灌区排灌课程设计.doc

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1、马清 灌河 排灌 课区 程设计目录 第一章 灌区基本资料 1、概况 2、气象 3、种植计划 4、土壤第二章 灌溉制度及灌水率的确定 1、水量平衡法制定小麦、玉米的灌溉制度2、由灌溉制度确定灌水率，绘制灌水率图第三章 渠道设计 1、灌区灌溉渠道系统的布置2、灌溉渠道系统设计3、灌溉渠道断面设计第四章 计算渠道土方量1、计算挖方量2、计算填方量第一章 灌区基本资料一、概况 马清河灌区位于界荣山以南，马清河以北，（20m等高线以下的）总面积约12万亩。年平均气温16.5，多年平均蒸发量1265mm，多年平均降水量101.2mm。降雨年内分配极不均匀。灌区人口总数约8万，界荣山上以林、牧、副业为主，马

2、头山以林为主，20m等高线以下则以大田作物为主，种植小麦、玉米、杂粮等作物。灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为45m，土壤及地下水的PH值属中性，无盐碱化威胁。马清河灌区为马清河流域规划组成部分。根据规划要求，已在兴隆峪上游20km处建大型水库一座，坝顶高程50.2m，正常水位43.0，兴利库容1.2108m3，总库容2.3108m3。马清河灌区拟在该水库下游AA断面处修建拦河式取水枢纽，引取水库发电尾水进行灌溉。AA断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，下为基岩，河道比降1100，河底宽82m，河面宽120m。水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完

3、全满足灌区用水要求。二、气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）农作物生长期间旬降雨量见表1。月3456789降雨量下上中下上中下上中下上中下上中下上中下mm7.510.56.322.51512.919.120.710.512.918表1 马清河灌区降雨量统计表（设计年）三、种植计划灌区以种植小麦、玉米为主，兼有少量豆类作物，复种指数为1，各种作物种植比例见表2。表 作物种植比例作物小麦玉米豆类种植比例（）553015根据该地区灌溉实验站观测资料，设计年（1972）小麦、玉米的基本观测数据如表、。表3 小麦试验观测资料 日期2196961971929生育期播种拔节拔节抽穗抽

4、穗乳熟乳熟成熟模比系数28.330.828.112.8计划湿润层0.50.60.70.8备注小麦计划产量亩，需水系数.表 玉门试验观测资料生育期苗期拔节大喇叭口吐丝成熟日期15417618667772672791016模比系数1525102030计划湿润层0.60.60.70.80.9备注玉米计划产量亩，需水系数.。四、土壤土壤质地为轻壤土，容重.，田间持水量；土壤含水率上限占田间持水率的；含水率下限占田间持水率。地下水埋深，全生育期地下水补给量按亩计；小麦播种时，初始土壤含水率按计。第二章 灌溉制度及灌水率的确定一、据基本资料用水量平衡法制定小麦、玉米的灌溉制度（一）、计算田间总需水量用K值

5、计算田间总需水量E。 E=K Y米3亩 式中：Y计划产量，小麦y1=500 kg亩，玉米 y2=600 kg亩，K需水系数，小麦k1=0.45 m3/kg，玉米k2=0.38 m3/kg （二）、计算各生育期阶段田间需水量累积曲线纵坐标根据所给各生育期阶段需水量模比系数累积值（ki）计算各生育阶段需水量累积值，即 Ei= ki E（三）、计算渗入土壤内的降雨量累积曲线将所给之渗入土壤内的降雨量加以整理，其中旬降雨量小于5mm者略而不计，将其换算成米3亩（1mm=0.667 m3亩），并逐旬累积得计算结果如下表。日期月三月四月五月六月七月八月九月旬下中上上下中上下上中下渗入土壤内的降雨量P0毫米

6、7.510.56.322.51512.919.05.20.710.512.918米3亩5.07.04.215.010.08.612.713.87.08.612.0P0累积值5.012.016.231.241.249.862.576.383.391.9103.9生育阶段日期（日月）计划湿润层深度（米）最适含水率（%）最适含水量（m3亩）需水量计划湿润层加深所增水量（m3亩）地下水补给量（米3亩）（）累积值（米3亩）起止上限下限上限下限需水模比系数累积值需水量累积值（m3亩）阶段值累积值播种拔节2132050.521.8511.572.8738.3528.363.6750013.8149.869拔

