湘乡市白田镇农田水利设计

湘乡市白田镇农田水利设计 摘 要：农田水利工程作为土地整理工程之一，设计工作的好坏对整个工程有重要的作用，因此科学合理的设计非常重要。本设计研究了白田镇基本农田土地整理项目中的农田水利工程的规划设计方法以及相关水力计算，重点对灌溉水源选择、水源工程和输配水工程进行分析和研究。通过分析计算设计出符合灌溉、排水要求的沟渠，可以使土地整理质量得进一步提高。关键词：土地整理；农田水利工程；设计Irrigation and Water Conservancy Design of Baitian Town in XiangxiangAuthor: Tang BinTutor: Xiao Weihua(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract：As part of land consolidation project，scientific and rational design of irrigation and drainage engineering played an important role in the whole projectThe plan and design me- thod and correlated hydraulic calculation in the land consolidation project at baitian town were st- udied，among which the choice of irrigation water，water source project，transmission and dist- ribution works were emphatically analyzedThe results showed that the design have met the req- uirements for the water irrigation and drainage in this project，thus could improve the quality of land consolidationKey words：land consolidation；irrigation and water conservation engineering；design1 前言 土地是人类赖以生存和发展的最基本的物质基础，是一切社会生产和生活的源泉，是不可再生的自然资源。随着社会经济的发展和人口的不断增长，土地的需求量也与日俱增，土地特别是耕地资源日显珍贵。要保持耕地总量动态平衡，进行土地开发是行之有效的方法之一。在新形势下，水利是农业的命脉，也是发展现代农业的关键。搞好农田水利建设，是增强农业抗灾能力，推进农业产业化经营，保护和提高粮食综合生产能力，增加农民收入，改善农民生产生活条件的必然要求。我国目前正处于快速城市化时期，城市用地需求急剧增长，为缓解土地需求压力，土地整理成为解决我国土地利用问题的必然选择，同事土地整理也是实施土地利用总体规划，落实土地用途管制的重要手段和促进农村经济发展的有效途径。本项目结合湘乡市白田镇农田水利设计项目进行，主要建设内容包括：土地平整工程、灌溉与排水工程、田间路桥工程、农田防护及生态环境保护工程、其他工程共五大工程。项目规划设计建设规模为126.00，新增耕地3.91，新增耕地率为3.10%，与可研一致，但项目建设区域较可研进行了调整。由于长江村涉及矛盾较多，积极性不高。湘乡市土地开发整理中心报湘潭市土地开发整理中心商议后，本次规划将可研涉及的长江村划出项目区范围，面积为35.05，桥铺村增加35.05面积，保证了项目建设规模与可研一致。长江村新增耕地区域也调整至桥铺村，以保证项目区新增耕地不减少。项目工程布局较可研也做了局部调整和优化。土地平整工程主要是针对新增耕地、地势相对缓和但是无法满足灌排的田块进行平整，新增耕地进行土地翻耕，对翻耕后的裸土地进行培肥处理；灌溉与排水工程主要是输水工程、排水工程、渠系建筑物；田间路桥工程主要是在整修级田间道为骨干道路的基础上新修级田间道和生产路形成道路网络；农田防护及生态环境保护工程主要是黄溪河沿岸的岸坡防护工程(护岸)、田坎防护工程(下田坡道)、生态保护工程(护坡林)。2 项目概况2.1 项目所在地区简况 湘乡隶属于湖南湘潭市,位于湖南省中部的涟水之滨,地理坐标介于东经111594112385,北纬27292283145之间。东临韶山市和湘潭县，南接双峰县，西界湘潭市，北靠宁乡县。东西最大横距65.4km，南北最大纵距64.8km，县界周长417km，总面积2012km2。湘乡地属华南湘赣丘陵区，处于湘中丘岗向湘江河谷平原的过渡带，为雪峰山东北余脉和越城岭北端余脉所夹峙。