温 馨

（天水市水利水电勘测设计研究院有限公司，甘肃 天水 741000）

农田水利工程设计包括水源工程设计、渠道设计、节水灌溉工程设计及土壤改良设计等多个方面，通过更为合理的设计方案，能够为工程项目建设提供方案指导，确保水资源利用优化，同时在设计工作开展中，还应当实现对设计方案效益的精准评估。在当前现代农业快速发展背景下，必须要构建更为完善的设计体系，提升农业用水效率，并为当地水资源管理和水价管理体系改革提供参考，推动现代农业高质量发展。

1 现代农业基地农田水利工程设计的影响因素

1.1 现代农业基地自然条件

农田水利工程本质上属于对自然资源的利用，项目方案设计合理与否，对后期运行成效具有重要影响。由于不同地区地理位置、气候资源、地形地貌、土壤特征及水资源特征都存在较大差异，因此在设计中必须要考虑现代农业基地所处区位自然条件影响。地理位置主要是指设计范围所处地区的经纬度界限、四至距离、海拔、坡度、坡向、土壤等。气候资源主要是指项目所处区域的气候类型、季节特征、降雨量特征、日照特征、风霜期特征等。地形地貌则是项目所处区域的地质构造、地貌及地形，尤其是地形特征，对灌溉渠系的布置形式有直接影响。水资源特征是指地表水与地下水的丰富程度，所属水系，基地内年平均地表水量，初始规划水源地及主要容泄河道等。

1.2 区域水资源供需平衡度

区域水资源供需平衡度是指在设计工作开展中，对基地所处区域或流域不同时期的可供水量及需水量的供求关系进行准确评估，分析可供利用的水源对方案中灌排工程设计的影响。在现代农业基地运行中，灌溉水源主要包括有效降雨量和过境河流。对有效降雨量的分析，主要是指基地内种植的农作物能够直接利用的降雨量，有效降雨量受土壤及地质结构特征影响显著，不参与河流及地下水循环过程，是农作物生长的主要水源。相对而言，南方地区的现代农业基地，有效降雨量相对较高，北方地区则相对较低。过境河流对方案中引水系统设计具有直接影响，根据用水需求，常需要设计无坝引水、拦河坝、水闸及泵站等，以有效满足灌溉等水资源需求，尽量实现水资源的合理化使用。

2 现代农业基地农田水利工程设计常见问题

2.1 水文勘察工作不够深入

现代农业基地农田水利工程设计的根本目的，是要实现区域范围内水资源的合理应用，为现代农业生产活动开展提供坚实的水资源保障，在前期设计工作中，必须要全面、深入做好水文勘察工作，确保工程设计方案的合理性，工程项目建设有序推进。但是在当前农田水利工程设计工作开展中，设计与水文勘察工作通常由不同单位负责，在设计工作开展前没有做好深入沟通交流，所选用的设计方法不够合理。同时，由于现代农业基地占地面积较大、地势地质条件较为复杂，如果没有制定合适的勘察方案，也会导致某些方面存在疏漏，导致设计过程中存在某些方面计算不准确、设计不合理等现象。因此，在设计工作开展前，必须要做好各个方面的沟通交流，选用较为先进的勘察方法，全面采集各个方面数据，以此才能够确保设计工作有序开展，确保设计方案的合理性，为后续工程建设奠定良好基础。

2.2 原有设计方案不够合理

通常情形下，现代农业基地都是在现有基本农田基础上升级而来的，原本就已经建设有基础性的农田水利工程设施。为有效节约建设成本，实现水资源的优化利用，通常是在原有方案上进行优化，既能够实现原有水利设施的优化利用，又能够有效满足现代农业绿色节能循环高质量发展要求。但是多数地区前期农田水利工程设计理念较为滞后，所选用的设施设备较为落后，在设计中难以实现充分利用。同时，在现有方案设计中对原有工程项目运行标准了解不够清晰，甚至存在全部推翻原有设计方案的现象，也会导致新方案存在资源浪费、设计不合理现象。这就要求设计人员在设计工作开展中，必须要全面把握整体情况，找准原有方案和现有方案的结合点，推动现代农业基地农田水利工程设计和建设水平不断提升。

2.3 高质量发展理念贯彻不够全面

现代农业发展必须是以绿色低碳循环高质量发展理念为根本导向的，在设计工作开展中，必须要从基地建设发展实际情况出发，采取有效措施贯彻落实高质量发展理念，推动现代农业生产高质量发展。但是在当前部分农田水利工程设计中，还没有深刻认识到高质量发展理念的导向意义，导致方案设计不够合理。例如在部分项目设计中，水流量计算不够精准，水泵及相关设备型号不合理，会导致设备运行中存在耗电量过大现象。在设计过程中，如何从细节层面实现方案优化，切实体现绿色低碳循环高质量发展要求，是设计工作开展应当关注的重点问题。