7、节抽穗205960.621.8511.587.4446.0259.1132.9821.4821.488.9145.049抽穗乳熟961970.721.8511.5102.0253.6987.2196.221.4842.9617.8230.064乳熟成熟1972970.821.8511.5116.5961.3610022521.4864.444.468.999（四）、计算计划湿润层加深所增加的水量及累积值用公式。由于进行了播前灌，式中可取其等于。（五）、计算计划湿润层适宜含水量上、下限由公式，式中：取其等于田间持水量的95%， 取其等于田间持水量的50%（六）、计算播前灌水定额按下式计算， ，小

8、麦在3月21日播种，据经验播种时使土壤含水率为65%75%时出苗最好，故播前灌的日期可在3月10日左右进行，以使表层土壤含水率在播种时降到适宜出苗的含水率。如假定灌水后到播种时土壤表层（0.5m）的含水率下降了10%，则播种时土壤含水率，此时土壤计划湿润层相应的储水量，此即为进行灌溉制度设计时，计算计划湿润层储水量变化曲线之起算点。同理可算得玉米的起算点 米3亩。（八）、计算成果表小麦计算成果表生育阶段日期（日月）计划湿润层深度（米）最适含水率（%）最适含水量（m3亩）需水量计划湿润层加深所增水量（m3亩）地下水补给量（米3亩）（）累积值（米3亩）起止上限下限上限下限需水模比系数累积值需水量累

9、积值（m3亩）阶段值累积值播种拔节2132050.521.8511.5102.0253.6928.363.6750020.7742.91拔节抽穗205960.621.8511.5122.4264.4359.1132.9821.4821.4827.6983.81抽穗乳熟961970.721.8511.5142.8375.1787.2196.221.4842.9641.54111.7乳熟成熟1972970.821.8511.5163.2385.9110022521.4864.4445115.56 玉米计算成果表生育阶段日期（日月）计划湿润层深度（米）最适含水率（%）最适含水量（m3亩）需水量计划湿

10、润层加深所增水量（m3亩）地下水补给量（米3亩）（）累积值（米3亩）起止上限下限上限下限需水模比系数累积值需水量累积值（m3亩）阶段值累积值苗期1541760.621.8511.587.4446.021534.20014.8919.31拔节186670.621.8511.587.4446.024091.2006.2950.71大喇叭口772670.721.8511.5102.0253.095011421.4821.488.60.839吐丝277980.821.8511.5116.5961.3670159.621.4842.9612.725.029成熟1081690.921.8511.5131.

11、1669.0310022821.4864.4442.140.489（九）、用图解分析法确定灌溉制度 由上述计算数据绘制灌溉制度设计图，确定灌溉制度。查图，5月25日应给小麦灌水50米3亩，7月17日给小麦灌水65米3亩，8月4日给玉米灌水71米3亩。 如降雨量过大，使计划湿润层储水量超过时，其超过部分即为入渗深层土壤的无效降雨量，这部分水量不能被作物吸收利用，不再参加水量平衡计算。在继续绘制土壤储水量变化曲线时，则自该线与线的交点起绘。 按此方法继续绘制计划湿润层土壤含水量变化曲线，直至生育期末。生育期末土壤含水量即为。其灌溉制度设计图见附图1、2。 根据计算及图解则可得出播前及生育期灌溉制度

12、如下表。 小麦灌溉制度灌水次序灌水日期灌水定额（m3亩）播前灌溉M103月19日21.3生育期灌溉15月25日5027月17日65玉米灌溉制度灌水次序灌水日期灌水定额（m3亩）生育期灌溉M2=Mi18月4日70计算成果校核： 1、小麦灌溉制度校核：小麦在7月20日的降水为8.6 m3亩，除3.98.6m3亩为有效降水外，尚有4.7 m3亩渗入深层，为无效降水，则P =49.8 - 4.7=45.1 m3亩， M2=ET-(P +K+WT)+(W末+W )=225-（45.1+45+64.44）+（138.18-91.8）=116.84 m3亩 图解M2=m1+m2=115am3亩 校核 |(M

13、2- M2)/ M2|=1.57%5% 故符合要求2、玉米灌溉制度校核：M2=ET-(P +K+WT)+(W末+W )=228-(86.9-45-64.44)+(145.48-110.21)=66.93 m3亩 图解M2=70 m3亩校核 |(M2- M2)/ M2|=4.58%5%,故符合要求二、由灌溉制度确定灌水率 灌区内种植有各种作物，某一种作物i的种植面积的百分数为，各次灌水定额分别为（k=1，2，3）（m3亩），要求各次灌水在(k=1，2，3)昼夜内完成，则各次灌水率为： ，分别为第i种作物第k次灌水的灌水率，灌水延续时间（d），灌水定额（m3亩)。初步的灌水率计算结果如下表所示：灌

