农田水利灌溉渠道工程设计研究——以新疆地区为例

杨泽慧

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002

我国水利建设正处于从工业水利工程时代向水资源综合开发时代过渡的阶段，然而水资源开发周期较长，这意味着未来的5～10年将会迎来我国水利工程建设的高峰期。国家“十三五”172项重大水利工程中就有新疆的阿尔塔什水利枢纽，可见新疆地区必须加大农田水利设施的建设力度，提高农业方面的收入，解决农田水利设施建设的困境。

1 农田水利灌溉渠道工程设计原则

1.1 节水和充分灌溉原则

当前，我国农田灌溉技术依然以漫灌为主，主要方法是直接从水源处开挖渠道，让水资源流入农田中心。但是应用这种方式时，如果输水距离较远，渠道的材料是土质，那么就会出现不同程度的水资源浪费现象。因此，在进行工程设计时，首先要遵循节水和充分灌溉原则。（1）设计人员要依据农作物的种植方向，考虑土地的平整程度，设计1～2级的田间渠道，在农作物播种和出苗之前应用机械方式修筑，农作物收割之后需要在第一时间内填平。（2）设计人员要依据不同农作物的需水量，结合现实需求设置双排或单排式渠道，避免水资源的浪费，从而避免出现串流、串排等现象，显著提高水资源的利用效率。

1.2 灌溉区地形地貌设计原则

设计人员首先要对灌溉区域的地形地貌展开全方位的勘察，充分了解当地的地质类型、年降水量、年蒸发量、自然灾害特点等，形成专门的基础资料，然后展开综合分析。依据《水资源评价导则》（SL/T 238—1999），对水资源类型和质量进行全面系统的分析，针对开发过程中可能存在的各种问题，提前制订好预防措施，避免问题的出现和影响面积的扩大。例如，对于大型灌溉区域的地形地貌来说，其数据差异较大，因此设计人员应将其进行具体划分，依据当地的农作物种类、种植比例、计划湿润土层深度以及地下水补给量等参数，提前对渠道展开科学布局，为后续的建设工作做好铺垫。

1.3 自流灌溉设计原则

农作物灌溉的关键时期为春夏两季，设计人员在进行工程设计时要让其达到自流灌溉的效果，这样不仅能够节约水资源，还能够实现高效率的灌溉，促进农作物生长。在设计时可以遵循如下原则：（1）在相对地势较高处设置灌溉渠道，这样因为地心引力可以加快水流速度；（2）设计应当满足抗洪、抗涝的要求，特别是在夏天时，自然灾害的发生概率更高，要在地势较低的地方设置排水沟渠，并且应注意自流渠道和排水渠道要分开修建，这样才能最大程度上发挥其作用；（3）在设计各类渠道时，设计人员要遵循整、齐、直等要求，彼此之间尽量不要间隔建筑物，这样不仅能够降低修建成本，还能够减少以后的维护维修等工作，使渠道利用率更高。

1.4 干、支渠布置设计原则

设计人员在设计时要遵循因地制宜的原则，根据项目区的有害风向布置条田的方向，在此基础上分析并布置干、支渠。新疆的绿洲主要位于冲洪积扇倾斜平原上，大部分时候都处于河流的中下游段，因而设计人员必须全面考虑该区域是否经常发生洪涝旱灾，进行合理设计，避免农作物遭受洪涝的伤害，要设计专门的蓄水功能，使得在干旱时期也不会出现水资源不足的情况。地下水位高的下游灌区水资源一般较为丰富，因此设计人员可以采取灌排分开的方式布置，在排水的过程中注意降低水流量对河坝土壤的冲刷程度，并提前做好相关预防措施，以避免土壤盐碱化。

2 农田水利灌溉渠道工程的具体设计

设计人员需要依据不同地区之间的差异性，充分遵循上述设计原则，加大对建设现场的勘察力度，计算出工程量和水资源利用率；全面调查和记录影响因素和数据，确定引水流量，而后依据流量数据再对断面展开设计。最后，设计人员要准确计算出工程量，设计出图纸，积极和施工人员交流沟通，交代细节和注意事项，以此避免个别施工人员不严格按照图纸施工的情况，在最大程度上保障渠道工程的质量和稳定性。

2.1 计算渠道引水量

作为农田水利灌溉渠道工程的设计重点，渠道引水流量的计算主要是指灌溉净流量和损失流量的综合。因此，设计人员必须全面了解当地区域内部的水源条件、农田土质、渠道长短等多方面参考数据，然后在计算过程中以灌溉制度为依据，以及需要控制的灌溉面积等，考虑同一时期内不同农作物灌溉需要的水量，从而进行合理有效的计算。计算公式为

