基于農(nóng)用地分等成果的農(nóng)田水利工程設計研究

1、<p>　　基于農(nóng)用地分等成果的農(nóng)田水利工程設計研究</p><p>　　摘要：土地整理是通過工程等技術手段，進行內(nèi)部挖潛以實現(xiàn)耕地數(shù)量增加和質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、合理的土地整理質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從數(shù)量潛力轉移到數(shù)量和質量潛力并重上來，而且能夠為土地整治規(guī)劃及糧食安全戰(zhàn)略提供基礎信息。分析土地整理質量潛力的內(nèi)涵，并在農(nóng)用地分等理論

2、的基礎上，對農(nóng)田水利工程的布局進行規(guī)劃和設計，其中的灌排工程依據(jù)官地坪鎮(zhèn)農(nóng)用地分等的成果。結果表明，官地坪鎮(zhèn)耕地自然質量及土地整理現(xiàn)實質量潛力分布有明顯區(qū)域差異。研究認為，應根據(jù)土地整理的質量潛力分布的特點進行合理的土地整治規(guī)劃，在現(xiàn)實整理質量潛力大的地區(qū)應在加強土地整理力度的同時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：F320文獻標志碼：A文章編號：1673-291X（2014）16-0038-04 </p><p><b>　　一、輸水工程設計 </b></p><p>　　項目區(qū)田塊設置考慮項目區(qū)丘陵地勢的特點以及未來農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)田規(guī)模經(jīng)營的要求，同時結合當?shù)胤N植經(jīng)驗進行布置。渠道布置充分考慮項目區(qū)地形布設，同時遵循充分利用原有水利設

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>　?。ㄒ唬┕喔惹懒髁?</p><p>　　按《湖南省土地開發(fā)整理建設標準》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)項目區(qū)實際情況及當?shù)厮ㄔO實踐經(jīng)驗，確定水田灌溉設計保證率取90%，旱地灌溉設計保證率取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)劃報告集》，引用干旱年的統(tǒng)計資料，可知水田最大日耗水量為13mm。選擇項目區(qū)控制灌溉水田面積最大的渠道來設計。灌溉延續(xù)時間6d，每天灌水取20h。依據(jù)《農(nóng)田水利學》（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，本次設計渠系水利用系數(shù)取0.75。 </p><p>　　計算新修灌排兩用渠時先計算渠道的灌溉流量，再用排水流量校核

6、。項目區(qū)新修灌水渠道為新修灌排農(nóng)渠，項目區(qū)農(nóng)級渠道采用輪灌的灌溉方式，輪灌組數(shù)為2組，斗級渠道采用續(xù)灌的灌溉方式。 </p><p>　　項目區(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)劃報告，本項目日耗水量取

7、13mm；t――每天灌水時數(shù)，本項目取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，本項目取80 m3/畝；N――輪灌組數(shù)，N取2；T――灌水延續(xù)時間，取6d。 </p><p>　　各新修渠道灌水流量計算結果（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)整理項目建設標準（試行）》規(guī)定，丘崗沖壟山地丘陵區(qū)的設計暴雨重現(xiàn)期為十年，設計暴雨歷時與排除時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)《灌溉與排水工程設計規(guī)范（GB 50288-99）》水稻分蘗期的田間水稻耐淹水深為60~100mm，本次項目取60mm。 </p><p>　　設計凈雨深常用暴雨扣損法計算，根據(jù)《灌溉與排水工程學》（汪志農(nóng)主編，中國農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關公式。 </p><p>　　計算公式為：R=P-h1-f-E </p><p>　　式中：R――設

10、計凈雨深（mm）；P――設計暴雨量（mm）；h1――稻田的滯蓄水深（mm），與暴雨發(fā)生時間、水稻的造別和品種、生長期及耐淹歷時有關，根據(jù)當?shù)卦囼灪驼{(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，本設計根據(jù)60mm的耐淹，設計取40mm滯蓄水深；f――設計排澇歷時T內(nèi)的稻田滲漏量（mm）。f=KT，本項目區(qū)的壤質為中粉質壤土；K――滲漏強度3.0-5.0（mm/d）；E――設計排澇歷時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?shù)卦囼炠Y料確定；Ed為水面騰發(fā)強度，一般為4~5mm/d。 </p><p>　　利用平均排除法計算排澇流量。平均排除法是以排水面積上的設計徑流深在規(guī)定的排水時間內(nèi)平均排除的虛擬方式來計算排澇模數(shù)或排澇流量的。根據(jù)《灌溉與排水工程學》（汪志農(nóng)主編，中國農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關公式，計算公式為： </p><p><b>　　Q= </b>

