农田水利灌溉工程的规划设计

郭 萍

（黑龙江省方正县双凤灌区管理站，黑龙江 方正 150800）

1 设计标准

河流的径流量是随着四季不断变化的,农田种植面积和作物种类等也是不断的在变化的,这就决定了灌溉用水量是不确定性,也就是说在不同年份来水量和用水量都是不一样的。因此,农田灌溉工程建设的规模,也就需要有一个灌溉设计标准为依据,以便保证设计方案的科学性。一般来说灌溉设计标准要以灌区水源来水情况、现有水利设施情况、农业发展要求和当地经济条件等因素为依据,再综合考虑加以合理确定。灌溉设计标准是表示灌溉水源对于灌溉用水的保证程度。设计标准高,意味着灌溉用水的保证程度也高。因此,它直接影响着灌溉工程的规模大小。一般来说,灌溉设计的标准有两种:一是灌溉设计保证率,二是抗旱天数。

1.1 灌颓设计保证率

灌溉设计保证率指的是某个灌溉工程在长期使用期间,灌溉用水得到满足的年数占总年数的百分数,用符号“P”表示。例如P=80%,就表示某工程在100年内有80年能满足全灌区的灌溉用水要求,其余20年不能完全保证,有缺水现象。P=80%就是这个灌区的灌溉设计保证率。因此,在设计农田水利灌溉工程时,设计方必须要根据工程所在地的情况,来确定灌溉工程的规模,特别是当地水源状况和作物种类。在水源缺乏地区和以旱作物为主的地区,灌溉设计保证率可以取50%～80%;在水源丰富地区和以水稻为主的地区,可取70%～95%。

1.2 抗早天数

所谓抗旱天数,就是以灌溉设施,如小水库、塘坝等的供水能力为依据,以连续无雨(“连续无雨”,不是指抗旱期内绝对无雨,而是指降雨量很少,一般将日降雨量小于日蒸发量的情况都当作无雨处理)的情况下,能满足作物需水要求的天数为标准。例如灌溉设施可以满足连续80天的作物灌溉用水,则该灌溉设施的灌溉设计标准为抗旱80天。抗旱时间应规定为当地主要作物需水要求迫切的灌溉时期。抗旱天数的确定,要按不同地区的情况来确定,在设计时“具体情况具体分析”。

2 取水方式的设计

取水方式的设计是农田水利灌溉工程设计的重要组成部分,在设计时要根据不同地区的灌溉水源,决定其取水方式的设计方向。一般来说灌溉的水源可以分为两类一是自流取水灌溉;二是提水取水灌溉,水利工程的取水设计要针对这两种类型进行设计。以下主要对自流取水灌溉进行介绍。

自流取水灌溉:以河流作为水源时,又可分为两种:一是无坝取水;二是有坝取水。

在设计时,为了保证自流灌溉的水位高程,开渠建闸引水的地点要选河流上游水位较高地点,引水口地点的选择决定了取水方案的设计,包括建设成本的投入。因为引水口的不同决定了需要修建的水干渠长度不同,所要增加的土石方工程量,以及沿程水头损失和水量损失以及各类建筑物数量也各有不同。

2.1 无坝取水

在设计时无坝取水的渠首,可以根据实际情况设计为有建闸和不建闸两类。但是考虑到不建闸的引水口,那在洪水期间不能控制流量,渠道易被洪水冲毁,农田会被淹没等情况。因此,在设计时首先要考虑建设建闸控制的方案。

通过把进水闸的中心线与河道水流方向的夹角 (叫引水角),设计为锐角(30°～45°),保证入渠的水流平稳,而且引水量也大,又可以减轻对引水口下唇的冲蚀。

2.2 有坝取水

如果工程所在地的河流水源丰富,但是由于地势或者其他原因水位较低,无法满足自流灌溉引水要求。此时,在设计时就应在河道上修建堑水建筑物(低坝或节制问),提高水位,以保证引水自流灌溉。这种取水方式的设计虽然会增加筑坝的工程投资费用,但引水口位置离灌区较近,引水干渠长度较无坝取水大为缩短,可以减少了土石方工程量和交叉建筑物的数量和交叉建筑物的数量。

2.2.1 溢流坝可以起到横拦河道,抬高水位,同时排出河道多余的水量和汛期洪水的作用。

2.2.2 进水闸进水闸可以用于引水灌溉,并能控制入渠的流量。其平面布置有有两种类型,一是侧面取水;二是正面取水。

由于侧面取水不能在引水口处形成横向入流,会导致大量的泥沙入渠,因此,在设计时要考虑到工程水源的情况,如果工程地处多沙河流则要选用正面取水的方案。正面取水是指,进水闸引水力向河道水流方向一致或斜交时,在引水口处能形成横向环流,可以达到使水流表层清水入渠,底层含沙水流离开引水口的效果,是农田有坝取水的常用取水型式。

