溫 馨

（天水市水利水電勘測設計研究院有限公司，甘肅 天水 741000）

農田水利工程設計包括水源工程設計、渠道設計、節(jié)水灌溉工程設計及土壤改良設計等多個方面，通過更為合理的設計方案，能夠為工程項目建設提供方案指導，確保水資源利用優(yōu)化，同時在設計工作開展中，還應當實現對設計方案效益的精準評估。在當前現代農業(yè)快速發(fā)展背景下，必須要構建更為完善的設計體系，提升農業(yè)用水效率，并為當地水資源管理和水價管理體系改革提供參考，推動現代農業(yè)高質量發(fā)展。

1 現代農業(yè)基地農田水利工程設計的影響因素

1.1 現代農業(yè)基地自然條件

農田水利工程本質上屬于對自然資源的利用，項目方案設計合理與否，對后期運行成效具有重要影響。由于不同地區(qū)地理位置、氣候資源、地形地貌、土壤特征及水資源特征都存在較大差異，因此在設計中必須要考慮現代農業(yè)基地所處區(qū)位自然條件影響。地理位置主要是指設計范圍所處地區(qū)的經緯度界限、四至距離、海拔、坡度、坡向、土壤等。氣候資源主要是指項目所處區(qū)域的氣候類型、季節(jié)特征、降雨量特征、日照特征、風霜期特征等。地形地貌則是項目所處區(qū)域的地質構造、地貌及地形，尤其是地形特征，對灌溉渠系的布置形式有直接影響。水資源特征是指地表水與地下水的豐富程度，所屬水系，基地內年平均地表水量，初始規(guī)劃水源地及主要容泄河道等。

1.2 區(qū)域水資源供需平衡度

區(qū)域水資源供需平衡度是指在設計工作開展中，對基地所處區(qū)域或流域不同時期的可供水量及需水量的供求關系進行準確評估，分析可供利用的水源對方案中灌排工程設計的影響。在現代農業(yè)基地運行中，灌溉水源主要包括有效降雨量和過境河流。對有效降雨量的分析，主要是指基地內種植的農作物能夠直接利用的降雨量，有效降雨量受土壤及地質結構特征影響顯著，不參與河流及地下水循環(huán)過程，是農作物生長的主要水源。相對而言，南方地區(qū)的現代農業(yè)基地，有效降雨量相對較高，北方地區(qū)則相對較低。過境河流對方案中引水系統(tǒng)設計具有直接影響，根據用水需求，常需要設計無壩引水、攔河壩、水閘及泵站等，以有效滿足灌溉等水資源需求，盡量實現水資源的合理化使用。

2 現代農業(yè)基地農田水利工程設計常見問題

2.1 水文勘察工作不夠深入

現代農業(yè)基地農田水利工程設計的根本目的，是要實現區(qū)域范圍內水資源的合理應用，為現代農業(yè)生產活動開展提供堅實的水資源保障，在前期設計工作中，必須要全面、深入做好水文勘察工作，確保工程設計方案的合理性，工程項目建設有序推進。但是在當前農田水利工程設計工作開展中，設計與水文勘察工作通常由不同單位負責，在設計工作開展前沒有做好深入溝通交流，所選用的設計方法不夠合理。同時，由于現代農業(yè)基地占地面積較大、地勢地質條件較為復雜，如果沒有制定合適的勘察方案，也會導致某些方面存在疏漏，導致設計過程中存在某些方面計算不準確、設計不合理等現象。因此，在設計工作開展前，必須要做好各個方面的溝通交流，選用較為先進的勘察方法，全面采集各個方面數據，以此才能夠確保設計工作有序開展，確保設計方案的合理性，為后續(xù)工程建設奠定良好基礎。

2.2 原有設計方案不夠合理

通常情形下，現代農業(yè)基地都是在現有基本農田基礎上升級而來的，原本就已經建設有基礎性的農田水利工程設施。為有效節(jié)約建設成本，實現水資源的優(yōu)化利用，通常是在原有方案上進行優(yōu)化，既能夠實現原有水利設施的優(yōu)化利用，又能夠有效滿足現代農業(yè)綠色節(jié)能循環(huán)高質量發(fā)展要求。但是多數地區(qū)前期農田水利工程設計理念較為滯后，所選用的設施設備較為落后，在設計中難以實現充分利用。同時，在現有方案設計中對原有工程項目運行標準了解不夠清晰，甚至存在全部推翻原有設計方案的現象，也會導致新方案存在資源浪費、設計不合理現象。這就要求設計人員在設計工作開展中，必須要全面把握整體情況，找準原有方案和現有方案的結合點，推動現代農業(yè)基地農田水利工程設計和建設水平不斷提升。

