总结灌溉排水工程优化设计新方法研究及其运用，其目的在于推动灌溉排水工程能够实现可持续发展。
【关键词】灌溉排水工程;优化设计;新方法;U型渠道断面
中图分类号： S277 文献标志码：A
在农田水分状况和地区水情变化规律分析中，灌溉排水工程作为调节措施应用其中，不仅能有效解决水旱灾害问题，同时还能为合理运用水资源发展奠定良好基础。而且根据目前我国水利工程工作现状来看，该项工作的核心内容就是借助灌溉、排水工程措施等，进行解决某区域当中存有的水分状况，而灌溉渠道系统主要进行承担的工作内容包含水量输送、分配任务等，从而把多余出来的水量实现排出。除此之外，灌溉渠道和排水措施在整个水利工程投资中占据重要地位。所以，灌溉排水工程设计是否具有科学性，在一定程度上关系到水资源的利用资源，甚至还在水利工程的实际生产中发挥着重要作用和效益。
1.灌溉排水工程的重要性
现如今人们针对水利工程提出了较高要求，且伴随水利工程和排水事业的不断发展，不仅有效整改了畜牧业和农业生产，更是起到了防御旱涝灾害的重要作用。而且据统计可看出，我国目前还有很多地区都在处于严重的缺水资源状态下，再加上我国现有的水利工程配套设施等多个方面内容出现老化，不仅致使整个水利工程系统的质量和效率出现下降趋势，更是降低了防灾害能力。基于此，伴随我国社会经济的飞速发展，使得水利工程的质量和技术水平也得到了有效提升，可见，水利工程在一定程度上有效推动了我国社会经济发展。因此，这就需要针对水利工程的灌溉技术加大研究力度，从而确保灌溉排水工程质量【1】。
2.常见的排水工程渠道建设
在水利工程建设中，常见的排水工程渠道可以被划分成为土渠道、混凝土渠道、塑料渠道、生态渠道等。首先，针对土渠道进行分析。所谓土渠道就是指农田地当中存有的渠道，该渠道与人们的农业发展之间存有密切联系，而且还能在提升水体自净能力的基础上，加大生态环境的建设。相对于其他渠道建设而言，土渠道具有投资成本低的特点，且被适应于村庄农田中，但是因为土渠道在形成之后還会因遭受到长年风吹日晒等多种因素影响，导致该渠道在被逐渐毁坏时没有得到及时修补，从而致使原本的排水渠道为开拓土地占用;其次，针对混凝土渠道进行分析。混凝土渠道具有加强的输水功能，并且还在一定程度上有效促进了农业灌溉的发展【2】。现如今常见的混凝土渠道包含U型渠道和梯形渠道两种形式，合理运用混凝土渠道不仅能有效提升水流速度，同时还能加快水流的运输效率。
除此之外，混凝土渠道虽然具备较强的水力特性和耐久性，但是针对防渗能力具有较高要求，一旦混凝土渠道遭受较强外荷载力影响作用下，就会导致混凝土渠道出现裂缝，不仅降低了混凝土渠道的输水效率，更是导致防渗技术成为了相关人员需要深入研究的问题;再次，针对塑料渠道进行分析。在排水工程中合理运用U型塑料渠道，不仅能减少渗漏问题的产生，同时还能起到降低输水效率的重要作用，但是提升塑料渠道抗老化性能却是目前相关人员需要深入研究的问题;最后，针对生态渠道进行分析【3】。该项渠道技术方法主要被适应于混凝土衬砌方面，通过创设生态空间、实现生态护面设计等方法，保证水生植物能够和自然环境有效结合，同时还能起到增加和提供的重要作用。若是在建设的过程当中需要靠近人类生活与活动的地界时，就需要相关人员能在建设渠道时运用“生态工程”技术，使得陆地和水生生物能够实现有效结合。
3.灌溉排水工程的生态化设计原则及要点
3.1原则分析
相对于排水沟工程的优化设计方法而言，灌溉排水工程的优化设计更应当在设计中高度重视渠道的防渗措施和水流速度。所以，需要相关人员能在设计的过程当中，秉承生态化设计原则理念，确保其灌溉渠道的设计质量和设计效率。所谓优化设计新方法则是指在原有的基础上，不会导致渠道输水功能遭受影响【4】。因此，灌溉排水工程的生态化设计应是在确保渠道安全性能的基础上合理设计。若是在设计的过程当中遭遇到结冰期的寒冷地区时，就要合理运用防冻胀措施。除此之外，还要降低因优化新方法对自然环境产生的影响因素，进而确保施工附近的生态平衡，将在设计中有效降低质量不合格或不达标等问题。
3.2要点分析
