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摘要：對于農(nóng)業(yè)糧食的生產(chǎn)，灌區(qū)的合理修建有著非常重要的作用。想要保證灌區(qū)工程設備，灌溉功能的正常發(fā)揮，保證水資源的合理利用，就必須對整體灌區(qū)工程結(jié)構(gòu)進行合理設計，對此在針對灌區(qū)實際應用的基礎上從農(nóng)民供水要求、灌區(qū)合理劃分、灌輸渠道布置、管道整體結(jié)構(gòu)設計以及其他建筑物幾個方面，對灌區(qū)工程設計問題進行了相關探討和分析，希望可以為現(xiàn)代灌區(qū)工程設計和修建提供一定借鑒作用。

關鍵詞：灌區(qū)工程；渠道布置；合理設計

灌區(qū)主要是指配備可靠水源和地表引水、輸水以及配水渠道，可以用于輔助灌溉的農(nóng)業(yè)田地面積。從本質(zhì)上來看，灌區(qū)是一種特殊的農(nóng)業(yè)產(chǎn)物，它是人類在長期從事農(nóng)業(yè)活動中，為了減輕農(nóng)業(yè)負擔而形成的。合理分配和再次區(qū)域劃分農(nóng)業(yè)耕種區(qū)域內(nèi)的灌溉水資源，實現(xiàn)對整個農(nóng)業(yè)灌區(qū)的整體性灌溉是對農(nóng)業(yè)灌區(qū)進行整體和優(yōu)化的最重要目的，從某一角度來說，灌區(qū)是一種農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，它的狀態(tài)是半自然半人工的。因為灌區(qū)的灌溉效率和灌區(qū)農(nóng)田對水資源的整體利用受到農(nóng)業(yè)灌區(qū)整體工程設計的影響，所以在對灌區(qū)進行配置優(yōu)化設計時，通常會存在很多問題，這需要設計人員多加注意。例如：在進行灌區(qū)相關設計時，合理設計和應用灌區(qū)水資源，需要考慮許多外在因素，如地質(zhì)類型、周圍環(huán)境、灌區(qū)內(nèi)地表水文等，要既能滿足農(nóng)業(yè)田區(qū)的灌溉需求，又能最大程度地減少浪費灌溉用水。

1灌區(qū)自然環(huán)境問題

1．1灌區(qū)供水要求灌。區(qū)灌溉供水是灌區(qū)修建和設計的最主要目的，所以在進行灌區(qū)工程的整體優(yōu)化設計時，必須首先對應用農(nóng)田區(qū)的灌溉水資源需要量進行實際考量，以獲取確定的數(shù)據(jù)為基礎，對灌區(qū)工程進行進一步設計，最后可以保證灌區(qū)的規(guī)劃和設計達到灌區(qū)農(nóng)田水量的需求。提高灌區(qū)灌溉水平和保證灌溉質(zhì)量，需要確保灌區(qū)工程的真實性和有效性。了解灌區(qū)農(nóng)田灌溉水需求的過程中，主要考慮下面的幾個因素：灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積、地表地下水文條件、農(nóng)田土壤條件等。如果經(jīng)過實際探究可以確定灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田地質(zhì)條件優(yōu)越、耕地密集、農(nóng)業(yè)資源豐富則對灌區(qū)工程供水需求量會大大降低，可以根據(jù)實際土壤情況，降低噴頭覆蓋面積和噴水量，反之則提高相關噴水量。1．2灌區(qū)合理劃分。根據(jù)農(nóng)田面積和實際環(huán)境情況，對灌區(qū)進行合理規(guī)劃，同樣是灌區(qū)工程的重要問題之一。對于灌區(qū)工程設計而言，想要在節(jié)約水資源的基礎上提高供水效率，必須對灌區(qū)進行合理劃分，從而使水資源的分配更加合理，對灌區(qū)工程設備的建設也有所幫助。此外灌區(qū)的劃分還需要與灌區(qū)周圍地質(zhì)環(huán)境相結(jié)合，對于沖積平原或開闊灌區(qū)，可以進行扇形排列，保證農(nóng)田區(qū)域均衡。對于短平壩較小、地層構(gòu)造侵蝕較為嚴重，或槽谷過多的灌區(qū)，需要進行密集劃分，防止槽谷阻礙灌溉水流，從而保證灌溉效果。