2.3 高質量發(fā)展理念貫徹不夠全面

現代農業(yè)發(fā)展必須是以綠色低碳循環(huán)高質量發(fā)展理念為根本導向的，在設計工作開展中，必須要從基地建設發(fā)展實際情況出發(fā)，采取有效措施貫徹落實高質量發(fā)展理念，推動現代農業(yè)生產高質量發(fā)展。但是在當前部分農田水利工程設計中，還沒有深刻認識到高質量發(fā)展理念的導向意義，導致方案設計不夠合理。例如在部分項目設計中，水流量計算不夠精準，水泵及相關設備型號不合理，會導致設備運行中存在耗電量過大現象。在設計過程中，如何從細節(jié)層面實現方案優(yōu)化，切實體現綠色低碳循環(huán)高質量發(fā)展要求，是設計工作開展應當關注的重點問題。

3 現代農業(yè)基地農田水利工程設計的主要內容

3.1 水源工程設計

水源工程設計是農田水利工程設計的基礎組成部分，在準確計算有效降雨量的基礎上，綜合考慮地基周圍水源涵養(yǎng)林建設、人工降水及土壤水庫建設情況，選取合適的取水方式。若有效降雨量相對較高，周邊地表水資源基流相對穩(wěn)定，灌溉資源較為豐富，則可以盡量選用無壩取水方式，但是在設計中應當確保選址合理性，減少取水對上游區(qū)域的破壞。當無壩取水難以滿足用水需求時，則需要采用攔河壩方式取水，在當前水資源利用理念導向下，必須要在攔河壩中合理設置沖沙孔，采用梯級方式進行設計，滿足一水多用需求[1]。在攔河壩依然無法有效滿足基地農田用水情形下，則需要采用水閘或水庫取水方式，但由此也會導致經濟成本增加，與現代農業(yè)基地建設理念導向不符，應當根據實際情況做好這方面的設計，為水資源合理利用提供有效支撐。

3.2 渠道設計

3.2.1 渠道設計原則

一是節(jié)水和充分灌溉原則，從基地內農作物生長特征和供水情況出發(fā)，選擇合適的渠道布置方式，避免出現串流或串排現象，導致運行中出現水資源浪費。二是地形地貌原則，在設計中應當盡量實現對現有地形地貌的合理使用，依照農作物種類、種植管理要求、計劃濕潤土層深度及自然條件等，對渠道進行合理布局，為后續(xù)建設活動開展奠定良好基礎。三是自流灌溉原則，將灌溉渠道設置在地勢相對較高處，應當滿足抗洪、抗?jié)骋?guī)范，渠道之間盡量不要有間隔建筑物，提升渠道利用效率。條田應當避開有害風險，干渠和支渠布置合理，盡量減少水流量對河壩土壤的沖刷作用。在遵循上述原則的基礎上，選擇合適的布置方式及施工工藝。

3.2.2 渠道設計要點

在農田水利工程渠道設計中，應當注意如下要點：一是依照“干渠、支渠、斗渠、農渠”順序，合理規(guī)劃渠道，在灌溉區(qū)設計固定渠道，適當增加渠道水流量，有效提升水資源利用率。二是合理選擇施工材料，既要考慮所處地區(qū)材料市場價格、質量、防滲效果，又要考慮基地發(fā)展的灌溉需求和氣候等因素影響，盡量延長工程運行壽命。三是合理降低渠道比，節(jié)約渠道建設和運行成本[2]。四是合理做好渠道跌水設計，依照“位置宜上、個數宜多、跌差宜小”原則，優(yōu)化跌水高度和比降，減少土方施工量，降低工程建設和運行成本。

