村级农田水利工程灌排系统优化设计

肖合伟

(宜春市潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

村级农田水利工程灌排系统优化设计

肖合伟

(宜春市潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

我国的农业水利建设仍存不足，许多村庄仍然使用传统的水利工程，这导致我国农村经济发展受到一定的局限。政府针对这一问题，加大了农村农田水利工程建设的力度，对农村的水利工程灌排系统进行优化设计，推广到广大农户中，这也标志着我国农业水利建设有了质的提高。文章通过对传统农田水利灌排系统的创新，将生态水利理念融入到灌排系统设计中，参考国内外部分比较成功的实例，通过相关计算，总结并设计出一种科学的、适用于我国的村级农田水利工程灌排系统，为我国现代化的农田水利工程灌排系统设计提供有利依据。

农田水利工程；灌排系统；优化设计；村庄

0 引 言

农田水利工程灌排系统是提高农田生产率的关键，但是我国水资源相对缺乏，每年用水总量，有将近90%是用于农业用水，而农田灌溉更是其中的主要用水环节。经过调查发现，我国农田灌溉水有效利用率只达到45%左右，其它大部分的水已在传输过程中浪费掉了[1]。由此可见，对农田水利工程灌排系统优化设计已经成为了我国农业发展的首要任务，文章分为两部分进行探讨：①农田灌溉工程优化设计；②农田排水工程设计。

1 农田灌排系统设计理论

在灌溉系统设计方面，农田灌溉是农业用水的最大环节，对其的设计重点在于在维护生态环境的同时，如何保持输水的高效性[2]。根据村级农田面积大小，文章主要探讨小型机电灌区灌溉方式。以平原区的水田灌溉工程为例，探究低压管溉及渠道输水灌溉的区别，对两种灌溉方式进行全方位比较分析。

在排水系统设计中，水是农田的必备要素，然而土壤水的含量是农作物存活的关键因素，因此排水系统也是农田水利工程设计中的重点部分。排水方式一般有明渠排水与暗沟排水两种。明渠排水主要是为了排除农田中的地表水，控制土壤水含量及地下水位。暗沟排水主要是为了排除地下水。根据村级农田水利工程的情况，文章主要讨论明渠排水方式[4]。排水渠道设计主要依据地球重力作用，一般以重力自排为主，针对农田地势高度，合理设计农田各级排水渠道的坡度，部分无法实现自排的农田可选用水泵抽排。农田排水设计流量需通过对当地农田涝水量、渍水量、日常排水量进行计算得出，根据当地农田涝水量、渍水量、日常排水量分别确定排水渠道断面尺寸、排水渠道水流最小流速、排水渠道底部高程和宽度。排水系统的设计与灌溉系统一样，要在对生态环境不造成影响的前提下进行。比如水生植物等可吸附农田流失的氮、磷，则可将其种植在排水渠内；排水渠道周边的水资源丰富，事宜多种植物和微生物生长繁衍等等。通过以上方式可维持生态系统的平衡，丰富生态多样性，更将水资源合理分配利用[5]。参照这部分，在排水系统设计中，可改变排水渠道的建设材料、建设方式，从而实现排水渠道价值最大化的目标。

2 灌排系统工程设计案例分析

2.1 灌溉方式选择

以一块平原区38.42hm2水田灌区为例，分别对低压管输水、土渠输水、混凝土渠输水3种灌溉方式进行设计，总结并分析其中的最优输水灌溉方式。平原区具体数据如下：田区东西总长1160m，南北宽350-400m，总面积38.42hm2,平原地势，地面高程3.21m，主要种植作物为水稻和小麦，土壤为黏壤土，容重γ1.41g/cm2，田间持水率β=28%。本方案为了避开道路及建筑，管道均走地下，经过相关计算分析，得出结果见表1。

表1 典型实例灌区输水管溉工程分析对比表

通过以上对比可知，低压管溉方式是输水效率最高的，且投入成本也较为合理。仅仅是通过一个实例分析无法判断结论的绝对准确，随着灌溉面积的不同，相对的投资就不同，但是就目前我国村级农田水利工程的情况，参考以往的实例综合分析，可以确认低压管溉方式是最适宜的灌溉方式。因为低压管溉不仅有以上优点，而且对农田生态不造成过大影响，综上所述，我国应考虑采用低压管溉的方式作为我国灌溉系统设计的主要方向。按照国内企业UPVC管材标准，最大管径400mm，最小管径25mm，在低压管溉设计过程中，要综合考虑当地农田区的实际情况，优先考虑满足输水要求，节约投资成本和维护成本。

