農田水利灌溉渠道工程設計研究
——以新疆地區為例

楊澤慧

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002

我國水利建設正處于從工業水利工程時代向水資源綜合開發時代過渡的階段，然而水資源開發周期較長，這意味著未來的5～10年將會迎來我國水利工程建設的高峰期。國家“十三五”172項重大水利工程中就有新疆的阿爾塔什水利樞紐，可見新疆地區必須加大農田水利設施的建設力度，提高農業方面的收入，解決農田水利設施建設的困境。

1 農田水利灌溉渠道工程設計原則

1.1 節水和充分灌溉原則

當前，我國農田灌溉技術依然以漫灌為主，主要方法是直接從水源處開挖渠道，讓水資源流入農田中心。但是應用這種方式時，如果輸水距離較遠，渠道的材料是土質，那么就會出現不同程度的水資源浪費現象。因此，在進行工程設計時，首先要遵循節水和充分灌溉原則。（1）設計人員要依據農作物的種植方向，考慮土地的平整程度，設計1～2級的田間渠道，在農作物播種和出苗之前應用機械方式修筑，農作物收割之后需要在第一時間內填平。（2）設計人員要依據不同農作物的需水量，結合現實需求設置雙排或單排式渠道，避免水資源的浪費，從而避免出現串流、串排等現象，顯著提高水資源的利用效率。

1.2 灌溉區地形地貌設計原則

設計人員首先要對灌溉區域的地形地貌展開全方位的勘察，充分了解當地的地質類型、年降水量、年蒸發量、自然災害特點等，形成專門的基礎資料，然后展開綜合分析。依據《水資源評價導則》（SL/T 238—1999），對水資源類型和質量進行全面系統的分析，針對開發過程中可能存在的各種問題，提前制訂好預防措施，避免問題的出現和影響面積的擴大。例如，對于大型灌溉區域的地形地貌來說，其數據差異較大，因此設計人員應將其進行具體劃分，依據當地的農作物種類、種植比例、計劃濕潤土層深度以及地下水補給量等參數，提前對渠道展開科學布局，為后續的建設工作做好鋪墊。

1.3 自流灌溉設計原則

農作物灌溉的關鍵時期為春夏兩季，設計人員在進行工程設計時要讓其達到自流灌溉的效果，這樣不僅能夠節約水資源，還能夠實現高效率的灌溉，促進農作物生長。在設計時可以遵循如下原則：（1）在相對地勢較高處設置灌溉渠道，這樣因為地心引力可以加快水流速度；（2）設計應當滿足抗洪、抗澇的要求，特別是在夏天時，自然災害的發生概率更高，要在地勢較低的地方設置排水溝渠，并且應注意自流渠道和排水渠道要分開修建，這樣才能最大程度上發揮其作用；（3）在設計各類渠道時，設計人員要遵循整、齊、直等要求，彼此之間盡量不要間隔建筑物，這樣不僅能夠降低修建成本，還能夠減少以后的維護維修等工作，使渠道利用率更高。

1.4 干、支渠布置設計原則

設計人員在設計時要遵循因地制宜的原則，根據項目區的有害風向布置條田的方向，在此基礎上分析并布置干、支渠。新疆的綠洲主要位于沖洪積扇傾斜平原上，大部分時候都處于河流的中下游段，因而設計人員必須全面考慮該區域是否經常發生洪澇旱災，進行合理設計，避免農作物遭受洪澇的傷害，要設計專門的蓄水功能，使得在干旱時期也不會出現水資源不足的情況。地下水位高的下游灌區水資源一般較為豐富，因此設計人員可以采取灌排分開的方式布置，在排水的過程中注意降低水流量對河壩土壤的沖刷程度，并提前做好相關預防措施，以避免土壤鹽堿化。

2 農田水利灌溉渠道工程的具體設計

設計人員需要依據不同地區之間的差異性，充分遵循上述設計原則，加大對建設現場的勘察力度，計算出工程量和水資源利用率；全面調查和記錄影響因素和數據，確定引水流量，而后依據流量數據再對斷面展開設計。最后，設計人員要準確計算出工程量，設計出圖紙，積極和施工人員交流溝通，交代細節和注意事項，以此避免個別施工人員不嚴格按照圖紙施工的情況，在最大程度上保障渠道工程的質量和穩定性。

2.1 計算渠道引水量

作為農田水利灌溉渠道工程的設計重點，渠道引水流量的計算主要是指灌溉凈流量和損失流量的綜合。因此，設計人員必須全面了解當地區域內部的水源條件、農田土質、渠道長短等多方面參考數據，然后在計算過程中以灌溉制度為依據，以及需要控制的灌溉面積等，考慮同一時期內不同農作物灌溉需要的水量，從而進行合理有效的計算。計算公式為