3 现代农业基地农田水利工程设计的主要内容

3.1 水源工程设计

水源工程设计是农田水利工程设计的基础组成部分，在准确计算有效降雨量的基础上，综合考虑地基周围水源涵养林建设、人工降水及土壤水库建设情况，选取合适的取水方式。若有效降雨量相对较高，周边地表水资源基流相对稳定，灌溉资源较为丰富，则可以尽量选用无坝取水方式，但是在设计中应当确保选址合理性，减少取水对上游区域的破坏。当无坝取水难以满足用水需求时，则需要采用拦河坝方式取水，在当前水资源利用理念导向下，必须要在拦河坝中合理设置冲沙孔，采用梯级方式进行设计，满足一水多用需求[1]。在拦河坝依然无法有效满足基地农田用水情形下，则需要采用水闸或水库取水方式，但由此也会导致经济成本增加，与现代农业基地建设理念导向不符，应当根据实际情况做好这方面的设计，为水资源合理利用提供有效支撑。

3.2 渠道设计

3.2.1 渠道设计原则

一是节水和充分灌溉原则，从基地内农作物生长特征和供水情况出发，选择合适的渠道布置方式，避免出现串流或串排现象，导致运行中出现水资源浪费。二是地形地貌原则，在设计中应当尽量实现对现有地形地貌的合理使用，依照农作物种类、种植管理要求、计划湿润土层深度及自然条件等，对渠道进行合理布局，为后续建设活动开展奠定良好基础。三是自流灌溉原则，将灌溉渠道设置在地势相对较高处，应当满足抗洪、抗涝规范，渠道之间尽量不要有间隔建筑物，提升渠道利用效率。条田应当避开有害风险，干渠和支渠布置合理，尽量减少水流量对河坝土壤的冲刷作用。在遵循上述原则的基础上，选择合适的布置方式及施工工艺。

3.2.2 渠道设计要点

在农田水利工程渠道设计中，应当注意如下要点：一是依照“干渠、支渠、斗渠、农渠”顺序，合理规划渠道，在灌溉区设计固定渠道，适当增加渠道水流量，有效提升水资源利用率。二是合理选择施工材料，既要考虑所处地区材料市场价格、质量、防渗效果，又要考虑基地发展的灌溉需求和气候等因素影响，尽量延长工程运行寿命。三是合理降低渠道比，节约渠道建设和运行成本[2]。四是合理做好渠道跌水设计，依照“位置宜上、个数宜多、跌差宜小”原则，优化跌水高度和比降，减少土方施工量，降低工程建设和运行成本。

3.2.3 装配式渠道设计

现代农业基地绿色低碳循环高质量发展背景下，装配式渡槽在农田水利工程设计中的占比不断提升，对推动灌溉水资源合理利用、提升农业生产经济效益具有良好促进作用。装配式渡槽断面有矩形、梯形、U 形、椭圆形及圆管形等多种形式，方案选择的基本导向是要实现地形跨越，将上游与下游渠道连接起来。同时在设计中还需要考虑运行安全要求，不能在长度方向产生过大挠度。为便于装配式施工，还应当合理确定渡槽槽身分段长度及连接方式。渡槽构件通常选用刚性连接，利用水泥砂浆将预制构件连接成整体[3]。在设计断面结构时，还需要考虑渠道防渗要求，在纵向合理设置伸缩缝，并做好对应的防渗设计。渡槽载荷设计主要考虑结构自身、槽中水体重力及风压力影响，根据渠道在农业灌溉及防洪等中的作用，参照相关设计规范，准确计算和设定渡槽尺寸。在必要情形下，可以通过有限元分析，对设计结果进行验证，优化材料性质和力学参数。最后利用专门的估算软件得出不同工况下的造价，在确保满足现代农业基地灌溉需求、水资源合理利用的前提下，尽量降低整体工程造价。

3.3 节水灌溉工程设计

3.3.1 节水灌溉设计原则

一是遵循因地制宜原则，根据现代农业基地所处区域地理、水文资源和气象条件，选择科学合理的灌溉技术[4]。二是遵循节水性原则，要能够在保障农业生产正常用水前提下，通过系统性设计达到良好的节水效果。三是坚持成本效益原则，确保所选用的技术类型和整体方案在合理成本区间，避免过度追求节水效果而导致成本显著增加。

3.3.2 节水灌溉技术选择

一是渠道防渗漏技术，根据渠道设计方案，利用材料优化、布置方式优化等方式，提升渠道功能性、稳定性和抗冲击性，达到良好的节水效果。二是喷灌节水技术，优化水泵、管道功能，合理控制不同喷头的间距参数，优化地埋式技术及自动化控制技术应用方式，达到良好的节水效果。三是滴灌节水技术，对于现代农业基地中的果蔬作物及温室生产方式，可以采用滴灌节水技术，能够在结合智能化控制技术的基础上，进一步提升水资源利用效率，实现对作业区域土壤肥力的改良。四是低压管道技术，压力管道灌溉方式下，能够有效减少水资源在输送过程中由于蒸发和渗漏带来的浪费。以某现代农业生产基地为例，在玉米灌溉中采用低压管道技术，节水效果提升13%，增产20%以上，可达到良好的应用效果。