2.2 灌溉系统设计

根据我国村级农田水利工程情况，主要设计方向为小型机电灌区灌溉方式，输水方式选用低压管输，管道选取UPVC管。现参考实例进行设计，农田区主要通过泵站从附近河流取水，用低压管道进行输水灌溉，目前主要种植水稻和小麦，为了满足未来旱季种植需求，设计预留输水管道出水压力，以便旱季蔬植的滴灌需求。输水管道选取UPVC管，从保护当地土地结构上考虑，管道埋深定为60cm，另设防冲槽预防出水孔水的冲刷，防冲槽选用混凝土材质，尺寸为0.6m×0.6m×0.8m。

根据农田区实际情况，灌溉用水效率最低时期为水稻泡田期，因此灌溉系统设计最低标准为泡田期灌溉率的95%，在灌区中选取取1125m3/hm2的泡田定额，灌溉水利用系数为0.9。

灌水率公式：

(1)

式中：g代表灌水率，m3/s/万hm2；x为泡田灌水定额，m3/hm2；T为灌水周期，d；t为每天灌水时间，h。其中T取值为4d，t取值为23h。

将实例农田区的值代入求出g=39m3/s/万hm2，将所得灌水率代入输水管径优化公式中，再根据当地自然情况、经济情况及农田面积等，计算出低压管溉的管径。通过计算可知，低压管道管径选取DN250、DN160、DN110三种管径，根据农田面积铺设管径DN250总长为245m，管径DN160总长为1050m,管径DN110总长为3250m。

2.3 排水系统设计

文章探讨的排水渠道的设计以灌溉系统设计实例为基础，农田区属于南方平原区，平原区域河流数量较多，分布较为密集，因此要注意控制好河流水位，防止渍水影响农田水量，将农田区域地下水位控制在田下0.7m以下，可以成功防止农田渍害的发生[6]。因此渍水防治不在此次设计讨论范围，此次设计主要针对农田地面排水，将农田区域内的降雨淤积的多余水量排出田外。

排水渠道与排水管逐一布置，考虑到农田区域生态系统的保护及发展，排水渠道采用宽浅式坡形土质沟道，以便农田动物的正常栖息，维持生物多样性的状态。本次对实例农田区排水渠道的设计尺寸为底宽0.8m，深0.5m，边坡1：1。设计排水渠道总长为2621m。排水渠道布置示意图如图1。

图1 排水渠道布置示意图

3 结 论

文章探讨关于村级农田水利工程灌排系统的优化设计，以传统的方案为基础，加入科学公式的计算，另重点融入水利工程建设中的生态可持续发展的原则，结合了土地营养理论、生态系统理论、可持续发展理念等知识点作为研究支撑，旨在为我国村级农田水利工程打造适宜的灌排系统设计模板，结合设立的实例农田区域进行实证分析。文章主要研究成果如下：

1)根据我国村级农田水利工程的规模，确定我国农田主要为小型机电灌区灌溉方式，针对这种灌溉方式，对比分析得出低压管道灌溉的方法是效率最好，性价比最高的灌溉方法，管道一般选用UPVC管；而排水渠道的设计主要是依靠重力自排，抽排辅之。

2)村级农田水利工程灌溉系统的设计，通过实地考察研究，选择适当的数据为依据代入科学公式进行计算，通过得出灌溉率来求得输水管径的大小，最后再根据当地自然、经济、耕地面积等条件来优化输水管径大小，确定最适宜、性价比最高的低压管道灌溉方案。

3)村级农田水利工程排水系统的设计，对排水渠道的设计方法进行了分析，主要以实地考察为主，因地制宜，从而选择更好的排水设计方案。

4)对于我国村级农田水利工程灌排系统的设计，都要加入生态系统可持续发展的理念，一方面要使我国灌排系统的设计能有更优化的方案，另一方面可保护农田生态多样性的发展，最大化地实现灌溉水的价值。

[1]李世英.对我国节水灌溉技术发展的几点思考[J].排灌机械工程学报,2000,18(01):30-31.

[2]彭世彰,丁加丽.国内外节水灌溉技术比较与认识[J].水利水电科技发展,2004,24(04):49-52.

[3]郝芳洲.国内外节水灌溉技术发展简介[J].农村实用工程技术,2000(01):14.

[4]黄修桥,高峰,王宪杰.节水灌溉与21世纪水资源的持续利用[J].灌溉排水,2001,20(03):1-5.

[5]张庆华,马庆斌.管道灌溉系统经济管径的计算[J].节水灌溉,2000(05):14-15.

[6]史静静.村级农田水利规划设计方案研究[D].扬州：扬州大学,2013.

1007-7596(2017)10-0086-03

S277

B

2017-09-18

肖合伟(1984-)，男，江西宜春人，助理工程师，从事水利工程建设管理工作。