2灌區(qū)管道設備設計問題

灌區(qū)設備設計問題主要是指工程設備本身的各類系統(tǒng)問題，其包含的整體框架結(jié)構(gòu)如圖1。2．1管道系統(tǒng)布置。在灌溉工程設計中，管道系統(tǒng)的布置是整個灌區(qū)能否協(xié)調(diào)工作的核心，合理的管道系統(tǒng)布置需要做到集農(nóng)田灌溉系統(tǒng)、灌溉水排放系統(tǒng)、人行道路等各類系統(tǒng)緊密相連，統(tǒng)籌規(guī)劃。此外對于管道系統(tǒng)布置，還需要做到管網(wǎng)供水可靠、系統(tǒng)排水方便、大型農(nóng)業(yè)機耕方便，并需要對原本存在的管道工程結(jié)構(gòu)設施和環(huán)境特征加以充分的利用，保證灌區(qū)獨立排水系統(tǒng)可靠性。此外，對管道系統(tǒng)進行布置時，要注意控制線路總長度、保證管道線路平順、控制面積和以及減小管道拐彎和起伏情況。對于管道系統(tǒng)的整體管道級數(shù)的確定，需要根據(jù)整個農(nóng)業(yè)灌區(qū)環(huán)境因素，包括灌區(qū)排水條件、灌區(qū)面積、灌區(qū)地質(zhì)環(huán)境以及灌區(qū)修建區(qū)域綜合經(jīng)濟條件進行確定。如果灌區(qū)內(nèi)存在海拔高點，并且在該點位有干渠或者其他水源點，可以進行分散取水，那么灌區(qū)管道級數(shù)可以酌情消減。通常在500畝的灌溉區(qū)域內(nèi)，可以考慮應用單級管道。如果超出這一面積，則需要應用二級管道。另外，如果灌區(qū)工程條件較好或經(jīng)濟發(fā)展較優(yōu)越，灌區(qū)設計標準較高，每個水口控制面積較小，可以酌情進行管道升級。2．2管道流量設計。灌溉系統(tǒng)的管道流量即為整個灌溉工程灌溉最高峰時所需要管道流量。在考量水資源定額、灌溉水利工程整體建設系數(shù)的前提下該流量值既要考慮灌溉區(qū)域作物、農(nóng)作物分布結(jié)構(gòu)、還要考慮整體灌水周期、灌溉面積、水資源定額等諸多因素。該流量值是整個灌區(qū)工程應用管道管徑的選擇和管道水壓力度計算的重要衡量依據(jù)，其流量計算關系式如下：（1）Q＝mA／Tt公式中，Q為灌溉系統(tǒng)整體設計流量值；m為灌溉水總量；A為灌溉區(qū)應用面積；T為灌溉周期；t為每日灌溉時間，為灌溉水利整體系數(shù)。想要當?shù)毓鄥^(qū)的實際檢驗資料以及多年來的灌區(qū)經(jīng)驗是制定合理的灌溉制度和灌水流量的基本參數(shù)，必須根據(jù)當?shù)毓鄥^(qū)的實際檢驗資料以及多年來的灌區(qū)經(jīng)驗分析，同時還要參考日灌水時間、灌水定額以及灌水次數(shù)等詳細參數(shù)向量進行計算。灌水定額主要是指灌區(qū)農(nóng)作物可以達到泡田效果的灌水總量定值；灌水周期主要是指依靠灌水定額所設計的每年灌水區(qū)最大日，所需要的灌溉水量一般情況下為7～13t，如果灌溉區(qū)域面積較大，可以酌情增加。灌溉水利系數(shù)屬于定值，最小不應該低于0．85，可以根據(jù)灌區(qū)整體面積和灌溉管道強度以及流量損失系數(shù)三方面參數(shù)進行確定，一般取值為1．02％／km。研究資料表明，灌溉工程管道配套水平，對整個灌區(qū)管道水資源節(jié)約效果影響很大，為達到提高綜合節(jié)水能力只有為管道裝配正常配套水平的設施是必要的管道設施，才能提高綜合節(jié)水能力。2．3管道結(jié)構(gòu)設計。確定填土夯實的力度、管槽斷面、管道作用力的最大載荷、管道管壁厚度、管道內(nèi)壁直徑、管道整體埋深是進行管道結(jié)構(gòu)設計的主要目的。