農(nóng)田排灌工程設(shè)計(jì)手冊一、概述

農(nóng)田排灌工程是農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，旨在通過科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水的合理排灌，保障作物正常生長，提高水資源利用效率。本手冊旨在提供農(nóng)田排灌工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性指導(dǎo)，涵蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保工程安全、高效、經(jīng)濟(jì)。

二、規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

（一）規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)

1.水文資料：收集歷史降雨量、蒸發(fā)量、地下水位等數(shù)據(jù)，作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

2.地形地貌：分析農(nóng)田高程、坡度，確定排水與灌溉區(qū)域。

3.作物需水特性：根據(jù)作物種類確定灌溉水量及頻率。

4.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：參考《農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50281）等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）設(shè)計(jì)原則

1.安全可靠：確保工程抗洪、抗?jié)B能力，滿足設(shè)計(jì)使用壽命（如50年）。

2.經(jīng)濟(jì)適用：優(yōu)先采用本地材料，降低工程造價(jià)（如混凝土配合比優(yōu)化）。

3.節(jié)水高效：推廣滴灌、噴灌等節(jié)水技術(shù)，提高水資源利用率（如滴灌節(jié)水率可達(dá)30%）。

4.環(huán)境友好：減少工程建設(shè)對生態(tài)的影響，如采用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水方式選擇

(1)明排系統(tǒng)：適用于坡度較大的區(qū)域，采用溝渠排水。

(2)暗排系統(tǒng)：適用于平坦地區(qū)，埋設(shè)管道收集地下水。

2.排水量計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式：Q=C·i·F，其中Q為流量（m3/s），C為徑流系數(shù)（0.3~0.6），i為暴雨強(qiáng)度（mm/h）。

(2)舉例：某區(qū)域徑流系數(shù)為0.4，暴雨強(qiáng)度為60mm/h，集水面積1000m2，則Q=0.4×0.06×1000/3600≈0.007m3/s。

3.渠道設(shè)計(jì)

(1)渠道斷面形狀：矩形或梯形，根據(jù)流量計(jì)算斷面尺寸。

(2)渠道坡度：一般1%~3%，確保水流順暢。

（二）灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.灌溉方式選擇

(1)自流灌溉：利用地形坡度，如渠道引水。

(2)噴灌/滴灌：適用于干旱或勞動(dòng)力不足地區(qū)。

2.灌溉需水量計(jì)算

(1)作物日需水量公式：ET=Kc·Ea，其中ET為作物需水量（mm），Kc為作物系數(shù)（如小麥為0.75），Ea為有效降雨量（mm）。

(2)舉例：小麥生育期Kc為0.85，若有效降雨200mm，則ET=0.85×200=170mm。

3.管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)壓力計(jì)算：噴灌系統(tǒng)壓力需滿足噴頭工作要求（如0.2MPa~0.4MPa）。

(2)管徑選擇：根據(jù)流量公式Q=v·A，其中v為流速（1.0~1.5m/s），A為管道截面積。

四、施工與維護(hù)

（一）施工要點(diǎn)

1.土方工程

(1)渠道開挖：分層進(jìn)行，邊坡坡度不超過1:1.5。

(2)填筑壓實(shí)：混凝土或土工膜襯砌需壓實(shí)度達(dá)95%以上。

2.管道安裝

(1)管道連接：采用熱熔連接或法蘭焊接，確保密封性。

(2)高程控制：使用水準(zhǔn)儀校準(zhǔn)管道坡度，誤差控制在±2cm內(nèi)。

（二）維護(hù)管理

1.定期檢查

(1)渠道清淤：每年春秋兩季各清理一次，清除淤積物。

(2)管道檢測：每年檢測接口滲漏情況，如發(fā)現(xiàn)裂縫需及時(shí)修補(bǔ)。

2.技術(shù)改造

(1)節(jié)水設(shè)備升級：將傳統(tǒng)渠灌改為膜下滴灌，年節(jié)水率可達(dá)25%。

(2)自動(dòng)化控制：安裝流量傳感器，實(shí)現(xiàn)按需灌溉。

五、經(jīng)濟(jì)與效益分析

（一）投資估算

1.主要成本構(gòu)成

(1)土建工程：如渠道開挖需投入2萬元/公里。

(2)設(shè)備費(fèi)用：噴灌系統(tǒng)設(shè)備單價(jià)約300元/畝。

2.投資回收期

(1)通過提高作物產(chǎn)量（如每畝增產(chǎn)100kg，單價(jià)2元/kg），年增收200元，5年可收回成本。

（二）社會效益

1.提高產(chǎn)量：灌溉保證率提升至85%以上，糧食單產(chǎn)增加15%。

2.防災(zāi)減災(zāi)：有效防止洪澇和干旱災(zāi)害，減少損失約30%。

六、結(jié)論

農(nóng)田排灌工程設(shè)計(jì)需綜合考慮水文、地形、作物需水等因素，通過科學(xué)規(guī)劃與施工，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水與安全排水。持續(xù)優(yōu)化維護(hù)管理，可延長工程使用壽命，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水方式選擇

(1)明排系統(tǒng)：適用于坡度相對較大的區(qū)域。通過開挖排水溝渠，利用重力自然排除田間積水。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮地形高差，合理確定溝渠的走向和坡度，確保排水流暢。明排系統(tǒng)建設(shè)相對簡單，成本較低，但易受地表徑流污染，且在干旱季節(jié)可能難以利用收集到的水。

(2)暗排系統(tǒng)：適用于地形平坦、地下水位較高或?qū)Φ乇硭坝^要求較高的區(qū)域。通過埋設(shè)地下排水管道，將土壤中的多余水分或地下水匯集并引導(dǎo)至指定排放點(diǎn)（如天然水體或排水渠）。暗排系統(tǒng)可有效減少地表積水，防止土壤鹽堿化，且不易受外界污染，但建設(shè)成本較高，施工難度較大，且檢修維護(hù)相對困難。

(2)排水量計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式：Q=C·i·F，其中Q為設(shè)計(jì)流量（單位：立方米每秒，m3/s），C為徑流系數(shù)（反映地表Impermeability的程度，值域通常在0.3到0.6之間，不透水地面如混凝土取值偏大，綠地取值偏?。琲為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（單位：毫米每小時(shí)，mm/h），F(xiàn)為匯水面積（單位：平方米，m2）。該公式基于暴雨在匯水面積內(nèi)產(chǎn)生徑流并匯集到排水口的過程進(jìn)行計(jì)算。選擇的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度對應(yīng)的重現(xiàn)期（例如每年重現(xiàn)一次、每年重現(xiàn)兩次等）和歷時(shí)（例如降雨持續(xù)1小時(shí)）是計(jì)算中的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響排水系統(tǒng)的規(guī)模和造價(jià)。例如，對于一個(gè)由混凝土屋頂形成的1000平方米匯水區(qū)，若徑流系數(shù)取0.5，設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度為60mm/h（對應(yīng)重現(xiàn)期和歷時(shí)需根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范確定），則峰值流量Q=0.5×60mm/h×1000m2/(3600s/h)≈8.33m3/s。這個(gè)計(jì)算結(jié)果代表了在設(shè)計(jì)暴雨條件下，該區(qū)域需要處理的瞬時(shí)最大排水能力。

(2)舉例說明：假設(shè)某農(nóng)田區(qū)域，經(jīng)過實(shí)地勘測和資料分析，確定其匯水面積F為5000平方米，土壤透水性一般，取徑流系數(shù)C為0.4。根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料和規(guī)范要求，選取的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為每年重現(xiàn)1次，對應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度i為70mm/h，降雨歷時(shí)為1小時(shí)。將這些參數(shù)代入公式Q=C·i·F/(3600)，計(jì)算得到設(shè)計(jì)流量Q=0.4×70mm/h×5000m2/3600s/h≈3.89m3/s。這意味著需要設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)（如排水管道或渠道）必須能夠安全通過至少3.89m3/s的流量，以保證在發(fā)生該強(qiáng)度降雨時(shí)，農(nóng)田內(nèi)的積水能夠被及時(shí)有效排出，避免造成作物損害或土壤次生鹽堿化等問題。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可能還會考慮一定的安全系數(shù)。

(3)渠道設(shè)計(jì)

(1)渠道斷面形狀：常見的有矩形和梯形兩種。矩形斷面適用于狹窄或特定工程需求場景。梯形斷面因其穩(wěn)定性好、水流條件較好，在明排渠道中應(yīng)用最為廣泛。梯形斷面的設(shè)計(jì)需要確定底寬、邊坡系數(shù)和深度。邊坡系數(shù)（m）表示渠道側(cè)坡的陡峭程度，m值越小，邊坡越緩，穩(wěn)定性越好，但占地寬度越大；m值越大，占地寬度越小，但邊坡穩(wěn)定性可能下降，需根據(jù)土質(zhì)和開挖深度進(jìn)行選擇。例如，對于輕度透水土壤，邊坡系數(shù)m常取1.5~2.0。渠道的深度則根據(jù)設(shè)計(jì)流量、坡度和斷面形狀計(jì)算確定。