14、水率计算（初步）作物作物所占面积（%）灌水次数灌水定额（m3hm2）灌水时间（日月）灌水延续时间（d）灌水率（m3s100hm2）始终中间日小麦551750175275225100.0482900127217167100.057玉米301105 01810858100.036 从图可见，由于各时期作物需水量因气候等多因素的影响相差悬殊，因而各时期的灌水率差异较大，不利于管理。为此必须对初步算得的灌水率图进行必要的修正，尽可能消除灌水率高峰和短期停水现象。 修正后的灌水率计算成果见下表： 灌水率计算（修改）作物作物所占面积（%）灌水次数灌水定额（m3hm2）灌水时间（日月）灌水延续时间（d）灌水

15、率（m3s100hm2）始终中间日小麦551750175275225100.0482900117227177120.048玉米301105 01810858100.036第三章 渠道设计一、灌区灌溉渠道系统的布置（如图所示）干渠取水口设在大型水库下游AA断面处，引取水库发电尾水进行灌溉。在穿过马头山时，选择隧洞过水，然后沿20m22m等高线布置。在溪沟或者道路处时，采用渡槽引水方式，并且干渠尽量避免穿过村庄。支渠沿干渠一侧引出，尽可能沿道路布置，以方便管理，而且少占耕地。根据灌区实际情况，布置四条支渠，其中支渠一、三为一侧出水，二、四为双侧出水。支渠以下布设斗渠，斗渠下布置农渠，具体见示意图。

16、二、灌溉渠道系统设计据示意图及所示比例尺可得如下资料：支渠长度及灌溉面积渠别一支二支三支四支合计长度（km）4.25.35.56.3521.35灌溉面积（hm2）11002100245027008350由前修正后的灌水率图可确定设计灌水模数qd=0.048m3s100hm2（一）、推求典型支渠（四支渠）及所属斗农渠的设计流量1、计算农渠设计流量： 四支渠的田间净流量为=270.048=1.296（m3s），灌溉形式斗渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条；而农渠分两个轮灌组，同时工作的农渠有3条，则农渠的田间净流量为：Q农田净=Q四支/(n*k)=1.296/（3*3）=0.144（m3s）取田间

17、水利用系数 ，则农渠的净流量为: Q农净= Q农田净/f=0.16（m3s）灌溉土壤属轻壤土，由表3-6中查得相应的土壤透水性系数：A=2.65，m=0.45。据此可计算农渠每千米输水损失系数=6.045农渠的毛流量或设计流量为：=（1+）=0.16（m3s）2、设计斗渠的流量。因为一条斗渠内同时工作的农渠有3条，所以斗渠的净流量等于3条农渠的毛流量之和： =3=3*0.16=0.48（m3s）农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第三轮组距斗渠进水口较远，输水损失量较多，据此可求得的斗渠毛流量较大。因此，以第二轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度：

18、L=2km。斗渠每千米输水损失系数为： =3.687斗渠的毛流量或设计流量为：=（1+）=0.52（m3s）3、计算四支渠的设计流量。 斗渠分两组轮灌，以第二轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的平均工作长度：L支=4km. 支渠的净流量为： =3*=1.56（m3s） 支渠每千米输水损失系数为： =2.17支渠的毛流量为：=（1+）=1.70（m3s）（二）、计算四支渠的灌溉水利用系数=0.76（三）、计算一、二、三支渠的设计流量。 1、计算一、二、三支渠的田间净流量： =11*0.048=0.528（m3s） =21*0.048=1.008（m3s） =24.50*0.048=1

19、.176（m3s）2、计算一、二、三支渠的设计流量： 以典型支渠（四支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。 =0.69（m3s）=1.33（m3s） =1.55（m3s）（四)、推求干渠各段的设计流量。1、CD段的设计流量: 1.70（m3s） =2.09=（1+）=1.79（m3s） (LCD =2.5Km)2、BC段的设计流量： =+=3.34（m3s）=1.54 =（1+）=3.56（m3s） (LBC =4.25Km)3、AB的设计流量： =+=4.89（m3s）=1.30 =（1+）=3.74（m3s） （LAB =4Km）4、OA段的设计流量： =+=4.

