基于農(nóng)用地分等成果的農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　基于農(nóng)用地分等成果的農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)研究</p><p>　　摘要：土地整理是通過工程等技術(shù)手段，進(jìn)行內(nèi)部挖潛以實(shí)現(xiàn)耕地?cái)?shù)量增加和質(zhì)量提升的耕地可持續(xù)發(fā)展模式，是緩解人地矛盾的重要手段?？茖W(xué)、合理的土地整理質(zhì)量潛力研究不僅能夠豐富土地整理研究體系使研究的重點(diǎn)從數(shù)量潛力轉(zhuǎn)移到數(shù)量和質(zhì)量潛力并重上來，而且能夠?yàn)橥恋卣我?guī)劃及糧食安全戰(zhàn)略提供基礎(chǔ)信息。分析土地整理質(zhì)量潛力的內(nèi)涵，并在農(nóng)用地分等理論

2、的基礎(chǔ)上，對(duì)農(nóng)田水利工程的布局進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其中的灌排工程依據(jù)官地坪鎮(zhèn)農(nóng)用地分等的成果。結(jié)果表明，官地坪鎮(zhèn)耕地自然質(zhì)量及土地整理現(xiàn)實(shí)質(zhì)量潛力分布有明顯區(qū)域差異。研究認(rèn)為，應(yīng)根據(jù)土地整理的質(zhì)量潛力分布的特點(diǎn)進(jìn)行合理的土地整治規(guī)劃，在現(xiàn)實(shí)整理質(zhì)量潛力大的地區(qū)應(yīng)在加強(qiáng)土地整理力度的同時(shí)加大投資力度以改善耕地的糧食生產(chǎn)條件提高糧食產(chǎn)量。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：農(nóng)用地分等；土地整理；農(nóng)田水利工程 </p&g

3、t;<p>　　中圖分類號(hào)：F320文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-291X（2014）16-0038-04 </p><p><b>　　一、輸水工程設(shè)計(jì) </b></p><p>　　項(xiàng)目區(qū)田塊設(shè)置考慮項(xiàng)目區(qū)丘陵地勢(shì)的特點(diǎn)以及未來農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)田規(guī)模經(jīng)營(yíng)的要求，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布置。渠道布置充分考慮項(xiàng)目區(qū)地形布設(shè)，同時(shí)遵循充分利用原有水利設(shè)

4、施和投資最少原則，采用單向灌排，灌渠和排水溝相鄰布置。 </p><p>　　（一）灌溉渠道流量 </p><p>　　按《湖南省土地開發(fā)整理建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，灌溉方法采用地面灌溉，丘崗沖壟山地丘陵區(qū)水田灌溉保證率不低于85 %，旱地灌溉保證率不低于75 %，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況及當(dāng)?shù)厮ㄔO(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定水田灌溉設(shè)計(jì)保證率取90%，旱地灌溉設(shè)計(jì)保證率取75%。 </p><

5、;p>　　根據(jù)桑植縣農(nóng)業(yè)局提供的《桑植縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集》，引用干旱年的統(tǒng)計(jì)資料，可知水田最大日耗水量為13mm。選擇項(xiàng)目區(qū)控制灌溉水田面積最大的渠道來設(shè)計(jì)。灌溉延續(xù)時(shí)間6d，每天灌水取20h。依據(jù)《農(nóng)田水利學(xué)》（郭元裕編）P100，灌溉面積為1萬畝~10萬畝，渠系水利用系數(shù)為0.75~0.7，本次設(shè)計(jì)渠系水利用系數(shù)取0.75。 </p><p>　　計(jì)算新修灌排兩用渠時(shí)先計(jì)算渠道的灌溉流量，再用排水流量校核

6、。項(xiàng)目區(qū)新修灌水渠道為新修灌排農(nóng)渠，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)級(jí)渠道采用輪灌的灌溉方式，輪灌組數(shù)為2組，斗級(jí)渠道采用續(xù)灌的灌溉方式。 </p><p>　　項(xiàng)目區(qū)內(nèi)續(xù)灌渠道公式： </p><p>　　續(xù)灌渠道公式：Q=（m3/s） </p><p>　　式中：α――主要作物的種植比例（%）；A――渠道的灌溉面積（畝）；e――日耗水量（mm），根據(jù)桑植縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告，本項(xiàng)目日耗水量取

7、13mm；t――每天灌水時(shí)數(shù)，本項(xiàng)目取24h；η――渠系水利用系數(shù)，取0.75。 </p><p>　　輪灌渠道公式：Q= </p><p>　　式中：m――灌水定額，m3/畝，本項(xiàng)目取80 m3/畝；N――輪灌組數(shù)，N取2；T――灌水延續(xù)時(shí)間，取6d。 </p><p>　　各新修渠道灌水流量計(jì)算結(jié)果（見下頁表1）： </p><p>　　

