同時(shí)減少了水資源浪費(fèi)，增強(qiáng)了農(nóng)田的抗旱能力。

通過對改造方案應(yīng)用效果的檢驗(yàn)，驗(yàn)證了所提改造方案的有效性和可行性。然而，本研究仍存在一些局限性，如未考慮長期運(yùn)行過程中的維護(hù)問題，以及氣候變化可能對灌溉系統(tǒng)帶來的影響。未來工作應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對農(nóng)田水利設(shè)施長期運(yùn)行效益的評估，同時(shí)探索更加智能化、高效化的灌溉技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。本研究成果為類似農(nóng)田水利設(shè)施的改造提供了有益的參考和借鑒。

根據(jù)上述研究，得到如下結(jié)論：

（1）從上述圖4所示的結(jié)果可以看出，所有臨時(shí)水位觀測點(diǎn)的水流流速，均可以達(dá)到設(shè)計(jì)值，說明排水渠道排水能力達(dá)標(biāo)。

（2）從上述圖5所示的結(jié)果可以看出，施工后的襯砌結(jié)構(gòu)完整性較高，基于宏觀層面分析，表面平整，通過質(zhì)量驗(yàn)收。

參考文獻(xiàn)

[1] 昌校宇.全國首單水利設(shè)施REITs網(wǎng)下認(rèn)購倍數(shù)創(chuàng)年內(nèi)新高[N].證券日報(bào)，2024-10-18（A1）.

[2]鄭萌.農(nóng)田水利設(shè)施對糧食生產(chǎn)用水效率的影響研究[J].黑龍江糧食，2024（9）：40-42.

[3]王新鳳.安徽省六安市農(nóng)戶參與小型農(nóng)田水利設(shè)施管護(hù)意愿及影響因素研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2024.

[4]潘崇倫.水利設(shè)施無人站網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2024（1）：30-32，73.

[5]陳明星.水利設(shè)施賦能城市建設(shè)發(fā)展的探索與實(shí)踐：以山美灌區(qū)晉江灌片工程為例[J].海峽科學(xué)，2024（1）：97-101.

[6]劉景政，穆月英.我國農(nóng)田水利設(shè)施的時(shí)空特征與強(qiáng)化對策研究[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2023，22（6）：16-30.

[7]陳之晗.農(nóng)田水利設(shè)施改善對種植業(yè)氮磷面源污染的影響機(jī)制研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2023.

[8]張洛楠.鄉(xiāng)村振興視域下河南農(nóng)田水利設(shè)施投入效率研究[D].洛陽：河南科技大學(xué)，2023.