高标准农田建设中灌溉渠道设计方案研究

汪海涛

（营口市水利勘测建筑设计院，辽宁 营口115000）

0 引言

近几年来，全国旱情的持续发展导致地下水位下降、土壤墒情降低、库塘蓄水量严重不足，群众生活和生产供水安全面临巨大压力。缺水地区自然条件恶劣，洪旱灾害频发，人畜饮水困难，经济基础薄弱，农业生产水平低，群众生活困难，严重制约着缺水地区生产、生存条件及全县社会经济的发展[1]。2018 年营口市根据中央1 号精神文件及全国农业农村厅局长会议精神，认真落实省农业农村厅下达的关于高标准农田建设的建设任务，将全市的基本农田加快建设成为高标准农田，建立稳固商品粮食基地，加大农业综合开发力度，力争将部分县建设成为农业大县。项目实施以后，能进一步加快营口市县市农业产业结构调整的步伐，促进农业增效、农民增收、农村经济持续、稳定增长战略目标的实现。因此，在现有的蓄水工程基础上建设高标准高农田以改善缺水地区生存条件、生产条件和提高人民生活水平的任务显得极其重要。

高标准农田建设的内容主要以田间机耕路和灌溉排水工程为主，也包括高效节水工程建设。本文以945 亩高标准农田建设为例，进行灌溉渠道设计方案研究，将得到的设计成果用于我市县高标准农田建设，具有重要的指导意义。

1 灌溉渠道设计

1.1 田间灌溉渠现状

项目区大部分属于中低产田，农业基础设施薄弱，抗御自然灾害的能力不强，主要表现为灌排沟渠淤积，田间沟渠衬砌率低，渠系建筑物配套不完善，易涝易旱的问题没有根本解决。灌溉渠道为土渠，渠道渗漏量占渠系损失水量的绝大部分，损失水量占引入水量的30%～50%，渠系水量损失不仅降低了渠系水利用系数，减少了灌溉面积，浪费了宝贵的水资源，还增加了灌溉成本和农民的水费负担，降低灌溉效益，严重影响了农作物的栽种节令和生长期的用水需求。

1.2 设计流量确定

本次高标准农田实施片区设计灌溉渠道控制灌溉面积945 亩，全为水田，现状渠道为土渠无衬砌，水量蒸发、渗漏等损失严重，水源为上游库区尾水渠输水，本次设计流量通过灌溉面积和泡田期用水定额确定，并考虑渠道水量损失15%。计算公式如下：

式中：Q设为设计流量，m3/s；F 为渠道控制灌溉面积，945 亩；W为水田泡田期用水定额，200 m3/亩；d 为泡田期时间，3 天～15天，取12 天。

经计算可得，灌溉渠道设计流量为0.2096 m3/s。

1.3 灌溉沟水力计算

本工程灌溉渠道断面尺寸计算根据《水利计算手册》[2]和《水力学》[3](第四版)中明渠均匀流计算公式，在渠道流量Q、设计底坡i、底宽b 和糙率系数n，已知的情况下求设计水深，从而求得渠道断面尺寸。计算公式如下：

式中：Q 为渠道设计流量，m3/s；A 为渠道过水断面面积，m2；χ 为湿周，m；b 为渠道底宽，m；h 为渠道正常水深，m；m1，m2为渠道边坡系数，矩形渠道为0；C 为谢才系数；n 为渠道糙率系数；R 为水力半径，m；i 为渠道设计底坡。

渠堤超高：渠堤超高是保证行水安全，考虑渠系建筑物的壅水高度和渠道运用期间可能加大等因素对水位的影响，根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）按下式计算确定：

式中：Δh 渠堤堤顶超高,m；hj 为渠道通过加大流量时的水深，m；根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）[4]，该工程加大流量取35%计算。水力计算见表1。

表1 灌溉渠道水力计算表

2 结构设计

2.1 衬砌形式的选择

根据现场勘察情况灌溉渠渠线沿线附近无石料场，浆砌石材料紧缺，而混凝土衬砌具有以下优点：(1)混凝土衬砌渠道具有防渗效果好、耐久、糙率小、强度高和适应性强。(2)混凝土衬砌其衬砌厚度较薄，节省工程量等，通过对灌溉渠现状情况的认真分析研究，本着经济合理、便于施工、安全可靠、过流能力佳的原则，对灌溉渠选取混凝土衬砌及M7.5 浆砌石衬砌两种方案进行比较，两种衬砌横断面设计图见图1，每米造价比较结果见表2。

