高標準農(nóng)田建設中灌溉渠道設計方案研究

汪海濤

（營口市水利勘測建筑設計院，遼寧 營口115000）

0 引言

近幾年來，全國旱情的持續(xù)發(fā)展導致地下水位下降、土壤墑情降低、庫塘蓄水量嚴重不足，群眾生活和生產(chǎn)供水安全面臨巨大壓力。缺水地區(qū)自然條件惡劣，洪旱災害頻發(fā)，人畜飲水困難，經(jīng)濟基礎薄弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低，群眾生活困難，嚴重制約著缺水地區(qū)生產(chǎn)、生存條件及全縣社會經(jīng)濟的發(fā)展[1]。2018 年營口市根據(jù)中央1 號精神文件及全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳局長會議精神，認真落實省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳下達的關于高標準農(nóng)田建設的建設任務，將全市的基本農(nóng)田加快建設成為高標準農(nóng)田，建立穩(wěn)固商品糧食基地，加大農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)力度，力爭將部分縣建設成為農(nóng)業(yè)大縣。項目實施以后，能進一步加快營口市縣市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整的步伐，促進農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定增長戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。因此，在現(xiàn)有的蓄水工程基礎上建設高標準高農(nóng)田以改善缺水地區(qū)生存條件、生產(chǎn)條件和提高人民生活水平的任務顯得極其重要。

高標準農(nóng)田建設的內(nèi)容主要以田間機耕路和灌溉排水工程為主，也包括高效節(jié)水工程建設。本文以945 畝高標準農(nóng)田建設為例，進行灌溉渠道設計方案研究，將得到的設計成果用于我市縣高標準農(nóng)田建設，具有重要的指導意義。

1 灌溉渠道設計

1.1 田間灌溉渠現(xiàn)狀

項目區(qū)大部分屬于中低產(chǎn)田，農(nóng)業(yè)基礎設施薄弱，抗御自然災害的能力不強，主要表現(xiàn)為灌排溝渠淤積，田間溝渠襯砌率低，渠系建筑物配套不完善，易澇易旱的問題沒有根本解決。灌溉渠道為土渠，渠道滲漏量占渠系損失水量的絕大部分，損失水量占引入水量的30%～50%，渠系水量損失不僅降低了渠系水利用系數(shù)，減少了灌溉面積，浪費了寶貴的水資源，還增加了灌溉成本和農(nóng)民的水費負擔，降低灌溉效益，嚴重影響了農(nóng)作物的栽種節(jié)令和生長期的用水需求。

1.2 設計流量確定

本次高標準農(nóng)田實施片區(qū)設計灌溉渠道控制灌溉面積945 畝，全為水田，現(xiàn)狀渠道為土渠無襯砌，水量蒸發(fā)、滲漏等損失嚴重，水源為上游庫區(qū)尾水渠輸水，本次設計流量通過灌溉面積和泡田期用水定額確定，并考慮渠道水量損失15%。計算公式如下：

式中：Q設為設計流量，m3/s；F 為渠道控制灌溉面積，945 畝；W為水田泡田期用水定額，200 m3/畝；d 為泡田期時間，3 天～15天，取12 天。

經(jīng)計算可得，灌溉渠道設計流量為0.2096 m3/s。

1.3 灌溉溝水力計算

本工程灌溉渠道斷面尺寸計算根據(jù)《水利計算手冊》[2]和《水力學》[3](第四版)中明渠均勻流計算公式，在渠道流量Q、設計底坡i、底寬b 和糙率系數(shù)n，已知的情況下求設計水深，從而求得渠道斷面尺寸。計算公式如下：

式中：Q 為渠道設計流量，m3/s；A 為渠道過水斷面面積，m2；χ 為濕周，m；b 為渠道底寬，m；h 為渠道正常水深，m；m1，m2為渠道邊坡系數(shù)，矩形渠道為0；C 為謝才系數(shù)；n 為渠道糙率系數(shù)；R 為水力半徑，m；i 為渠道設計底坡。

渠堤超高：渠堤超高是保證行水安全，考慮渠系建筑物的壅水高度和渠道運用期間可能加大等因素對水位的影響，根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB 50288-2018）按下式計算確定：

式中：Δh 渠堤堤頂超高,m；hj 為渠道通過加大流量時的水深，m；根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB 50288-2018）[4]，該工程加大流量取35%計算。水力計算見表1。

表1 灌溉渠道水力計算表

2 結構設計

2.1 襯砌形式的選擇

根據(jù)現(xiàn)場勘察情況灌溉渠渠線沿線附近無石料場，漿砌石材料緊缺，而混凝土襯砌具有以下優(yōu)點：(1)混凝土襯砌渠道具有防滲效果好、耐久、糙率小、強度高和適應性強。(2)混凝土襯砌其襯砌厚度較薄，節(jié)省工程量等，通過對灌溉渠現(xiàn)狀情況的認真分析研究，本著經(jīng)濟合理、便于施工、安全可靠、過流能力佳的原則，對灌溉渠選取混凝土襯砌及M7.5 漿砌石襯砌兩種方案進行比較，兩種襯砌橫斷面設計圖見圖1，每米造價比較結果見表2。