针对灌溉排水工程渠道建设而言，还将被划分成为非灌溉期和灌溉期两种形式。先针对灌溉期进行分析，当灌溉渠道建设处于该阶段中，就会致使灌溉排水渠道中存有的水位升高和水流速度变快;后对非灌溉期进行分析，要与上述情况相反，会致使灌溉排水管道内出现干涸现象。由此可见，两种形式具有较大的水位差异，因此需要设计人员能在设计过程中合理运用有效的防范措施【5】。众所周知，生态工法可以被划分成为“多孔质空间、扰流结构”等，而且在渠道防渗技术中还要结合生态化，尤其是处于非灌溉期间时，更是要在实际操作的过程当中注重以下几点：首先，针对缓坡设计进行分析。缓坡设计指的是对渠道环境的延伸，能够为区域中存有的两栖动物和水陆领域动物迁徙提供基础条件，从而针对现存有的水位变化问题起到缓冲作用;其次，针对混凝土和块石结合进行分析。在优化设计新方法时，应当合理运用浆砌块石法，该方法的运用不需要针对石头外侧进行填筑砂浆，只是需要运用石头自身具备的材质进行创设孔质空间环境就可以，通过该方法给昆虫类提供合适的栖息环境。此外，在常水位以下的渠道当中若是合理运用混凝土衬砌设计方法的话，不仅能在提升输水效率的基础上，保证渠道设计具有防渗性能，还能起到维持生态平衡的重要作用。
4.灌溉排水工程优化设计新方法研究及其运用
以某工程为例，该工程在开展的过程当中，就从优化设计施工内容、规范设计排水工程和U形渠道断面设计等多个方面，针对灌溉排水工程优化设计新方法研究及其运用，不仅为该项工程取得到了优异成果，更是确保了该项工程的施工质量。
4.1优化设计施工内容
在灌溉排水工程优化设计的过程当中，相关人员应当依照现有渠道功能和不同渠道取水方式，科学合理设计沟渠和渠系建筑物的整体结构，并且还需要依照灌溉取水和灌区的实际情况，进行开展水库引水、无坝引水、抽水引水和有坝引水等。首先，针对水库引水进行分析。所谓水库引水是指当水资源出现匮乏问题时，在水位较低的河流当中建设水库，水库能够起到调节水量取水方式等重要作用;其次，针对无坝引水进行分析。无坝引水的修建是在水源丰富且水位流量适当的河流周边进行建设水闸，水闸起到的作用就是作为取水口引水灌溉;再次，针对抽水引水进行分析。该抽水体系建设是在灌区较高且具有水源丰富周边实心建设，在日常生活当中常见的抽水建筑就是机电排灌泵站;最后，针对有坝引水进行分析。基于水位不适宜但具有丰富水源的河道上，创建高水位建筑物，以此来起到引水灌溉的重要作用。总而言之，当相关人员在运用上述不同引水方式时，不仅要综合考虑建筑物的地基处理工作是否合理，还需要科学选择防渗以及防冻和防胀措施。同时，还需要基于符合灌溉功能的性能基础上，全面分析施工条件与施工周期，确保其质量【6】。
4.2规范设计排水工程
现如今常见的防渗技术方法包含三合土护面防渗、土料夯实防渗等。首先，针对三合土护面防渗进行分析。由砂、黏土、石灰三项因素相结合的体系就是三合土，把结合的三合土涂抹在渠道表面起到防渗作用;其次，针对土料夯实防渗技术进行分析。该防渗技术主要是在渠床表面进行涂抹料层，所涂抹的料层不仅能起到良好的防渗效果，同时还具备造价低和效果好等优势【7】。与此同时，相关人员还需要针对断面设计给予高度重视，不仅需要充分考虑纵断面于横断面之间存有的关系，还要保证设计渠道能与灌溉排水工程建设有效结合，从而确保排水工程建设能够完全符合现代社会发展背景下，对平面稳定性和纵向稳定性的需求，不存有塞水等現象发生。
4.3U形渠道断面设计
U形渠道主要被应用在中小型的灌溉渠道设计中，并且主要运用混凝土进行现场浇筑。据目前U形渠道断面设计现状来看，部分设计人员在设计时都会以正坡明渠均匀流公式作为基础，不仅具有省工省料、整体性好等优点，还能抵抗基体冻胀的破坏能力。现如今常见的U形渠道断面设计参数呈现多元化发展，如图一所示，U形渠道的横断面示意图，在示意图中存有a，a1是和设计流量相关的常数项，所以需要进行有效明确的只有三个，那么就是直线段外倾角α（°）、切点以上水深h2（m）与渠道圆底半径r（m）【8】。
以单位某渠道总费用最小为目标函数，基于满足流量、流速以及渠道稳定性等多个方面的设计模型，其目标函数作为：.而在公式中存在的K与W分别代表的含义使工程单方造价和工程量。而j=1≈3代表的含义是指挖方项、衬砌项与占地项。通过几何推导得出计算式为：
而需要满足的约束包含以下几点：
流量约束：
流速约束：
渠道稳定约束：
其他约束：
5.结束语：
综上所述，基于社会经济飞速发展背景下，使得水利工程基础设施正在向完善方面实现发展，但是因为水利工程建设属于复杂且繁琐的工程项目，所以需要人员能在设计的过程当中全面考虑是否和生态环境相结合，尤其是在灌溉排水工程的设计中，更是需要在掌握当地地理条件和特征的基础上，优化现有设计方案，以此来推动灌溉排水工程能够实现可持续发展。
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高台县大湖湾水管所 甘肃省高台县734300
张东荣 ，（1967.02），男 ，汉 ，甘肃张掖人， 中专， 工程师， 从事水利灌溉工程建设工作。
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