3.2.3 裝配式渠道設計

現代農業(yè)基地綠色低碳循環(huán)高質量發(fā)展背景下，裝配式渡槽在農田水利工程設計中的占比不斷提升，對推動灌溉水資源合理利用、提升農業(yè)生產經濟效益具有良好促進作用。裝配式渡槽斷面有矩形、梯形、U 形、橢圓形及圓管形等多種形式，方案選擇的基本導向是要實現地形跨越，將上游與下游渠道連接起來。同時在設計中還需要考慮運行安全要求，不能在長度方向產生過大撓度。為便于裝配式施工，還應當合理確定渡槽槽身分段長度及連接方式。渡槽構件通常選用剛性連接，利用水泥砂漿將預制構件連接成整體[3]。在設計斷面結構時，還需要考慮渠道防滲要求，在縱向合理設置伸縮縫，并做好對應的防滲設計。渡槽載荷設計主要考慮結構自身、槽中水體重力及風壓力影響，根據渠道在農業(yè)灌溉及防洪等中的作用，參照相關設計規(guī)范，準確計算和設定渡槽尺寸。在必要情形下，可以通過有限元分析，對設計結果進行驗證，優(yōu)化材料性質和力學參數。最后利用專門的估算軟件得出不同工況下的造價，在確保滿足現代農業(yè)基地灌溉需求、水資源合理利用的前提下，盡量降低整體工程造價。

3.3 節(jié)水灌溉工程設計

3.3.1 節(jié)水灌溉設計原則

一是遵循因地制宜原則，根據現代農業(yè)基地所處區(qū)域地理、水文資源和氣象條件，選擇科學合理的灌溉技術[4]。二是遵循節(jié)水性原則，要能夠在保障農業(yè)生產正常用水前提下，通過系統(tǒng)性設計達到良好的節(jié)水效果。三是堅持成本效益原則，確保所選用的技術類型和整體方案在合理成本區(qū)間，避免過度追求節(jié)水效果而導致成本顯著增加。

3.3.2 節(jié)水灌溉技術選擇

一是渠道防滲漏技術，根據渠道設計方案，利用材料優(yōu)化、布置方式優(yōu)化等方式，提升渠道功能性、穩(wěn)定性和抗沖擊性，達到良好的節(jié)水效果。二是噴灌節(jié)水技術，優(yōu)化水泵、管道功能，合理控制不同噴頭的間距參數，優(yōu)化地埋式技術及自動化控制技術應用方式，達到良好的節(jié)水效果。三是滴灌節(jié)水技術，對于現代農業(yè)基地中的果蔬作物及溫室生產方式，可以采用滴灌節(jié)水技術，能夠在結合智能化控制技術的基礎上，進一步提升水資源利用效率，實現對作業(yè)區(qū)域土壤肥力的改良。四是低壓管道技術，壓力管道灌溉方式下，能夠有效減少水資源在輸送過程中由于蒸發(fā)和滲漏帶來的浪費。以某現代農業(yè)生產基地為例，在玉米灌溉中采用低壓管道技術，節(jié)水效果提升13%，增產20%以上，可達到良好的應用效果。

3.3.3 節(jié)水灌溉設計流程

一是明確設計標準，計算相關參數。依照相關標準和前期勘察資料，通過計算確定工程設計保證率，通常情形下，旱田設計保證率應當達到50%～75%，水田設計保證率應當達到75%～90%。計算抗旱天數，也就是考慮連續(xù)無雨極端情況，做好灌溉設備參數設計。二是設計取水方式，從水源地實際情況出發(fā)，依照相應規(guī)范選擇合適的取水方式。三是方案驗證。在確定整體方案后，在計算機軟件系統(tǒng)中輸入相關數據，驗算設計參數，驗證設計方案，為工程項目施工提供指導，達到最優(yōu)化的節(jié)水目標。

3.4 農田水利土壤改良設計

當前我國農田水利工程設計中，只是側重于對水資源的合理利用，在利用水利建設改良土壤方面的研究相對較為薄弱，工程項目設計和建設更是明顯滯后[5]。在現代農業(yè)基地運行中，必須要承擔起這方面的研究和實踐任務，利用地基在技術研發(fā)和試驗活動開展等方面的優(yōu)勢，借助計算機技術、信息技術等，探索利用農田水利工程改良土壤的新路徑，為推動我國農業(yè)現代化發(fā)展起到積極促進作用[6]。傳統(tǒng)的農田土壤改良主要有培肥管理、表土處理和客土措施等，在改善有效土層條件基礎上，達到土壤改良效果。利用農田水利工程進行土壤改良，主要有如下幾種方式：1）利用水旱輪作結合大型機械應用，增加土壤透水性，根據土壤特性在下層增加透水通道，或者結合推土機碾壓等方式，將透水性控制在合適范圍內。2）利用農田水利工程提升土壤承載力，尤其是針對開墾初期的水田、長期排水不良的黏重田，采用快速排水方式，將耕層土盡快變干，以此有效提升土壤承載力。3）利用農田水利工程提升土壤平整度，在工程設計中，將渠道規(guī)劃與田面平整結合，將田面傾斜的積水深度控制在±5 cm 以內，在實現水資源高效利用的基礎上，有效改善土壤性質，為提升農田質量起到良好促進作用。