圖1 兩種方案襯砌橫斷面設計圖（尺寸單位：cm）

表2 兩種方案每米造價比較表

從上表可知，方案一，采用C20 砼矩形斷面襯砌，每米造價590.27 元。方案二，采用M7.5 漿砌石邊墻、C20 砼底板矩形斷面襯砌，每米造價645.69 元。從以上分析結果看，方案一投資費用較方案二低55.42 元/m，總投資低8.6 萬元，且從渠道、地質、施工條件、防滲及長期運行管理等考慮，最終襯砌斷面采用C20 砼襯砌形式。

2.2 工程布置

現(xiàn)狀渠道為土渠，滲水嚴重，改造將現(xiàn)狀渠道斷面采用C20 混凝土襯砌，灌溉渠設計灌溉面積945 畝，灌溉設計流量0.2069 m3/s。渠道采用C20 砼澆筑襯砌，邊墻及底板襯砌厚度均20 cm，斷面為0.6 m×0.6 m 矩形斷面，每隔15 m 設置1 道永久縫，采用浸瀝青杉板填縫。施工過程中結合工程實地情況，增設M7.5 漿砌石擋墻，擋墻量已計算在工程量中。

2.3 施工技術要求

本次高標準農(nóng)田灌溉渠道施工應在雨季來臨前完成施工，施工時間為10 月到第2 年1 月份，施工時長3 個月。施工中用水、用電、交通情況以及土石方開挖、回填、混凝土工程、模板工程等應嚴格按照現(xiàn)有施工技術規(guī)范的要求進行[5]，具體施工技術要求如下：

（1）施工用水從附近的山箐取水，若無則可以用拉水車從附近拉水，應滿足生活用水及施工用水。

（2）施工用電應采用柴油發(fā)電機自己發(fā)電。

（3）由于該項目施工區(qū)域大、戰(zhàn)線長，故砂、石及各種材料沿渠道線堆放,采取少量多點堆放，盡量少占用耕地。

（4）項目區(qū)現(xiàn)狀渠道為土渠，斷面不滿足輸水要求時應進行土方開挖，開挖土體堆放于渠道邊，土方不應堆積太高，應滿足穩(wěn)定要求，渠道襯砌后將開挖土料用于渠道兩邊土方回填，經(jīng)復核，土石方開挖回填基本平衡。

（5）混凝土應選用高效、可靠的固定式拌和設備拌和，拌合前應對原材料取樣和檢驗，滿足要求即可拌和，拌合物也應進行取樣檢測，滿足要求方可澆筑。

（6）模板采用平面鋼模板澆筑，高度較低不需要搭設腳手架，模板不應有錯縫，允許偏差應滿足規(guī)范要求，在使用前應進行清洗和涂料防生銹，澆筑后襯砌達到設計要求后拆模，并進對灌溉渠道混凝土襯砌進行灑水養(yǎng)護。

（7）施工過程中每隔15 m 應設置1 道永久縫，采用浸瀝青杉板填縫。

3 結論

通過高標準農(nóng)田建設灌溉渠道工程實施，將傳統(tǒng)溝灌轉變?yōu)楝F(xiàn)代節(jié)水灌溉，實現(xiàn)了灌區(qū)農(nóng)田渠系排灌自如，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由粗放型農(nóng)業(yè)向精耕細作型農(nóng)業(yè)轉變。工程的實施，可為項目區(qū)和當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展帶來良好的效益，具體體現(xiàn)在：

（1）不僅可以發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)、推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)，而且緩解農(nóng)業(yè)灌溉缺水矛盾，提高灌區(qū)灌溉保證程度，提高作物單產(chǎn)；

（2）工程的實施，有效改善了項目區(qū)水利基礎工程設施，極大地改善項目區(qū)群眾的生產(chǎn)條件。特別是干旱缺水季節(jié)，可利用有限水源保證作物需水要求，達到高產(chǎn)、優(yōu)質、穩(wěn)產(chǎn)目的。同時可促進土地利用結構與農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構調整，發(fā)展高附加值產(chǎn)業(yè)，使受益區(qū)群眾生活水平提高，為保障社會和諧與穩(wěn)定打下堅實的物質基礎。

（3）工程的實施不僅改善了耕作層土壤環(huán)境，而且調節(jié)作物田間的濕度、溫度，改善局部小氣候。同時工程在實施過程中，注重統(tǒng)籌考慮山、水、路等的綜合治理，有效促進生態(tài)農(nóng)村、田園化農(nóng)村的建設，為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設打下基礎。