灌區工程設計問題探討

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

關鍵詞：灌區工程；渠道布置；合理設計

灌區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業田地面積。從本質上來看，灌區是一種特殊的農業產物，它是人類在長期從事農業活動中，為了減輕農業負擔而形成的。合理分配和再次區域劃分農業耕種區域內的灌溉水資源，實現對整個農業灌區的整體性灌溉是對農業灌區進行整體和優化的最重要目的，從某一角度來說，灌區是一種農業生態系統，它的狀態是半自然半人工的。因為灌區的灌溉效率和灌區農田對水資源的整體利用受到農業灌區整體工程設計的影響，所以在對灌區進行配置優化設計時，通常會存在很多問題，這需要設計人員多加注意。例如：在進行灌區相關設計時，合理設計和應用灌區水資源，需要考慮許多外在因素，如地質類型、周圍環境、灌區內地表水文等，要既能滿足農業田區的灌溉需求，又能最大程度地減少浪費灌溉用水。

1灌區自然環境問題

1．1灌區供水要求灌。區灌溉供水是灌區修建和設計的最主要目的，所以在進行灌區工程的整體優化設計時，必須首先對應用農田區的灌溉水資源需要量進行實際考量，以獲取確定的數據為基礎，對灌區工程進行進一步設計，最后可以保證灌區的規劃和設計達到灌區農田水量的需求。提高灌區灌溉水平和保證灌溉質量，需要確保灌區工程的真實性和有效性。了解灌區農田灌溉水需求的過程中，主要考慮下面的幾個因素：灌區內農田面積、地表地下水文條件、農田土壤條件等。如果經過實際探究可以確定灌區內農田地質條件優越、耕地密集、農業資源豐富則對灌區工程供水需求量會大大降低，可以根據實際土壤情況，降低噴頭覆蓋面積和噴水量，反之則提高相關噴水量。1．2灌區合理劃分。根據農田面積和實際環境情況，對灌區進行合理規劃，同樣是灌區工程的重要問題之一。對于灌區工程設計而言，想要在節約水資源的基礎上提高供水效率，必須對灌區進行合理劃分，從而使水資源的分配更加合理，對灌區工程設備的建設也有所幫助。此外灌區的劃分還需要與灌區周圍地質環境相結合，對于沖積平原或開闊灌區，可以進行扇形排列，保證農田區域均衡。對于短平壩較小、地層構造侵蝕較為嚴重，或槽谷過多的灌區，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灌區管道設備設計問題

灌區設備設計問題主要是指工程設備本身的各類系統問題，其包含的整體框架結構如圖1。2．1管道系統布置。在灌溉工程設計中，管道系統的布置是整個灌區能否協調工作的核心，合理的管道系統布置需要做到集農田灌溉系統、灌溉水排放系統、人行道路等各類系統緊密相連，統籌規劃。此外對于管道系統布置，還需要做到管網供水可靠、系統排水方便、大型農業機耕方便，并需要對原本存在的管道工程結構設施和環境特征加以充分的利用，保證灌區獨立排水系統可靠性。此外，對管道系統進行布置時，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。對于管道系統的整體管道級數的確定，需要根據整個農業灌區環境因素，包括灌區排水條件、灌區面積、灌區地質環境以及灌區修建區域綜合經濟條件進行確定。如果灌區內存在海拔高點，并且在該點位有干渠或者其他水源點，可以進行分散取水，那么灌區管道級數可以酌情消減。通常在500畝的灌溉區域內，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，如果灌區工程條件較好或經濟發展較優越，灌區設計標準較高，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的前提下該流量值既要考慮灌溉區域作物、農作物分布結構、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，其流量計算關系式如下：（1）Q＝mA／Tt公式中，Q為灌溉系統整體設計流量值；m為灌溉水總量；A為灌溉區應用面積；T為灌溉周期；t為每日灌溉時間，為灌溉水利整體系數。想要當地灌區的實際檢驗資料以及多年來的灌區經驗是制定合理的灌溉制度和灌水流量的基本參數，必須根據當地灌區的實際檢驗資料以及多年來的灌區經驗分析，同時還要參考日灌水時間、灌水定額以及灌水次數等詳細參數向量進行計算。灌水定額主要是指灌區農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最大日，所需要的灌溉水量一般情況下為7～13t，如果灌溉區域面積較大，可以酌情增加。灌溉水利系數屬于定值，最小不應該低于0．85，可以根據灌區整體面積和灌溉管道強度以及流量損失系數三方面參數進行確定，一般取值為1．02％／km。研究資料表明，灌溉工程管道配套水平，對整個灌區管道水資源節約效果影響很大，為達到提高綜合節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，才能提高綜合節水能力。2．3管道結構設計。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、管道內壁直徑、管道整體埋深是進行管道結構設計的主要目的。管道結構設計需從多個方面考慮：管道內壁直徑、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，由此設計的管道結構可以保證管道整體工作安全，確保灌區堅固度和應用耐久。作用力載荷的組成因素為管道自身重量、填土夯實壓力、地面載荷和內部水壓。當地下埋深超過60厘米的時候，整體載荷量可以忽略不計。在對管道環境進行具體計算時可以根據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，而且現澆素硂管施工波動較大，所以工作壓力必須小于抗滲壓力定值的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％。管道變形率的數值確定可以根據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，一般取定值1．5；K為水管基底數；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。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，是灌區工程設計重要的組成部分。其占整個灌區總投資比例85％以上。對灌區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、質量以及售價等眾多因素，一般情況下，自流灌區使用的灌區管道直徑較大，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毫米或者灌區處于丘陵旱作流灌區，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構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，保證接頭處的抗滲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，灌區工程還需要進行進水池和調壓井設計。進水池主要是指整個灌區管道系統開端的儲水進水建筑物。其具有控制灌區水位、沉淀灌水中泥沙的作用。對于自流灌區，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，灌區所有用水均可取自進水池。而調壓井的主要作用是灌區分水和減小水壓，如果灌區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壓井進行水壓消減。此外，調壓井可以選擇經濟型管材，減小灌區經濟投入。一般情況下，調壓井大多設置于丘陵自流灌區。

3結束語

實驗數據驗證表明，灌區工程的應用可以提高灌區輸水效率，起到節約用水、節省用地、提高農業產量，節省耕種時間，提高管理效率的作用，推廣前景優越。所以在建設相關設備設施時，必須從自然環境和管道設備兩方面詳細研究灌區供水要求、管道布置、管道流量、管道結構等相關技術問題，從而保證整個灌區工程可以合理利用水資源，在滿足農業生產灌溉需要的同時，最大幅度減小資源浪費。

參考文獻

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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