西部和南部较高峻，东部和北部较平缓。湘乡靠近北回归线，是较为典型的亚热带季风湿润气候。四季分明，雨量充沛，雨热同季，土地肥沃，溪河密布，作物生长期长，是著名的粮猪强市。年平均气温17.3，1月份最低为4.9，7月份最高为29.4。极端最低为-8.1，极端最高气温为40.2。年均日照时数为1640小时，年均降雨量1312.8毫米，最多年1806.4mm，最少年937.7mm。全年降水集中在46月份。全市主要水系为涟水汇入的一级支流有13条。涟水最大年径流量为61.43亿m3，最少年径流量16.80亿m3。湘乡市设5乡13镇4个城区办事处，下辖712个村民委员会，38个居民委员会。2009年，全市生产总值达到135.1亿元，同比增长14%，其中一产业34.41亿元，同比增长5%，二产业56.95亿元，同比增长21.7%，三产业43.4亿元，同比增长12.5%。均GDP达到16183元（按常住人口计算），三次产业的比重为25.5：42.2：32.3。2.2 自然条件2.2.1 地形地貌 项目区属于丘陵地貌，位于石狮江左支流两侧，地表除部分低岗外，地势较为平坦，地面切割深度不大，海拔在88.0-124m之间。2.2.2 气象 项目区属亚热带季风湿润气候，雨量集中，日照充足。平均气温16.817.4，极端最高气温达39.141.0，极端最低气温为-7.0-8.0，无霜期为283d；年降雨量1215.81472.0mm，46月为雨季，降雨量约占全年的45%；历年10的活动积温(80%保证率)为5250.0，特别适合水稻和蔬菜等农作物的种植。2.2.3 土壤项目区成土母岩主要有花岗岩、板岩等，土壤主要为潜育系水稻土和红壤，耕作层厚度3050cm，土壤肥力较高，有机质含量为2.63.1%，理化性能良好，PH值呈中性，水、肥、气、热比较协调，保水保肥性能好。2.2.4 植被项目区植被覆盖较好。旱土以种红薯、玉米等作物为主，水田以种植双季水稻为主。 2.2.5 水文与水文地质 项目区水资源丰富，雨量充沛。区内多年平均降雨量1347.0mm，年际变幅953.11801.3mm，多年平均迳流深646.2mm，陆面蒸发700.8mm。项目区毗邻长江水库，石狮江左支流贯穿整个项目区。长江水库为中小型水库，集雨面积8.5km，有效库容1180万m3，在95%灌溉保证率的条件下，可利用水量为687万m3。石狮江左支流为长江水库和周边山区泄洪通道，也是项目灌溉水源之一，平均流量为11.2。项目区内和周边共16口山塘，总面积约3.15，总塘容约5.66万m3，是项目区重要补充灌溉水源。项目区地下水资源较为丰富，主要为大气降水的渗入，地下水属中等水平。2.2.6 工程地质项目区地表主要为第四纪红土与大量洪冲积物堆积而成，地层下部为花岗岩、浅变质岩等碎块及河卵石组成，上层主要是由红黄土、河潮沙泥等构成，土层深厚，通透性好。项目区土地整理工程构筑物均属小（五）型建筑，从工程地质条件看，项目区实施土地整理工程建设是可行的。工程构筑物位于河流、溪沟附近等软性地质基础时，可采取加大清基深度、换填土、分层碾压、打木桩及抛石等措施，确保构筑物基础的稳定性。2.2.7 天然建筑材料项目区周边可利用的天然建筑材料有木材、碎石、块石等，这些建筑材料距离项目区较近，交通便利，且储量较大，完全可以满足项目区工程建设的需要。项目建设所需的其它天然建筑材料，可到与项目区临近的韶山市或湘乡市购买。2.3 自然灾害 项目区内最常见的自然灾害为水灾，其次为旱灾，风害、冰雹、霜害发生的频率较低，危害较小。2.4 社会经济状况 白田镇地处湘乡城北，距县城27km，东邻韶山（12km），北接宁乡灰汤（15km），区域面积105.73km2，现辖34个村，612个村民组，总人口4.8万。项目区农民在农闲时候外出务工，农民人均年纯收入4852.0元，社会经济条件和生活水平居全市中上等水平。项目区农业基础条件一般，配套的农业资金较少，投入低，农业机械化水平比较低。2.5 土地利用现状2.5.1 土地权属项目区涉及到湘乡市白田镇白田村、桥铺村和新苗村共三个行政村。项目区内全部为农村集体所有土地，土地权属清楚，界线明确，无土地权属纠纷，并都已颁发集体土地所有权证书，土地承包经营权已承包到户。2.5.2 土地利用结构项目区总面积126.00hm2，其中耕地91.44hm2，占建设面积的72.57%；园地1.44hm2，占面积的1.14%；其他农用地32.77hm2，占建设面积的26.01%；荒草地0.35hm2，占建设面积0.28%。2.5.3 土地利用程度 项目区总面积为126.00hm2，其中耕地面积为91.44hm2，园地1.44hm2,其他农用地32.77hm2，土地垦殖率为72.57，土地利用率为99.72。