3.3.3 节水灌溉设计流程

一是明确设计标准，计算相关参数。依照相关标准和前期勘察资料，通过计算确定工程设计保证率，通常情形下，旱田设计保证率应当达到50%～75%，水田设计保证率应当达到75%～90%。计算抗旱天数，也就是考虑连续无雨极端情况，做好灌溉设备参数设计。二是设计取水方式，从水源地实际情况出发，依照相应规范选择合适的取水方式。三是方案验证。在确定整体方案后，在计算机软件系统中输入相关数据，验算设计参数，验证设计方案，为工程项目施工提供指导，达到最优化的节水目标。

3.4 农田水利土壤改良设计

当前我国农田水利工程设计中，只是侧重于对水资源的合理利用，在利用水利建设改良土壤方面的研究相对较为薄弱，工程项目设计和建设更是明显滞后[5]。在现代农业基地运行中，必须要承担起这方面的研究和实践任务，利用地基在技术研发和试验活动开展等方面的优势，借助计算机技术、信息技术等，探索利用农田水利工程改良土壤的新路径，为推动我国农业现代化发展起到积极促进作用[6]。传统的农田土壤改良主要有培肥管理、表土处理和客土措施等，在改善有效土层条件基础上，达到土壤改良效果。利用农田水利工程进行土壤改良，主要有如下几种方式：1）利用水旱轮作结合大型机械应用，增加土壤透水性，根据土壤特性在下层增加透水通道，或者结合推土机碾压等方式，将透水性控制在合适范围内。2）利用农田水利工程提升土壤承载力，尤其是针对开垦初期的水田、长期排水不良的黏重田，采用快速排水方式，将耕层土尽快变干，以此有效提升土壤承载力。3）利用农田水利工程提升土壤平整度，在工程设计中，将渠道规划与田面平整结合，将田面倾斜的积水深度控制在±5 cm 以内，在实现水资源高效利用的基础上，有效改善土壤性质，为提升农田质量起到良好促进作用。

4 现代农业基地农田水利工程设计评价

4.1 经济效益评价

现代农业基地农田水利工程设计的经济效益，是指项目建设实施完成后所带来的直接经济效益和间接经济效益。直接经济效益是指水利工程项目覆盖范围内的农田在水利工程项目运行全周期所带来的净收入[7]。间接经济效益则是指通过农田水利工程项目运行，在现代农业基地发展中所节约的人力物力成本，所带来的增产增收效果。在具体核算中，在总收入中减去工程项目建设分摊成本、运行维护成本，农作物种植所需要的种子、肥料、施药及投入劳动力成本等，即可得出对应的经济效益[8]。以某现代农业基地为例，以投资回收期10 年为计算标准，新增水田收益较之林地、草地等，每公顷农田年新增经济效益达2万元左右。

4.2 生态效益评价

生态效益是指通过农田水利工程项目的建设运行，能够为现代农业基地及周边生态环境带来的效益。通过农田水利工程项目建设运行，能够有效提升现代农业基地内的灌溉水利用系数，有效提升灌溉保证率。通过排水体系优化，更好地避免水土流失现象发生。通过在基地内部采取配套的生态措施，能够为区域范围内生物提供良好栖息环境，保护小范围内的生态平衡。在农田水利工程项目运行中，与农业综合开发、绿色农业转型发展、生态环境工程等有机结合，能够更好地优化农作物种植结构，增加经济作物种植比重，优化作物常年轮作换茬生长方式[9]。利用农田水利工程提升基地内涵养水源效果，有效治理水土流失，避免出现土地退化和土壤污染现象，有效提升土地产出率，为我国农业生产绿色化发展提供坚实支撑。在项目内表土植被有效恢复情形下，创造更加良好的生态环境。

4.3 社会效益评价

现代农业基地作为农业集约化发展的重要形式，对推动农业生产方式变革具有重要促进作用。农田水利工程是现代农业基地建设的重要组成部分，具有显著的社会效益。例如通过农田水利工程项目的系统建设，能够实现区域范围内河流水资源的优化利用，能够更好地挖掘可利用土地资源，增加有效耕地面积，优化基础设施建设，改善基地内农业生产条件。在统一规划协调下，还能够利用工程建设补充耕地指标，推动耕地占补平衡[10]。农田水利工程建设能够更好地满足现代农业大田机械化运行方式，提升农业生产机械化水平，对我国农业生产创新发展起到良好促进作用。因此，从整体上而言，现代农业基地农田水利工程建设具有良好的社会效益，在农业发展中必须要做好工程设计，为项目建设优化提供坚实保障。

5 结语

综上所述，现代农业基地农田水利工程设计是一项系统性工作。在新时期设计工作开展中，必须要遵循绿色发展理念导向要求，综合考虑各种技术应用特征，优化技术应用方式，设计出与项目发展相适应的建设方案。以此才能够在为项目建设提供有效支持的基础上，推动水资源节约集约高效利用，为现代农业基地农业生产提供有效保障，为农业生产朝绿色、节能、可持续方向发展提供坚实支撑。