灌溉排水工程优化设计方法论文
在我国，季风气候分布广泛，降水的时间和空间分布不均，旱、涝灾害频发，这对农业生产造成了很大的影响。我国水利基础设施的不断完善对农业生产效益的提高作出了重要贡献。灌溉排水工程是关系到我国国计民生的重要工程，是促进农村经济增长、增加农民收入、促进农民生活水平不断提高的重要基础设施。因此，对灌溉排水工程的优化设计至关重要。灌溉排水工程的核心在于对区域内水资源的合理配置，水量的分配和输送由灌溉渠道完成，多余水量的输送由排水沟渠承担。关于灌溉工程的优化设计，需要从而系统优化方面来解决。现阶段，针对水利工程渠道沟管的优化设计问题，主要的解决方法是将其转换为求极值的高阶隐函数形式，比如试算法、图解法、查图表法和抽样法等。这些方法工作量大、精度差，迫切需要现代化的设计理论和计算方法的改革，从而不断提高水利工程的适应能力，延长其使用寿命，促进灌溉排水工程的可持续发展。
1优化设计和改造方法
1.1系统布置和断面设计
关于渠道设计，其横断面和纵断面设计是相互联系、不可分割的。在设计有关渠道断面的方案时，要综合考虑纵断面与横断面的关系，反复对比二者后展开交替设计。在设计时，应尽量使渠道和排水沟满足平面稳定和纵向稳定的要求。平面稳定，即沟渠在工作时无左、右摇摆，沟床和两岸无淤积和冲刷；纵向稳定，即沟渠在工作时，无冲刷、淤积或冲淤平衡。此外，各级沟渠间的水位衔接应合理、无塞水现象，这就需要合理布置各级沟渠间的线路和比降，且保证上级沟渠的沟底高于下级沟渠的沟底。
1.2工程优化设计的施工要点
设计时，应根据渠道的功能和不同的灌溉取水方式来设计沟渠和渠系建筑物的结构形式。根据河流取水、灌溉取水和灌区情况，目前，主要有无坝引水、有坝引水、抽水引水和水库引水四种方式。无坝引水是指在水源丰富、水位流量合适的河流附近修建进水闸，作为取水口引水灌溉；有坝引水是指在水源丰富、水位不适宜的河道上修建可抬高水位的建筑物来引水灌溉；抽水引水是指在灌区较高、水源丰富的地区就近修建抽水建筑和设施来引水，最常见的即机电排灌泵站，由泵房、电动机和进水池等组成，还需配备闸门、清污设备和断流设备等；水库取水是指在水源匮乏、水位较低的河流中修建水库，从而调节水量的取水方式。在采用上述引水方式时，需要重点考虑主要建筑物和调蓄工程的地基处理措施，合理选定防渗、抗冻胀等措施，并在满足灌溉功能的同时，考虑施工条件、建筑材料和工期。
1.3排水工程的规划设计
排水沟只具有排水功能，起不到节水作用，因此，在设计排水沟时，只做防渗即可。目前，渠道防渗的方法主要有土料夯实防渗、三合土护面防渗，用石料、砖块和混凝土衬砌渠道等。土料夯实防渗是指在渠床表面涂抹涂料层，以起到防渗效果，具有应用广泛、效果好、取材易和造价低等优点，常使用的技巧包括压实渠床土坡、利用黏土和砂黏土等；三合土护面防渗是指将由石灰、砂与黏土搅拌而成的三合土涂在渠床表面的防渗方法；为了达到防渗效果，衬砌渠道时应尽量就地取材，比如，在山区可采用块石、卵石、片石等石料，在平原地区可采用砖块或混凝土，采用混凝土衬砌渠道时，要综合考虑混凝土衬砌的施工方式、混凝土的强度和混凝土的板厚等问题，并注意混凝土的施工质量。
2生态化设计
2.1灌溉渠道生态化设计的原则
在灌溉渠道的建设过程中，保证输水效益是工程建设的关键，也是水利工程设计中最不可忽视的重要环节。与排水沟的优化设计相比，灌溉渠道的`优化设计必须更加注重渠道防渗和水流速度。因此，在工程设计实践过程中，应本着生态化设计理念，遵循生态化设计原则，以确保灌溉渠道的设计质量。优化设计的新方法必须保证渠道的输水功能不受影响；生态化优化设计必须保证渠道的安全系数，保证渠道符合安全设计要求，尤其是对于有结冰期的寒冷地区，更应采取防冻胀措施；在生态化优化设计的前提下，灌溉排水工程的设计应以自然环境为主，所采用的设计措施也应尽量减少对自然环境的破坏，维持施工地点的生态平衡，维护生态系统可再生功能得以发挥作用的条件；为了保证灌溉排水工程建设的顺利进行，应将施工对生态环境造成的影响控制在最小限度内，保证本区域内野生动物的自由活动不受限制，保证水域与陆域间的通行顺畅度，保证渠道上、下游野生动物的活动权利不受侵害，因此，在设计中应尽最大限度地降低阻隔横越构筑物的建设频率。
2.2灌溉渠道生态化设计的要点分析
对于灌溉渠道而言，有灌溉期与非灌溉期之分。当灌溉渠道处于灌溉期时，渠道内水位高、水流速度快；当渠道处于非灌溉期时，情况相反，渠道内甚至会出现干涸现象。鉴于两个时期的水位差异过大，所以，在优化设计的过程中，必须采取相应的防范措施。通常情况下，与排水沟共通的缓坡设计、多孔质空间和扰流结构属于生态工法，在渠道防渗方面必须与生态化相结合，尤其是在非灌溉区，更应注重灌溉渠道的最低流量设计。因此，在实践操作中应注意以下3点：①缓坡设计。在渠道护岸占用允许占用耕地的前提下，可视缓坡设计为渠道环境的延伸，为区域内两栖动物或其他水陆域动物的迁徙创造条件。此外，缓坡设计也可对水位变化起到缓冲作用。②混凝土与块石的结合。在设计过程中，应采用浆砌块石法，石头外侧无需填筑砂浆，利用石头的天然材质营造多孔质空间环境，从而为区域内的昆虫创造合适的栖息环境。在常水位以下的渠道位置，应采用混凝土衬砌的设计形式，保证渠道的输水效率，从而确保渠道设计满足防渗、提高输水效率、维持生态平衡的需求。③造型模板混凝土护岸。在浇筑过程中，应充分考虑输水稳定性，发挥造型模板的多孔、防渗作用，从而保证渠道的美观度、使用性能和生态景观功能。
3结束语
随着我国经济的发展和社会的进步，各项基础设施不断趋于完善。水利工程建设是一项复杂的工程，在其优化设计中更应充分考虑与生态环境的适应性，尤其是在灌溉排水工程的设计过程中，为了保证工程的经济效益、社会效益和生态效益最大化，必须充分考虑当地的自然地理特征和人文地理特征，寻求最佳的设计方案，实现灌溉排水工程的可持续发展。
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