灌區(qū)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題探討

賈欽

摘要：對(duì)于農(nóng)業(yè)糧食的生產(chǎn)，灌區(qū)的合理修建有著非常重要的作用。想要保證灌區(qū)工程設(shè)備，灌溉功能的正常發(fā)揮，保證水資源的合理利用，就必須對(duì)整體灌區(qū)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)此在針對(duì)灌區(qū)實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上從農(nóng)民供水要求、灌區(qū)合理劃分、灌輸渠道布置、管道整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他建筑物幾個(gè)方面，對(duì)灌區(qū)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)探討和分析，希望可以為現(xiàn)代灌區(qū)工程設(shè)計(jì)和修建提供一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)工程；渠道布置；合理設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.22.092

0引言

灌區(qū)主要是指配備可靠水源和地表引水、輸水以及配水渠道，可以用于輔助灌溉的農(nóng)業(yè)田地面積。從本質(zhì)上來(lái)看，灌區(qū)是一種特殊的農(nóng)業(yè)產(chǎn)物，它是人類在長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，為了減輕農(nóng)業(yè)負(fù)擔(dān)而形成的。合理分配和再次區(qū)域劃分農(nóng)業(yè)耕種區(qū)域內(nèi)的灌溉水資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)灌區(qū)的整體性灌溉是對(duì)農(nóng)業(yè)灌區(qū)進(jìn)行整體和優(yōu)化的最重要目的，從某一角度來(lái)說(shuō)，灌區(qū)是一種農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，它的狀態(tài)是半自然半人工的。因?yàn)楣鄥^(qū)的灌溉效率和灌區(qū)農(nóng)田對(duì)水資源的整體利用受到農(nóng)業(yè)灌區(qū)整體工程設(shè)計(jì)的影響，所以在對(duì)灌區(qū)進(jìn)行配置優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)存在很多問(wèn)題，這需要設(shè)計(jì)人員多加注意。例如：在進(jìn)行灌區(qū)相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用灌區(qū)水資源，需要考慮許多外在因素，如地質(zhì)類型、周圍環(huán)境、灌區(qū)內(nèi)地表水文等，要既能滿足農(nóng)業(yè)田區(qū)的灌溉需求，又能最大程度地減少浪費(fèi)灌溉用水。

1灌區(qū)自然環(huán)境問(wèn)題

1.1灌區(qū)供水要求

灌區(qū)灌溉供水是灌區(qū)修建和設(shè)計(jì)的最主要目的，所以在進(jìn)行灌區(qū)工程的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先對(duì)應(yīng)用農(nóng)田區(qū)的灌溉水資源需要量進(jìn)行實(shí)際考量，以獲取確定的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)灌區(qū)工程進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，最后可以保證灌區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)達(dá)到灌區(qū)農(nóng)田水量的需求。提高灌區(qū)灌溉水平和保證灌溉質(zhì)量，需要確保灌區(qū)工程的真實(shí)性和有效性。了解灌區(qū)農(nóng)田灌溉水需求的過(guò)程中，主要考慮下面的幾個(gè)因素：灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積、地表地下水文條件、農(nóng)田土壤條件等。如果經(jīng)過(guò)實(shí)際探究可以確定灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田地質(zhì)條件優(yōu)越、耕地密集、農(nóng)業(yè)資源豐富則對(duì)灌區(qū)工程供水需求量會(huì)大大降低，可以根據(jù)實(shí)際土壤情況，降低噴頭覆蓋面積和噴水量，反之則提高相關(guān)噴水量。

1.2灌區(qū)合理劃分

根據(jù)農(nóng)田面積和實(shí)際環(huán)境情況，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行合理規(guī)劃，同樣是灌區(qū)工程的重要問(wèn)題之一。對(duì)于灌區(qū)工程設(shè)計(jì)而言，想要在節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上提高供水效率，必須對(duì)灌區(qū)進(jìn)行合理劃分，從而使水資源的分配更加合理，對(duì)灌區(qū)工程設(shè)備的建設(shè)也有所幫助。此外灌區(qū)的劃分還需要與灌區(qū)周圍地質(zhì)環(huán)境相結(jié)合，對(duì)于沖積平原或開闊灌區(qū)，可以進(jìn)行扇形排列，保證農(nóng)田區(qū)域均衡。對(duì)于短平壩較小、地層構(gòu)造侵蝕較為嚴(yán)重，或槽谷過(guò)多的灌區(qū)，需要進(jìn)行密集劃分，防止槽谷阻礙灌溉水流，從而保證灌溉效果。

2灌區(qū)管道設(shè)備設(shè)計(jì)問(wèn)題

灌區(qū)設(shè)備設(shè)計(jì)問(wèn)題主要是指工程設(shè)備本身的各類系統(tǒng)問(wèn)題，其包含的整體框架結(jié)構(gòu)如圖1。