通过对现有耕地进行平整，对荒草地、废弃坑塘及废弃茶园的整理可提高土地垦殖率和土地利用率，使项目区土地得到合理有效的利用。3 土地利用限制因素分析3.1 自然限制因素（1）项目区内土壤抗蚀能力差，区内降雨量呈年内分布不均，暴雨强度大，易造成水土流失和洪涝灾害，通过改善项目的排水条件，将水土流失和洪涝灾害造成的危害降到最低；（2）项目区内土壤矿物质养分含量高，但土壤中氮、磷、钾相对较缺乏，影响了农作物产品的质量和产量，对大规模集约利用土地而言，需进行土壤改良。3.2 农业设施限制因素（1）项目区内灌排渠系等级低，渠系配套工程较少，质量差，大量耕地因缺乏完善的灌排水利设施而产出率较低，甚至部分因引水困难而荒芜；（2）项目区对外交通便利，但用于农业生产和生活的田间道路系统不完善，完全不能满足农业生产和生活的要求，田块布局不合理，普遍偏小，导致农业机械化程度不高；（3）项目区农业产业结构不合理，农产品结构单一，导致农产品价格偏低，农民收入得不到提高。3.3 规划限制因素项目区属于基本农田保护区，符合白田镇土地利用总体规划，但违规破坏耕地现象时有发生，如私自占用耕地建房、采砂等。为改变这一现状，政府部门应加强监管力度，科学合理的编制村庄规划，设立居民点建设预留区，引导居民点集中安置，对违法建筑进行拆除，防止对耕地的进一步破坏。4 项目规划4.1 项目工程规划4.1.1 土地平整工程规划（1）项目区属丘陵区，主要分布在石狮江左支流两侧。石狮江左支流两侧地势相对较为平缓，其余以低岗冲垄为主地形相对较为复杂。根据项目区地形、地势特点，以规划沟、路、渠为界划分项目区的田块。非平整区域田块保持原状；平整区域田块从有利于组织灌排、充分利用原有基础设施、尽可能减少土方工程量的角度进行布设。根据项目区实际情况进行局部土地平整，分梯田平整区和条田平整区。项目区梯田平整区域主要指作为新增耕地来源的废弃园地。条田平整区域主要针对地势平缓、地面坡度小、田块布局不合理、田坎杂乱占地多的的现有耕地。条田田块长边与农沟、农渠或生产路平行，长度在80150m之间，田块形状基本规划为矩形。梯田田块主要沿等高线布置，梯田设计要满足下述三点要求：a、要保证安全与稳定；b、要最大限度的省工；c、要满足机耕和灌溉要求。项目区梯田平整区域现状地面坡度为1015，梯田按埂坎高度1.0m左右，埂坎侧坡a70的规格施工，田面宽度取78m，梯田的设计采用因地制宜的原则，便于施工。（2）耕作层地力保持工程包括表土剥离与回填、客土挖填、细部平整。对现有耕地的平整，先进行表土剥离后再回填，以免破坏耕作层。对项目区新增耕地实施土地翻耕和土壤培肥，土地翻耕利用太阳紫外线可杀死土壤中的有害病菌，提高田间持水能力和土壤抗蚀性能力，降低土壤容重，减轻土壤冲刷，增大土壤孔隙，改善土壤通气状况，利于土壤生物生长发育从而提高农作物的抗害能力。机械平整后，对田面平整度达和不到设计规范要求的区域，进行人工细部平整，以利于耕种。在动土平整区域，原有田埂必然被破坏，因此必须对规划田块的田埂进行修筑，且要求分层夯实，设计田埂为梯形断面，高0.3m，顶宽0.3m，底宽0.6m。4.1.2 灌溉与排水工程规划 （1）项目区灌溉水源主要为长江水库、石狮江左支流和山塘。长江水库之水通过水库高、低两条干渠灌溉该片区，负责该片55%的耕地灌溉，控制面积为42.0hm2。石狮江左支流主要灌溉其两侧区域，负责该片35%的耕地，灌溉控制面积33.0hm2。山塘主要起补充灌溉作用，为塘周边区域10%耕地提供灌溉，约控制面积10.0hm2。（2）本次输配水系统分为水田输配水系统和旱地输配水系统，以水田输配水系统为主。水田输配水系统以明渠输水为主，旱地输配水系统以沟灌和畦灌为主。明渠输水按照逐级布置的原则，上一级向下一级供水。本项目渠道建设分为斗级和农级，即斗渠、灌排两用渠下设农渠。农渠间距控制在80m120m，典型控制面积为8hm2；斗渠和灌排两用渠没有严格的距离控制，为项目区主要的田间灌排渠系，依水源位置和地形条件而定，斗渠典型控制面积为25hm2。（3）项目区排水主要是明沟排水。石狮江左支流是项目区主要排水承泄区，项目区田间余水通过规划的农沟汇入斗沟、灌排渠或原有沟，最终汇入石狮江左支流。农沟间距控制在80m120m，典型控制面积为8.0hm2；斗沟、灌排两用渠、排洪沟没有严格的距离控制，为项目区主要的田间排水体系，依水源位置和地形条件而定。新修斗沟按最大控制面积15hm2进行断面设计，整修斗沟按最大控制面积32hm2进行断面设计。现有主要原有沟进行整修清淤，浆砌石硬化侧壁。（4）本次田间灌溉排水工程按照沟渠“灌排相邻”的方式布置。具体布局情况如下：在现有水源的基础上,完善项目区的引、输水网络和排水设施,灌排尽量分开。提高灌溉渠道和排水沟的设计标准，依地势开挖，达到基本顺直，排水流畅，提高沟渠和灌溉水的利用率。