灌溉排水工程優(yōu)化設計方法

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在我國，季風氣候分布廣泛，降水的時間和空間分布不均，旱、澇災害頻發(fā)，這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了很大的影響。我國水利基礎設施的不斷完善對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的提高作出了重要貢獻。灌溉排水工程是關系到我國國計民生的重要工程，是促進農(nóng)村經(jīng)濟增長、增加農(nóng)民收入、促進農(nóng)民生活水平不斷提高的重要基礎設施。因此，對灌溉排水工程的優(yōu)化設計至關重要。灌溉排水工程的核心在于對區(qū)域內(nèi)水資源的合理配置，水量的分配和輸送由灌溉渠道完成，多余水量的輸送由排水溝渠承擔。關于灌溉工程的優(yōu)化設計，需要從而系統(tǒng)優(yōu)化方面來解決?，F(xiàn)階段，針對水利工程渠道溝管的優(yōu)化設計問題，主要的解決方法是將其轉(zhuǎn)換為求極值的高階隱函數(shù)形式，比如試算法、圖解法、查圖表法和抽樣法等。這些方法工作量大、精度差，迫切需要現(xiàn)代化的設計理論和計算方法的改革，從而不斷提高水利工程的適應能力，延長其使用壽命，促進灌溉排水工程的可持續(xù)發(fā)展。

1優(yōu)化設計和改造方法

1.1系統(tǒng)布置和斷面設計

關于渠道設計，其橫斷面和縱斷面設計是相互聯(lián)系、不可分割的。在設計有關渠道斷面的方案時，要綜合考慮縱斷面與橫斷面的關系，反復對比二者后展開交替設計。在設計時，應盡量使渠道和排水溝滿足平面穩(wěn)定和縱向穩(wěn)定的要求。平面穩(wěn)定，即溝渠在工作時無左、右搖擺，溝床和兩岸無淤積和沖刷；縱向穩(wěn)定，即溝渠在工作時，無沖刷、淤積或沖淤平衡。此外，各級溝渠間的水位銜接應合理、無塞水現(xiàn)象，這就需要合理布置各級溝渠間的線路和比降，且保證上級溝渠的溝底高于下級溝渠的溝底。

1.2工程優(yōu)化設計的施工要點

設計時，應根據(jù)渠道的功能和不同的灌溉取水方式來設計溝渠和渠系建筑物的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)河流取水、灌溉取水和灌區(qū)情況，目前，主要有無壩引水、有壩引水、抽水引水和水庫引水四種方式。無壩引水是指在水源豐富、水位流量合適的河流附近修建進水閘，作為取水口引水灌溉；有壩引水是指在水源豐富、水位不適宜的河道上修建可抬高水位的建筑物來引水灌溉；抽水引水是指在灌區(qū)較高、水源豐富的地區(qū)就近修建抽水建筑和設施來引水，最常見的即機電排灌泵站，由泵房、電動機和進水池等組成，還需配備閘門、清污設備和斷流設備等；水庫取水是指在水源匱乏、水位較低的河流中修建水庫，從而調(diào)節(jié)水量的取水方式。在采用上述引水方式時，需要重點考慮主要建筑物和調(diào)蓄工程的地基處理措施，合理選定防滲、抗凍脹等措施，并在滿足灌溉功能的同時，考慮施工條件、建筑材料和工期。

1.3排水工程的規(guī)劃設計

排水溝只具有排水功能，起不到節(jié)水作用，因此，在設計排水溝時，只做防滲即可。目前，渠道防滲的方法主要有土料夯實防滲、三合土護面防滲，用石料、磚塊和混凝土襯砌渠道等。土料夯實防滲是指在渠床表面涂抹涂料層，以起到防滲效果，具有應用廣泛、效果好、取材易和造價低等優(yōu)點，常使用的技巧包括壓實渠床土坡、利用黏土和砂黏土等；三合土護面防滲是指將由石灰、砂與黏土攪拌而成的三合土涂在渠床表面的防滲方法；為了達到防滲效果，襯砌渠道時應盡量就地取材，比如，在山區(qū)可采用塊石、卵石、片石等石料，在平原地區(qū)可采用磚塊或混凝土，采用混凝土襯砌渠道時，要綜合考慮混凝土襯砌的施工方式、混凝土的強度和混凝土的板厚等問題，并注意混凝土的施工質(zhì)量。