Q=灌水定额×灌溉面积×灌溉天数×86400×渠道有效利用系数

其中，渠道有效利用系数是设计人员依据不同渠道在引水过程中的渗漏和蒸发损失确定的，一般来说，干渠的取值为0.5～0.7，支渠的取值为0.6～0.8，渠道采用砌筑的固定方式，取0.8～0.9。

2.2 设计渠道断面

合理设计渠道断面，以达到降低能量损耗的目的。断面的类型、流速和比降等因素有密切联系，因此设计人员在实际的操作过程中应满足如下要求：（1）确定渠道比降和流速。如果比降较大，那么水资源的流速就较快，渠道断面就可以适当缩小，以此节省材料。但是如果灌溉面积较小，一般来说水流量对于渠床的冲刷就比较严重。如果比降过小，也会导致流速快，水中淤泥就非常容易出现沉降现象，随着时间的推移，管道就会被堵塞，最终降低输水能力。通常设计中干支渠的取值范围为1/2500～1/500，斗渠的取值范围为1/1500～1/200。（2）针对渠道边坡的设计，主要目的是提高灌溉水传输效率，坡度一般用l∶m表示，l表示斜坡的垂直高度，m表示斜坡的水平距离，也称边坡系数。如果m的数值过小，那么边坡就会变得很陡峭，当渠道断面呈矩形时，m为零。（3）设计断面时，设计人员要依据流量对水力展开准确的计算，以此作为参考依据。一方面，横断面尺寸需要满足灌溉的实际要求；另一方面，尺寸大小还要确保渠床处于稳定安全的状态。从纵向来看，必须保证渠道不会发生冲刷和淤泥沉降的情况，从平面来说，水流输送需具有稳定性。

2.3 设计渠道取水方式

设计人员需要结合不同工程的建设规模选择取水点，并对水源展开合理的分类。其中，灌溉水源通常划分为两种：自流灌溉水源和提取灌溉水源。对于自流灌溉水源，设计的时候水位高度应选择在合理位置，结合高度差、灌溉距离进行设计。对于提取灌溉水源，由于该方法的耗能严重，工程烦琐，一般应用得较少。

2.4 设计防渗水渠

当前的防渗渠道设计十分常见的为梯形衬砌，设计人员需要注意以下几点：（1）在沙砾垫层的施工过程中，必须将材料充分铺均匀，用人工方法细化边坡，用平板振动机压实边坡，并寻找平整坑洼。（2）在铺设复合土工膜时，要讲究方式方法，合理的方法能够有效减少渠道水的下渗，提高水资源的利用率。在接搭施工时，设计人员还应向施工人员提供技术细节，以提高施工质量。（3）在设计渠道衬砌时，施工人员要做好相关施工缝的处理，将伸缩缝设置在对应的区域中从而有效减少渠道管道的热胀冷缩情况，使水流传输更加稳定高效。在将渠道水输送到农田时可以采取一些减压措施，减缓渠道水的流速，通过增加支流，大面积灌溉农田，满足农业生产的需要。

2.5 合理布置渠系建筑物

为了实现对水位和流量的有效控制，设计人员还可以在合适的位置增添一些辅助设备。在布置规划这些建筑物的时候，也要充分全面地考虑各个影响因素，优化渠线，以达到灌溉的目标。（1）确保建筑物不会阻碍工程顺利运行，不会出现阻碍输水功能的现象，不会发生渠道之间的交叉情况，既能够满足农田用水需求，又能优化输水效率。（2）建筑物不仅要能调节渠道水位和流量，还要能在一定程度上降低水流量损失，从而节能减耗，提升水流量的稳定性。（3）应将建筑物的辅助作用充分发挥出来，设计人员可以将多个建筑物规划在同一区域内，进而有效地控制施工成本。（4）在建设时应结合当地区域的地质情况优化施工技艺，要求施工人员严格按照图纸和流程操作，避免出现不合格的施工技术问题，进而导致灌溉区有沉降现象。需对施工质量加以控制，避免出现渠道变形、水流受阻的情况。

3 结束语

农田水利灌溉渠道工程的建设不仅关系到农作物的健康生长，关系到农户的经济收益，还影响当地的经济水平和农业发展水平。因此，在实际的设计中，设计人员要充分全面地考察地质、水资源等多方面情况，遵循因地制宜的原则，优化设计方案，对流量等设计要点展开模拟测试，确保工程设计的质量。