浅谈农田水利灌渠的优化设计

李金全

摘要：近几年来，农田水利已经成为一个广泛关注的问题了，如何利用地表水进行农田灌溉，如何高效的利用地表水等问题也是待解决的重要问题。因此，在农田灌溉设计中，我们需要考虑的问题还有很多，需要大家的共同努力，不断地优化农田水利灌渠的设计。

关键词：农田水利工程；灌渠优化设计；阶式水平畦灌模型

中图分类号：TV 文献标识码： A

引言：

农业是国民经济的基础产业，水利是农业的命脉，作为重要的基础设施，水利是保障农业发展的必需。作为一个农业大国，农业的发展一直都是我国经济建设的中流砥柱。所以，如何大力发展农业一直是我们应当重点关心的问题。近几年的农田水利灌溉问题就是其中一个不容忽视的问题，如何更好的利用地表水进行农田灌溉以及如何设计出最经济、最有效率的农田灌溉设计也是迫在眉睫的事，值得我们研究和探索。

1.农田灌溉现状分析

灌溉渠道优化设计的科学与否直接影响到工程的经济性、水资源利用效率以及工程在农业生产中效益的发挥。渠道设计的基本内容是在满足各种约束条件下利用优化方法确定出设计参数、提高输水效率、降低工程费用。

灌溉渠道在整个灌溉系统中各渠道是一个系统，即称为灌溉渠系，一般分为干、支、斗、农四级固定渠道，这些起着输水、配水的重要作用；同时还有配套的渠系建筑物，这些建筑物不但保证安全输水，合理分配水量，而且能实现既定的灌溉、排水、给水等任务。针对灌溉渠道在整个灌溉系统中的重要地位，在灌溉渠道规划设计时，必须合理地、因地制宜地布置灌溉渠道的级数，设置好灌溉渠系上的各种建筑物。

2.农田灌溉渠道系统规划应遵守的原则

2.1位置就高原则

为了自流灌溉更多的耕地，减少交叉建筑物过多和土石方工程量大，灌溉渠道设计时，应尽量布置在高程较高和分水岭处。另外，根据地形和地势，结合实际状况，考虑排水设施的布置，尽量利用天然的排水沟作为灌溉渠道的排水设施，避免相互干扰。例如，在怀集县三坑水库中型灌区改造工程中，灌溉渠道的干、支渠布置在满足总体规划要求的前提下，应尽量布置在位置较高的地带，其他各级渠道亦应如此布置。这样做的优点是增大自流灌溉控制面积，节约能源。布设多级灌溉渠系时，应尽量避免挖方，以填方为主，对于末级渠系，可灵活应用，不做要求。

2.2经济原则

渠线的长短和工程量的大小成正比关系，所以从经济方面考虑，渠线在满足灌排要求的情况下应尽量短直，这样可以减少占地和工程量。如渠线规划需穿越村镇，应认真比较拆迁安置费用和绕村镇增加工程费用，择优选取；如渠线规划穿越区域有坡、岗、沟、谷等障碍地形，应仔细比较挖填方量或因避绕障碍地形增长渠线从而加大工程量的费用。总而言之，在满足工程要求的前提下，应遵循经济原则。

2.3方便管理原则

为充分发挥工程效益，渠系建成后的运行管理也是在规划布置过程中应着重考虑的因素。一般情况下渠系的规划布置应按照行政区域划分，尽量减少各用水单位跨区管理。比如说，小型农田水利重点县（怀集县）2012年度建设工程共涉及31个行政村，在设计过程中，为了考虑今后便于管理，以行政村进行区分，分为31个灌溉系统，为工程的建设运行管理带来了极大的便利。

2.4安全原则

灌溉渠道的安全问题是规划设计过程中首要考虑的因素。对于干渠，为考虑引水安全，最好布置成挖方渠道，尽量避免深挖方和高填方；对于支渠，为安全考虑和节省土方，布置成半挖半填比较符合支渠配水为主的需要。另外，规划设计前，应充分调查渠系施工地区的地质情况，避免渠系经过地区有节理发育的破