8、（二）新修灌排渠道的排水量校核 </p><p>　　新修灌排渠道需要滿足排水要求，以排水流量來校核渠道過水能力。根據(jù)《湖南省土地開發(fā)整理項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定，丘崗沖壟山地丘陵區(qū)的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為十年，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)與排除時(shí)間為一日暴雨一日排至作物耐淹水深。 </p><p>　　利用新修灌排渠道的排水控制面積進(jìn)行排水流量的校核。該地區(qū)十年一遇一日暴雨96mm，根據(jù)有關(guān)規(guī)范，一日暴雨已

9、日排至作物耐淹水深，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50288-99）》水稻分蘗期的田間水稻耐淹水深為60~100mm，本次項(xiàng)目取60mm。 </p><p>　　設(shè)計(jì)凈雨深常用暴雨扣損法計(jì)算，根據(jù)《灌溉與排水工程學(xué)》（汪志農(nóng)主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關(guān)公式。 </p><p>　　計(jì)算公式為：R=P-h1-f-E </p><p>　　式中：R――設(shè)

10、計(jì)凈雨深（mm）；P――設(shè)計(jì)暴雨量（mm）；h1――稻田的滯蓄水深（mm），與暴雨發(fā)生時(shí)間、水稻的造別和品種、生長(zhǎng)期及耐淹歷時(shí)有關(guān)，根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)和調(diào)查資料確定，一般采用水稻允許淹水深與降雨前田面水深20mm的差值，本設(shè)計(jì)根據(jù)60mm的耐淹，設(shè)計(jì)取40mm滯蓄水深；f――設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T內(nèi)的稻田滲漏量（mm）。f=KT，本項(xiàng)目區(qū)的壤質(zhì)為中粉質(zhì)壤土；K――滲漏強(qiáng)度3.0-5.0（mm/d）；E――設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T內(nèi)的稻田騰發(fā)量（mm）。E=αE

11、dT，α為雨水系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)資料確定；Ed為水面騰發(fā)強(qiáng)度，一般為4~5mm/d。 </p><p>　　利用平均排除法計(jì)算排澇流量。平均排除法是以排水面積上的設(shè)計(jì)徑流深在規(guī)定的排水時(shí)間內(nèi)平均排除的虛擬方式來計(jì)算排澇模數(shù)或排澇流量的。根據(jù)《灌溉與排水工程學(xué)》（汪志農(nóng)主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關(guān)公式，計(jì)算公式為： </p><p><b>　　Q= </b>

12、</p><p>　　式中：Q――排澇設(shè)計(jì)流量（m3/S）；R――設(shè)計(jì)徑流深（mm）；T――排澇歷時(shí)（d），一般用作物的耐淹歷時(shí)，為1d；t ――每天排水時(shí)數(shù)（h），自流排水t=24h；F――排澇面積（km2）。 </p><p>　　將各參數(shù)代入公式計(jì)算： </p><p>　　R=P-h1-f-E=96-40-5-4=47（mm） </p><

13、;p>　　再將凈雨深的計(jì)算結(jié)果代入公式校核新修灌排渠道的排水流量： </p><p>　　（三）渠道斷面設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算所得的渠道設(shè)計(jì)流量標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目區(qū)屬于丘陵工程類型區(qū)，斗級(jí)渠道縱坡比i=1/1 500，農(nóng)級(jí)渠道縱坡比i=1/1 000。新修渠道采用矩形渠道。 </p><p>　　渠道橫斷面水力計(jì)算采用下式： </p>

14、<p><b>　　Q=AC </b></p><p>　　式中：Q――設(shè)計(jì)渠道的流量（m3/s）；A――過水?dāng)嗝娣e（m2）；i――渠道坡降，其值根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形比降結(jié)合土壤特點(diǎn)選定斗級(jí)渠道縱坡比i=1/1 500，農(nóng)級(jí)渠道縱坡比i=1/1 000。R――水力半徑（m）；C――謝才系數(shù)（m1/2/s）。 </p><p>　　明渠斷面各變量的計(jì)算公式如下：

15、</p><p>　　斷面面積：A=（b+mh）h </p><p>　　濕周：x=b+2h </p><p><b>　　水力半徑：R= </b></p><p><b>　　謝才系數(shù)：C=R </b></p><p>　　式中：b――渠底寬度（m）；h――水深（m）；x―