Q=灌水定額×灌溉面積×灌溉天數×86400×渠道有效利用系數

其中，渠道有效利用系數是設計人員依據不同渠道在引水過程中的滲漏和蒸發損失確定的，一般來說，干渠的取值為0.5～0.7，支渠的取值為0.6～0.8，渠道采用砌筑的固定方式，取0.8～0.9。

2.2 設計渠道斷面

合理設計渠道斷面，以達到降低能量損耗的目的。斷面的類型、流速和比降等因素有密切聯系，因此設計人員在實際的操作過程中應滿足如下要求：（1）確定渠道比降和流速。如果比降較大，那么水資源的流速就較快，渠道斷面就可以適當縮小，以此節省材料。但是如果灌溉面積較小，一般來說水流量對于渠床的沖刷就比較嚴重。如果比降過小，也會導致流速快，水中淤泥就非常容易出現沉降現象，隨著時間的推移，管道就會被堵塞，最終降低輸水能力。通常設計中干支渠的取值范圍為1/2500～1/500，斗渠的取值范圍為1/1500～1/200。（2）針對渠道邊坡的設計，主要目的是提高灌溉水傳輸效率，坡度一般用l∶m表示，l表示斜坡的垂直高度，m表示斜坡的水平距離，也稱邊坡系數。如果m的數值過小，那么邊坡就會變得很陡峭，當渠道斷面呈矩形時，m為零。（3）設計斷面時，設計人員要依據流量對水力展開準確的計算，以此作為參考依據。一方面，橫斷面尺寸需要滿足灌溉的實際要求；另一方面，尺寸大小還要確保渠床處于穩定安全的狀態。從縱向來看，必須保證渠道不會發生沖刷和淤泥沉降的情況，從平面來說，水流輸送需具有穩定性。

2.3 設計渠道取水方式

設計人員需要結合不同工程的建設規模選擇取水點，并對水源展開合理的分類。其中，灌溉水源通常劃分為兩種：自流灌溉水源和提取灌溉水源。對于自流灌溉水源，設計的時候水位高度應選擇在合理位置，結合高度差、灌溉距離進行設計。對于提取灌溉水源，由于該方法的耗能嚴重，工程煩瑣，一般應用得較少。

2.4 設計防滲水渠

當前的防滲渠道設計十分常見的為梯形襯砌，設計人員需要注意以下幾點：（1）在沙礫墊層的施工過程中，必須將材料充分鋪均勻，用人工方法細化邊坡，用平板振動機壓實邊坡，并尋找平整坑洼。（2）在鋪設復合土工膜時，要講究方式方法，合理的方法能夠有效減少渠道水的下滲，提高水資源的利用率。在接搭施工時，設計人員還應向施工人員提供技術細節，以提高施工質量。（3）在設計渠道襯砌時，施工人員要做好相關施工縫的處理，將伸縮縫設置在對應的區域中從而有效減少渠道管道的熱脹冷縮情況，使水流傳輸更加穩定高效。在將渠道水輸送到農田時可以采取一些減壓措施，減緩渠道水的流速，通過增加支流，大面積灌溉農田，滿足農業生產的需要。

2.5 合理布置渠系建筑物

為了實現對水位和流量的有效控制，設計人員還可以在合適的位置增添一些輔助設備。在布置規劃這些建筑物的時候，也要充分全面地考慮各個影響因素，優化渠線，以達到灌溉的目標。（1）確保建筑物不會阻礙工程順利運行，不會出現阻礙輸水功能的現象，不會發生渠道之間的交叉情況，既能夠滿足農田用水需求，又能優化輸水效率。（2）建筑物不僅要能調節渠道水位和流量，還要能在一定程度上降低水流量損失，從而節能減耗，提升水流量的穩定性。（3）應將建筑物的輔助作用充分發揮出來，設計人員可以將多個建筑物規劃在同一區域內，進而有效地控制施工成本。（4）在建設時應結合當地區域的地質情況優化施工技藝，要求施工人員嚴格按照圖紙和流程操作，避免出現不合格的施工技術問題，進而導致灌溉區有沉降現象。需對施工質量加以控制，避免出現渠道變形、水流受阻的情況。

3 結束語

農田水利灌溉渠道工程的建設不僅關系到農作物的健康生長，關系到農戶的經濟收益，還影響當地的經濟水平和農業發展水平。因此，在實際的設計中，設計人員要充分全面地考察地質、水資源等多方面情況，遵循因地制宜的原則，優化設計方案，對流量等設計要點展開模擬測試，確保工程設計的質量。