【摘要】基于灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計新方法研究與運用，首先分析灌溉排水工程重要性，然后闡述常見的排水工程渠道建設(shè)以及生態(tài)化設(shè)計原則，最后總結(jié)灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計新方法研究及其運用，其目的在于推動灌溉排水工程能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】灌溉排水工程;優(yōu)化設(shè)計;新方法;U型渠道斷面

中圖分類號： S277? ? ?文獻標志碼：A

在農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水情變化規(guī)律分析中，灌溉排水工程作為調(diào)節(jié)措施應用其中，不僅能有效解決水旱災害問題，同時還能為合理運用水資源發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。而且根據(jù)目前我國水利工程工作現(xiàn)狀來看，該項工作的核心內(nèi)容就是借助灌溉、排水工程措施等，進行解決某區(qū)域當中存有的水分狀況，而灌溉渠道系統(tǒng)主要進行承擔的工作內(nèi)容包含水量輸送、分配任務等，從而把多余出來的水量實現(xiàn)排出。除此之外，灌溉渠道和排水措施在整個水利工程投資中占據(jù)重要地位。所以，灌溉排水工程設(shè)計是否具有科學性，在一定程度上關(guān)系到水資源的利用資源，甚至還在水利工程的實際生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用和效益。

1.灌溉排水工程的重要性

現(xiàn)如今人們針對水利工程提出了較高要求，且伴隨水利工程和排水事業(yè)的不斷發(fā)展，不僅有效整改了畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，更是起到了防御旱澇災害的重要作用。而且據(jù)統(tǒng)計可看出，我國目前還有很多地區(qū)都在處于嚴重的缺水資源狀態(tài)下，再加上我國現(xiàn)有的水利工程配套設(shè)施等多個方面內(nèi)容出現(xiàn)老化，不僅致使整個水利工程系統(tǒng)的質(zhì)量和效率出現(xiàn)下降趨勢，更是降低了防災害能力?；诖?，伴隨我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，使得水利工程的質(zhì)量和技術(shù)水平也得到了有效提升，可見，水利工程在一定程度上有效推動了我國社會經(jīng)濟發(fā)展。因此，這就需要針對水利工程的灌溉技術(shù)加大研究力度，從而確保灌溉排水工程質(zhì)量【1】。

2.常見的排水工程渠道建設(shè)

在水利工程建設(shè)中，常見的排水工程渠道可以被劃分成為土渠道、混凝土渠道、塑料渠道、生態(tài)渠道等。首先，針對土渠道進行分析。所謂土渠道就是指農(nóng)田地當中存有的渠道，該渠道與人們的農(nóng)業(yè)發(fā)展之間存有密切聯(lián)系，而且還能在提升水體自凈能力的基礎(chǔ)上，加大生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。相對于其他渠道建設(shè)而言，土渠道具有投資成本低的特點，且被適應于村莊農(nóng)田中，但是因為土渠道在形成之后還會因遭受到長年風吹日曬等多種因素影響，導致該渠道在被逐漸毀壞時沒有得到及時修補，從而致使原本的排水渠道為開拓土地占用;其次，針對混凝土渠道進行分析。混凝土渠道具有加強的輸水功能，并且還在一定程度上有效促進了農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展【2】。現(xiàn)如今常見的混凝土渠道包含U型渠道和梯形渠道兩種形式，合理運用混凝土渠道不僅能有效提升水流速度，同時還能加快水流的運輸效率。

除此之外，混凝土渠道雖然具備較強的水力特性和耐久性，但是針對防滲能力具有較高要求，一旦混凝土渠道遭受較強外荷載力影響作用下，就會導致混凝土渠道出現(xiàn)裂縫，不僅降低了混凝土渠道的輸水效率，更是導致防滲技術(shù)成為了相關(guān)人員需要深入研究的問題;再次，針對塑料渠道進行分析。在排水工程中合理運用U型塑料渠道，不僅能減少滲漏問題的產(chǎn)生，同時還能起到降低輸水效率的重要作用，但是提升塑料渠道抗老化性能卻是目前相關(guān)人員需要深入研究的問題;最后，針對生態(tài)渠道進行分析【3】。該項渠道技術(shù)方法主要被適應于混凝土襯砌方面，通過創(chuàng)設(shè)生態(tài)空間、實現(xiàn)生態(tài)護面設(shè)計等方法，保證水生植物能夠和自然環(huán)境有效結(jié)合，同時還能起到增加和提供的重要作用。若是在建設(shè)的過程當中需要靠近人類生活與活動的地界時，就需要相關(guān)人員能在建設(shè)渠道時運用“生態(tài)工程”技術(shù)，使得陸地和水生生物能夠?qū)崿F(xiàn)有效結(jié)合。