项目区以石狮江左支流为分界线分A、B两个灌溉区，石狮江左支流西侧为A区，东侧为B区。A区灌溉水源为长江水库高渠、石狮江左支流和项目区西侧山塘。斗渠和农渠从长江水库高干渠出水口引水灌溉至田块；斗渠-1、斗渠-4、斗渠-5和两用渠-6从汇入石狮江左支流的两条溪沟拦水坝引水灌溉，再由配套的农渠分水灌溉；两用渠-4和两用渠-8从石狮江左支流拦河坝引水灌溉，再由配套农渠分水灌溉；山塘水其补充灌溉作用，由农渠从其出水口引水灌溉其周边区域。石狮江左支流是该区承泄区，区内通过农沟汇入斗沟、整修斗沟、两用渠和整修原有沟后，再排至石狮江左支流；部分通过农沟直接排入溪沟后，再由溪沟汇入石狮江左支流。 B区灌溉水源为长江水库低干渠、石狮江左支流项目区东侧山塘。斗渠-2、斗渠-3、斗渠-7及两用渠-7从长江水库低干渠引水再由农渠分水灌溉至各田块；斗渠-10、两用渠-3、两用渠-7引石狮江左支流拦水坝之水，再由农渠分水灌溉；山塘水通过灌排两用渠和农渠从其出水口引水灌溉。石狮江左支流是该区承泄区，区内余水通过农沟汇入斗沟、两用渠、原有沟后排至石狮江左支流，部分直接由农沟排至石狮江左支流。（5）本项目渠系建筑物主要包括管涵、桥涵、水闸、跌水、蓄水池及人行盖板。斗渠、农渠、农沟、灌排两用渠、斗沟过田间道路设置管涵，分过生产路管涵和过田间道管涵两种。整修斗沟、整修原有沟过田间道路设置桥涵，分过生产路桥涵和过田间道桥涵两种；水闸主要是渠道进水和分水闸；沟渠集中落差大于1m时布置跌水，按1m跌差进行设计；人行盖板的设计是方便群众跨沟渠作业，采用钢筋混凝土板，跨斗沟、斗渠和灌排两用渠板宽1.0m，跨原有沟板宽1.5m。4.1.3 田间路桥工程规划（1）在遵循方便居民出行和耕作、有利于提高农业机械化水平、充分利用现有田间道路等原则的基础上，修建一级田间道、二级田间道和生产路。田间道布局遵循方便居民出行和耕作、有利于提高农业机械化水平、充分利用现有田间道路的原则。本次规划充分利用原有道路，以南北向县道X41和东西向的村道为基础进行布置。整修一级田间道共布置1条，与县道和硬化村道相连。新修二田间道基本垂直县道或村道布置，共新修4条田间道。对区内的3条路况较差不能满足生产要求的原有田间道路进行了整修。配套生产路垂直于田间道或公路布置，间距依据地形和实际需要布置，间距控制在80m120m范围内，以满足项目区农业生产和生活的要求，为农业的机械化提供有利的条件。（2）项目区田间道跨溪沟设置人行桥。项目区跨原有溪沟人行桥1座，跨度为7.0m，人行桥桥面宽2.0m。4.1.4 农田防护与生态环境保护工程规划考虑道机械下田作业的需要，并尽可能的减少机械下田给道路路基或田坎造成的破坏，拟沿一、二级田间道每经过一个田块设置一处机械下田坡道。根据湖南省土地开发整理项目建设标准(试行)规定：采用钢筋混凝土板下田坡道。为防止田间废气物（如农药瓶、化肥袋等）的农田环境的污染，在田间设置垃圾池统一收集，集中处理。4.1.5 其他工程本项目其他工程只涉及项目标志工程，本项目标志牌布置在在县道X41和白田村村道交汇处。标志牌按省中心要求设计。4.2 规划方案比选 4.2.1 土地平整方案比选根据项目区的实际情况，结合踏勘时当地群众对土地平整工程的意见，拟定本项工程的基本方案为：局部动土，分片平整，内部挖填平衡，低填高挖。但针对各片区独特的地形和田块分布状况，群众提出了不同的比选方案。1）方案一：各片确定的平整区域和新增耕地区域为平整单元，做到大平大整，将各区田块尽可能平整为同一高程。2）方案二：根据各整理区的地形和地势情况，以沟、渠、路为界构成的区域为小的平整区进行内部挖填平整，根据沟渠水流方向逐级平整。3）方案择优：方案一的优点是能够最大限度地挖掘土地利用潜力，增加耕地面积，便于布置各单项工程，方便农业生产，其缺点是填挖方工程量大，投资量大，对耕作层易造成破坏。方案二以更小耕作田块作为平整单元，土方工程量大大减少，土方调配量较少，对耕作层不易造成破坏。综合上述方案的优缺点，结合项目区大多数群众的意见项目土地平整工程选择方案二。4.2.2 灌溉与排水工程方案比选项目区农田水利工程方案的选择主要从水源选择、投资大小和施工难易度等方面综合考虑。根据项目区水系特征和群众要求，提出了不同的比选方案。1）方案一：在土地平整时，在保证原有水源不变的情况下，充分利用原有沟渠，原有沟渠布置路线不改变，只进行整修硬化，并在此基础上配套布置农渠、农沟和渠系建筑物。优点：确保现有农田灌排体系的通畅，不会引发争水纠纷。缺点：现有土沟多蜿蜒曲折，布局不合理，工程施工难度大，难以解决灌溉死角的取水问题。2）方案二：根据土地平整后条田规划情况布局灌排渠道，充分利用现有条件较好的沟渠，并对零乱土沟进行填平处理。优点：灌排系统与条田配套，不仅利用了原有条件较好的渠道，又改变现有渠道布局杂乱不合理的现状，利于机械化操作，灌溉保证率高。