(2)渠道坡度：坡度是保證渠道水流順暢的關(guān)鍵參數(shù)。坡度太小，水流速度過慢，易導(dǎo)致淤積和雜草滋生；坡度太大，水流速度過快，可能沖刷渠道邊坡，增加維護(hù)成本，甚至引發(fā)安全事故。一般農(nóng)田排水渠道的坡度設(shè)計(jì)值在1%~3%之間。具體坡度值需要根據(jù)地形條件、設(shè)計(jì)流量、渠道斷面尺寸以及土質(zhì)條件綜合確定。可以通過水準(zhǔn)測量確定渠道起點(diǎn)和終點(diǎn)的高程差，再除以渠道長度得到平均坡度。在實(shí)際應(yīng)用中，可能需要在較長渠道上設(shè)置多個(gè)跌水井或陡坡段，以適應(yīng)地形變化和控制水流速度。

(4)渠道襯砌與加固：

(1)為提高渠道的防滲性能、耐磨性和延長使用壽命，常對渠道進(jìn)行襯砌。常用材料包括混凝土、磚石、土工膜等。混凝土襯砌強(qiáng)度高、耐久性好，但成本較高。土工膜防滲效果好、施工相對簡便、成本適中，尤其適用于臨時(shí)性或中小型渠道。磚石襯砌在歷史工程中較常見。襯砌層的厚度需根據(jù)水流速度、土質(zhì)和材料特性確定。

(2)渠道加固主要針對渠道邊坡和進(jìn)出口?？刹捎脻{砌石、拋石、加筋土等方式進(jìn)行。加固措施旨在防止邊坡滑動(dòng)、沖刷和滲漏，確保渠道穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在坡度較陡或土質(zhì)較差的渠道段，設(shè)置漿砌石邊坡護(hù)面，可以有效提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖能力。

(5)渠道附屬設(shè)施：

(1)進(jìn)水口：用于控制渠道引入水源，通常設(shè)置有閘門或涵洞。設(shè)計(jì)需考慮控制精度和耐磨性。

(2)分水閘：在渠道分支處設(shè)置，用于調(diào)節(jié)各分支渠道的流量。

(3)擋水壩/溢流口：在渠道末端或需要控制水位的地方設(shè)置，用于抬高水位或安全宣泄超標(biāo)洪水。

(4)檢修閘門：定期檢查和清理渠道時(shí)使用，隔離檢修段。

2.灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)灌溉方式選擇

(1)自流灌溉：利用地形自然落差，通過渠道將水從水源（如河流、水庫、提水泵站）引至田間。這種方式通常不需要?jiǎng)恿μ崴?，運(yùn)行成本較低，管理相對簡單。但受地形坡度限制，只適用于有一定高差的區(qū)域。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮渠道布局、坡度控制和防滲措施。

(2)噴灌/滴灌：屬于節(jié)水灌溉技術(shù)。噴灌通過噴頭將水以噴霧狀噴灑到作物上，適用于大面積、地形較為平坦或復(fù)雜的地塊。滴灌則通過安裝在作物根區(qū)附近的滴頭，將水緩慢、均勻地滴入土壤中，水分利用效率非常高。噴灌系統(tǒng)需要一定的壓力（通常由水泵提供），設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算系統(tǒng)所需的總水頭，選擇合適的水泵和管材。滴灌系統(tǒng)壓力要求相對較低，但需保證管網(wǎng)壓力的均勻性，防止滴頭堵塞，需定期清洗或采用抗堵塞性能好的滴頭和過濾系統(tǒng)。噴灌和滴灌系統(tǒng)通常需要配備施肥裝置（注肥器），實(shí)現(xiàn)水肥一體化，提高肥料利用效率。選擇哪種方式需綜合考慮地形、作物種類、經(jīng)濟(jì)條件、水資源狀況和管理水平等因素。

(2)灌溉需水量計(jì)算

(1)作物日需水量公式：ET=Kc·Ea，其中ET為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（單位：毫米每天，mm/d），它代表了在特定氣候和土壤條件下，一個(gè)理想化的參考作物（如草）每天從冠層到地面蒸發(fā)和根系吸收后用于植物生長的水量總和，是計(jì)算作物灌溉需水量的基礎(chǔ)指標(biāo)。Kc為作物系數(shù)，是一個(gè)無量綱的系數(shù)，表示特定作物的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量與參考作物蒸發(fā)蒸騰量之比。Kc值的大小隨作物的種類、生育階段和環(huán)境條件而變化。例如，小麥在拔節(jié)期至抽穗期的Kc值約為1.15，在開花期至成熟期約為1.3。Ea為有效降雨量（單位：毫米每天，mm/d），指作物在生長期間實(shí)際能夠利用的降雨量部分，即總降雨量減去蒸發(fā)和深層滲漏后剩余的部分。在缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，Ea常通過總降雨量乘以一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的有效降雨系數(shù)來估算。計(jì)算作物日需水量ET時(shí)，需要根據(jù)作物的生育階段確定相應(yīng)的Kc值，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)（如實(shí)際發(fā)生的降雨量作為Ea，或預(yù)報(bào)的降雨量）來估算。例如，若某區(qū)域小麥處于灌漿期，Kc為1.25，當(dāng)日實(shí)際降雨5mm，則該日作物的有效降雨量Ea為5mm。該日小麥的需水量ET=1.25×5mm/d=6.25mm/d。這意味著為了滿足小麥當(dāng)天的生長需求，需要補(bǔ)充灌溉6.25毫米的水量（以土壤含水量形式）。通過連續(xù)計(jì)算不同生育階段每日的ET值，并考慮土壤儲水能力和灌溉效率損失，可以確定實(shí)際的灌溉日期和灌溉量。

(2)舉例說明：假設(shè)某區(qū)域種植玉米，計(jì)劃進(jìn)行一次灌溉。玉米處于拔節(jié)期，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)資料，該生育階段作物系數(shù)Kc為1.1。通過氣象站觀測，灌溉前連續(xù)3天的有效降雨量合計(jì)為10mm。同時(shí)，根據(jù)土壤墑情監(jiān)測，當(dāng)前土壤含水量低于作物適宜下限，需要灌溉。假設(shè)設(shè)計(jì)要求灌溉濕潤深度達(dá)到40cm（即0.4米），土壤容重為1.3g/cm3，田間持水量為25%（體積比），凋萎濕度為5%（體積比）。首先計(jì)算當(dāng)前土壤儲水量與需補(bǔ)水量。假設(shè)作物根層深度為60cm。土壤總孔隙度=(田間持水量-凋萎濕度)=(25%-5%)=20%。灌溉前土壤儲水量（占根層體積比）=當(dāng)前土壤含水量（需實(shí)測或估算）-凋萎濕度。假設(shè)當(dāng)前土壤含水量為15%（體積比），則灌溉前儲水量=15%-5%=10%。灌溉需補(bǔ)足的土壤含水量=田間持水量-當(dāng)前土壤含水量=25%-15%=10%。需補(bǔ)水量（mm）=作物根層深度（m）×土壤容重（g/cm3）×土壤總孔隙度×(需補(bǔ)足的土壤含水量)=0.6m×(1.3g/cm3/10g/cm3)×20%×10%=0.6×0.13×0.2×10=0.156m3/m2=156mm?？紤]3天有效降雨已補(bǔ)充一部分水分，但若這僅占總需補(bǔ)水量的部分，則實(shí)際需補(bǔ)充灌溉的水量還需計(jì)算。更直接地，如果僅基于土壤缺水計(jì)算，需補(bǔ)充灌溉約156mm的水層深度。同時(shí)，還需計(jì)算基于ET的需水量。假設(shè)灌溉前3天日平均ET值為3mm/d，則這3天累積ET為9mm。為滿足后續(xù)生長，需考慮未來的ET需求。若計(jì)劃灌溉后持續(xù)10天無有效降雨，未來10天預(yù)估ET為30mm，則總需水量（基于ET）=30mm。此時(shí)，灌溉決策需比較土壤缺水量和未來ET需求，并考慮灌溉效率（如噴灌效率約70%，滴灌效率約90%）。若采用噴灌，實(shí)際需灌溉水量=未來ET需求/噴灌效率=30mm/0.7≈43mm。因此，可能需要灌溉43mm左右，并考慮地形坡度等因素進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這個(gè)例子展示了需水量計(jì)算的復(fù)雜性，實(shí)際應(yīng)用中還需結(jié)合田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