管道結(jié)構(gòu)設計需從多個方面考慮：管道內(nèi)壁直徑、管壁厚度、管道可承受最大作用力、管道整體埋深、管槽斷面面積以及填土的密度，由此設計的管道結(jié)構(gòu)可以保證管道整體工作安全，確保灌區(qū)堅固度和應用耐久。作用力載荷的組成因素為管道自身重量、填土夯實壓力、地面載荷和內(nèi)部水壓。當?shù)叵侣裆畛^60厘米的時候，整體載荷量可以忽略不計。在對管道環(huán)境進行具體計算時可以根據(jù)兩種最不利條件進行最大載荷計算：一是管道蓋土前的通水試驗；二是管道空水期的外部承受壓力。如果管道取材為現(xiàn)澆素硂管，其管道強度可以達到水壓要求，但是水利滲壓較低，一般在0．25MPa左右，而且現(xiàn)澆素硂管施工波動較大，所以工作壓力必須小于抗?jié)B壓力定值的2／3，才可以保證正確安全運行。如果整體管道使用的是硬塑管，需要注意的是，此類管道很容易因為長期外部載荷作用產(chǎn)生管道形變，并造成材料強度降低，必須控制其變形率不得超過10％。管道變形率的數(shù)值確定可以根據(jù)管材剛度以及載荷量計算，其公式如下：（2）ΔX＝DKW／0．159Ps（3）ΔY＝1．2ΔY公式中為水管橫向變化量和縱向變化量。D為水管形變之后系數(shù)，一般取定值1．5；K為水管基底數(shù)；E為填土夯實的作用模量；PS為管道形變量超過5％時的管材剛度。W為管道載荷數(shù)。2．4管道管材設計。管道管材主要包括管道設計材料和管件材料兩部分，是灌區(qū)工程設計重要的組成部分。其占整個灌區(qū)總投資比例85％以上。對灌區(qū)工程管道管材選擇時，必須考慮其施工條件、整體工程進度時間需要、質(zhì)量以及售價等眾多因素，一般情況下，自流灌區(qū)使用的灌區(qū)管道直徑較大，基本介于200到300毫米之間，可以選擇預制承插硂管。當管道直徑需要小于300毫米或者灌區(qū)處于丘陵旱作流灌區(qū)，最好使用直徑為100到200毫米之間的薄壁PVC材料試管。對于管道接觸需要用到的彎頭、三通等管件設備，除了對于特殊材料或結(jié)構(gòu)需要而加工定值的管件外，其余類似管件均需要保證直管和主管可以直接開孔連接，保證接頭處的抗?jié)B透壓可以滿足壓力要求。2．5其他設計問題。除了管道本身各類設計問題，灌區(qū)工程還需要進行進水池和調(diào)壓井設計。進水池主要是指整個灌區(qū)管道系統(tǒng)開端的儲水進水建筑物。其具有控制灌區(qū)水位、沉淀灌水中泥沙的作用。對于自流灌區(qū)，一般通過在輸水干渠上設置水閘壓抬高設施水位，做成進水池，灌區(qū)所有用水均可取自進水池。而調(diào)壓井的主要作用是灌區(qū)分水和減小水壓，如果灌區(qū)管線長度過長或者地形起伏角度過大，需要將富余水龍頭設置調(diào)壓井進行水壓消減。此外，調(diào)壓井可以選擇經(jīng)濟型管材，減小灌區(qū)經(jīng)濟投入。一般情況下，調(diào)壓井大多設置于丘陵自流灌區(qū)。

3結(jié)束語

實驗數(shù)據(jù)驗證表明，灌區(qū)工程的應用可以提高灌區(qū)輸水效率，起到節(jié)約用水、節(jié)省用地、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，節(jié)省耕種時間，提高管理效率的作用，推廣前景優(yōu)越。所以在建設相關設備設施時，必須從自然環(huán)境和管道設備兩方面詳細研究灌區(qū)供水要求、管道布置、管道流量、管道結(jié)構(gòu)等相關技術問題，從而保證整個灌區(qū)工程可以合理利用水資源，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉需要的同時，最大幅度減小資源浪費。

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作者:賈欽 單位:湖北盛達泰水利水電工程有限公司