缺点：经济成本较方案一偏高。3）方案三：在土地平整的基础上，对项目区的所有沟渠重新规划布局。优点：所有沟渠统一规划，重新修筑，视觉效果佳，质量高。缺点：工程量大，投资巨大，对生态环境也有破坏。为达到本土地综合整治项目效益最大化，又能充分利用原有设施，减少工程投资，不破坏生态环境，选取采用方案二。4.2.3 田间道路方案比选项目区对外交通较为方便，区内有硬化村道与主干道相连接。项目区内主要是田间道路的布局，针对耕作田块间、耕作田块与居民区间的道路系统的修建，当地群众提出了如下的参考方案。1）方案一：在土地平整时，保持项目区原有道路基本不变，只对项目区的道路整修。优点：原有田间道路路况得到较大改善，工程量小，投资少，对生态环境没有破坏，最大限度利用了原有资源，占地较少。缺点：原有田间道路较少，且部分道路布局不合理，未构成路网，无法满足农业机械化生产要求。2）方案二：在土地平整的基础上，对项目区内状况较好的主干道进行整修并延伸与项目区外道路连接，对项目区生产生活重要的道路整修拉直，充分利用项目区现有的机耕桥和人行桥，在土地平整的基础上，根据土地开发整理要求和耕作需求合理布置二级田间道和生产路。优点：充分利用现有的基础设施，原有和新修的田间道路得到统一布置，道路质量提高，使田间道路网基本成形，并能满足机械通达和人行的要求，切实改善项目区的交通条件。缺点：工程量大，投资较方案一偏大。3）方案三：打破原有道路系统，在土地平整的基础上，按照田块布局对项目区所有道路重新规划和布局。优点：最大程度满足通行便利的要求，工程质量高，视觉效果好。缺点：工程量巨大，投资巨大，施工难度大，对生态环境也有破坏。从降低工程难度、节省资金、满足生产生活需求的角度考虑，项目区田间路桥工程选择方案二。4.3 土地利用结构调整项目完成后土地总面积为126.00hm2，其中耕地95.34hm2，占总面积的75.67%；其他农用地30.66hm2，占总面积的24.33%。项目区实施后道路、沟渠形成了有效的网络系统，最大限度的挖潜了土地生产潜力，土地的垦殖率为75.67,新增耕地面积3.90hm2，新增耕地率为3.10。5 项目工程设计5.1 土地平整工程设计5.1.1 土地平整分区 项目区水田以种植水稻为主，旱地以种植花生、红薯为主。水稻的生长主要是对水、光、热的要求，土地平整分区主要是考虑水稻灌排充分的前提下的最佳受光、受热的要求，平整区中条田的长边主要沿农沟（农渠）的垂直方向布置，水平梯田主要沿等高线布置，非平整区因为本身地势较高，光热充分，主要是对其避免灌排死角的产生，本项目充分利用项目区主要水源基础上结合山泉水的补充灌溉基本保证了非平整区的灌排要求。本项目土地平整工程设计原则是以项目区挖填土方基本平衡为原则，土地平整区与非平整区主要以地形为标准：高差较小地势较缓，且田埂杂乱的田块需要平整；设计后地类进行了变更的田块需要平整；丘块间高差较大的及地形复杂的田块，由于此类田块平整难度大、费用过高，且平整后容易造成水土流失的丘块不参与平整。项目区属于岩溶山地丘陵，其周边有低山丘岗，中部有主排水沟贯穿整个项目片块，整个项目区位于山间谷地，沿主排水沟两侧地块较为平缓，垂直于主排水沟方向，其地面坡度逐渐变大，垂直主排水沟方向靠近项目区边界处，其地势较陡，丘块间田坎密集且高差较大。项目区垂直主排水沟的地形横断面图示意如图1：图1 垂直项目区排水沟地形断面示意图Fig1 The vertical drainage project terrain schematic section 注：该图仅示意垂直排水沟方向项目区的总体地形、地势变化趋势。根据土地平整工程设计的基本原则并结合项目区的地形、地势特点，我们将整个项目区分为三种类型的区域：第一种：非平整区。对于项目区周边丘坎密集且高差较大的耕地以及项目区地势起伏较大且无规律的地区，从施工难度和水土保持两方面考虑将其确定为非平整区，其不具备平整的可行性（详见图1）；第二种：条田平整区。这主要是针对项目区中部主排水沟两侧地势平缓，地面坡度小的区域，这部分耕地质量好、土层深厚、肥沃，但丘块小、田埂布置杂乱，具有较大的整理潜力（详见图1）；第三种：梯田平整区。这主要是针对项目区中有一定坡度的区域，而且是新增耕地的主要来源地（详见图1）。5.1.2 田块修筑工程设计田块设计主要以条田和梯田为主，对非平整区域田块保持原状，同时结合规划的沟、路、渠为界划分项目区的田块。平整后的田面平整度、坡度必须要有利于农田灌溉、排水和高于常年洪涝水位的要求，且尽可能从减少土方工程量的角度进行布设。对种植水稻的水田标准田面平整度达到相对高差不超过3cm，坡度不超过1/1000。种植旱作物的水浇地高差不超过10cm，坡度不超过1/500。