16、―濕周（m）；m――邊坡系數(shù)；n――渠床糙率系數(shù)，新修灌溉渠道底板均為現(xiàn)澆混凝土，邊坡現(xiàn)澆混凝土或漿砌石（水泥砂漿抹面），根據(jù)《農(nóng)田水利學(xué)》（郭元裕編），光滑的混凝土護(hù)面渠床糙率系數(shù)取0.015。 </p><p><b>　　二、排水工程設(shè)計(jì) </b></p><p>　?。ㄒ唬┡潘疁显O(shè)計(jì)流量 </p><p>　　根據(jù)《湖南省土地開發(fā)整理項(xiàng)

17、目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定，丘崗沖壟山地丘陵區(qū)的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為十年，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)與排除時(shí)間為一日暴雨一日排至作物耐淹水深。 </p><p>　　利用新修灌排渠道的排水控制面積進(jìn)行排水流量的校核。該地區(qū)十年一遇一日暴雨96mm，根據(jù)有關(guān)規(guī)范，一日暴雨一日排至作物耐淹水深，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50288-99）》水稻分蘗期的田間水稻耐淹水深為60~100mm，本次項(xiàng)目取60mm。 </p>

18、;<p>　　設(shè)計(jì)凈雨深常用暴雨扣損法計(jì)算，根據(jù)《灌溉與排水工程學(xué)》（汪志農(nóng)主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關(guān)公式。 </p><p>　　計(jì)算公式為：R=P-h1-f-E </p><p>　　式中：R――設(shè)計(jì)凈雨深（mm）；P――設(shè)計(jì)暴雨量（mm）；h1――稻田的滯蓄水深（mm），與暴雨發(fā)生時(shí)間、水稻的造別和品種、生長(zhǎng)期及耐淹歷時(shí)有關(guān)，根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)和調(diào)查資料確定，一般

19、采用水稻允許淹水深與降雨前田面水深20mm的差值，本設(shè)計(jì)根據(jù)60mm的耐淹，設(shè)計(jì)取40mm滯蓄水深；f――設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T內(nèi)的稻田滲漏量（mm）。f=KT，本項(xiàng)目區(qū)的壤質(zhì)為中粉質(zhì)壤土；K――滲漏強(qiáng)度3.0~5.0（mm/d）；E――設(shè)計(jì)排澇歷時(shí)T內(nèi)的稻田騰發(fā)量（mm）。E=αEdT，α為雨水系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)資料確定；Ed為水面騰發(fā)強(qiáng)度，一般為4~5mm/d。 </p><p>　　利用平均排除法計(jì)算排澇流量。平均

20、排除法是以排水面積上的設(shè)計(jì)徑流深在規(guī)定的排水時(shí)間內(nèi)平均排除的虛擬方式來計(jì)算排澇模數(shù)或排澇流量的。根據(jù)《灌溉與排水工程學(xué)》（汪志農(nóng)主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關(guān)公式，計(jì)算公式為： </p><p><b>　　Q= </b></p><p>　　式中：Q――排澇設(shè)計(jì)流量（m3/s）；R――設(shè)計(jì)徑流深（mm）；T――排澇歷時(shí)（d），一般用作物的耐淹歷時(shí)，為1d；

21、</p><p>　　t ――每天排水時(shí)數(shù)（h），自流排水t=24h；F――排澇面積（km2），新修斗溝典型控制面積為90.00hm2；新修農(nóng)溝典型控制面積為4.8hm2。 </p><p>　　將各參數(shù)代入公式計(jì)算： </p><p>　　R=P-h1-f-E=96-40-5-4=47（mm） </p><p>　　各渠道流量見如下表： &

22、lt;/p><p>　　Q排水斗溝==0.490（m3/s） </p><p>　　Q排水農(nóng)溝I==0.026（m3/s） </p><p>　　（二）排漬流量計(jì)算 </p><p>　　農(nóng)作物排漬標(biāo)準(zhǔn)是指控制農(nóng)作物不受漬害的農(nóng)田地下水排降標(biāo)準(zhǔn)，通常是將排水區(qū)由設(shè)計(jì)暴雨形成的地面水排除后，地下水位應(yīng)在作物耐淹時(shí)間內(nèi)排降到農(nóng)作物耐漬深度以下，以消除

23、由于土壤水分過多或水稻田土壤通氣不良所產(chǎn)生的漬害。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，水稻在曬田期5～7天內(nèi)，地下水位降到離地面以下0.4～0.6m為宜。 </p><p>　　排漬流量設(shè)計(jì)公式為： </p><p><b>　　Q漬=q漬F </b></p><p>　　式中：q漬――排漬模數(shù)，m3/s/km2；F――排漬面積，km2。 </p>&

24、lt;p>　　項(xiàng)目區(qū)為中壤土質(zhì)，設(shè)計(jì)排漬模數(shù)取0.03 m3/s/km2。 </p><p>　　新修排水斗溝排漬流量：Q漬=q漬F=0.03×0.9=0.027m3/s </p><p>　　新修排水農(nóng)溝排漬流量：Q漬=q漬F=0.03×0.048=0.0014m3/s </p><p>　　則新修排水斗溝流量Q=Q澇+ Q漬=0.49+