(3)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)壓力計(jì)算：對于噴灌系統(tǒng)，噴頭的工作需要一定的壓力才能正常噴灑。不同的噴頭類型（如固定噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭）和噴灑方式（如霧化噴灑、全射流噴灑）對壓力的要求不同。設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)所選噴頭的性能參數(shù)（通常以噴嘴直徑、工作壓力范圍、噴灑射程等表示），計(jì)算系統(tǒng)所需的最小工作壓力。同時(shí)，要考慮管道沿程的水頭損失（由于水流摩擦）和局部水頭損失（由于閥門、彎頭、三通等管件）?？偹^損失（H_loss）可以通過公式H_loss=H_f+H_j估算，其中H_f為沿程水頭損失，H_j為局部水頭損失。沿程水頭損失H_f=(λ·L·v2)/(2·g·D)，其中λ為管道沿程阻力系數(shù)（與管材、管內(nèi)糙率有關(guān)），L為管道長度，v為管內(nèi)水流速度，g為重力加速度，D為管道內(nèi)徑。局部水頭損失H_j=ξ·(v2)/(2·g)，其中ξ為管件局部阻力系數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力P_design=P_sprinkler+H_loss，其中P_sprinkler為噴頭工作壓力。對于滴灌系統(tǒng)，雖然所需壓力通常低于噴灌，但也要確保整個(gè)管網(wǎng)，特別是最遠(yuǎn)端或最高點(diǎn)的滴頭能獲得足夠的水壓，以維持設(shè)計(jì)的流量和滴灌均勻性。壓力過高可能導(dǎo)致滴頭堵塞或管道破裂，壓力過低則影響灌溉效果。因此，合理的壓力布局和分區(qū)是必要的，尤其是在大型滴灌系統(tǒng)中，常采用變頻泵或壓力調(diào)節(jié)閥來滿足不同區(qū)域的需求。

(2)管徑選擇：管道直徑直接影響水流的流速和流量。根據(jù)流量公式Q=v·A，其中Q為設(shè)計(jì)流量（單位：立方米每秒，m3/s或升每秒，L/s），v為設(shè)計(jì)流速（單位：米每秒，m/s），A為管道截面積（單位：平方米，m2）。選擇合理的流速對于管道的輸送能力和壽命至關(guān)重要。對于給水用塑料管道（如PE管、PVC管），經(jīng)濟(jì)流速通?？刂圃?.0~1.5米每秒的范圍內(nèi)。流速過高會增加水頭損失，增大能耗，并可能沖刷管道內(nèi)壁或?qū)е滤髟胍?；流速過低則可能引起淤積、沉淀或水錘現(xiàn)象。根據(jù)所需的灌溉流量（由作物需水量計(jì)算而來，需考慮同時(shí)灌溉的面積和灌溉制度），并結(jié)合選定的流速范圍，可以計(jì)算出所需的最小管道截面積A=Q/v，從而確定管道的外徑或內(nèi)徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需考慮管道的承壓能力，確保所選管材的壁厚和材質(zhì)能夠承受計(jì)算出的工作壓力。對于不同管段（如干管、支管、毛管），由于流量不同，可能需要采用不同管徑的管道。例如，從水源到主管道（干管）流量較大，可采用較大管徑；從干管到田間的支管流量逐漸減小，管徑也隨之減?。蛔罱K連接到作物根區(qū)的毛管流量最小，管徑也最細(xì)。這種分級設(shè)計(jì)可以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，降低能耗，并保證灌溉均勻性。

(4)管道材質(zhì)與連接：

(1)常用材質(zhì)：農(nóng)田灌溉系統(tǒng)常用管道材質(zhì)包括：塑料管道（如聚乙烯PE管、聚氯乙烯PVC管），優(yōu)點(diǎn)是重量輕、耐腐蝕、安裝方便、成本相對較低，適合埋地或架空鋪設(shè)。球墨鑄鐵管，強(qiáng)度高、耐壓性好、使用壽命長，但重量大、安裝不便、成本較高，常用于主干管?；炷凉埽杀据^低、可現(xiàn)場澆筑，但耐壓性一般、易滲漏、重量大，多用于明渠或小型管道。鋼管（鍍鋅鋼管或不銹鋼管），強(qiáng)度高、耐壓性好，但易腐蝕（需防腐處理）、成本較高，常用于需要高壓力或大流量的關(guān)鍵部位。選擇材質(zhì)需綜合考慮輸送水頭、流量、管道埋深、土質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)性以及使用壽命等因素。

(2)連接方式：管道的連接方式直接影響系統(tǒng)的密封性和可靠性。塑料管道常用熱熔連接（對接焊）或電熔連接，要求連接界面清潔、對準(zhǔn)，確保連接牢固、無滲漏。球墨鑄鐵管和鋼管常用法蘭連接或承插式連接（水泥砂漿接口或橡膠圈接口）。法蘭連接適用于需要經(jīng)常拆卸或連接大型設(shè)備的場合。承插式連接安裝相對簡便，但接口處的密封性至關(guān)重要。對于滴灌系統(tǒng)，毛管與支管、支管與干管的連接，常采用快速接頭或?qū)Ｓ每ㄌ资浇宇^，便于安裝和拆卸。無論采用何種連接方式，都必須確保連接部位的密封良好，防止漏水損失和造成管道堵塞。

(5)系統(tǒng)布局與控制：

(1)管網(wǎng)布局：灌溉管道系統(tǒng)的布局應(yīng)結(jié)合地形地貌、作物種植地塊形狀、水源位置以及作物需水規(guī)律進(jìn)行規(guī)劃。通常采用樹枝狀或環(huán)狀管網(wǎng)。樹枝狀管網(wǎng)從主干管逐級分支出支管和毛管，結(jié)構(gòu)簡單，投資較低，但末端壓力較低，易受首端水質(zhì)影響。環(huán)狀管網(wǎng)則是在主干管周圍形成閉合環(huán)路，供水可靠性高，末端壓力較穩(wěn)定，不易堵塞，但管線總長度較長，投資較高。選擇哪種布局需權(quán)衡成本和可靠性需求。干管應(yīng)盡量沿等高線布置，以減少高差引起的壓力損失。支管應(yīng)盡量平行于田埂布置，毛管應(yīng)緊貼作物行栽植。

(2)控制系統(tǒng)：現(xiàn)代灌溉系統(tǒng)常配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以提高管理效率和節(jié)水效果?；究刂茊卧请姶砰y，由控制器（如小型PLC、單片機(jī)或智能控制器）根據(jù)預(yù)設(shè)程序（如時(shí)間表、土壤濕度傳感器信號、氣象數(shù)據(jù)等）或手動(dòng)指令控制電磁閥的開關(guān)，從而控制各個(gè)灌溉區(qū)段的供水。控制器可以接收來自各種傳感器的輸入信號，如土壤濕度傳感器（測量土壤含水量）、雨量傳感器（測量降雨量）、流量計(jì)（測量實(shí)時(shí)流量）等。根據(jù)這些信息，控制器可以動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉時(shí)間和水量，實(shí)現(xiàn)按需灌溉。對于大型系統(tǒng)，還可以設(shè)置中央控制室，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和故障診斷。智能灌溉系統(tǒng)還可以與天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對接，根據(jù)未來天氣預(yù)測調(diào)整灌溉計(jì)劃，避免在降雨前過度灌溉。

（二）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）

(6)排水泵站設(shè)計(jì)：

(1)必要性：在低洼易澇地區(qū)或當(dāng)排水溝渠無法自流至排放水體時(shí)，需要設(shè)置排水泵站。泵站是利用水泵的提水能力，克服阻力將水提升并排出的工程設(shè)施。

(2)類型選擇：根據(jù)提水流量和揚(yáng)程（提升高度），可以選擇不同類型的水泵，如離心泵、混流泵、軸流泵等。離心泵通常用于揚(yáng)程較高、流量較小的場合?；炝鞅眉婢唠x心泵和軸流泵的特點(diǎn)，適用范圍較廣。軸流泵適用于揚(yáng)程較低、流量較大的場合，常用于大型排水泵站。選擇時(shí)需考慮電機(jī)功率、啟動(dòng)方式（如自耦啟動(dòng)、軟啟動(dòng)）、運(yùn)行可靠性等因素。

(3)設(shè)備選型：水泵的選型需要根據(jù)設(shè)計(jì)流量（通?；谂潘坑?jì)算，考慮最不利工況，如暴雨持續(xù)時(shí)間最長、降雨強(qiáng)度最大時(shí)）和設(shè)計(jì)揚(yáng)程（包括水泵揚(yáng)程、吸程損失、管道系統(tǒng)水頭損失、高地差等）來確定。需留有一定的余量（如10%~20%），以應(yīng)對實(shí)際運(yùn)行中的變化和損耗。泵的效率曲線是選型的重要依據(jù)，應(yīng)選擇在額定工況下效率較高的水泵，以降低能耗。

(4)附屬設(shè)施：泵站通常包括進(jìn)水池（用于收集待抽升的水）、泵房（安裝水泵、電機(jī)、控制柜等）、出水管路（將水排至指定地點(diǎn)）、控制室（用于監(jiān)控和操作泵站）、供電系統(tǒng)（為電機(jī)提供電力）、以及可能的備用電源（如柴油發(fā)電機(jī)，用于保障在主電源中斷時(shí)的排水需求）。進(jìn)水池需有足夠的水深和容積，以維持水泵正常運(yùn)行。出水管路的設(shè)計(jì)需考慮出口擴(kuò)散和防沖刷措施。