3.灌溉排水工程的生態(tài)化設(shè)計原則及要點

3.1原則分析

相對于排水溝工程的優(yōu)化設(shè)計方法而言，灌溉排水工程的優(yōu)化設(shè)計更應當在設(shè)計中高度重視渠道的防滲措施和水流速度。所以，需要相關(guān)人員能在設(shè)計的過程當中，秉承生態(tài)化設(shè)計原則理念，確保其灌溉渠道的設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。所謂優(yōu)化設(shè)計新方法則是指在原有的基礎(chǔ)上，不會導致渠道輸水功能遭受影響【4】。因此，灌溉排水工程的生態(tài)化設(shè)計應是在確保渠道安全性能的基礎(chǔ)上合理設(shè)計。若是在設(shè)計的過程當中遭遇到結(jié)冰期的寒冷地區(qū)時，就要合理運用防凍脹措施。除此之外，還要降低因優(yōu)化新方法對自然環(huán)境產(chǎn)生的影響因素，進而確保施工附近的生態(tài)平衡，將在設(shè)計中有效降低質(zhì)量不合格或不達標等問題。

3.2要點分析

針對灌溉排水工程渠道建設(shè)而言，還將被劃分成為非灌溉期和灌溉期兩種形式。先針對灌溉期進行分析，當灌溉渠道建設(shè)處于該階段中，就會致使灌溉排水渠道中存有的水位升高和水流速度變快;后對非灌溉期進行分析，要與上述情況相反，會致使灌溉排水管道內(nèi)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。由此可見，兩種形式具有較大的水位差異，因此需要設(shè)計人員能在設(shè)計過程中合理運用有效的防范措施【5】。眾所周知，生態(tài)工法可以被劃分成為“多孔質(zhì)空間、擾流結(jié)構(gòu)”等，而且在渠道防滲技術(shù)中還要結(jié)合生態(tài)化，尤其是處于非灌溉期間時，更是要在實際操作的過程當中注重以下幾點：首先，針對緩坡設(shè)計進行分析。緩坡設(shè)計指的是對渠道環(huán)境的延伸，能夠為區(qū)域中存有的兩棲動物和水陸領(lǐng)域動物遷徙提供基礎(chǔ)條件，從而針對現(xiàn)存有的水位變化問題起到緩沖作用;其次，針對混凝土和塊石結(jié)合進行分析。在優(yōu)化設(shè)計新方法時，應當合理運用漿砌塊石法，該方法的運用不需要針對石頭外側(cè)進行填筑砂漿，只是需要運用石頭自身具備的材質(zhì)進行創(chuàng)設(shè)孔質(zhì)空間環(huán)境就可以，通過該方法給昆蟲類提供合適的棲息環(huán)境。此外，在常水位以下的渠道當中若是合理運用混凝土襯砌設(shè)計方法的話，不僅能在提升輸水效率的基礎(chǔ)上，保證渠道設(shè)計具有防滲性能，還能起到維持生態(tài)平衡的重要作用。

4.灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計新方法研究及其運用

以某工程為例，該工程在開展的過程當中，就從優(yōu)化設(shè)計施工內(nèi)容、規(guī)范設(shè)計排水工程和U形渠道斷面設(shè)計等多個方面，針對灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計新方法研究及其運用，不僅為該項工程取得到了優(yōu)異成果，更是確保了該項工程的施工質(zhì)量。

