摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速發(fā)展，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)已成為提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、保障糧食安全的重要途徑。其中，渠道排水溝對(duì)于調(diào)節(jié)農(nóng)田水分、防止?jié)n澇災(zāi)害具有不可替代的作用。由于當(dāng)前部分農(nóng)田排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在不合理、效率低下等問題，嚴(yán)重影響了農(nóng)田的生產(chǎn)效益。因此，筆者在本文圍繞高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中渠道排水溝的設(shè)計(jì)原則、方法及其優(yōu)化策略展開探討。

關(guān)鍵詞：高標(biāo)準(zhǔn)；農(nóng)田建設(shè)；渠道；排水溝；設(shè)計(jì)

我國(guó)地域遼闊，農(nóng)田類型多樣，氣候條件復(fù)雜，這對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的渠道排水溝設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的排水溝設(shè)計(jì)一般基于經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏科學(xué)的理論依據(jù)和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致排水效果不理想，甚至引發(fā)土壤鹽堿化、作物減產(chǎn)等一系列問題。因此，迫切需要引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)手段，對(duì)渠道排水溝進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同地區(qū)農(nóng)田的實(shí)際情況和需求。而隨著科技的進(jìn)步和信息技術(shù)的發(fā)展，智能化、生態(tài)化已成為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的新趨勢(shì)。在渠道排水溝設(shè)計(jì)中，可以借鑒現(xiàn)代水利工程的成功經(jīng)驗(yàn)，引入GIS、BIM等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)排水溝的布局、斷面尺寸、邊坡坡度等進(jìn)行精確計(jì)算和模擬；或者結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)的理念，采用生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)排水等環(huán)保措施，減少對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利工程與生態(tài)環(huán)境的和諧共生。

1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)概述

1.1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的定義與目標(biāo)

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是指通過一系列綜合性的土地整治和農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)措施，全面提升農(nóng)田的基礎(chǔ)設(shè)施水平，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；⒓s化生產(chǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。建設(shè)過程涉及土地資源的有效整合與優(yōu)化配置，還包括對(duì)農(nóng)田水利、道路、防護(hù)林等基礎(chǔ)設(shè)施的全面升級(jí)。其核心目標(biāo)在于顯著提升農(nóng)田的生產(chǎn)能力和抗災(zāi)能力，確保糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定與安全，強(qiáng)化我國(guó)的農(nóng)業(yè)實(shí)力。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的目標(biāo)如下：一是通過土地整治，優(yōu)化農(nóng)田布局，提高土地資源的利用率和產(chǎn)出率；二是加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，確保農(nóng)田水分供給充足且排泄順暢，有效抵御旱澇災(zāi)害；三是通過田間道路和防護(hù)林的建設(shè)，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提升農(nóng)田的綜合生產(chǎn)能力；四是推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與應(yīng)用，進(jìn)一步保證國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量，使農(nóng)業(yè)朝著現(xiàn)代化方向持續(xù)發(fā)展。

1.2 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的主要內(nèi)容

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的內(nèi)容豐富多樣，涵蓋了土地整治、農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)、田間道路建設(shè)、農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)等多個(gè)方面。其中，農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)作為核心環(huán)節(jié)，對(duì)于保障農(nóng)田水分供給和排泄至關(guān)重要。土地整治主要是對(duì)現(xiàn)有土地進(jìn)行改良，且對(duì)農(nóng)田加以呵護(hù)，進(jìn)一步維護(hù)生態(tài)平衡，在此基礎(chǔ)上能夠優(yōu)化農(nóng)田布局，提高土地資源的利用率和產(chǎn)出率。而農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)圍繞灌溉系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、防洪設(shè)施等進(jìn)行建設(shè)和完善，確保農(nóng)田在干旱和洪澇等極端天氣條件下仍能保持穩(wěn)定生產(chǎn)。田間道路建設(shè)旨在改善農(nóng)田交通條件，便于農(nóng)業(yè)機(jī)械化和規(guī)?；a(chǎn)。農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)可以種植防護(hù)林帶，保護(hù)農(nóng)田免受風(fēng)沙、干旱等自然災(zāi)害的侵襲，也有助于改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[1]。