(5)自動(dòng)控制：泵站應(yīng)配備自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停、運(yùn)行監(jiān)控、故障報(bào)警、水位自動(dòng)控制等功能。例如，可以設(shè)置液位開關(guān)，當(dāng)進(jìn)水池水位達(dá)到上限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵排水，水位降至下限時(shí)自動(dòng)停止水泵。也可以根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間表或與雨量傳感器的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行控制。自動(dòng)化控制可以減少人工干預(yù)，提高排水效率，降低運(yùn)行成本和風(fēng)險(xiǎn)。

（三）灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）

(6)輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)：

(1)管網(wǎng)水力計(jì)算：這是灌溉管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。目的是確定各級管道（干管、支管、毛管）的管徑，并計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的水頭損失，確保管網(wǎng)末端（最不利點(diǎn)）的作物能夠獲得設(shè)計(jì)要求的水壓。常用的計(jì)算方法有：長管計(jì)算法（假設(shè)管道長度遠(yuǎn)大于直徑，忽略局部水頭損失，只考慮沿程水頭損失）和短管計(jì)算法（同時(shí)考慮沿程和局部水頭損失）。實(shí)際工程中常采用逐步逼近法或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算步驟通常包括：確定各級管道的設(shè)計(jì)流量（基于灌溉面積、作物需水量、灌溉制度、灌溉效率等），根據(jù)流量和允許的水頭損失（末端壓力要求），選擇合理的流速，計(jì)算出所需管道直徑，然后計(jì)算各級管道的實(shí)際水頭損失，最后核算系統(tǒng)總水頭損失是否滿足要求，并進(jìn)行必要的調(diào)整（如縮小管徑以降低能耗，或增大管徑以保證壓力）。

(2)壓力調(diào)節(jié)：在長距離或地形高差較大的管道系統(tǒng)中，不同區(qū)域的末端壓力可能差異很大。為了確保所有灌溉區(qū)域都能獲得適宜的工作壓力，常在系統(tǒng)中設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥（如閘閥、減壓閥）。減壓閥可以將上游較高的壓力降低到下游區(qū)域所需的設(shè)定壓力水平。壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果確定，通常設(shè)置在分支點(diǎn)或需要壓力穩(wěn)定的區(qū)域。

(3)管道附件：除了連接件和閥門外，管道系統(tǒng)中還可能需要設(shè)置其他附件，如排氣閥（安裝在管道高處，用于排出空氣，防止氣堵）、泄水閥（安裝在管道低處或末端，用于系統(tǒng)檢修時(shí)排空存水）、過濾器（安裝在系統(tǒng)前端或滴灌系統(tǒng)毛管入口，用于過濾水中雜質(zhì)，防止堵塞滴頭或噴頭）。這些附件對于保證系統(tǒng)正常運(yùn)行至關(guān)重要。

四、施工與維護(hù)

（一）施工要點(diǎn)（續(xù)）

(3)土方工程（續(xù)）：

(1)渠道開挖安全：開挖前需進(jìn)行地質(zhì)勘察，了解地下情況，避免挖到電纜、管道等設(shè)施。開挖深度較大時(shí)，需設(shè)置邊坡或支撐，防止塌方。機(jī)械開挖和人工配合時(shí)，需注意操作安全，防止機(jī)械傷人。

(2)土方平衡：渠道開挖產(chǎn)生的土方，應(yīng)盡量用于渠道回填、堤壩加固或其他場地平整，實(shí)現(xiàn)土方平衡，減少外運(yùn)成本。

(4)管道安裝（續(xù)）：

(1)管道敷設(shè)：管道埋地敷設(shè)時(shí)，需保證管道頂部有一定覆土深度（通常不小于0.7米，寒冷地區(qū)需deeper），以保護(hù)管道不受凍融交替和地面活動(dòng)的影響。管道應(yīng)沿設(shè)計(jì)線敷設(shè)，避免扭曲和大的彎折。穿越道路、溝渠等設(shè)施時(shí)，需設(shè)置套管或涵洞進(jìn)行保護(hù)。

(2)管道基礎(chǔ)：管道鋪設(shè)應(yīng)置于堅(jiān)實(shí)、平整的基礎(chǔ)上，避免直接鋪設(shè)在軟土或不平整的地面上，防止管道不均勻沉降導(dǎo)致變形或開裂。必要時(shí)需進(jìn)行地基處理或鋪設(shè)墊層。

(3)管道測試：管道安裝完畢后，在回填前必須進(jìn)行壓力水壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)管道的強(qiáng)度和密封性。試驗(yàn)壓力通常為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，或根據(jù)規(guī)范要求確定。試驗(yàn)過程中需緩慢升壓，達(dá)到試驗(yàn)壓力后保持一段時(shí)間（如10分鐘），觀察壓力是否下降，并檢查管道、接口、閥門等有無滲漏現(xiàn)象。只有通過水壓試驗(yàn)的管道才能進(jìn)行回填。

(5)噴灌/滴灌系統(tǒng)安裝：

(1)噴頭/滴頭布置：噴頭的布置間距（行距和株距）需根據(jù)噴頭型號、噴灑方式、作物種植行距等因素確定，以保證噴灑均勻覆蓋作物冠層。滴頭的布置應(yīng)緊貼作物根部，間距根據(jù)作物種類和需水量確定。

(2)系統(tǒng)連接：噴灌和滴灌系統(tǒng)的管道連接需使用專用接頭，確保密封性。滴灌系統(tǒng)尤其要注意過濾器的安裝和定期清洗，防止滴頭堵塞。

(3)高程控制：噴頭和滴頭安裝的高程需根據(jù)作物生長高度和設(shè)計(jì)噴灑/滴灌強(qiáng)度進(jìn)行控制，確保水能有效作用于作物。

（二）維護(hù)管理（續(xù)）

(1)定期檢查（續(xù)）：

(1)管道檢查：除了檢查滲漏，還應(yīng)檢查管道是否有變形、破損、移位等情況。對于架空管道，還需檢查支撐結(jié)構(gòu)是否牢固。定期對管道進(jìn)行內(nèi)窺檢測，可以發(fā)現(xiàn)不易發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部缺陷。

(2)閥門檢查：檢查閥門是否開關(guān)靈活，有無卡滯或損壞。定期進(jìn)行閥門操作測試，確保在需要時(shí)能夠正常使用。

(3)噴頭/滴頭檢查：檢查噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，噴嘴是否堵塞，有無損壞。檢查滴頭流量是否均勻，有無堵塞或滴漏。對于噴灌系統(tǒng)，還需檢查噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)部件的潤滑情況。

(2)系統(tǒng)清洗與維護(hù)：

(1)管道清洗：定期清洗管道內(nèi)壁，特別是對于使用時(shí)間較長的系統(tǒng)或采用滴灌系統(tǒng)的管道，防止泥沙、沉淀物和肥料殘留造成管道堵塞。清洗方法可以采用水脈沖清洗、空氣清洗或化學(xué)清洗（需注意環(huán)保）。

(2)過濾器維護(hù)：滴灌系統(tǒng)的過濾器需要定期檢查和清洗，確保濾網(wǎng)孔道暢通。清洗頻率取決于水質(zhì)情況，一般每月或每季度檢查一次。過濾器前后的壓力表可以用來判斷是否需要清洗，壓差過大通常表示濾網(wǎng)堵塞。

(3)噴頭/滴頭維護(hù)：及時(shí)清除噴頭或滴頭上的雜物（如樹葉、蟲卵）。對于旋轉(zhuǎn)噴頭，需定期檢查和潤滑轉(zhuǎn)動(dòng)部件。對于滴灌系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)堵塞的滴頭應(yīng)及時(shí)更換。

(3)智能化管理：

(1)傳感器應(yīng)用：在灌溉系統(tǒng)中安裝土壤濕度傳感器、雨量傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

(2)數(shù)據(jù)分析：將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破骰蛟破脚_，通過數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行處理，為灌溉決策提供科學(xué)依據(jù)。

(3)智能控制：基于傳感器數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)規(guī)則或優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、精準(zhǔn)的灌溉控制，避免人工經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的灌溉不足或過量，進(jìn)一步提高水資源利用效率和灌溉管理水平。

五、經(jīng)濟(jì)與效益分析（續(xù)）

（一）投資估算（續(xù)）

(1)主要成本構(gòu)成（續(xù)）：

(1)材料成本：占工程總投資的較大比例。如混凝土渠道襯砌需考慮水泥、砂石、添加劑等價(jià)格；管道工程需考慮PE管、鋼管、閥門、管件、過濾設(shè)備等費(fèi)用。材料價(jià)格受市場波動(dòng)影響較大。