2.2.3 排沙闸可以起到防止泥沙入渠的作用,是多泥沙河流低坝取水枢纽中不可缺少的组成部分。其过水能力一般应大于进水闸的过水能力,其底板高程则要低于进水闸的底板高程,以求良好的冲沙效果。其他防治泥沙入渠措施还有沉沙槽、冲沙廊道和 沉沙池等,因地制宜选用。

2.2.4 防洪堤为减少拦河坝对上游的淹没损失,洪水期间保护上游城镇、交通和农田的安全,还要在拦河坝上游沿河岸修筑防洪堤。

3 灌溉渠系布置的设计原则

3.1 总体规划布置的设计原则

在进行灌溉渠系规划时,要把当地的国土整治,山、水、田、林、路的规划密切结合,同时还要考虑其他用水部门如发电、航运、人畜饮水的需要,全面安排,统筹兼顾,做到科学合理,便于管理,充分利用水土资源,扩大灌溉面积,最大限度地实现经济效益和社会效益的完美结合。其规划布置一般应遵循下述基本原则:

3.1.1 充分利用地形条件的原则灌溉渠道应布置在高处,与其相对应的排水沟道布置在低处,力求自流灌溉、排水,建成灌排分开,各自独立的灌排两套系统。对局部高地或洼地,可分别采取小片提灌(排)等措施处理,不必为了照顾局部而影响全局。同时,在渠道线路布置上要考虑到经济因素,渠线布置尽可能直、顺、整齐,减少交叉建筑物,避免更多良田和民房被占。

3.1.2 安全为主的设计原则渠道工程必须要安全可靠,在渠道布置时尽可能避免深挖方、高填方和难工险段。山丘区地形的渠道设计要尽量避免靠近沿河、溪布置,以防止被山洪冲毁。干渠沿线的地质条件要好,避开风化岩层和节理发育的破碎带以及透水性强的土质地带。沿渠应有合适的排洪、泄洪设施,如溢洪堰、泄水闸等。

3.1.3 综合利用的原则山丘区的灌溉渠道应利用集中落差,结合水电、水力加山丘区的灌溉渠道应利用集中落差,结合水电、水力加工,开展多种经营,一水多用,充分利用水土资源。还应考虑采用库、塘、渠并用,蓄、引、提结合的长藤结瓜灌溉系统。平原地区要采用河水相井水灌溉相结合,地表水与地下水联合运用的灌溉系统。

3.2 干、支渠布置的设计原则

在确定干、支渠的布置方案时,要坚持实事求是的原则,具体问题具体分析,根据实际的地形地貌进行设计。

3.2.1 山地、丘陵型灌区山地、丘陵型灌区的地形起伏,复杂多样,坡度陡,耕地多为坡地、梯田。修建农田的工程多有渠道弯且长、建筑物多、施工复杂等待点。在设计干渠沿等高线布置时,要考虑到灌区位于分水岭与山溪或河流之间,呈狭长形,等高线大致与河流方向平行,灌区上游坡度较大,地面狭窄等实际情况,在设计时应该以求“水不低头”,即水位少降低,为方向,以求最大限度地自流控制全部灌区面积。支渠在干渠一侧引出,这种设计的特点是:干渠纵比降平缓,水头损失小,控制面积大;筑渠堤结合开挖山坡截水沟,拦截坡地暴雨径流,既拦山洪,又防止水土流失。

3.2.2 平原型灌区一般来说,平源地区大多位于河流的中、下游,由河流冲积而成,地形比较开阔,而且有大片集中的耕地。设计时可以把地理条件与洪、涝、旱、渍、碱等灾情的程度结合起来,进行干、支渠的布置。

3.2.3 山麓平原型灌区当排水条件好,但是地下水埋藏深,开发比较困难,因此,设计时可以着重利用地面水发展渠灌;而当地下水较易开采、水质符合要求时,则着重兴建井灌或井渠灌溉。山麓平原型灌区等高线与河流平行或斜交,地面坡度倾向河流,上部地面坡度陡,近河地面坡度缓。干渠多沿山麓方向布置,支渠与干渠垂直或成一角度布置,主要视地形情况而定。在灌区前缘与河流邻近部位,地下水逐渐升高而接近地面,应修建排水系统,排除地面水和地下水,实行“灌排分开”的布置形式,以求互不干扰。

[1]马清志,赵庆民.农田灌溉工程的抗灾作用及减灾措施[J].治淮，1994-12-15.