2.1管道系統(tǒng)布置

在灌溉工程設(shè)計(jì)中，管道系統(tǒng)的布置是整個(gè)灌區(qū)能否協(xié)調(diào)工作的核心，合理的管道系統(tǒng)布置需要做到集農(nóng)田灌溉系統(tǒng)、灌溉水排放系統(tǒng)、人行道路等各類系統(tǒng)緊密相連，統(tǒng)籌規(guī)劃。此外對(duì)于管道系統(tǒng)布置，還需要做到管網(wǎng)供水可靠、系統(tǒng)排水方便、大型農(nóng)業(yè)機(jī)耕方便，并需要對(duì)原本存在的管道工程結(jié)構(gòu)設(shè)施和環(huán)境特征加以充分的利用，保證灌區(qū)獨(dú)立排水系統(tǒng)可靠性。此外，對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行布置時(shí)，要注意控制線路總長(zhǎng)度、保證管道線路平順、控制面積和以及減小管道拐彎和起伏情況。對(duì)于管道系統(tǒng)的整體管道級(jí)數(shù)的確定，需要根據(jù)整個(gè)農(nóng)業(yè)灌區(qū)環(huán)境因素，包括灌區(qū)排水條件、灌區(qū)面積、灌區(qū)地質(zhì)環(huán)境以及灌區(qū)修建區(qū)域綜合經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行確定。如果灌區(qū)內(nèi)存在海拔高點(diǎn)，并且在該點(diǎn)位有干渠或者其他水源點(diǎn)，可以進(jìn)行分散取水，那么灌區(qū)管道級(jí)數(shù)可以酌情消減。通常在500畝的灌溉區(qū)域內(nèi)，可以考慮應(yīng)用單級(jí)管道。如果超出這一面積，則需要應(yīng)用二級(jí)管道。另外，如果灌區(qū)工程條件較好或經(jīng)濟(jì)發(fā)展較優(yōu)越，灌區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，每個(gè)水口控制面積較小，可以酌情進(jìn)行管道升級(jí)。

2.2管道流量設(shè)計(jì)

灌溉系統(tǒng)的管道流量即為整個(gè)灌溉工程灌溉最高峰時(shí)所需要管道流量。在考量水資源定額、灌溉水利工程整體建設(shè)系數(shù)的前提下該流量值既要考慮灌溉區(qū)域作物、農(nóng)作物分布結(jié)構(gòu)、還要考慮整體灌水周期、灌溉面積、水資源定額等諸多因素。該流量值是整個(gè)灌區(qū)工程應(yīng)用管道管徑的選擇和管道水壓力度計(jì)算的重要衡量依據(jù)，其流量計(jì)算關(guān)系式如下：

公式中，Q為灌溉系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流量值；m為灌溉水總量；A為灌溉區(qū)應(yīng)用面積；T為灌溉周期；t為每日灌溉時(shí)間，為灌溉水利整體系數(shù)。

想要當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)的實(shí)際檢驗(yàn)資料以及多年來(lái)的灌區(qū)經(jīng)驗(yàn)是制定合理的灌溉制度和灌水流量的基本參數(shù)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)的實(shí)際檢驗(yàn)資料以及多年來(lái)的灌區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析，同時(shí)還要參考日灌水時(shí)間、灌水定額以及灌水次數(shù)等詳細(xì)參數(shù)向量進(jìn)行計(jì)算。灌水定額主要是指灌區(qū)農(nóng)作物可以達(dá)到泡田效果的灌水總量定值；灌水周期主要是指依靠灌水定額所設(shè)計(jì)的每年灌水區(qū)最大日，所需要的灌溉水量一般情況下為7～13t，如果灌溉區(qū)域面積較大，可以酌情增加。灌溉水利系數(shù)屬于定值，最小不應(yīng)該低于0.85，可以根據(jù)灌區(qū)整體面積和灌溉管道強(qiáng)度以及流量損失系數(shù)三方面參數(shù)進(jìn)行確定，一般取值為1.02%/km。研究資料表明，灌溉工程管道配套水平，對(duì)整個(gè)灌區(qū)管道水資源節(jié)約效果影響很大，為達(dá)到提高綜合節(jié)水能力只有為管道裝配正常配套水平的設(shè)施是必要的管道設(shè)施，才能提高綜合節(jié)水能力。

2.3管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

確定填土夯實(shí)的力度、管槽斷面、管道作用力的最大載荷、管道管壁厚度、管道內(nèi)壁直徑、管道整體埋深是進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的。管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需從多個(gè)方面考慮：管道內(nèi)壁直徑、管壁厚度、管道可承受最大作用力、管道整體埋深、管槽斷面面積以及填土的密度，由此設(shè)計(jì)的管道結(jié)構(gòu)可以保證管道整體工作安全，確保灌區(qū)堅(jiān)固度和應(yīng)用耐久。作用力載荷的組成因素為管道自身重量、填土夯實(shí)壓力、地面載荷和內(nèi)部水壓。當(dāng)?shù)叵侣裆畛^(guò)60厘米的時(shí)候，整體載荷量可以忽略不計(jì)。在對(duì)管道環(huán)境進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)可以根據(jù)兩種最不利條件進(jìn)行最大載荷計(jì)算：一是管道蓋土前的通水試驗(yàn)；二是管道空水期的外部承受壓力。