(1)条田主要分布在项目区地形相对平缓，田块布局不合理、田埂杂乱、占地较多的地块。田形态以矩形为主，田面高程沿灌排体系水流方向降低，水流方向田块长度不超过250m。条田的形状、规模主要考虑在可能的情况下，宜大、宜规整，有利于机耕和耕作。条田的田埂采用土田埂，田埂应大致垂直农沟、农渠，高出田面20cm30cm，埂顶宽宜为30cm40cm，采用田间土修筑。(2)梯田修筑主要是集中在废弃园地等新增耕地区域或是在25度以下坡耕地上。梯田的田块规模应根据不同的地形条件、灌排条件和耕作方式等确定，梯田的布局及规模应结合项目区地形，以沟渠道路为边界，沿等高线因地制宜布置。梯田防洪标准引用GB/T 16453.1-1996水土保持综合治理技术规范 坡耕地治理技术中的8.3款。梯田规格参照GB/T16453.1-1996水土保持综合治理技术规范 坡耕地治理技术，结合各分区的地形地貌特征，对梯田田面宽指标结合湖南省的实际情况进行调整。地形坡度小于10地段的水平梯田，易灌难排，便于机械耕种，田块规模可适当大些；地形坡度1015地段的坡式梯田，灌溉有一定难度，但易排水，以人工耕种为主，田块规模可小些。田坎应平行地形等高线或大致垂直农沟农渠，水平梯田田坎高度1m，顶宽3040cm；坡式梯田田坎高度2m，顶宽4050cm。(3)土方量计算应用MapGIS软件算出，计算方法是：利用本次测量的现状地形图的高程点（等高线）进行处理，使其能精确地反映细部地形（如坑塘，道路，宅基地等）且地图参数正确，在MapGIS数字地面模型子系统内建立数字高程模型（TIN），它可以准确模拟现有的地面情况。TIN模型根据区域有限个点集（处理好的测量现状图中高程点）将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。基于TIN绘制等高线直接利用原始观测数据，避免了DTM内插的精度损失，因而等高线精度较高；对高程注记点附近的较短封闭等高线也能绘制；绘制的等高线分布在采样区域内而并不要求采样区域有规则四边形边界。而同一高程的等高线只穿过一个三角形最多一次，因而程序设计也较简单。但是，由于TIN的存贮结构不同，等高线的具体跟踪算法跟踪也有所不同。基于三角形搜索的等高线绘制算法如下：对于记录了三角形表的TIN，按记录的三角形顺序搜索。其基本过程如下：1）对给定的等高线高程h，与所有网点高程zi（i=1，2，n），进行比较，若zi=h，则将zi加上（或减）一个微小正数 0（如=10-4），以使程序设计简单而又不影响等高线的精度。2）设立三角形标志数组，其初始值为零，每一元素与一个三角形对应，凡处理过的三角形将标志置为1，以后不再处理，直至等高线高程改变。3）按顺序判断每一个三角形的三边中的两条边是否有等高线穿过。若三角形一边的两端点为P1（x1，y1，z1），P2（x2，y2，z2）则（z1-h）（z2-h）0表明该边无等高线点。直至搜索到等高线与网边的第一个交点，称该点为搜索起点，也是当前三角形的等高线进入边、线性内插该点的平面坐标（x，y）： (1)4）搜索该等高线在该三角形的离去边，也就是相邻三角形的进人边，并内插其平面坐标。搜索与内插方法与上面的搜索起点相同，不同的只是仅对该三角形的另两边作处理。5）进入相邻三角形，重复第（4）步，直至离去边没有相邻三角形（此时等高线为开曲线）或相邻三角形即搜索起点所在的三角形（此时等高线为闭曲线）时为止。6）对于开曲线，将已搜索到的等高线点顺序倒过来，并回到搜索起点向另一方向搜索，直至到达边界（即离去边没有相邻三角形）。7）当一条等高线全部跟踪完后，将其光滑输出，方法与前面所述矩形格网等高线的绘制相同。然后继续三角形的搜索，直至全部三角形处理完，再改变等高线高程，重复以上过程，直到完成全部等高线的绘制为止（图2）。 图2 利用TIN生成等高线Fig2 Using TIN generate contour以设计的每个平整单元（格田或梯田）为土方量计算的基本单位（计算范围），按设计的田块高程给平整单元赋高程值（设计田块高程需反复给定，系统算出此平整单元内给定高程平面与之上的模型体积为挖方量，之下的空出体积为填方量，如图3所示，直到整平整区挖、填方基本平衡为止，得出最经济土方量，此时的给定高程为本平整单元的计算高程），即算出计算范围内按设计高程平整土地将产生的“挖方量”和“填方量”。根据建立的TIN模型和土方量计算方法，取第22号典型田块的22-2号平整区为例进行土方量计算说明。根据该平整区现状高程，选取设计高程值，运用MapGIS软件对该平整区进行DTM分析，采用网格计算法对其进行计算，具体计算过程及结果如下：当H1=91.17m，平整区挖方量=1623.20m3；填方量=1460.33m3；区间调配方量=-162.87m3（调出）当H2=91.19m，平整区挖方量=1475.20m3；填方量=1540.32m3；区间调配方量=65.121m3（调入）依据以上计算方式，依次选取H1、H2Hx，直到整个平整区挖、填方基本平衡为止，得出最经济土方量。