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灌区工程设计问题探讨

摘要:对于农业粮食的生产,灌区的合理修建有着非常重要的作用。想要保证灌区工程设备,灌溉功能的正常发挥,保证水资源的合理利用,就必须对整体灌区工程结构进行合理设计,对此在针对灌区实际应用的基础上从农民供水要求、灌区合理划分、灌输渠道布置、管道整体结构设计以及其他建筑物几个方面,对灌区工程设计问题进行了相关探讨和分析,希望可以为现代灌区工程设计和修建提供一定借鉴作用。

关键词:灌区工程;渠道布置;合理设计

灌区主要是指配备可靠水源和地表引水、输水以及配水渠道,可以用于辅助灌溉的农业田地面积。从本质上来看,灌区是一种特殊的农业产物,它是人类在长期从事农业活动中,为了减轻农业负担而形成的。合理分配和再次区域划分农业耕种区域内的灌溉水资源,实现对整个农业灌区的整体性灌溉是对农业灌区进行整体和优化的最重要目的,从某一角度来说,灌区是一种农业生态系统,它的状态是半自然半人工的。因为灌区的灌溉效率和灌区农田对水资源的整体利用受到农业灌区整体工程设计的影响,所以在对灌区进行配置优化设计时,通常会存在很多问题,这需要设计人员多加注意。例如:在进行灌区相关设计时,合理设计和应用灌区水资源,需要考虑许多外在因素,如地质类型、周围环境、灌区内地表水文等,要既能满足农业田区的灌溉需求,又能最大程度地减少浪费灌溉用水。

1灌区自然环境问题

1.1灌区供水要求灌。区灌溉供水是灌区修建和设计的最主要目的,所以在进行灌区工程的整体优化设计时,必须首先对应用农田区的灌溉水资源需要量进行实际考量,以获取确定的数据为基础,对灌区工程进行进一步设计,最后可以保证灌区的规划和设计达到灌区农田水量的需求。提高灌区灌溉水平和保证灌溉质量,需要确保灌区工程的真实性和有效性。了解灌区农田灌溉水需求的过程中,主要考虑下面的几个因素:灌区内农田面积、地表地下水文条件、农田土壤条件等。如果经过实际探究可以确定灌区内农田地质条件优越、耕地密集、农业资源丰富则对灌区工程供水需求量会大大降低,可以根据实际土壤情况,降低喷头覆盖面积和喷水量,反之则提高相关喷水量。1.2灌区合理划分。根据农田面积和实际环境情况,对灌区进行合理规划,同样是灌区工程的重要问题之一。对于灌区工程设计而言,想要在节约水资源的基础上提高供水效率,必须对灌区进行合理划分,从而使水资源的分配更加合理,对灌区工程设备的建设也有所帮助。此外灌区的划分还需要与灌区周围地质环境相结合,对于冲积平原或开阔灌区,可以进行扇形排列,保证农田区域均衡。对于短平坝较小、地层构造侵蚀较为严重,或槽谷过多的灌区,需要进行密集划分,防止槽谷阻碍灌溉水流,从而保证灌溉效果。