图1 两种方案衬砌横断面设计图（尺寸单位：cm）

表2 两种方案每米造价比较表

从上表可知，方案一，采用C20 砼矩形断面衬砌，每米造价590.27 元。方案二，采用M7.5 浆砌石边墙、C20 砼底板矩形断面衬砌，每米造价645.69 元。从以上分析结果看，方案一投资费用较方案二低55.42 元/m，总投资低8.6 万元，且从渠道、地质、施工条件、防渗及长期运行管理等考虑，最终衬砌断面采用C20 砼衬砌形式。

2.2 工程布置

现状渠道为土渠，渗水严重，改造将现状渠道断面采用C20 混凝土衬砌，灌溉渠设计灌溉面积945 亩，灌溉设计流量0.2069 m3/s。渠道采用C20 砼浇筑衬砌，边墙及底板衬砌厚度均20 cm，断面为0.6 m×0.6 m 矩形断面，每隔15 m 设置1 道永久缝，采用浸沥青杉板填缝。施工过程中结合工程实地情况，增设M7.5 浆砌石挡墙，挡墙量已计算在工程量中。

2.3 施工技术要求

本次高标准农田灌溉渠道施工应在雨季来临前完成施工，施工时间为10 月到第2 年1 月份，施工时长3 个月。施工中用水、用电、交通情况以及土石方开挖、回填、混凝土工程、模板工程等应严格按照现有施工技术规范的要求进行[5]，具体施工技术要求如下：

（1）施工用水从附近的山箐取水，若无则可以用拉水车从附近拉水，应满足生活用水及施工用水。

（2）施工用电应采用柴油发电机自己发电。

（3）由于该项目施工区域大、战线长，故砂、石及各种材料沿渠道线堆放,采取少量多点堆放，尽量少占用耕地。

（4）项目区现状渠道为土渠，断面不满足输水要求时应进行土方开挖，开挖土体堆放于渠道边，土方不应堆积太高，应满足稳定要求，渠道衬砌后将开挖土料用于渠道两边土方回填，经复核，土石方开挖回填基本平衡。

（5）混凝土应选用高效、可靠的固定式拌和设备拌和，拌合前应对原材料取样和检验，满足要求即可拌和，拌合物也应进行取样检测，满足要求方可浇筑。

（6）模板采用平面钢模板浇筑，高度较低不需要搭设脚手架，模板不应有错缝，允许偏差应满足规范要求，在使用前应进行清洗和涂料防生锈，浇筑后衬砌达到设计要求后拆模，并进对灌溉渠道混凝土衬砌进行洒水养护。

（7）施工过程中每隔15 m 应设置1 道永久缝，采用浸沥青杉板填缝。

3 结论

通过高标准农田建设灌溉渠道工程实施，将传统沟灌转变为现代节水灌溉，实现了灌区农田渠系排灌自如，灌区农业生产由粗放型农业向精耕细作型农业转变。工程的实施，可为项目区和当地经济发展带来良好的效益，具体体现在：

（1）不仅可以发展高原特色农业、推广节水农业，而且缓解农业灌溉缺水矛盾，提高灌区灌溉保证程度，提高作物单产；

（2）工程的实施，有效改善了项目区水利基础工程设施，极大地改善项目区群众的生产条件。特别是干旱缺水季节，可利用有限水源保证作物需水要求，达到高产、优质、稳产目的。同时可促进土地利用结构与农村产业结构调整，发展高附加值产业，使受益区群众生活水平提高，为保障社会和谐与稳定打下坚实的物质基础。

（3）工程的实施不仅改善了耕作层土壤环境，而且调节作物田间的湿度、温度，改善局部小气候。同时工程在实施过程中，注重统筹考虑山、水、路等的综合治理，有效促进生态农村、田园化农村的建设，为生态农业建设打下基础。