(2)設(shè)備成本：噴灌、滴灌系統(tǒng)中的噴頭、滴頭、過濾器、施肥機(jī)、變頻泵、控制器等設(shè)備價(jià)格差異較大，根據(jù)設(shè)備性能、品牌、自動(dòng)化程度等因素，單價(jià)從幾十元到幾千元不等。

(3)人工成本：包括設(shè)計(jì)、勘測、施工、安裝、調(diào)試等各階段的人工費(fèi)用。機(jī)械化程度高的施工會降低人工成本。

(4)運(yùn)輸成本：材料、設(shè)備的運(yùn)輸費(fèi)用，特別是對于大宗材料或需要長距離運(yùn)輸?shù)那闆r。

(5)其他費(fèi)用：如設(shè)計(jì)費(fèi)、監(jiān)理費(fèi)、管理費(fèi)、預(yù)備費(fèi)等。

(2)投資回收期（續(xù)）：

(1)回收期計(jì)算：投資回收期通常指工程總投資通過獲得的效益（主要是節(jié)省的水費(fèi)、節(jié)省的勞動(dòng)力成本、提高的產(chǎn)量收益等）來收回所需的時(shí)間。計(jì)算公式為：投資回收期（年）=總投資/年凈收益。年凈收益=年節(jié)省水費(fèi)+年節(jié)省勞動(dòng)力費(fèi)+年增加收益-年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)。

(2)舉例說明：假設(shè)建設(shè)一個(gè)100畝的滴灌系統(tǒng)，總投資為20萬元。通過采用滴灌技術(shù)，每年可節(jié)約灌溉用水1000立方米（按每立方米水費(fèi)1元計(jì)，年節(jié)省水費(fèi)1000元）。相比傳統(tǒng)灌溉，每年可節(jié)省人工成本500元。因灌溉均勻、水肥高效利用，每畝作物增產(chǎn)50公斤，按每公斤售價(jià)5元計(jì)，年增加收益2500元/畝，100畝共增加2500元。假設(shè)年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)（包括電費(fèi)、肥料費(fèi)、少量維修費(fèi)）為300元。則年凈收益=1000+500+2500-300=3700元。投資回收期=20萬元/3700元/年≈5.4年。這說明該投資可以在大約5.4年內(nèi)收回成本。實(shí)際計(jì)算中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)需要根據(jù)具體項(xiàng)目進(jìn)行準(zhǔn)確估算。

（二）社會效益（續(xù)）

(1)提高產(chǎn)量（續(xù)）：

(1)穩(wěn)定供水：排灌工程解決了農(nóng)田灌溉“靠天吃飯”的問題，確保作物在關(guān)鍵生育期能夠獲得穩(wěn)定、充足的水分供應(yīng)，大大提高了作物產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)定性。

(2)優(yōu)化灌溉：科學(xué)設(shè)計(jì)的灌溉系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，避免大水漫灌造成的浪費(fèi)和土壤次生鹽堿化，使有限的水資源能夠更有效地用于作物生長，從而提高水分生產(chǎn)效率（單位水量產(chǎn)生的作物產(chǎn)量），間接促進(jìn)產(chǎn)量提升。

(2)防災(zāi)減災(zāi)（續(xù)）：

(1)防御洪澇：完善的排水系統(tǒng)能夠快速有效地排除農(nóng)田積水，降低洪澇災(zāi)害對作物和基礎(chǔ)設(shè)施（如農(nóng)田道路、設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚）的損害，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。

(2)緩解干旱：灌溉系統(tǒng)為農(nóng)田提供了可靠的水源，在干旱時(shí)段能夠及時(shí)補(bǔ)充作物所需水分，減輕干旱帶來的損失，保障糧食和重要經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)目標(biāo)。

(3)改善土壤：合理灌溉可以調(diào)節(jié)土壤濕度，有利于土壤結(jié)構(gòu)的形成和保持，防止土壤沙化或板結(jié)。良好的排水則有助于降低土壤濕度，預(yù)防土壤漬害和次生鹽堿化，維持健康的土壤環(huán)境。

(3)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展：通過提高水資源利用效率、減少災(zāi)害損失、改善土壤條件，農(nóng)田排灌工程為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，現(xiàn)代化的灌溉技術(shù)（如節(jié)水灌溉）的應(yīng)用，也符合可持續(xù)發(fā)展的理念，有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和應(yīng)對氣候變化帶來的水資源挑戰(zhàn)。

一、概述

農(nóng)田排灌工程是農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，旨在通過科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水的合理排灌，保障作物正常生長，提高水資源利用效率。本手冊旨在提供農(nóng)田排灌工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性指導(dǎo)，涵蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保工程安全、高效、經(jīng)濟(jì)。

二、規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

（一）規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)

1.水文資料：收集歷史降雨量、蒸發(fā)量、地下水位等數(shù)據(jù)，作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

2.地形地貌：分析農(nóng)田高程、坡度，確定排水與灌溉區(qū)域。

3.作物需水特性：根據(jù)作物種類確定灌溉水量及頻率。

4.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：參考《農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50281）等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）設(shè)計(jì)原則

1.安全可靠：確保工程抗洪、抗?jié)B能力，滿足設(shè)計(jì)使用壽命（如50年）。

2.經(jīng)濟(jì)適用：優(yōu)先采用本地材料，降低工程造價(jià)（如混凝土配合比優(yōu)化）。

3.節(jié)水高效：推廣滴灌、噴灌等節(jié)水技術(shù)，提高水資源利用率（如滴灌節(jié)水率可達(dá)30%）。

4.環(huán)境友好：減少工程建設(shè)對生態(tài)的影響，如采用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水方式選擇

(1)明排系統(tǒng)：適用于坡度較大的區(qū)域，采用溝渠排水。

(2)暗排系統(tǒng)：適用于平坦地區(qū)，埋設(shè)管道收集地下水。

2.排水量計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式：Q=C·i·F，其中Q為流量（m3/s），C為徑流系數(shù)（0.3~0.6），i為暴雨強(qiáng)度（mm/h）。

(2)舉例：某區(qū)域徑流系數(shù)為0.4，暴雨強(qiáng)度為60mm/h，集水面積1000m2，則Q=0.4×0.06×1000/3600≈0.007m3/s。

3.渠道設(shè)計(jì)

(1)渠道斷面形狀：矩形或梯形，根據(jù)流量計(jì)算斷面尺寸。

(2)渠道坡度：一般1%~3%，確保水流順暢。

（二）灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.灌溉方式選擇

(1)自流灌溉：利用地形坡度，如渠道引水。

(2)噴灌/滴灌：適用于干旱或勞動(dòng)力不足地區(qū)。

2.灌溉需水量計(jì)算

(1)作物日需水量公式：ET=Kc·Ea，其中ET為作物需水量（mm），Kc為作物系數(shù)（如小麥為0.75），Ea為有效降雨量（mm）。

(2)舉例：小麥生育期Kc為0.85，若有效降雨200mm，則ET=0.85×200=170mm。

3.管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)壓力計(jì)算：噴灌系統(tǒng)壓力需滿足噴頭工作要求（如0.2MPa~0.4MPa）。

(2)管徑選擇：根據(jù)流量公式Q=v·A，其中v為流速（1.0~1.5m/s），A為管道截面積。

四、施工與維護(hù)

（一）施工要點(diǎn)

1.土方工程

(1)渠道開挖：分層進(jìn)行，邊坡坡度不超過1:1.5。

(2)填筑壓實(shí)：混凝土或土工膜襯砌需壓實(shí)度達(dá)95%以上。

2.管道安裝

(1)管道連接：采用熱熔連接或法蘭焊接，確保密封性。

(2)高程控制：使用水準(zhǔn)儀校準(zhǔn)管道坡度，誤差控制在±2cm內(nèi)。

（二）維護(hù)管理

1.定期檢查

(1)渠道清淤：每年春秋兩季各清理一次，清除淤積物。

(2)管道檢測：每年檢測接口滲漏情況，如發(fā)現(xiàn)裂縫需及時(shí)修補(bǔ)。

2.技術(shù)改造

(1)節(jié)水設(shè)備升級：將傳統(tǒng)渠灌改為膜下滴灌，年節(jié)水率可達(dá)25%。

(2)自動(dòng)化控制：安裝流量傳感器，實(shí)現(xiàn)按需灌溉。

五、經(jīng)濟(jì)與效益分析

（一）投資估算

1.主要成本構(gòu)成

(1)土建工程：如渠道開挖需投入2萬元/公里。

(2)設(shè)備費(fèi)用：噴灌系統(tǒng)設(shè)備單價(jià)約300元/畝。

2.投資回收期

(1)通過提高作物產(chǎn)量（如每畝增產(chǎn)100kg，單價(jià)2元/kg），年增收200元，5年可收回成本。

（二）社會效益

1.提高產(chǎn)量：灌溉保證率提升至85%以上，糧食單產(chǎn)增加15%。

2.防災(zāi)減災(zāi)：有效防止洪澇和干旱災(zāi)害，減少損失約30%。

六、結(jié)論

農(nóng)田排灌工程設(shè)計(jì)需綜合考慮水文、地形、作物需水等因素，通過科學(xué)規(guī)劃與施工，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水與安全排水。持續(xù)優(yōu)化維護(hù)管理，可延長工程使用壽命，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水方式選擇