25、0.027=0.517m3/s。 </p><p>　　則新修排水農(nóng)溝流量Q=Q澇+ Q漬=0.026+0.0014=0.027m3/s。 </p><p>　?。ㄈ┡潘疁系湫蛿嗝嬖O(shè)計(jì) </p><p>　　項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃新修排水斗溝和排水農(nóng)溝兩級(jí)排水溝，根據(jù)以上計(jì)算所得的排水溝流量，排水溝橫斷面水力計(jì)算采用明渠均勻流公式： </p><p>

26、<b>　　Q=AC </b></p><p>　　式中：Q――設(shè)計(jì)渠道的流量（m3/s）；A――過水?dāng)嗝娣e（m2）；i――渠道比降，其值根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形比降結(jié)合土壤特點(diǎn)選定，斗溝取1/2 000，農(nóng)溝取1/1 000；R――水力半徑（m）；C――謝才系數(shù)（m0.5/s）。 </p><p>　　梯形斷面明渠各變量的計(jì)算公式如下： </p><p&

27、gt;　　斷面面積：A=（b+mh）h </p><p>　　濕周：x=b+2h </p><p><b>　　水力半徑：R= </b></p><p><b>　　謝才系數(shù)：C=R </b></p><p>　　式中：b――渠底寬度（m）；h――水深（m）；x――濕周（m）；m――邊坡系數(shù)；n――

28、渠床糙率系數(shù)，新修斗溝、新修農(nóng)溝Ⅱ道底板均為現(xiàn)澆混凝土，邊坡為預(yù)制C20砼板，根據(jù)《農(nóng)田水利學(xué)》（郭元裕編），光滑的混凝土護(hù)面渠床糙率系數(shù)取0.015。 </p><p>　　渠道斷面設(shè)計(jì)成果表如下： </p><p><b>　　三、結(jié)論與展望 </b></p><p>　　通過結(jié)合農(nóng)用地生產(chǎn)潛力對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)田水利工程進(jìn)行規(guī)劃達(dá)到了以下目標(biāo)：

29、（1）在農(nóng)用地分等的基礎(chǔ)上，利用農(nóng)用地分等成果中的線性回歸模型，并考慮到耕地的坡度及有效土層厚度對(duì)耕地質(zhì)量的影響，估算出官地坪各鎮(zhèn)街耕地自然質(zhì)量等指數(shù)，分析發(fā)現(xiàn)官地坪鎮(zhèn)平均耕地質(zhì)量較差，江津區(qū)耕地質(zhì)量呈現(xiàn)出沿山脈、溝槽走向的條狀分布特點(diǎn)。（2）受坡度的影響，坡度較大的區(qū)域土地整理的難度以及所需投入的資金較大，土地整理能夠?qū)崿F(xiàn)的質(zhì)量潛力和坡度并不是完全的線性關(guān)系。（3）在農(nóng)田水利的項(xiàng)目安排上，應(yīng)該優(yōu)先安排土地整理質(zhì)量潛力較大的街鎮(zhèn)，以提高

30、其耕地質(zhì)量，改善耕作條件，減小坡耕地水土流失，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高耕地糧食產(chǎn)量。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]傅澤強(qiáng)，蔡運(yùn)龍，楊友孝，等.中國(guó)糧食安全與耕地資源變化的相關(guān)分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2001，(4)：313-319. </p><p>　　[2]關(guān)文榮，李維哲.拓展保護(hù)耕地的思路一

31、農(nóng)用地綜合生產(chǎn)能力調(diào)查與評(píng)價(jià)的任務(wù)與思路[J].中國(guó)土地，2006，(3)：17-18. </p><p>　　[3]高向軍，鞠正山.論“中國(guó)土地整理微觀行為的宏觀理念”[J].中國(guó)軟科學(xué)，2002，(5)：13-17. </p><p>　　[4]劉水杏，曲波.農(nóng)地分等定級(jí)與估價(jià).農(nóng)用地分等定級(jí)估價(jià)成果在耕地占補(bǔ)平衡中的應(yīng)用[J].地域研究與開發(fā)，2002，(3)：82-84. <

32、/p><p>　　[5]封志明，李香蓮.耕地與糧食安全戰(zhàn)略：藏糧于土，提高中國(guó)土地資源的綜合生產(chǎn)能力[J].地理學(xué)與國(guó)土研究，2000，(3)：1-5. </p><p>　　[責(zé)任編輯 吳高君] </p><p>　　收稿日期：2014-03-18 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：劉弘（1989-），男，湖南長(zhǎng)沙人，碩士研究生，從事土地資源利用