高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中灌溉排水工程設(shè)計(jì)
——以開(kāi)平市赤水鎮(zhèn)為例

吳春榮

（江門市新會(huì)區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 江門 529100）

1 工程概況

赤水鎮(zhèn)位于開(kāi)平市西南端，距離市區(qū)40 km，東鄰臺(tái)山市，西毗金雞鎮(zhèn)，是開(kāi)平市面積最大的鎮(zhèn)，鎮(zhèn)域總面積289.3 km2，屬于紅壤丘陵平原區(qū)。本次高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目涉及該鎮(zhèn)的瓦片坑村、沖口村、和安村、南塘美村、大津村以及高山村六個(gè)行政村，建設(shè)項(xiàng)目總范圍規(guī)模366.67 hm2，治理耕地面積366.67 hm2，項(xiàng)目由鎮(zhèn)獅山區(qū)提供水源，水資源十分豐富。為此，本次灌溉設(shè)施主要針對(duì)輸水工程與排水工程。工程主要包括“三面光”斗渠2 條1 085 m，農(nóng)渠13 條6 030 m，灌排渠3 條470 m 以及排渠8 條2 535 m。

2 項(xiàng)目區(qū)內(nèi)灌溉排水設(shè)施現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀是區(qū)內(nèi)灌溉與排水設(shè)施基本成型，區(qū)內(nèi)渠道可控制灌溉面積不足總面積的60%，標(biāo)準(zhǔn)低，部分水田基本能實(shí)現(xiàn)排灌，骨干工程完好率約為60%，均為土溝土渠，過(guò)水能力較差，灌溉水利用系數(shù)低于0.5，水系混亂，而且田間工程配套率約為50%，擔(dān)負(fù)灌排時(shí)間長(zhǎng)，耗水量大，一部分排灌渠道彎曲不順暢，一部分排灌不分家，造成串灌、漫灌、渠道滲漏現(xiàn)象較重。項(xiàng)目區(qū)骨干水利工程和田間工程由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、老化失修、耕作及管理不善，淤塞較嚴(yán)重，部分已毀壞，崩塌嚴(yán)重，導(dǎo)致出現(xiàn)豐水年排水不暢，枯水年灌水不到的狀況，大多屬中低產(chǎn)田。遇上干旱或洪澇季節(jié)，農(nóng)田水利系統(tǒng)難以滿足灌排需要，給項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大不便，不能從根本上滿足農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)要求[1]。

3 灌溉排水工程設(shè)計(jì)

3.1 明渠輸水工程設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)項(xiàng)目輸水工程的規(guī)劃，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)“三面光”斗渠2 條1 085 m，農(nóng)渠13 條6 030 m，灌排渠3條470 m。

3.1.1 渠道流量設(shè)計(jì)

（1）灌水率又稱凈灌溉模數(shù)，是指灌區(qū)單位面積上所需的凈灌溉流量。項(xiàng)目區(qū)主要種植水稻，一年三熟，土質(zhì)為砂壤土，采用節(jié)水灌溉制度，灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%。根據(jù)省水科所1999 年編制的《廣東省一年三熟灌溉定額》查得：設(shè)計(jì)凈灌溉定額9 075 m3/hm2，灌溉定額Cvm=0.22，模比系數(shù)Kp=1.29，計(jì)算獅山水庫(kù)灌區(qū)砂壤土的一年三熟灌溉凈定額（P＝90%）為14 833.8 m3/hm2。根據(jù)《灌溉定額》得出枯水年典型年灌水時(shí)段分配，并計(jì)算枯水年（P=90%）灌水定額（見(jiàn)表1）。

表1 項(xiàng)目區(qū)一年三熟P=90%灌溉用水灌溉定額

根據(jù)擬定的灌溉制度，推求綜合灌水率，并作必要的修正，使其比較均勻，且短期的峰值不大于設(shè)計(jì)灌水率的120%，最小灌水率不小于設(shè)計(jì)灌水率的40%，采用延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的最大灌水率為設(shè)計(jì)灌水率，本工程設(shè)計(jì)的萬(wàn)畝灌水率qs=0.71 m3/s[2]。項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)灌溉制度與灌水率計(jì)算見(jiàn)表3。

（2）灌溉水利用系數(shù)為渠系水利用系數(shù)與田間水利用系數(shù)的乘積，通過(guò)采取對(duì)灌溉渠系進(jìn)行防滲處理，項(xiàng)目實(shí)施后，預(yù)計(jì)灌溉水利用系數(shù)提高到0.75。

（3）灌渠分為支渠、斗渠和灌排兩用渠，采用續(xù)灌。

設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式如下：

式中：Q——渠道的設(shè)計(jì)流量，m3/s；

qs——設(shè)計(jì)萬(wàn)畝灌水率，m3/s；

As——該渠道灌溉面積，萬(wàn)畝（666.67 hm2）；

ηs——灌渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)；

（4）根據(jù)《灌溉排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288-99）第6.1.8 條規(guī)定，續(xù)灌設(shè)計(jì)流量Q＜1.0 m3/s 時(shí)，加大流量百分?jǐn)?shù)為35%～30%；續(xù)灌設(shè)計(jì)流量Q＞1.0 m3/s時(shí)，加大流量百分?jǐn)?shù)為30%～25%。本次設(shè)計(jì)取30%進(jìn)行計(jì)算，由此驗(yàn)算渠道頂高及不沖流速。