(1)明排系統(tǒng)：適用于坡度相對較大的區(qū)域。通過開挖排水溝渠，利用重力自然排除田間積水。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮地形高差，合理確定溝渠的走向和坡度，確保排水流暢。明排系統(tǒng)建設(shè)相對簡單，成本較低，但易受地表徑流污染，且在干旱季節(jié)可能難以利用收集到的水。

(2)暗排系統(tǒng)：適用于地形平坦、地下水位較高或?qū)Φ乇硭坝^要求較高的區(qū)域。通過埋設(shè)地下排水管道，將土壤中的多余水分或地下水匯集并引導(dǎo)至指定排放點(diǎn)（如天然水體或排水渠）。暗排系統(tǒng)可有效減少地表積水，防止土壤鹽堿化，且不易受外界污染，但建設(shè)成本較高，施工難度較大，且檢修維護(hù)相對困難。

(2)排水量計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式：Q=C·i·F，其中Q為設(shè)計(jì)流量（單位：立方米每秒，m3/s），C為徑流系數(shù)（反映地表Impermeability的程度，值域通常在0.3到0.6之間，不透水地面如混凝土取值偏大，綠地取值偏?。?，i為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（單位：毫米每小時(shí)，mm/h），F(xiàn)為匯水面積（單位：平方米，m2）。該公式基于暴雨在匯水面積內(nèi)產(chǎn)生徑流并匯集到排水口的過程進(jìn)行計(jì)算。選擇的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度對應(yīng)的重現(xiàn)期（例如每年重現(xiàn)一次、每年重現(xiàn)兩次等）和歷時(shí)（例如降雨持續(xù)1小時(shí)）是計(jì)算中的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響排水系統(tǒng)的規(guī)模和造價(jià)。例如，對于一個(gè)由混凝土屋頂形成的1000平方米匯水區(qū)，若徑流系數(shù)取0.5，設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度為60mm/h（對應(yīng)重現(xiàn)期和歷時(shí)需根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范確定），則峰值流量Q=0.5×60mm/h×1000m2/(3600s/h)≈8.33m3/s。這個(gè)計(jì)算結(jié)果代表了在設(shè)計(jì)暴雨條件下，該區(qū)域需要處理的瞬時(shí)最大排水能力。

(2)舉例說明：假設(shè)某農(nóng)田區(qū)域，經(jīng)過實(shí)地勘測和資料分析，確定其匯水面積F為5000平方米，土壤透水性一般，取徑流系數(shù)C為0.4。根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料和規(guī)范要求，選取的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為每年重現(xiàn)1次，對應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度i為70mm/h，降雨歷時(shí)為1小時(shí)。將這些參數(shù)代入公式Q=C·i·F/(3600)，計(jì)算得到設(shè)計(jì)流量Q=0.4×70mm/h×5000m2/3600s/h≈3.89m3/s。這意味著需要設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)（如排水管道或渠道）必須能夠安全通過至少3.89m3/s的流量，以保證在發(fā)生該強(qiáng)度降雨時(shí)，農(nóng)田內(nèi)的積水能夠被及時(shí)有效排出，避免造成作物損害或土壤次生鹽堿化等問題。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可能還會考慮一定的安全系數(shù)。

(3)渠道設(shè)計(jì)

(1)渠道斷面形狀：常見的有矩形和梯形兩種。矩形斷面適用于狹窄或特定工程需求場景。梯形斷面因其穩(wěn)定性好、水流條件較好，在明排渠道中應(yīng)用最為廣泛。梯形斷面的設(shè)計(jì)需要確定底寬、邊坡系數(shù)和深度。邊坡系數(shù)（m）表示渠道側(cè)坡的陡峭程度，m值越小，邊坡越緩，穩(wěn)定性越好，但占地寬度越大；m值越大，占地寬度越小，但邊坡穩(wěn)定性可能下降，需根據(jù)土質(zhì)和開挖深度進(jìn)行選擇。例如，對于輕度透水土壤，邊坡系數(shù)m常取1.5~2.0。渠道的深度則根據(jù)設(shè)計(jì)流量、坡度和斷面形狀計(jì)算確定。

(2)渠道坡度：坡度是保證渠道水流順暢的關(guān)鍵參數(shù)。坡度太小，水流速度過慢，易導(dǎo)致淤積和雜草滋生；坡度太大，水流速度過快，可能沖刷渠道邊坡，增加維護(hù)成本，甚至引發(fā)安全事故。一般農(nóng)田排水渠道的坡度設(shè)計(jì)值在1%~3%之間。具體坡度值需要根據(jù)地形條件、設(shè)計(jì)流量、渠道斷面尺寸以及土質(zhì)條件綜合確定。可以通過水準(zhǔn)測量確定渠道起點(diǎn)和終點(diǎn)的高程差，再除以渠道長度得到平均坡度。在實(shí)際應(yīng)用中，可能需要在較長渠道上設(shè)置多個(gè)跌水井或陡坡段，以適應(yīng)地形變化和控制水流速度。

(4)渠道襯砌與加固：

(1)為提高渠道的防滲性能、耐磨性和延長使用壽命，常對渠道進(jìn)行襯砌。常用材料包括混凝土、磚石、土工膜等。混凝土襯砌強(qiáng)度高、耐久性好，但成本較高。土工膜防滲效果好、施工相對簡便、成本適中，尤其適用于臨時(shí)性或中小型渠道。磚石襯砌在歷史工程中較常見。襯砌層的厚度需根據(jù)水流速度、土質(zhì)和材料特性確定。

(2)渠道加固主要針對渠道邊坡和進(jìn)出口?？刹捎脻{砌石、拋石、加筋土等方式進(jìn)行。加固措施旨在防止邊坡滑動(dòng)、沖刷和滲漏，確保渠道穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在坡度較陡或土質(zhì)較差的渠道段，設(shè)置漿砌石邊坡護(hù)面，可以有效提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖能力。

(5)渠道附屬設(shè)施：

(1)進(jìn)水口：用于控制渠道引入水源，通常設(shè)置有閘門或涵洞。設(shè)計(jì)需考慮控制精度和耐磨性。

(2)分水閘：在渠道分支處設(shè)置，用于調(diào)節(jié)各分支渠道的流量。

(3)擋水壩/溢流口：在渠道末端或需要控制水位的地方設(shè)置，用于抬高水位或安全宣泄超標(biāo)洪水。

(4)檢修閘門：定期檢查和清理渠道時(shí)使用，隔離檢修段。

2.灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)灌溉方式選擇

(1)自流灌溉：利用地形自然落差，通過渠道將水從水源（如河流、水庫、提水泵站）引至田間。這種方式通常不需要?jiǎng)恿μ崴\(yùn)行成本較低，管理相對簡單。但受地形坡度限制，只適用于有一定高差的區(qū)域。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮渠道布局、坡度控制和防滲措施。

(2)噴灌/滴灌：屬于節(jié)水灌溉技術(shù)。噴灌通過噴頭將水以噴霧狀噴灑到作物上，適用于大面積、地形較為平坦或復(fù)雜的地塊。滴灌則通過安裝在作物根區(qū)附近的滴頭，將水緩慢、均勻地滴入土壤中，水分利用效率非常高。噴灌系統(tǒng)需要一定的壓力（通常由水泵提供），設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算系統(tǒng)所需的總水頭，選擇合適的水泵和管材。滴灌系統(tǒng)壓力要求相對較低，但需保證管網(wǎng)壓力的均勻性，防止滴頭堵塞，需定期清洗或采用抗堵塞性能好的滴頭和過濾系統(tǒng)。噴灌和滴灌系統(tǒng)通常需要配備施肥裝置（注肥器），實(shí)現(xiàn)水肥一體化，提高肥料利用效率。選擇哪種方式需綜合考慮地形、作物種類、經(jīng)濟(jì)條件、水資源狀況和管理水平等因素。