2 渠道排水溝設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

2.1 排水系統(tǒng)工程布局與原則

排水系統(tǒng)工程布局是農(nóng)田水利工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。布局時(shí)，必須嚴(yán)格遵循因地制宜、統(tǒng)籌規(guī)劃的原則，充分考慮地形地貌、氣候條件、作物種類、土壤類型、水文地質(zhì)條件以及農(nóng)田的灌溉與排水需求等多方面因素。地形地貌決定了排水溝的走向和坡度，所以，要根據(jù)地勢(shì)高低合理布置排水溝，確保水流暢通無阻。而氣候條件會(huì)影響降雨強(qiáng)度、降雨頻率和降雨歷時(shí)等，這是確定排水溝設(shè)計(jì)流量和制定排水方案的重要依據(jù)。作物種類和土壤類型決定了農(nóng)田的水分需求和排水敏感性，對(duì)此，就要根據(jù)作物的生長(zhǎng)特性和土壤的透水性來合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)。此外，水文地質(zhì)條件還會(huì)影響地下水位和土壤含水量，因而還需考慮地下水對(duì)排水溝的影響以及排水溝對(duì)地下水位的控制作用。在布局過程中，還應(yīng)注重排水系統(tǒng)的整體性和協(xié)調(diào)性，確保各排水設(shè)施之間能夠相互銜接、協(xié)同工作。還要注意盡量避免排水溝穿越農(nóng)田耕作區(qū)，減少對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)的干擾和破壞。

2.2 排水溝設(shè)計(jì)流量與水位計(jì)算

排水溝設(shè)計(jì)流量的計(jì)算是排水溝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它對(duì)整個(gè)排水溝的排水能力和效果有較大的影響。設(shè)計(jì)流量時(shí)，可以根據(jù)農(nóng)田的排水需求、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、降雨頻率以及土壤入滲率等因素進(jìn)行綜合考慮。計(jì)算過程中，結(jié)合歷史降雨資料和氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，確定不同重現(xiàn)期下的降雨強(qiáng)度。再嚴(yán)格計(jì)算土壤入滲率和地表徑流系數(shù)。最后，根據(jù)排水溝的斷面尺寸、坡度和水流速度等參數(shù)，計(jì)算得出排水溝的設(shè)計(jì)流量。但要注意的是，水位計(jì)算需考慮排水溝的斷面尺寸、坡度、水流速度、土壤滲透性以及地下水位等因素。得出排水溝在不同流量下的水位變化后，就可以確保排水溝在暴雨等極端天氣條件下仍能保持暢通無阻，從而避免積水對(duì)農(nóng)田造成損害。

2.3 排水溝斷面尺寸確定方法

確定斷面尺寸時(shí)，需綜合考慮排水流量、流速、邊坡穩(wěn)定、土壤滲透性以及排水溝的材料和結(jié)構(gòu)等因素。具體來說，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量和流速要求，計(jì)算出排水溝的最小斷面尺寸；同時(shí)，考慮邊坡穩(wěn)定性要求，確定合理的邊坡坡度和支護(hù)措施；還需考慮土壤滲透性對(duì)排水溝斷面尺寸的影響，以及排水溝材料和結(jié)構(gòu)對(duì)斷面尺寸的限制。計(jì)算過程中可采用水力計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)公式等方法進(jìn)行綜合考慮，再結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察和試驗(yàn)驗(yàn)證，確保排水溝斷面尺寸合理、可靠。

2.4 排水溝邊坡穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì)

為確保排水溝安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以對(duì)排水溝邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，在此基礎(chǔ)上確定合理的邊坡坡度和支護(hù)措施，防止排水溝在排水過程中發(fā)生坍塌等安全事故。整個(gè)過程要考慮土壤的物理力學(xué)性質(zhì)、排水溝的斷面尺寸和坡度、地下水位以及外部荷載等因素。得出邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)后，根據(jù)安全系數(shù)的要求確定合理的邊坡坡度和支護(hù)措施。具體設(shè)計(jì)時(shí)可采用重力式擋土墻、錨桿支護(hù)、土釘墻等支護(hù)措施來增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。