⑤各級(jí)渠道的平均流速按下式計(jì)算確定：

式中：V——渠道的平均流速，m/s；

R——渠道的水力半徑，m；

i——渠底比降；

n——河床糙率。

3.1.2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

（1）灌溉渠道按明渠均勻流公式設(shè)計(jì)，渠道斷面應(yīng)滿足不沖不淤要求。

（2）安全超高：

①渠道襯砌超高值可采用0.3～0.8 m，5 級(jí)渠道可適當(dāng)減少，但不應(yīng)小于0.1 m；兼作行洪的傍山（塬邊）灌溉渠道，其襯砌超高宜適當(dāng)加大。

②4、5 級(jí)渠道岸頂超高h(yuǎn) 可按h=1/4hj+0.1 公式計(jì)算確定，加大流量得到的水深hj。

3.1.3 渠道襯砌工程設(shè)計(jì)

渠道主要采用漿砌磚護(hù)砌；襯砌厚度不小于240厚磚墻；采用M7.5 水泥砂漿砌筑MU10 混凝土普通磚，渠道外露面及墻背下0.2 m 采用1:2 水泥砂漿抹面防滲；因?yàn)楸卷?xiàng)目位于南方，所以不用作防凍處理；根據(jù)《灌溉排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288-2018）等規(guī)范要求，采用每15 m 設(shè)置一道分縫，分縫材料選用瀝PE 泡沫板。由于本次規(guī)劃設(shè)計(jì)的流量都較小，經(jīng)綜合考慮渠道的經(jīng)濟(jì)合理性及群眾要求，在滿足渠道輸水和運(yùn)行安全條件下，根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。

3.2 明溝排水工程設(shè)計(jì)

根據(jù)《廣東省防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定，本項(xiàng)目區(qū)的排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10 年一遇24 h暴雨產(chǎn)生的徑流量，城鎮(zhèn)及菜地1 d 排干，水稻田3 d排干。結(jié)合當(dāng)?shù)厝罕娨庖?jiàn)及現(xiàn)狀條件，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)排水渠道8 條共2 535 m，具體排水模數(shù)計(jì)算如下：

3.2.1 設(shè)計(jì)暴雨徑流查算

查《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》的“廣東省年最大24 h 點(diǎn)雨量均值的等值線圖”、“廣東省年最大24 h 點(diǎn)雨量變差系數(shù)等值線圖”（CS/CV=3.5），可知項(xiàng)目區(qū)中心點(diǎn)所在最大24 h 點(diǎn)雨量均值，最大24 h點(diǎn)雨量變差系數(shù)CV24h為0.50。

當(dāng)CV24h=0.50，CS24h=3.5CV24h時(shí)，查《廣東省農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)土地治理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)指南（試行）》表6-1 中P-Ⅲ頻率曲線10 年一遇模比系數(shù)值表，可知K10=1.661。

3.2.2 排澇模數(shù)和排澇流量計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)集雨面積3.96 km2，其中水稻田及水面3.24 km2，旱地0.62 km2，村鎮(zhèn)、道路0.10 km2。取水稻田及水面徑流系數(shù)取C水面=1.0；暫存水量h=40 mm；蒸發(fā)量取E=3 d×4 mm/d；旱地徑流系數(shù)C旱地=0.7；村鎮(zhèn)、道路徑流系數(shù)C村鎮(zhèn)=0.7；排澇歷時(shí)T=3×86 400 s。根據(jù)平均排除法計(jì)算公式，計(jì)算項(xiàng)目區(qū)的平均排澇流量為3.19 m3/s。

3.2.3 設(shè)計(jì)排水流量

排水溝道的設(shè)計(jì)排水流量根據(jù)設(shè)計(jì)排水模數(shù)和各排水溝控制的排水面積計(jì)算確定。斷面采用矩形、梯形形式，渠道比降根據(jù)實(shí)際地形確定。

3.2.4 排水渠道橫斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)地情況，排水渠道設(shè)計(jì)采用均勻流公式計(jì)算確定斷面要素，渠道斷面應(yīng)滿足不沖不淤要求。安全超高同渠道橫斷面設(shè)計(jì)（3.1.2）。計(jì)算參數(shù)及成果見(jiàn)表2。

表2 矩形或梯形明溝斷面設(shè)計(jì)成果

結(jié)合本項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)排水渠部分采用排灌渠結(jié)合類型，通過(guò)取幾條渠道計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)排水渠道經(jīng)襯砌后基本滿足排澇要求。

4 總結(jié)

灌溉排水工程在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中發(fā)揮著極大的基礎(chǔ)設(shè)施支撐作用[3]。對(duì)赤水鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)渠系建筑物進(jìn)行襯砌配套和修建，并在原有的土渠基礎(chǔ)上，對(duì)渠道進(jìn)行襯砌或清淤疏浚，采取必要的裁彎取直，不僅水流通暢，滿足排水需求，灌溉水利用系數(shù)也從原先的0.5 提升到0.75，改善灌溉面積366.67 hm2，新增灌溉面積46.67 hm2，新增除澇面積73.33 hm2，不僅改善項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，為灌渠水資源配置創(chuàng)造良好環(huán)境，同時(shí)，為農(nóng)業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本、增產(chǎn)增收、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。