(2)灌溉需水量計(jì)算

(1)作物日需水量公式：ET=Kc·Ea，其中ET為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（單位：毫米每天，mm/d），它代表了在特定氣候和土壤條件下，一個(gè)理想化的參考作物（如草）每天從冠層到地面蒸發(fā)和根系吸收后用于植物生長的水量總和，是計(jì)算作物灌溉需水量的基礎(chǔ)指標(biāo)。Kc為作物系數(shù)，是一個(gè)無量綱的系數(shù)，表示特定作物的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量與參考作物蒸發(fā)蒸騰量之比。Kc值的大小隨作物的種類、生育階段和環(huán)境條件而變化。例如，小麥在拔節(jié)期至抽穗期的Kc值約為1.15，在開花期至成熟期約為1.3。Ea為有效降雨量（單位：毫米每天，mm/d），指作物在生長期間實(shí)際能夠利用的降雨量部分，即總降雨量減去蒸發(fā)和深層滲漏后剩余的部分。在缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，Ea常通過總降雨量乘以一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的有效降雨系數(shù)來估算。計(jì)算作物日需水量ET時(shí)，需要根據(jù)作物的生育階段確定相應(yīng)的Kc值，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)（如實(shí)際發(fā)生的降雨量作為Ea，或預(yù)報(bào)的降雨量）來估算。例如，若某區(qū)域小麥處于灌漿期，Kc為1.25，當(dāng)日實(shí)際降雨5mm，則該日作物的有效降雨量Ea為5mm。該日小麥的需水量ET=1.25×5mm/d=6.25mm/d。這意味著為了滿足小麥當(dāng)天的生長需求，需要補(bǔ)充灌溉6.25毫米的水量（以土壤含水量形式）。通過連續(xù)計(jì)算不同生育階段每日的ET值，并考慮土壤儲水能力和灌溉效率損失，可以確定實(shí)際的灌溉日期和灌溉量。

(2)舉例說明：假設(shè)某區(qū)域種植玉米，計(jì)劃進(jìn)行一次灌溉。玉米處于拔節(jié)期，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)資料，該生育階段作物系數(shù)Kc為1.1。通過氣象站觀測，灌溉前連續(xù)3天的有效降雨量合計(jì)為10mm。同時(shí)，根據(jù)土壤墑情監(jiān)測，當(dāng)前土壤含水量低于作物適宜下限，需要灌溉。假設(shè)設(shè)計(jì)要求灌溉濕潤深度達(dá)到40cm（即0.4米），土壤容重為1.3g/cm3，田間持水量為25%（體積比），凋萎濕度為5%（體積比）。首先計(jì)算當(dāng)前土壤儲水量與需補(bǔ)水量。假設(shè)作物根層深度為60cm。土壤總孔隙度=(田間持水量-凋萎濕度)=(25%-5%)=20%。灌溉前土壤儲水量（占根層體積比）=當(dāng)前土壤含水量（需實(shí)測或估算）-凋萎濕度。假設(shè)當(dāng)前土壤含水量為15%（體積比），則灌溉前儲水量=15%-5%=10%。灌溉需補(bǔ)足的土壤含水量=田間持水量-當(dāng)前土壤含水量=25%-15%=10%。需補(bǔ)水量（mm）=作物根層深度（m）×土壤容重（g/cm3）×土壤總孔隙度×(需補(bǔ)足的土壤含水量)=0.6m×(1.3g/cm3/10g/cm3)×20%×10%=0.6×0.13×0.2×10=0.156m3/m2=156mm?？紤]3天有效降雨已補(bǔ)充一部分水分，但若這僅占總需補(bǔ)水量的部分，則實(shí)際需補(bǔ)充灌溉的水量還需計(jì)算。更直接地，如果僅基于土壤缺水計(jì)算，需補(bǔ)充灌溉約156mm的水層深度。同時(shí)，還需計(jì)算基于ET的需水量。假設(shè)灌溉前3天日平均ET值為3mm/d，則這3天累積ET為9mm。為滿足后續(xù)生長，需考慮未來的ET需求。若計(jì)劃灌溉后持續(xù)10天無有效降雨，未來10天預(yù)估ET為30mm，則總需水量（基于ET）=30mm。此時(shí)，灌溉決策需比較土壤缺水量和未來ET需求，并考慮灌溉效率（如噴灌效率約70%，滴灌效率約90%）。若采用噴灌，實(shí)際需灌溉水量=未來ET需求/噴灌效率=30mm/0.7≈43mm。因此，可能需要灌溉43mm左右，并考慮地形坡度等因素進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這個(gè)例子展示了需水量計(jì)算的復(fù)雜性，實(shí)際應(yīng)用中還需結(jié)合田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

(3)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)壓力計(jì)算：對于噴灌系統(tǒng)，噴頭的工作需要一定的壓力才能正常噴灑。不同的噴頭類型（如固定噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭）和噴灑方式（如霧化噴灑、全射流噴灑）對壓力的要求不同。設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)所選噴頭的性能參數(shù)（通常以噴嘴直徑、工作壓力范圍、噴灑射程等表示），計(jì)算系統(tǒng)所需的最小工作壓力。同時(shí)，要考慮管道沿程的水頭損失（由于水流摩擦）和局部水頭損失（由于閥門、彎頭、三通等管件）?？偹^損失（H_loss）可以通過公式H_loss=H_f+H_j估算，其中H_f為沿程水頭損失，H_j為局部水頭損失。沿程水頭損失H_f=(λ·L·v2)/(2·g·D)，其中λ為管道沿程阻力系數(shù)（與管材、管內(nèi)糙率有關(guān)），L為管道長度，v為管內(nèi)水流速度，g為重力加速度，D為管道內(nèi)徑。局部水頭損失H_j=ξ·(v2)/(2·g)，其中ξ為管件局部阻力系數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力P_design=P_sprinkler+H_loss，其中P_sprinkler為噴頭工作壓力。對于滴灌系統(tǒng)，雖然所需壓力通常低于噴灌，但也要確保整個(gè)管網(wǎng)，特別是最遠(yuǎn)端或最高點(diǎn)的滴頭能獲得足夠的水壓，以維持設(shè)計(jì)的流量和滴灌均勻性。壓力過高可能導(dǎo)致滴頭堵塞或管道破裂，壓力過低則影響灌溉效果。因此，合理的壓力布局和分區(qū)是必要的，尤其是在大型滴灌系統(tǒng)中，常采用變頻泵或壓力調(diào)節(jié)閥來滿足不同區(qū)域的需求。

(2)管徑選擇：管道直徑直接影響水流的流速和流量。根據(jù)流量公式Q=v·A，其中Q為設(shè)計(jì)流量（單位：立方米每秒，m3/s或升每秒，L/s），v為設(shè)計(jì)流速（單位：米每秒，m/s），A為管道截面積（單位：平方米，m2）。選擇合理的流速對于管道的輸送能力和壽命至關(guān)重要。對于給水用塑料管道（如PE管、PVC管），經(jīng)濟(jì)流速通?？刂圃?.0~1.5米每秒的范圍內(nèi)。流速過高會增加水頭損失，增大能耗，并可能沖刷管道內(nèi)壁或?qū)е滤髟胍?；流速過低則可能引起淤積、沉淀或水錘現(xiàn)象。根據(jù)所需的灌溉流量（由作物需水量計(jì)算而來，需考慮同時(shí)灌溉的面積和灌溉制度），并結(jié)合選定的流速范圍，可以計(jì)算出所需的最小管道截面積A=Q/v，從而確定管道的外徑或內(nèi)徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需考慮管道的承壓能力，確保所選管材的壁厚和材質(zhì)能夠承受計(jì)算出的工作壓力。對于不同管段（如干管、支管、毛管），由于流量不同，可能需要采用不同管徑的管道。例如，從水源到主管道（干管）流量較大，可采用較大管徑；從干管到田間的支管流量逐漸減小，管徑也隨之減?。蛔罱K連接到作物根區(qū)的毛管流量最小，管徑也最細(xì)。這種分級設(shè)計(jì)可以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，降低能耗，并保證灌溉均勻性。

(4)管道材質(zhì)與連接：

(1)常用材質(zhì)：農(nóng)田灌溉系統(tǒng)常用管道材質(zhì)包括：塑料管道（如聚乙烯PE管、聚氯乙烯PVC管），優(yōu)點(diǎn)是重量輕、耐腐蝕、安裝方便、成本相對較低，適合埋地或架空鋪設(shè)。球墨鑄鐵管，強(qiáng)度高、耐壓性好、使用壽命長，但重量大、安裝不便、成本較高，常用于主干管。混凝土管，成本較低、可現(xiàn)場澆筑，但耐壓性一般、易滲漏、重量大，多用于明渠或小型管道。鋼管（鍍鋅鋼管或不銹鋼管），強(qiáng)度高、耐壓性好，但易腐蝕（需防腐處理）、成本較高，常用于需要高壓力或大流量的關(guān)鍵部位。選擇材質(zhì)需綜合考慮輸送水頭、流量、管道埋深、土質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)性以及使用壽命等因素。

(2)連接方式：管道的連接方式直接影響系統(tǒng)的密封性和可靠性。塑料管道常用熱熔連接（對接焊）或電熔連接，要求連接界面清潔、對準(zhǔn)，確保連接牢固、無滲漏。球墨鑄鐵管和鋼管常用法蘭連接或承插式連接（水泥砂漿接口或橡膠圈接口）。法蘭連接適用于需要經(jīng)常拆卸或連接大型設(shè)備的場合。承插式連接安裝相對簡便，但接口處的密封性至關(guān)重要。對于滴灌系統(tǒng)，毛管與支管、支管與干管的連接，常采用快速接頭或?qū)Ｓ每ㄌ资浇宇^，便于安裝和拆卸。無論采用何種連接方式，都必須確保連接部位的密封良好，防止漏水損失和造成管道堵塞。