如果管道取材為現(xiàn)澆素硂管，其管道強(qiáng)度可以達(dá)到水壓要求，但是水利滲壓較低，一般在0.25MPa左右，而且現(xiàn)澆素硂管施工波動(dòng)較大，所以工作壓力必須小于抗?jié)B壓力定值的2/3，才可以保證正確安全運(yùn)行。

如果整體管道使用的是硬塑管，需要注意的是，此類管道很容易因?yàn)殚L(zhǎng)期外部載荷作用產(chǎn)生管道形變，并造成材料強(qiáng)度降低，必須控制其變形率不得超過(guò)10%。管道變形率的數(shù)值確定可以根據(jù)管材剛度以及載荷量計(jì)算，其公式如下：

（2）ΔX=DKW/0.159Ps

（3）ΔY=1.2ΔY

公式中為水管橫向變化量和縱向變化量。D為水管形變之后系數(shù)，一般取定值1.5；K為水管基底數(shù)；E為填土夯實(shí)的作用模量；PS為管道形變量超過(guò)5%時(shí)的管材剛度。W為管道載荷數(shù)。

2.4管道管材設(shè)計(jì)

管道管材主要包括管道設(shè)計(jì)材料和管件材料兩部分，是灌區(qū)工程設(shè)計(jì)重要的組成部分。其占整個(gè)灌區(qū)總投資比例85%以上。對(duì)灌區(qū)工程管道管材選擇時(shí)，必須考慮其施工條件、整體工程進(jìn)度時(shí)間需要、質(zhì)量以及售價(jià)等眾多因素，一般情況下，自流灌區(qū)使用的灌區(qū)管道直徑較大，基本介于200到300毫米之間，可以選擇預(yù)制承插硂管。當(dāng)管道直徑需要小于300毫米或者灌區(qū)處于丘陵旱作流灌區(qū)，最好使用直徑為100到200毫米之間的薄壁PVC材料試管。對(duì)于管道接觸需要用到的彎頭、三通等管件設(shè)備，除了對(duì)于特殊材料或結(jié)構(gòu)需要而加工定值的管件外，其余類似管件均需要保證直管和主管可以直接開孔連接，保證接頭處的抗?jié)B透壓可以滿足壓力要求。

2.5其他設(shè)計(jì)問(wèn)題

除了管道本身各類設(shè)計(jì)問(wèn)題，灌區(qū)工程還需要進(jìn)行進(jìn)水池和調(diào)壓井設(shè)計(jì)。進(jìn)水池主要是指整個(gè)灌區(qū)管道系統(tǒng)開端的儲(chǔ)水進(jìn)水建筑物。其具有控制灌區(qū)水位、沉淀灌水中泥沙的作用。對(duì)于自流灌區(qū)，一般通過(guò)在輸水干渠上設(shè)置水閘壓抬高設(shè)施水位，做成進(jìn)水池，灌區(qū)所有用水均可取自進(jìn)水池。而調(diào)壓井的主要作用是灌區(qū)分水和減小水壓，如果灌區(qū)管線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或者地形起伏角度過(guò)大，需要將富余水龍頭設(shè)置調(diào)壓井進(jìn)行水壓消減。此外，調(diào)壓井可以選擇經(jīng)濟(jì)型管材，減小灌區(qū)經(jīng)濟(jì)投入。一般情況下，調(diào)壓井大多設(shè)置于丘陵自流灌區(qū)。

3結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，灌區(qū)工程的應(yīng)用可以提高灌區(qū)輸水效率，起到節(jié)約用水、節(jié)省用地、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，節(jié)省耕種時(shí)間，提高管理效率的作用，推廣前景優(yōu)越。所以在建設(shè)相關(guān)設(shè)備設(shè)施時(shí)，必須從自然環(huán)境和管道設(shè)備兩方面詳細(xì)研究灌區(qū)供水要求、管道布置、管道流量、管道結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，從而保證整個(gè)灌區(qū)工程可以合理利用水資源，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉需要的同時(shí)，最大幅度減小資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]冶成祥.灌區(qū)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題探討——以重慶市玉灘水庫(kù)擴(kuò)建工程為例[J].江西建材，2016，（22）：125125.

[2]曾坤.水庫(kù)灌區(qū)規(guī)劃中應(yīng)注意的問(wèn)題研究——以重慶市合川區(qū)任家溝水庫(kù)工程為例[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016，8（23）.21.

[3]李金玲.基于紅色文化的灌區(qū)型水利風(fēng)景區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究——以韶山銀河旅游區(qū)兩點(diǎn)一軸規(guī)劃設(shè)計(jì)為例[D].長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2016，17（58）：2414.

[4]陳衛(wèi)東.淠史杭灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程勘察工作探討[J].中國(guó)水利，2016，（9）：5859.

[5]李勇.淺談小型農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，8（8）：214214.