通过取值进行比较计算，得出当Hx=91.18m时，该平整区挖填土方量基本平衡，因此取设计高程H=91.18m，该平整区挖方量=1541.90m3；填方量=1540.15m3，区间调配方量=1.75m，区内挖填平衡。图3 TIN模型及土方计算方法示意图Fig3 TIN model and earthwork calculation schematic 5.1.3 耕作层地力保持工程设计(1)表土剥离和回填耕作层剥离与回填应按土方平整单元进行。为保护其耕作层不受破坏，现有耕地平整应先进行耕作层剥离，平整后再回填，机械剥离厚度为20cm。耕作层回填前田面必须达到设计回填耕作层层底面高程，平整度达到相对高差不超过3cm，坡度不超过1/1000。(2)客土的挖填对新增耕地面积的表土，在项目区内不能进行平衡时，就需外借土。从经济的角度规定必须遵循就近取土的原则。回填作为底土的客土质量必须是粘性土，有一定的保水性，碎石和砂砾等粗颗粒含量不超过40%。回填作为耕作层的客土质量必须达到三等水田或二等水浇地质量标准。作为耕作层的客土挖填前田面必须达到设计回填耕作层层底面高程，水田平整度达到相对高差不超过3cm，坡度不超过1/1000。种植旱作物的旱地或水浇地高差不超过10cm，坡度不超过1/500。c）细部平整当平整度达不到设计要求的田面，可根据实际需要选取人工平整及机械翻耕工程措施。细部平整工程不得在起伏达30cm以上或水田田面坡度大于1/1000或水浇地田面坡度大于1/500的田块中实施。对新增耕地区域机械翻耕，机械翻耕平整厚度不宜超过30cm。5.2 灌溉与排水工程设计5.2.1 水源工程项目区灌溉水源主要为长江水库、石狮江左支流和山塘。现有水源充足，水源工程运行正常，完全满足项目区农业灌溉需水要求。5.2.2 输水工程设计 项目区农田水利工程总体采用“灌排相邻”模式，田块设置考虑农业机械化和农田规模经营的要求，结合当地种植经验和项目区地形进行布置。渠道布置充分考虑项目区地形布设，同时遵循充分利用原有水利设施和投资最少原则，采用单向灌排，灌渠和排水沟相邻布置。 (1)项目区属岩溶山地丘陵工程类型区，以灌溉水田为主，主要种植双季稻。据湖南省土地开发整理项目建设标准（试行），灌溉方法采用地面灌溉，湿润地区或水资源丰富地区以水稻种植为主的，灌溉设计保证率取8595%。根据项目区情况，确定灌溉设计保证率为90%。项目区整理后灌溉水田以水稻种植为主，旱地以种植红薯等粮食作物为主，为最大限度的满足项目区作物正常生长的用水需求，取水稻作物用水高峰期（泡田期）的用水需求作为设计标准，查农田水利学（曲大良主编）灌水定额（泡田定额）取1200m3/hm2，灌水周期取7d。(2)项目区采用自流灌溉的灌水方式，设计典型年份灌溉方式为自流灌溉时，每天灌水24小时，因此，毛灌水率的计算采用以下公式： q毛=15am/（360024Tsf）=15am/（86400Tsf） (2)式中：q毛自流灌溉方式下设计毛灌水率（m3/shm2）； a单位灌水面积（1 hm2）； m灌水定额（水田取1200m3/hm2，旱地取300m3/hm2）； T灌水周期（自流灌溉取7d）； 渠系水利用系数（自流灌溉取0.80）； 田间水利用系数（水稻田取0.95）；代入参数求得自流灌溉的毛灌率为：自流灌溉：q毛=15am/（86400Tsf） 15185/（8640070.800.95）0.00261（m3/shm2）(3)渠道设计1)项目区渠道灌溉工作制度的确定 渠道灌水一般采用轮灌和续灌两种灌溉方式，轮灌适用于由于灌区面积较大，田块较多且灌水时间不一致的情况，但考虑到轮灌在渠道设计时要求加大渠道的设计流量，需增加渠道的土方量和渠道建筑物的工程量，一般在较低级的渠道设计（如农渠）时采用。续灌的特点恰恰和轮灌相反，适用于灌水时间一致、流量分散和劳动力较少的情况。因此，根据项目区的实际情况，斗渠设计采用续灌方式，灌水周期设计为7d，农渠设计采用轮灌方式，灌水周期设计为3.5d。 2）项目区渠道设计流量的计算 (3) 其中：Q设计流量（）； A灌溉面积（） 设计毛灌水率（） 根据本次规划布局方案，同时从便于施工方便角度考虑，结合当地地形特点，在设计渠道断面时将控制面积在某一范围之内的渠道定为同一种类型（从而减少渠道的断面类型及施工难度），且取这一范围内较大控制面积值计算此类型渠道的设计流量。农渠设计控制面积8.0，斗渠设计控制面积25.0，斗渠为续灌渠道，设计流量加大30，毛灌水率采用设计毛灌水率的1.3倍计算；农渠为轮灌渠道，不进行加大流量设计，灌水周期为3.5d，毛灌水率为设计毛灌水率2倍。