2灌区管道设备设计问题

灌区设备设计问题主要是指工程设备本身的各类系统问题,其包含的整体框架结构如图1。2.1管道系统布置。在灌溉工程设计中,管道系统的布置是整个灌区能否协调工作的核心,合理的管道系统布置需要做到集农田灌溉系统、灌溉水排放系统、人行道路等各类系统紧密相连,统筹规划。此外对于管道系统布置,还需要做到管网供水可靠、系统排水方便、大型农业机耕方便,并需要对原本存在的管道工程结构设施和环境特征加以充分的利用,保证灌区独立排水系统可靠性。此外,对管道系统进行布置时,要注意控制线路总长度、保证管道线路平顺、控制面积和以及减小管道拐弯和起伏情况。对于管道系统的整体管道级数的确定,需要根据整个农业灌区环境因素,包括灌区排水条件、灌区面积、灌区地质环境以及灌区修建区域综合经济条件进行确定。如果灌区内存在海拔高点,并且在该点位有干渠或者其他水源点,可以进行分散取水,那么灌区管道级数可以酌情消减。通常在500亩的灌溉区域内,可以考虑应用单级管道。如果超出这一面积,则需要应用二级管道。另外,如果灌区工程条件较好或经济发展较优越,灌区设计标准较高,每个水口控制面积较小,可以酌情进行管道升级。2.2管道流量设计。灌溉系统的管道流量即为整个灌溉工程灌溉最高峰时所需要管道流量。在考量水资源定额、灌溉水利工程整体建设系数的前提下该流量值既要考虑灌溉区域作物、农作物分布结构、还要考虑整体灌水周期、灌溉面积、水资源定额等诸多因素。该流量值是整个灌区工程应用管道管径的选择和管道水压力度计算的重要衡量依据,其流量计算关系式如下:(1)Q=mA/Tt公式中,Q为灌溉系统整体设计流量值;m为灌溉水总量;A为灌溉区应用面积;T为灌溉周期;t为每日灌溉时间,为灌溉水利整体系数。想要当地灌区的实际检验资料以及多年来的灌区经验是制定合理的灌溉制度和灌水流量的基本参数,必须根据当地灌区的实际检验资料以及多年来的灌区经验分析,同时还要参考日灌水时间、灌水定额以及灌水次数等详细参数向量进行计算。灌水定额主要是指灌区农作物可以达到泡田效果的灌水总量定值;灌水周期主要是指依靠灌水定额所设计的每年灌水区最大日,所需要的灌溉水量一般情况下为7~13t,如果灌溉区域面积较大,可以酌情增加。灌溉水利系数属于定值,最小不应该低于0.85,可以根据灌区整体面积和灌溉管道强度以及流量损失系数三方面参数进行确定,一般取值为1.02%/km。研究资料表明,灌溉工程管道配套水平,对整个灌区管道水资源节约效果影响很大,为达到提高综合节水能力只有为管道装配正常配套水平的设施是必要的管道设施,才能提高综合节水能力。2.3管道结构设计。确定填土夯实的力度、管槽断面、管道作用力的最大载荷、管道管壁厚度、管道内壁直径、管道整体埋深是进行管道结构设计的主要目的。管道结构设计需从多个方面考虑:管道内壁直径、管壁厚度、管道可承受最大作用力、管道整体埋深、管槽断面面积以及填土的密度,由此设计的管道结构可以保证管道整体工作安全,确保灌区坚固度和应用耐久。作用力载荷的组成因素为管道自身重量、填土夯实压力、地面载荷和内部水压。当地下埋深超过60厘米的时候,整体载荷量可以忽略不计。在对管道环境进行具体计算时可以根据两种最不利条件进行最大载荷计算:一是管道盖土前的通水试验;二是管道空水期的外部承受压力。如果管道取材为现浇素硂管,其管道强度可以达到水压要求,但是水利渗压较低,一般在0.25MPa左右,而且现浇素硂管施工波动较大,所以工作压力必须小于抗渗压力定值的2/3,才可以保证正确安全运行。如果整体管道使用的是硬塑管,需要注意的是,此类管道很容易因为长期外部载荷作用产生管道形变,并造成材料强度降低,必须控制其变形率不得超过10%。管道变形率的数值确定可以根据管材刚度以及载荷量计算,其公式如下:(2)ΔX=DKW/0.159Ps(3)ΔY=1.2ΔY公式中为水管横向变化量和纵向变化量。D为水管形变之后系数,一般取定值1.5;K为水管基底数;E为填土夯实的作用模量;PS为管道形变量超过5%时的管材刚度。W为管道载荷数。2.4管道管材设计。管道管材主要包括管道设计材料和管件材料两部分,是灌区工程设计重要的组成部分。其占整个灌区总投资比例85%以上。对灌区工程管道管材选择时,必须考虑其施工条件、整体工程进度时间需要、质量以及售价等众多因素,一般情况下,自流灌区使用的灌区管道直径较大,基本介于200到300毫米之间,可以选择预制承插硂管。当管道直径需要小于300毫米或者灌区处于丘陵旱作流灌区,最好使用直径为100到200毫米之间的薄壁PVC材料试管。对于管道接触需要用到的弯头、三通等管件设备,除了对于特殊材料或结构需要而加工定值的管件外,其余类似管件均需要保证直管和主管可以直接开孔连接,保证接头处的抗渗透压可以满足压力要求。2.5其他设计问题。除了管道本身各类设计问题,灌区工程还需要进行进水池和调压井设计。进水池主要是指整个灌区管道系统开端的储水进水建筑物。其具有控制灌区水位、沉淀灌水中泥沙的作用。对于自流灌区,一般通过在输水干渠上设置水闸压抬高设施水位,做成进水池,灌区所有用水均可取自进水池。而调压井的主要作用是灌区分水和减小水压,如果灌区管线长度过长或者地形起伏角度过大,需要将富余水龙头设置调压井进行水压消减。此外,调压井可以选择经济型管材,减小灌区经济投入。一般情况下,调压井大多设置于丘陵自流灌区。

3结束语

实验数据验证表明,灌区工程的应用可以提高灌区输水效率,起到节约用水、节省用地、提高农业产量,节省耕种时间,提高管理效率的作用,推广前景优越。所以在建设相关设备设施时,必须从自然环境和管道设备两方面详细研究灌区供水要求、管道布置、管道流量、管道结构等相关技术问题,从而保证整个灌区工程可以合理利用水资源,在满足农业生产灌溉需要的同时,最大幅度减小资源浪费。

参考文献

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作者:贾钦 单位:湖北盛达泰水利水电工程有限公司

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