3 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道排水溝設(shè)計(jì)案例分析

3.1 案例背景與概況

在遼寧大石橋市盤海營(yíng)高速公路沿線的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)示范項(xiàng)目中，排水系統(tǒng)工程被精心規(guī)劃為支渠與斗渠2大組成部分，總長(zhǎng)達(dá)51 km。這一龐大的渠系布局巧妙，涵蓋了4條支渠，總長(zhǎng)度達(dá)到8.93 km，以及12條斗渠，合計(jì)8.38 km。此外，還設(shè)有93條農(nóng)渠，總長(zhǎng)度達(dá)到33.6 km，共同構(gòu)成了一個(gè)高效且全面的排水網(wǎng)絡(luò)。

項(xiàng)目所在的區(qū)域，土壤類型豐富多樣，自東向西依次分布著各類豐富的草甸土。這些土壤在質(zhì)地分布上相對(duì)均勻，其中，中部地區(qū)的表土主要是壤質(zhì)土，占比接近一半。而其地表1.5 m以下，土壤逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉凵凹吧巴痢５靡嬗跀?shù)十年來持續(xù)的種稻改良，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的大部分地塊表土鹽分含量已降至極輕度和輕度水平，中度以上的鹽化土現(xiàn)象已較為罕見。這一顯著的土壤改良成果，為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的排水系統(tǒng)建設(shè)提供了更為有利的條件[2]。

3.2 設(shè)計(jì)原則

在規(guī)劃排水系統(tǒng)工程時(shí)，依據(jù)工程布局與既定標(biāo)準(zhǔn)，確定田間排水溝的深度與間距，分析各級(jí)排水溝道及其配套建筑物的流量、水位、斷面尺寸，并精確計(jì)算相應(yīng)的工程量。田間排水網(wǎng)的布局，特別是排水溝的間距與斷面尺寸，是綜合考量排水需求與機(jī)械化耕作要求后的科學(xué)決策。針對(duì)除澇排水系統(tǒng)中的農(nóng)溝，其間距通常設(shè)定在100～400 m，而溝深則大致維持在1 m。初步規(guī)劃階段，要考慮作物生長(zhǎng)所需的地下水埋藏深度△H以及實(shí)際施工條件，以此為基礎(chǔ)，設(shè)定排水農(nóng)溝的深度，并據(jù)此確定合理的排水溝間距。鑒于排水區(qū)域水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在確定排水溝深度與間距時(shí)，要參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并充分借鑒相鄰地區(qū)的成功案例與經(jīng)驗(yàn)[3]。

3.3 斷面設(shè)計(jì)

確定排水溝的設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)水位后，可以著手規(guī)劃溝道的斷面規(guī)格，這涵蓋了水深、底寬等關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計(jì)過程中，通常依據(jù)排澇設(shè)計(jì)流量來精確計(jì)算溝道的斷面尺寸。該地區(qū)的平均年降水量達(dá)到了652 mm，且降水主要集中在7—9月份，這一時(shí)期的降水量占據(jù)了全年總降水量的70%。渠道排水溝斷面設(shè)計(jì)普遍遵循恒定均勻流的原理。為確保排水順暢且避免過度開挖，排水溝的比降通常被設(shè)定為與沿線地面的自然坡降相接近。此外，排水溝的邊坡相較于灌溉邊坡而言更為平緩。針對(duì)不同土質(zhì)的排水溝，邊坡系數(shù)的取值也有所差異，具體可參考表1中的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，灌區(qū)內(nèi)2008年實(shí)際灌溉的水田面積達(dá)到了4.1萬hm2，而灌溉定額為14 340 m3/hm2，因此，總用水量高達(dá)58 794萬m3。為精準(zhǔn)確定排水溝的斷面尺寸，可采用試算法，這一方法綜合考慮了排澇、灌溉等多重需求，反復(fù)計(jì)算與調(diào)整后最終得出合理的排水溝水深設(shè)計(jì)[4]。

