汪海濤

（營口市水利勘測建筑設(shè)計院，遼寧 營口115000）

0 引言

近幾年來，全國旱情的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致地下水位下降、土壤墑情降低、庫塘蓄水量嚴(yán)重不足，群眾生活和生產(chǎn)供水安全面臨巨大壓力。缺水地區(qū)自然條件惡劣，洪旱災(zāi)害頻發(fā)，人畜飲水困難，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低，群眾生活困難，嚴(yán)重制約著缺水地區(qū)生產(chǎn)、生存條件及全縣社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。2018 年營口市根據(jù)中央1 號精神文件及全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳局長會議精神，認(rèn)真落實省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳下達(dá)的關(guān)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的建設(shè)任務(wù)，將全市的基本農(nóng)田加快建設(shè)成為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，建立穩(wěn)固商品糧食基地，加大農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)力度，力爭將部分縣建設(shè)成為農(nóng)業(yè)大縣。項目實施以后，能進(jìn)一步加快營口市縣市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定增長戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。因此，在現(xiàn)有的蓄水工程基礎(chǔ)上建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)高農(nóng)田以改善缺水地區(qū)生存條件、生產(chǎn)條件和提高人民生活水平的任務(wù)顯得極其重要。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的內(nèi)容主要以田間機(jī)耕路和灌溉排水工程為主，也包括高效節(jié)水工程建設(shè)。本文以945 畝高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)為例，進(jìn)行灌溉渠道設(shè)計方案研究，將得到的設(shè)計成果用于我市縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 灌溉渠道設(shè)計

1.1 田間灌溉渠現(xiàn)狀

項目區(qū)大部分屬于中低產(chǎn)田，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，抗御自然災(zāi)害的能力不強(qiáng)，主要表現(xiàn)為灌排溝渠淤積，田間溝渠襯砌率低，渠系建筑物配套不完善，易澇易旱的問題沒有根本解決。灌溉渠道為土渠，渠道滲漏量占渠系損失水量的絕大部分，損失水量占引入水量的30%～50%，渠系水量損失不僅降低了渠系水利用系數(shù)，減少了灌溉面積，浪費(fèi)了寶貴的水資源，還增加了灌溉成本和農(nóng)民的水費(fèi)負(fù)擔(dān)，降低灌溉效益，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的栽種節(jié)令和生長期的用水需求。

1.2 設(shè)計流量確定

本次高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田實施片區(qū)設(shè)計灌溉渠道控制灌溉面積945 畝，全為水田，現(xiàn)狀渠道為土渠無襯砌，水量蒸發(fā)、滲漏等損失嚴(yán)重，水源為上游庫區(qū)尾水渠輸水，本次設(shè)計流量通過灌溉面積和泡田期用水定額確定，并考慮渠道水量損失15%。計算公式如下：

式中：Q設(shè)為設(shè)計流量，m3/s；F 為渠道控制灌溉面積，945 畝；W為水田泡田期用水定額，200 m3/畝；d 為泡田期時間，3 天～15天，取12 天。

經(jīng)計算可得，灌溉渠道設(shè)計流量為0.2096 m3/s。

1.3 灌溉溝水力計算

本工程灌溉渠道斷面尺寸計算根據(jù)《水利計算手冊》[2]和《水力學(xué)》[3](第四版)中明渠均勻流計算公式，在渠道流量Q、設(shè)計底坡i、底寬b 和糙率系數(shù)n，已知的情況下求設(shè)計水深，從而求得渠道斷面尺寸。計算公式如下：

式中：Q 為渠道設(shè)計流量，m3/s；A 為渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；χ 為濕周，m；b 為渠道底寬，m；h 為渠道正常水深，m；m1，m2為渠道邊坡系數(shù)，矩形渠道為0；C 為謝才系數(shù)；n 為渠道糙率系數(shù)；R 為水力半徑，m；i 為渠道設(shè)計底坡。

渠堤超高：渠堤超高是保證行水安全，考慮渠系建筑物的壅水高度和渠道運(yùn)用期間可能加大等因素對水位的影響，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）按下式計算確定：

式中：Δh 渠堤堤頂超高,m；hj 為渠道通過加大流量時的水深，m；根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）[4]，該工程加大流量取35%計算。水力計算見表1。

表1 灌溉渠道水力計算表

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 襯砌形式的選擇

根據(jù)現(xiàn)場勘察情況灌溉渠渠線沿線附近無石料場，漿砌石材料緊缺，而混凝土襯砌具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)混凝土襯砌渠道具有防滲效果好、耐久、糙率小、強(qiáng)度高和適應(yīng)性強(qiáng)。(2)混凝土襯砌其襯砌厚度較薄，節(jié)省工程量等，通過對灌溉渠現(xiàn)狀情況的認(rèn)真分析研究，本著經(jīng)濟(jì)合理、便于施工、安全可靠、過流能力佳的原則，對灌溉渠選取混凝土襯砌及M7.5 漿砌石襯砌兩種方案進(jìn)行比較，兩種襯砌橫斷面設(shè)計圖見圖1，每米造價比較結(jié)果見表2。