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

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

14、<p><b>　　Q=AC </b></p><p>　　式中：Q――設計渠道的流量（m3/s）；A――過水斷面積（m2）；i――渠道坡降，其值根據(jù)項目區(qū)的地形比降結合土壤特點選定斗級渠道縱坡比i=1/1 500，農(nóng)級渠道縱坡比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》（郭元裕編），光滑的混凝土護面渠床糙率系數(shù)取0.015。 </p><p><b>　　二、排水工程設計 </b></p><p>　　（一）排水溝設計流量 </p><p>　　根據(jù)《湖南省土地開發(fā)整理項

17、目建設標準（試行）》規(guī)定，丘崗沖壟山地丘陵區(qū)的設計暴雨重現(xiàn)期為十年，設計暴雨歷時與排除時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)《灌溉與排水工程設計規(guī)范（GB 50288-99）》水稻分蘗期的田間水稻耐淹水深為60~100mm，本次項目取60mm。 </p>

18、;<p>　　設計凈雨深常用暴雨扣損法計算，根據(jù)《灌溉與排水工程學》（汪志農(nóng)主編，中國農(nóng)業(yè)出版社）第八章第二節(jié)相關公式。 </p><p>　　計算公式為：R=P-h1-f-E </p><p>　　式中：R――設計凈雨深（mm）；P――設計暴雨量（mm）；h1――稻田的滯蓄水深（mm），與暴雨發(fā)生時間、水稻的造別和品種、生長期及耐淹歷時有關，根據(jù)當?shù)卦囼灪驼{(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，本設計根據(jù)60mm的耐淹，設計取40mm滯蓄水深；f――設計排澇歷時T內(nèi)的稻田滲漏量（mm）。f=KT，本項目區(qū)的壤質為中粉質壤土；K――滲漏強度3.0~5.0（mm/d）；E――設計排澇歷時T內(nèi)的稻田騰發(fā)量（mm）。E=αEdT，α為雨水系數(shù)，根據(jù)當?shù)卦囼炠Y料確定；Ed為水面騰發(fā)強度，一般為4~5mm/d。 </p><p>　　利用平均排除法計算排澇流量。平均

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

21、</p><p>　　t ――每天排水時數(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>　?。ǘ┡艥n流量計算 </p><p>　　農(nóng)作物排漬標準是指控制農(nóng)作物不受漬害的農(nóng)田地下水排降標準，通常是將排水區(qū)由設計暴雨形成的地面水排除后，地下水位應在作物耐淹時間內(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>　　排漬流量設計公式為： </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>　　項目區(qū)為中壤土質，設計排漬模數(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計 </p><p>　　項目區(qū)規(guī)劃新修排水斗溝和排水農(nóng)溝兩級排水溝，根據(jù)以上計算所得的排水溝流量，排水溝橫斷面水力計算采用明渠均勻流公式： </p><p>

26、<b>　　Q=AC </b></p><p>　　式中：Q――設計渠道的流量（m3/s）；A――過水斷面積（m2）；i――渠道比降，其值根據(jù)項目區(qū)的地形比降結合土壤特點選定，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，邊坡為預制C20砼板，根據(jù)《農(nóng)田水利學》（郭元裕編），光滑的混凝土護面渠床糙率系數(shù)取0.015。 </p><p>　　渠道斷面設計成果表如下： </p><p><b>　　三、結論與展望 </b></p><p>　　通過結合農(nóng)用地生產(chǎn)潛力對項目區(qū)內(nèi)農(nóng)田水利工程進行規(guī)劃達到了以下目標：

29、（1）在農(nóng)用地分等的基礎上，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耕地質量的影響，估算出官地坪各鎮(zhèn)街耕地自然質量等指數(shù)，分析發(fā)現(xiàn)官地坪鎮(zhèn)平均耕地質量較差，江津區(qū)耕地質量呈現(xiàn)出沿山脈、溝槽走向的條狀分布特點。（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，土地整理能夠實現(xiàn)的質量潛力和坡度并不是完全的線性關系。（3）在農(nóng)田水利的項目安排上，應該優(yōu)先安排土地整理質量潛力較大的街鎮(zhèn)，以提高

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

31、農(nóng)用地綜合生產(chǎn)能力調(diào)查與評價的任務與思路[J].中國土地，2006，(3)：17-18. </p><p>　　[3]高向軍，鞠正山.論“中國土地整理微觀行為的宏觀理念”[J].中國軟科學，2002，(5)：13-17. </p><p>　　[4]劉水杏，曲波.農(nóng)地分等定級與估價.農(nóng)用地分等定級估價成果在耕地占補平衡中的應用[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，提高中國土地資源的綜合生產(chǎn)能力[J].地理學與國土研究，2000，(3)：1-5. </p><p>　　[責任編輯 吳高君] </p><p>　　收稿日期：2014-03-18 </p><p>　　作者簡介：劉弘（1989-），男，湖南長沙人，碩士研究生，從事土地資源利用