我国的大中型灌区，大多修建于20世纪50年代末60年代初以及70年代这两个时期，建设标准低，工程老化失修严重，灌溉水利用效率低，严重影响了灌区工程效益发挥，灌区工程的改造与修复工作已刻不容缓。针对灌区的现状及存在的各种问题，分析确定一条既能满足灌区改造设计的目标，同时又使灌区总的改造工作量最小的渠道设计水面线，是灌区续建配套改造的关键。在进行渠道水面线定量计算之前，应该先进行水面线定性分析，判定渠道水面线的类型。由于临界水深K-K线与均匀流正常水深N-N线之间不同的位置关系，五种不同底坡的渠道水流可划分为12个流区，共12条水面曲线。论文采用分段求和法，逐段计算非棱柱体渠道设计水面线，编制了相应的求解程序。论文结合黄石灌区改造实例，在遵循尽量不降低渠道中的水位、新增建筑物尽量不增加水头损失、尽量使改造建筑物最少以及总工程量最少的原则下，进行渠道设计水面线的优化分析，拟定了渠道水面线优化设计方案和渠系建筑物改造方案。在尽量保持原设计水位以及充分考虑渠系建筑物过流水头损失的前提下，从渠尾向渠首逐段推求渠道水面线，得出了总干渠、南干渠和北干渠设计水面线。根据设计结果，对现有建筑物和渠系进行复核基本实现了改造工程量最小的目标。