圖1 兩種方案襯砌橫斷面設(shè)計圖（尺寸單位：cm）

表2 兩種方案每米造價比較表

從上表可知，方案一，采用C20 砼矩形斷面襯砌，每米造價590.27 元。方案二，采用M7.5 漿砌石邊墻、C20 砼底板矩形斷面襯砌，每米造價645.69 元。從以上分析結(jié)果看，方案一投資費(fèi)用較方案二低55.42 元/m，總投資低8.6 萬元，且從渠道、地質(zhì)、施工條件、防滲及長期運(yùn)行管理等考慮，最終襯砌斷面采用C20 砼襯砌形式。

2.2 工程布置

現(xiàn)狀渠道為土渠，滲水嚴(yán)重，改造將現(xiàn)狀渠道斷面采用C20 混凝土襯砌，灌溉渠設(shè)計灌溉面積945 畝，灌溉設(shè)計流量0.2069 m3/s。渠道采用C20 砼澆筑襯砌，邊墻及底板襯砌厚度均20 cm，斷面為0.6 m×0.6 m 矩形斷面，每隔15 m 設(shè)置1 道永久縫，采用浸瀝青杉板填縫。施工過程中結(jié)合工程實地情況，增設(shè)M7.5 漿砌石擋墻，擋墻量已計算在工程量中。

2.3 施工技術(shù)要求

本次高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉渠道施工應(yīng)在雨季來臨前完成施工，施工時間為10 月到第2 年1 月份，施工時長3 個月。施工中用水、用電、交通情況以及土石方開挖、回填、混凝土工程、模板工程等應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)有施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行[5]，具體施工技術(shù)要求如下：

（1）施工用水從附近的山箐取水，若無則可以用拉水車從附近拉水，應(yīng)滿足生活用水及施工用水。

（2）施工用電應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)自己發(fā)電。

（3）由于該項目施工區(qū)域大、戰(zhàn)線長，故砂、石及各種材料沿渠道線堆放,采取少量多點(diǎn)堆放，盡量少占用耕地。

（4）項目區(qū)現(xiàn)狀渠道為土渠，斷面不滿足輸水要求時應(yīng)進(jìn)行土方開挖，開挖土體堆放于渠道邊，土方不應(yīng)堆積太高，應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，渠道襯砌后將開挖土料用于渠道兩邊土方回填，經(jīng)復(fù)核，土石方開挖回填基本平衡。

（5）混凝土應(yīng)選用高效、可靠的固定式拌和設(shè)備拌和，拌合前應(yīng)對原材料取樣和檢驗，滿足要求即可拌和，拌合物也應(yīng)進(jìn)行取樣檢測，滿足要求方可澆筑。

（6）模板采用平面鋼模板澆筑，高度較低不需要搭設(shè)腳手架，模板不應(yīng)有錯縫，允許偏差應(yīng)滿足規(guī)范要求，在使用前應(yīng)進(jìn)行清洗和涂料防生銹，澆筑后襯砌達(dá)到設(shè)計要求后拆模，并進(jìn)對灌溉渠道混凝土襯砌進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

（7）施工過程中每隔15 m 應(yīng)設(shè)置1 道永久縫，采用浸瀝青杉板填縫。

3 結(jié)論

通過高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)灌溉渠道工程實施，將傳統(tǒng)溝灌轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代節(jié)水灌溉，實現(xiàn)了灌區(qū)農(nóng)田渠系排灌自如，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由粗放型農(nóng)業(yè)向精耕細(xì)作型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。工程的實施，可為項目區(qū)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來良好的效益，具體體現(xiàn)在：

（1）不僅可以發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)、推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)，而且緩解農(nóng)業(yè)灌溉缺水矛盾，提高灌區(qū)灌溉保證程度，提高作物單產(chǎn)；

（2）工程的實施，有效改善了項目區(qū)水利基礎(chǔ)工程設(shè)施，極大地改善項目區(qū)群眾的生產(chǎn)條件。特別是干旱缺水季節(jié)，可利用有限水源保證作物需水要求，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)目的。同時可促進(jìn)土地利用結(jié)構(gòu)與農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展高附加值產(chǎn)業(yè)，使受益區(qū)群眾生活水平提高，為保障社會和諧與穩(wěn)定打下堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）工程的實施不僅改善了耕作層土壤環(huán)境，而且調(diào)節(jié)作物田間的濕度、溫度，改善局部小氣候。同時工程在實施過程中，注重統(tǒng)籌考慮山、水、路等的綜合治理，有效促進(jìn)生態(tài)農(nóng)村、田園化農(nóng)村的建設(shè)，為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)打下基礎(chǔ)。