碎地带和透水性强的地带。

2.5渠系建筑物的合理布置原则

为了更好的控制水位及流量，合理分配水量，灌溉渠道上布置很多渠系建筑物，这些建筑物的数量、种类很多，故在设计中，必须合理的布置这些渠系建筑物，以便优化渠线布置，充分发挥其作用。因此，渠系建筑物在布置和选型上应以全面规划、合理布局为基础，考虑以下几个方面：（1）渠系布置时应能满足输水、分水、排水、泄水等要求，保证运行安全，便于管理和维修，同时保障灌区交通运输畅通，满足灌区群众的生活和生产需求。（2）渠系建筑物能及时有效地调节水位和流量，并保证水头损失小，水流平稳等。布置时应尽量采用联合运用，集中管理，这不但可以适当减少建筑物数量，避免交叉，而且还可以减少工程投资。（3）渠系建筑物应根据当地的地形地质状况和水文条件及施工技术，合理选择其位置、型式等。设计时，应充分利用当地材料修建，采用定型设计和装配式建筑物。

3.灌溉渠道设计流量的求解

流量的设计关系到渠道横截面的面积设计，具有因果关系；关系到施工的范围和施工的强度，并且是有效参数，所以流量的规划是具有现实意义的。根据通常所采用的计算公式，可以以此为计算模式：

Q=QJ+QS

QJ=qj*A1

式中：Q-灌溉渠道的设计流量

QJ-未计渠道输水损失和田间灌水损失的渠道流量

QS-渠道在输送水过程中损失的渠道流量

qj-设计灌水率

A1-灌溉渠道控制的净灌溉面积

渠道的渗水损失计算，要在渠道建成后，根据测定其渗漏量，求其渗水损失.然而，设计阶段，经常采用经验公式进行计算:

Q=S/1000*L

S=10*A*QJ(1-m)

式中：S-每公里渠道输水损失流量

L-灌溉渠道长度

A-土壤透水系数

m-土壤透水指数

其他符号意义同前

在流量规划设计时应当注意特殊情况，对最大值的设定。一旦遇见洪水灾害和干旱时对于渠道的具有缓冲余地。这个最大值的确定要根据当地的实际情况来确定，参照相似工程的需求和规范来处理的。具体公式如下：

Qd=(1+a)*Q

式中：Qd-灌溉渠道加大流量

a-加大系数

其他符号意义同前。

渠道将用水地点和水源连接起来,能够直接导致水以怎样的形式怎样的程度进入灌溉区域,所有渠道的质量必须有保证。通常来说，渠道的质量过关代表着能够通过更多的水量，产生更多的正价值。其值是由各级渠道的渠道水利用系数的乘积求的，其主要包括渠道水利用系数、渠系水利用系数等。所以，渠道的通行质量应当注意保证，这能够带来后期工作的稳定和长期发展。

4.农田灌溉的优化设计方法

根据明渠均匀流原理，推求了灌溉渠道设计的最佳水力断面法和实用经济断面法。通过对两种种设计方法优化对比分析，提出了实用经济断面法在灌溉渠道设计中的实用性。

（1）根据实用经济断面法，确定了灌溉渠道横断面最优化的结构尺寸和灌溉渠道不冲不淤流速的约束条件。

（2）根据灌溉渠道纵断面设计原则确定各支渠取水口要求的控制水位和干渠取水口要求的控制水位的计算方法，确定灌溉渠道纵断面设计中的水位衔接的约束条件。

（3）根据灌溉渠道挖填平衡原则，确定了灌溉渠道工程量与渠道填方量、挖方量、渠道比降和填方损失系数有关的非线性函数，用以表征影响工程量的因素。

5.结语

我国是一个农业大国，无论什么时候都要将农业发展作为我国经济发展的重中之重，否则十三亿的人口大国难以在全球立足。而要如何发展才能使得我国的农业更加繁荣，是我们每个人都应该关心的问题。对于农田水利灌溉的优化设计来说，以上的部分是大家齐心协力研究、探索和时间得出来的经验和收获，但是只有这些是远远不够的，未来农田灌溉必然要加入高科技手段，使得灌溉技术更加的方便操作、提高效率。所以，研究探索出更好、更快、更高效率的农田灌溉设计是我们每个人的责任，我们应当把这看做是我们的职责，重视起来，为我国的农业兴起而添砖加瓦。

参考文献：

[1]华东水利学院，水工设计手册-灌区建筑物，北京：水利电力出版社.1984.11

[2]中华人民共和国水利部，灌溉与排水工程设计规范，GB50288-99