規(guī)劃排水溝道時(shí)，依據(jù)灌溉引水的具體需求來審慎校核其底寬。特別是在利用排水溝進(jìn)行引水灌溉的情況下，由于水位容易形成倒坡或平坡的特殊形態(tài)，因此，必須依據(jù)非均勻流的理論公式，精確推算出排水溝在引水灌溉過程中的水面曲線。這一步驟至關(guān)重要，因?yàn)樗軌驇椭覀凃?yàn)證排水溝在輸水距離、流速等關(guān)鍵水力要素上是否能夠滿足灌溉引水的實(shí)際需求。一旦發(fā)現(xiàn)存在不足之處，就需立即對(duì)排水溝的水力要素進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化。最后，依據(jù)《遼寧省治澇規(guī)劃復(fù)查提綱》中的相關(guān)規(guī)定，確定排澇模數(shù)這一關(guān)鍵參數(shù)?？紤]到項(xiàng)目區(qū)的水田排水方式主要為自然排放，綜合參考了表2中提供的數(shù)值以及當(dāng)?shù)亟趯?shí)測(cè)的寶貴數(shù)據(jù)，經(jīng)過細(xì)致的分析與比對(duì)，最終決定在項(xiàng)目區(qū)采用0.528 m3/s/km2的排澇模數(shù)。項(xiàng)目區(qū)排水溝道為排澇、排漬兩用排水溝，按排漬要求確定溝深，按排澇設(shè)計(jì)流量進(jìn)行斷面校核。排水流量最終計(jì)算結(jié)果見表3。

4 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道排水溝設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

4.1 設(shè)計(jì)理念與方法創(chuàng)新

在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道排水溝設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念和方法是推動(dòng)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升的關(guān)鍵。務(wù)必樹立智能化的設(shè)計(jì)理念，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)排水溝的設(shè)計(jì)進(jìn)行精準(zhǔn)模擬和預(yù)測(cè)。例如，可以引入GIS（地理信息系統(tǒng)）和BIM（建筑信息模型）技術(shù)，對(duì)排水溝的布局、斷面尺寸、邊坡坡度等進(jìn)行三維模擬和優(yōu)化。設(shè)計(jì)中，還要注重生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)，采用生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)排水等技術(shù)手段，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，提高排水溝的生態(tài)效益。同時(shí)，加強(qiáng)與農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的合作與交流，共同探索符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)需求的渠道排水溝設(shè)計(jì)新理念和新方法[5]。

4.2 排水溝布局與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

排水溝布局方面，應(yīng)根據(jù)地形地貌、氣候條件、土壤類型以及農(nóng)田分布等因素進(jìn)行綜合考慮，確保排水溝的布局合理、走向順暢。通過科學(xué)的布局設(shè)計(jì)，可以有效避免排水溝的堵塞和積水問題，提高排水效率。結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)優(yōu)化排水溝的斷面尺寸和邊坡坡度等參數(shù)。斷面尺寸的選擇應(yīng)根據(jù)排水流量、流速以及土壤滲透性等因素進(jìn)行綜合考慮，確保排水溝的排水能力滿足實(shí)際需求。邊坡坡度的設(shè)計(jì)則應(yīng)根據(jù)土壤的物理力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性要求進(jìn)行合理確定，以防止邊坡失穩(wěn)和坍塌等安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)是國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略的重要組成部分，而渠道排水溝的優(yōu)化設(shè)計(jì)則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。本文所提出的設(shè)計(jì)思路與技術(shù)要點(diǎn)，旨在為農(nóng)田水利工程提供一套系統(tǒng)化、規(guī)范化的解決方案，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。未來，隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步與智能化技術(shù)的應(yīng)用，渠道排水溝的設(shè)計(jì)將更加精準(zhǔn)高效，為農(nóng)田管理帶來革命性變革。期待業(yè)界同仁能夠持續(xù)探索創(chuàng)新，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，共同推動(dòng)我國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)邁向新臺(tái)階。

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