2生態(tài)化設計

2.1灌溉渠道生態(tài)化設計的原則

在灌溉渠道的建設過程中，保證輸水效益是工程建設的關鍵，也是水利工程設計中最不可忽視的重要環(huán)節(jié)。與排水溝的優(yōu)化設計相比，灌溉渠道的優(yōu)化設計必須更加注重渠道防滲和水流速度。因此，在工程設計實踐過程中，應本著生態(tài)化設計理念，遵循生態(tài)化設計原則，以確保灌溉渠道的設計質(zhì)量。優(yōu)化設計的新方法必須保證渠道的輸水功能不受影響；生態(tài)化優(yōu)化設計必須保證渠道的安全系數(shù)，保證渠道符合安全設計要求，尤其是對于有結(jié)冰期的寒冷地區(qū)，更應采取防凍脹措施；在生態(tài)化優(yōu)化設計的前提下，灌溉排水工程的設計應以自然環(huán)境為主，所采用的設計措施也應盡量減少對自然環(huán)境的破壞，維持施工地點的生態(tài)平衡，維護生態(tài)系統(tǒng)可再生功能得以發(fā)揮作用的條件；為了保證灌溉排水工程建設的順利進行，應將施工對生態(tài)環(huán)境造成的影響控制在最小限度內(nèi)，保證本區(qū)域內(nèi)野生動物的自由活動不受限制，保證水域與陸域間的通行順暢度，保證渠道上、下游野生動物的活動權(quán)利不受侵害，因此，在設計中應盡最大限度地降低阻隔橫越構(gòu)筑物的建設頻率。

2.2灌溉渠道生態(tài)化設計的要點分析

對于灌溉渠道而言，有灌溉期與非灌溉期之分。當灌溉渠道處于灌溉期時，渠道內(nèi)水位高、水流速度快；當渠道處于非灌溉期時，情況相反，渠道內(nèi)甚至會出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。鑒于兩個時期的水位差異過大，所以，在優(yōu)化設計的過程中，必須采取相應的防范措施。通常情況下，與排水溝共通的緩坡設計、多孔質(zhì)空間和擾流結(jié)構(gòu)屬于生態(tài)工法，在渠道防滲方面必須與生態(tài)化相結(jié)合，尤其是在非灌溉區(qū)，更應注重灌溉渠道的最低流量設計。因此，在實踐操作中應注意以下3點：①緩坡設計。在渠道護岸占用允許占用耕地的前提下，可視緩坡設計為渠道環(huán)境的延伸，為區(qū)域內(nèi)兩棲動物或其他水陸域動物的遷徙創(chuàng)造條件。此外，緩坡設計也可對水位變化起到緩沖作用。②混凝土與塊石的結(jié)合。在設計過程中，應采用漿砌塊石法，石頭外側(cè)無需填筑砂漿，利用石頭的天然材質(zhì)營造多孔質(zhì)空間環(huán)境，從而為區(qū)域內(nèi)的昆蟲創(chuàng)造合適的棲息環(huán)境。在常水位以下的渠道位置，應采用混凝土襯砌的設計形式，保證渠道的輸水效率，從而確保渠道設計滿足防滲、提高輸水效率、維持生態(tài)平衡的需求。③造型模板混凝土護岸。在澆筑過程中，應充分考慮輸水穩(wěn)定性，發(fā)揮造型模板的多孔、防滲作用，從而保證渠道的美觀度、使用性能和生態(tài)景觀功能。

3結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，各項基礎設施不斷趨于完善。水利工程建設是一項復雜的工程，在其優(yōu)化設計中更應充分考慮與生態(tài)環(huán)境的適應性，尤其是在灌溉排水工程的設計過程中，為了保證工程的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益最大化，必須充分考慮當?shù)氐淖匀坏乩硖卣骱腿宋牡乩硖卣?，尋求最佳的設計方案，實現(xiàn)灌溉排水工程的可持續(xù)發(fā)展。

作者：譚勇 單位：重慶市合川區(qū)水利工程質(zhì)量監(jiān)督站