(5)系統(tǒng)布局與控制：

(1)管網(wǎng)布局：灌溉管道系統(tǒng)的布局應(yīng)結(jié)合地形地貌、作物種植地塊形狀、水源位置以及作物需水規(guī)律進(jìn)行規(guī)劃。通常采用樹枝狀或環(huán)狀管網(wǎng)。樹枝狀管網(wǎng)從主干管逐級分支出支管和毛管，結(jié)構(gòu)簡單，投資較低，但末端壓力較低，易受首端水質(zhì)影響。環(huán)狀管網(wǎng)則是在主干管周圍形成閉合環(huán)路，供水可靠性高，末端壓力較穩(wěn)定，不易堵塞，但管線總長度較長，投資較高。選擇哪種布局需權(quán)衡成本和可靠性需求。干管應(yīng)盡量沿等高線布置，以減少高差引起的壓力損失。支管應(yīng)盡量平行于田埂布置，毛管應(yīng)緊貼作物行栽植。

(2)控制系統(tǒng)：現(xiàn)代灌溉系統(tǒng)常配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以提高管理效率和節(jié)水效果?；究刂茊卧请姶砰y，由控制器（如小型PLC、單片機(jī)或智能控制器）根據(jù)預(yù)設(shè)程序（如時(shí)間表、土壤濕度傳感器信號、氣象數(shù)據(jù)等）或手動(dòng)指令控制電磁閥的開關(guān)，從而控制各個(gè)灌溉區(qū)段的供水?？刂破骺梢越邮諄碜愿鞣N傳感器的輸入信號，如土壤濕度傳感器（測量土壤含水量）、雨量傳感器（測量降雨量）、流量計(jì)（測量實(shí)時(shí)流量）等。根據(jù)這些信息，控制器可以動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉時(shí)間和水量，實(shí)現(xiàn)按需灌溉。對于大型系統(tǒng)，還可以設(shè)置中央控制室，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和故障診斷。智能灌溉系統(tǒng)還可以與天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對接，根據(jù)未來天氣預(yù)測調(diào)整灌溉計(jì)劃，避免在降雨前過度灌溉。

（二）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）

(6)排水泵站設(shè)計(jì)：

(1)必要性：在低洼易澇地區(qū)或當(dāng)排水溝渠無法自流至排放水體時(shí)，需要設(shè)置排水泵站。泵站是利用水泵的提水能力，克服阻力將水提升并排出的工程設(shè)施。

(2)類型選擇：根據(jù)提水流量和揚(yáng)程（提升高度），可以選擇不同類型的水泵，如離心泵、混流泵、軸流泵等。離心泵通常用于揚(yáng)程較高、流量較小的場合?；炝鞅眉婢唠x心泵和軸流泵的特點(diǎn)，適用范圍較廣。軸流泵適用于揚(yáng)程較低、流量較大的場合，常用于大型排水泵站。選擇時(shí)需考慮電機(jī)功率、啟動(dòng)方式（如自耦啟動(dòng)、軟啟動(dòng)）、運(yùn)行可靠性等因素。

(3)設(shè)備選型：水泵的選型需要根據(jù)設(shè)計(jì)流量（通?；谂潘坑?jì)算，考慮最不利工況，如暴雨持續(xù)時(shí)間最長、降雨強(qiáng)度最大時(shí)）和設(shè)計(jì)揚(yáng)程（包括水泵揚(yáng)程、吸程損失、管道系統(tǒng)水頭損失、高地差等）來確定。需留有一定的余量（如10%~20%），以應(yīng)對實(shí)際運(yùn)行中的變化和損耗。泵的效率曲線是選型的重要依據(jù)，應(yīng)選擇在額定工況下效率較高的水泵，以降低能耗。

(4)附屬設(shè)施：泵站通常包括進(jìn)水池（用于收集待抽升的水）、泵房（安裝水泵、電機(jī)、控制柜等）、出水管路（將水排至指定地點(diǎn)）、控制室（用于監(jiān)控和操作泵站）、供電系統(tǒng)（為電機(jī)提供電力）、以及可能的備用電源（如柴油發(fā)電機(jī)，用于保障在主電源中斷時(shí)的排水需求）。進(jìn)水池需有足夠的水深和容積，以維持水泵正常運(yùn)行。出水管路的設(shè)計(jì)需考慮出口擴(kuò)散和防沖刷措施。

(5)自動(dòng)控制：泵站應(yīng)配備自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停、運(yùn)行監(jiān)控、故障報(bào)警、水位自動(dòng)控制等功能。例如，可以設(shè)置液位開關(guān)，當(dāng)進(jìn)水池水位達(dá)到上限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵排水，水位降至下限時(shí)自動(dòng)停止水泵。也可以根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間表或與雨量傳感器的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行控制。自動(dòng)化控制可以減少人工干預(yù)，提高排水效率，降低運(yùn)行成本和風(fēng)險(xiǎn)。

（三）灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）

(6)輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)：

(1)管網(wǎng)水力計(jì)算：這是灌溉管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。目的是確定各級管道（干管、支管、毛管）的管徑，并計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的水頭損失，確保管網(wǎng)末端（最不利點(diǎn)）的作物能夠獲得設(shè)計(jì)要求的水壓。常用的計(jì)算方法有：長管計(jì)算法（假設(shè)管道長度遠(yuǎn)大于直徑，忽略局部水頭損失，只考慮沿程水頭損失）和短管計(jì)算法（同時(shí)考慮沿程和局部水頭損失）。實(shí)際工程中常采用逐步逼近法或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算步驟通常包括：確定各級管道的設(shè)計(jì)流量（基于灌溉面積、作物需水量、灌溉制度、灌溉效率等），根據(jù)流量和允許的水頭損失（末端壓力要求），選擇合理的流速，計(jì)算出所需管道直徑，然后計(jì)算各級管道的實(shí)際水頭損失，最后核算系統(tǒng)總水頭損失是否滿足要求，并進(jìn)行必要的調(diào)整（如縮小管徑以降低能耗，或增大管徑以保證壓力）。

(2)壓力調(diào)節(jié)：在長距離或地形高差較大的管道系統(tǒng)中，不同區(qū)域的末端壓力可能差異很大。為了確保所有灌溉區(qū)域都能獲得適宜的工作壓力，常在系統(tǒng)中設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥（如閘閥、減壓閥）。減壓閥可以將上游較高的壓力降低到下游區(qū)域所需的設(shè)定壓力水平。壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果確定，通常設(shè)置在分支點(diǎn)或需要壓力穩(wěn)定的區(qū)域。

(3)管道附件：除了連接件和閥門外，管道系統(tǒng)中還可能需要設(shè)置其他附件，如排氣閥（安裝在管道高處，用于排出空氣，防止氣堵）、泄水閥（安裝在管道低處或末端，用于系統(tǒng)檢修時(shí)排空存水）、過濾器（安裝在系統(tǒng)前端或滴灌系統(tǒng)毛管入口，用于過濾水中雜質(zhì)，防止堵塞滴頭或噴頭）。這些附件對于保證系統(tǒng)正常運(yùn)行至關(guān)重要。

四、施工與維護(hù)

（一）施工要點(diǎn)（續(xù)）

(3)土方工程（續(xù)）：

(1)渠道開挖安全：開挖前需進(jìn)行地質(zhì)勘察，了解地下情況，避免挖到電纜、管道等設(shè)施。開挖深度較大時(shí)，需設(shè)置邊坡或支撐，防止塌方。機(jī)械開挖和人工配合時(shí)，需注意操作安全，防止機(jī)械傷人。

(2)土方平衡：渠道開挖產(chǎn)生的土方，應(yīng)盡量用于渠道回填、堤壩加固或其他場地平整，實(shí)現(xiàn)土方平衡，減少外運(yùn)成本。

(4)管道安裝（續(xù)）：

(1)管道敷設(shè)：管道埋地敷設(shè)時(shí)，需保證管道頂部有一定覆土深度（通常不小于0.7米，寒冷地區(qū)需deeper），以保護(hù)管道不受凍融交替和地面活動(dòng)的影響。管道應(yīng)沿設(shè)計(jì)線敷設(shè)，避免扭曲和大的彎折。穿越道路、溝渠等設(shè)施時(shí)，需設(shè)置套管或涵洞進(jìn)行保護(hù)。

(2)管道基礎(chǔ)：管道鋪設(shè)應(yīng)置于堅(jiān)實(shí)、平整的基礎(chǔ)上，避免直接鋪設(shè)在軟土或不平整的地面上，防止管道不均勻沉降導(dǎo)致變形或開裂。必要時(shí)需進(jìn)行地基處理或鋪設(shè)墊層。

(3)管道測試：管道安裝完畢后，在回填前必須進(jìn)行壓力水壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)管道的強(qiáng)度和密封性。試驗(yàn)壓力通常為設(shè)計(jì)壓力