4.1優(yōu)化設(shè)計施工內(nèi)容

在灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計的過程當中，相關(guān)人員應當依照現(xiàn)有渠道功能和不同渠道取水方式，科學合理設(shè)計溝渠和渠系建筑物的整體結(jié)構(gòu)，并且還需要依照灌溉取水和灌區(qū)的實際情況，進行開展水庫引水、無壩引水、抽水引水和有壩引水等。首先，針對水庫引水進行分析。所謂水庫引水是指當水資源出現(xiàn)匱乏問題時，在水位較低的河流當中建設(shè)水庫，水庫能夠起到調(diào)節(jié)水量取水方式等重要作用;其次，針對無壩引水進行分析。無壩引水的修建是在水源豐富且水位流量適當?shù)暮恿髦苓呥M行建設(shè)水閘，水閘起到的作用就是作為取水口引水灌溉;再次，針對抽水引水進行分析。該抽水體系建設(shè)是在灌區(qū)較高且具有水源豐富周邊實心建設(shè)，在日常生活當中常見的抽水建筑就是機電排灌泵站;最后，針對有壩引水進行分析。基于水位不適宜但具有豐富水源的河道上，創(chuàng)建高水位建筑物，以此來起到引水灌溉的重要作用?？偠灾?，當相關(guān)人員在運用上述不同引水方式時，不僅要綜合考慮建筑物的地基處理工作是否合理，還需要科學選擇防滲以及防凍和防脹措施。同時，還需要基于符合灌溉功能的性能基礎(chǔ)上，全面分析施工條件與施工周期，確保其質(zhì)量【6】。

4.2規(guī)范設(shè)計排水工程

現(xiàn)如今常見的防滲技術(shù)方法包含三合土護面防滲、土料夯實防滲等。首先，針對三合土護面防滲進行分析。由砂、黏土、石灰三項因素相結(jié)合的體系就是三合土，把結(jié)合的三合土涂抹在渠道表面起到防滲作用;其次，針對土料夯實防滲技術(shù)進行分析。該防滲技術(shù)主要是在渠床表面進行涂抹料層，所涂抹的料層不僅能起到良好的防滲效果，同時還具備造價低和效果好等優(yōu)勢【7】。與此同時，相關(guān)人員還需要針對斷面設(shè)計給予高度重視，不僅需要充分考慮縱斷面于橫斷面之間存有的關(guān)系，還要保證設(shè)計渠道能與灌溉排水工程建設(shè)有效結(jié)合，從而確保排水工程建設(shè)能夠完全符合現(xiàn)代社會發(fā)展背景下，對平面穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性的需求，不存有塞水等現(xiàn)象發(fā)生。

4.3U形渠道斷面設(shè)計

U形渠道主要被應用在中小型的灌溉渠道設(shè)計中，并且主要運用混凝土進行現(xiàn)場澆筑。據(jù)目前U形渠道斷面設(shè)計現(xiàn)狀來看，部分設(shè)計人員在設(shè)計時都會以正坡明渠均勻流公式作為基礎(chǔ)，不僅具有省工省料、整體性好等優(yōu)點，還能抵抗基體凍脹的破壞能力?，F(xiàn)如今常見的U形渠道斷面設(shè)計參數(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，如圖一所示，U形渠道的橫斷面示意圖，在示意圖中存有a，a1是和設(shè)計流量相關(guān)的常數(shù)項，所以需要進行有效明確的只有三個，那么就是直線段外傾角α（°）、切點以上水深h2（m）與渠道圓底半徑r（m）【8】。

以單位某渠道總費用最小為目標函數(shù)，基于滿足流量、流速以及渠道穩(wěn)定性等多個方面的設(shè)計模型，其目標函數(shù)作為：.而在公式中存在的K與W分別代表的含義使工程單方造價和工程量。而j=1≈3代表的含義是指挖方項、襯砌項與占地項。通過幾何推導得出計算式為：

而需要滿足的約束包含以下幾點：

流量約束：

流速約束：

渠道穩(wěn)定約束：

其他約束：

5.結(jié)束語：

綜上所述，基于社會經(jīng)濟飛速發(fā)展背景下，使得水利工程基礎(chǔ)設(shè)施正在向完善方面實現(xiàn)發(fā)展，但是因為水利工程建設(shè)屬于復雜且繁瑣的工程項目，所以需要人員能在設(shè)計的過程當中全面考慮是否和生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，尤其是在灌溉排水工程的設(shè)計中，更是需要在掌握當?shù)氐乩項l件和特征的基礎(chǔ)上，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計方案，以此來推動灌溉排水工程能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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高臺縣大湖灣水管所 甘肅省高臺縣734300

張東榮 ，（1967.02），男 ，漢 ，甘肅張掖人， 中專， 工程師， 從事水利灌溉工程建設(shè)工作。