各渠道对应设计流量计算如下： 农渠设计流量Qq毛8.020.042（） 斗渠设计流量Qq毛251.30.085（） 3）灌溉渠道横断面设计 在调查了解当地建材市场材料供应情况，征求项目区群众意见，并根据湘乡市国土局以往实施项目的经验，本项目斗渠、农渠均拟采用C15现浇砼全断面护砌。 (4) 其中：A过水断面面积（m2），矩形A=bh； b设计底宽（m）； h设计水深（m）； m边坡系数； R水力半径，R=A/X，X为湿周，矩形X=b+2h； C谢才系数，采用公式进行计算，n为沟床糙率； Q设计流量（m3/s）； i排水沟比降（农渠取1/1000、斗渠取1/2000）。 渠道断面设计采用试算法，试算法：首先假设底宽和水深值（假定渠道宽深比应该在水利最佳断面宽深比与最经济断面宽深比之间），计算过水断面的水力要素，然后计算渠道的流量、校核渠道输水能力、校核渠道流速，若各项校核均满足要求，则该断面尺寸即该渠道设计尺寸；若流量或流速校核不满足设计要求，则重新假定断面尺寸，直到流量、流速满足设计要求为止 农渠初设：底宽b0.40m，设计水深h0.25m，代入上述公式计算，计算渠道流量为Q计算=0.043 m3/s。 （Q计算- Q设计）/Q设计100（0.043-0.042）/0.042=2.4%5% 流量符合设计要求。 流速校核：V= Q计算/A=0.043/0.10=0.43（m/s）查灌溉排水工程设计规范（GB-50288-99）在混凝土铺砌情况下，V不冲2.00m/s， V不淤0.30m/s，故流速满足不冲不淤的要求。 安全超高： 由于渠道流量较小，对安全超高要求相对较低，根据项目区调查分析，结合项目区群众经验值，h取0.15m。故农渠断面尺寸为： 底宽b0.40m，水深h0.25m，渠深H=h+h=0.40m。农渠、斗渠采用C15砼现浇，渠道每间隔5m设置一道伸缩缝，采用沥青砂板填缝止水。斗渠断面设计过程与农渠一致，在此不再详述，斗渠和农渠的横断面设计成果见表1。表1 渠道断面设计成果表Tab1 Chnnel section design results table 名 称断面类型控制面积hm设计流量m/s比降i糙率n底宽m水深m安全超高m渠深m占地m农 渠矩型8.00.0430.0010.0170.400.250.150.401.00斗 渠矩型25.00.0860.00050.0170.550.400.200.601.20 4)灌溉渠道纵断面设计 各级分水口设计水位线的确定为了保证渠道所控制的灌溉面积都能进行自流灌溉，各级渠道在分水点处都具有足够的水位高程。各分水口的水位控制高程，是根据灌溉地区的地面高程加上渠道沿程水头损失以及渠水通过各种水工建筑物的局部水头损失进行推算的，计算公式为： (5) 其中：表示分水口要求控制水位高程（m）； A0渠道灌溉范围内的地面参考点的高程（m）； h所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差，取0.1m； l各级渠道的长度（m）； i 各级渠道的比降； 水流通过渠系建筑物的水头损失（m）。 计算渠底及渠顶高程 各级渠道的设计水位确定后，根据渠道设计水深及安全超高确定渠底及渠顶高程。5.2.3 排水工程设计排水工程设计包含排水沟设计和灌排两用渠的排涝流量校核。灌排两用渠兼顾灌溉和排水两项功能，在设计时既要满足灌溉要求，又要满足排水要求，分别按照其灌溉设计流量和排涝设计流量进行灌排两用渠断面设计，选取最大的断面作为设计断面。(1)排水沟流量计算 a）排涝标准项目区按 “十年一遇三日暴雨三日排至排至作物耐淹深度的目标”进行排水工程设计。查湖南省农业区划图集，并参考灌溉排水工程设计规范（GB-50288-99）中的各地区设计排涝标准表，确定该地区的设计暴雨量为120mm。b）治渍排水标准根据农田排水工程技术规范（SL/T4-1999）：治渍排水工程应满足农作物全生育期要求的最大排渍深度为工程控制标准，一般可视作物根深不同选用0.81.3m。水稻区在晒田期35d内降至0.40.6m。c）排涝模数计算根据有关规范和实地资料十年一遇的一日暴雨相应的一日蒸发量为5.2mm，一日的渗漏量为4.0mm。排涝模数计算如下： (6) 式中：qw排涝模数（m/s/km）； P设计暴雨量（mm），P取280mm； S设计排涝历时内的稻田渗漏总量，本项目按4mm/d计算； h稻田的滞蓄水深，一般采用水稻允许的耐淹水深与降雨前田面水深的差值，根据当地实验和调查资料，取h40mm； Ew设计排涝历时内田间腾发总量，E=aEoT（其中Eo为同时段的水面蒸发量，取Eo=4mm/d）。据当地资料系数a=1.3，则Ew =1.34=5.20/dmm。 t排水时间，d，此处取t3d。代入参数计算： =（280-40-