4 現代農業(yè)基地農田水利工程設計評價

4.1 經濟效益評價

現代農業(yè)基地農田水利工程設計的經濟效益，是指項目建設實施完成后所帶來的直接經濟效益和間接經濟效益。直接經濟效益是指水利工程項目覆蓋范圍內的農田在水利工程項目運行全周期所帶來的凈收入[7]。間接經濟效益則是指通過農田水利工程項目運行，在現代農業(yè)基地發(fā)展中所節(jié)約的人力物力成本，所帶來的增產增收效果。在具體核算中，在總收入中減去工程項目建設分攤成本、運行維護成本，農作物種植所需要的種子、肥料、施藥及投入勞動力成本等，即可得出對應的經濟效益[8]。以某現代農業(yè)基地為例，以投資回收期10 年為計算標準，新增水田收益較之林地、草地等，每公頃農田年新增經濟效益達2萬元左右。

4.2 生態(tài)效益評價

生態(tài)效益是指通過農田水利工程項目的建設運行，能夠為現代農業(yè)基地及周邊生態(tài)環(huán)境帶來的效益。通過農田水利工程項目建設運行，能夠有效提升現代農業(yè)基地內的灌溉水利用系數，有效提升灌溉保證率。通過排水體系優(yōu)化，更好地避免水土流失現象發(fā)生。通過在基地內部采取配套的生態(tài)措施，能夠為區(qū)域范圍內生物提供良好棲息環(huán)境，保護小范圍內的生態(tài)平衡。在農田水利工程項目運行中，與農業(yè)綜合開發(fā)、綠色農業(yè)轉型發(fā)展、生態(tài)環(huán)境工程等有機結合，能夠更好地優(yōu)化農作物種植結構，增加經濟作物種植比重，優(yōu)化作物常年輪作換茬生長方式[9]。利用農田水利工程提升基地內涵養(yǎng)水源效果，有效治理水土流失，避免出現土地退化和土壤污染現象，有效提升土地產出率，為我國農業(yè)生產綠色化發(fā)展提供堅實支撐。在項目內表土植被有效恢復情形下，創(chuàng)造更加良好的生態(tài)環(huán)境。

4.3 社會效益評價

現代農業(yè)基地作為農業(yè)集約化發(fā)展的重要形式，對推動農業(yè)生產方式變革具有重要促進作用。農田水利工程是現代農業(yè)基地建設的重要組成部分，具有顯著的社會效益。例如通過農田水利工程項目的系統(tǒng)建設，能夠實現區(qū)域范圍內河流水資源的優(yōu)化利用，能夠更好地挖掘可利用土地資源，增加有效耕地面積，優(yōu)化基礎設施建設，改善基地內農業(yè)生產條件。在統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調下，還能夠利用工程建設補充耕地指標，推動耕地占補平衡[10]。農田水利工程建設能夠更好地滿足現代農業(yè)大田機械化運行方式，提升農業(yè)生產機械化水平，對我國農業(yè)生產創(chuàng)新發(fā)展起到良好促進作用。因此，從整體上而言，現代農業(yè)基地農田水利工程建設具有良好的社會效益，在農業(yè)發(fā)展中必須要做好工程設計，為項目建設優(yōu)化提供堅實保障。

5 結語

綜上所述，現代農業(yè)基地農田水利工程設計是一項系統(tǒng)性工作。在新時期設計工作開展中，必須要遵循綠色發(fā)展理念導向要求，綜合考慮各種技術應用特征，優(yōu)化技術應用方式，設計出與項目發(fā)展相適應的建設方案。以此才能夠在為項目建設提供有效支持的基礎上，推動水資源節(jié)約集約高效利用，為現代農業(yè)基地農業(yè)生產提供有效保障，為農業(yè)生產朝綠色、節(jié)能、可持續(xù)方向發(fā)展提供堅實支撐。