20、43（m3s）=1.36 =（1+）=4.7（m3s） (LOA =4.5Km)整个渠道的灌溉水利用系数： =0.85（五）、渠道最小流量和加大流量的计算1、渠道最小流量的计算：为保证对下级渠道正常供水，对该灌区可将渠道最小流量取成渠道设计流量的40%，则=0.4*=0.4*4.7=1.88（m3s）2、渠道加大流量计算： 由公式可得下表：其中 渠道加大流量；渠道加大系数，其值可查表311; 渠道设计流量。流量单位：m3s 各渠道段加大流量 干渠渠道段设计毛流量加大系数J加大后流量CD1.791.29 2.31BC3.561.274.52AB3.741.274.75OA4.701.265.92

21、四支渠1.701.292.19三、灌溉渠道横断面设计 渠道断面设计除满足渠道输水、配水要求外，还应满足渠床稳定条件。纵向稳定要求不冲不淤，平面稳定要求水流不发生左右摇摆。1、支渠四横断面设计支渠采用U型断面，它接近水力最优断面，具有防渗效果好，抗冻膨性能高，输水性能较为理想，挟沙能力强，节省工地，省工省料，坚固耐用等特点。 U型断面示意图如下图所示，下部为半圆形，上部为稍向外倾斜的直线段。直线段下切于半圆，外倾角 ，随渠槽加深而增大。较大的U渠道则采用较宽浅的断面，深宽比H/B=0.650.75，较小的U型渠道则宜窄深一点，深宽比可增大到HB=1.0。现取外倾角，HB=0.7。因为其加大流量为

22、2.19（m3s），于是据表319查得 ，D=0.42m。U型渠道的衬砌超高；D渠堤超高。（1）、确定渠道比降i，渠床糙率系数n。初选支渠渠道比降i=15000，初选n=0.018。（2）、确定圆弧以上的水深h2。 圆弧以上水深h2和圆弧半径r有如下经验关系： 。直线段外倾角为时的系数；为0时的系数用N0表示。查表3-21，则当时，N0=0.275，则 。（3）、求圆弧的半径r。将已知的有关数值代入明渠均匀流的基本公式，就可得圆弧的半径计算式。（公式3-38） =0.89*=0.89*1.22=1.08m （4）、求渠道水深。 由公式（3-40） 可得：h=(0.45+1-sin10)r=1.

23、276r=1.38m（5）、过水断面面积计算。 由公式（3-41）可知 则 =2.145=2.5 查表320可得U型断面的湿周P的计算式如下：=3.705r=4m；则因为水力半径R=，故，=0.62m因为题设H=0.7B，则由表中公式：联立解得：，(6)、渠道断面稳定分析。、渠道的不冲流速（）：查表325可得，当采用混凝土护面现场浇筑时，不冲流速8m/s、渠道不淤流速（）: 由不淤流速经验公式（3-47）得 ，式中：不淤流速系数，见表3-26；Q渠道设计流量。因为Q5（m3s）,故=0.4，所以=0.4*1.3=0.52（m3s）。为维持渠床稳定，渠道通过设计流量时的平均流速（设计流速）应满足

24、 故有：0.5220m,满足灌排要求。向上推算，因为理论推算高程为29.4m，小于AA断面处河底的实际高程（30m），能满足自流灌溉条件，故说明所选渠底比降i是合适的。（2）、渠道纵断面图的绘制。按照渠道纵断面的设计要求绘制干渠的纵断面图（见附图）。五、斗农渠横断面设计： 将第四支渠定为典型支渠，是因为各支渠所属斗渠，农渠控制面积相近，且流量都比较小，所以实际施工中，斗农渠横断面可按典型支渠所属斗、农渠统一取值。（1）农渠断面设计： 农渠拟取U形断面，n=0.025,考虑到土的膨压，U形断面可取向两侧斜10，拟取h=2rX=r+=7.2r, A=+2rh+ sin=6.27R=0.87r, C

25、=Q=AC=6.27*=0.16 m3s解得：r=0.24m,h=0.48m(1) 斗渠横断面设计：斗渠采用浆砌石护面，n=0.025,因斗渠沿等高线，斗渠的渠底较缓，可取i=1/5000,Q=0.659 m3sQ=6.27*=0.52m3s解得r=0.50m,h=1.0m第四章 计算渠道土方量渠道土方量应分段按挖方，填方分别计算，对于支渠和干渠，其横断面为梯形，计算横断面面积。由于渠道过水断面和渠道沿线地面的相对位置不同，渠道断面有挖方断面，填方断面和半挖半填断面三种形式。其计算步骤如下：1挖方渠道，中心桩处挖深=渠深A=H(D+H)+D+2b+2h+(-H)(-H)式中：A：挖方渠道横断面

26、积（） H：渠深（m）D：顶宽（m）：挖深（m） b：渠底宽度（m）,：渠道边坡与二台以上边坡系数2.填方渠道：A=（H+）2b+D+2H+(H+)-H(D+H) 式中：填方高度（m） ：填方外坡的边坡系数3.半挖半填渠道： =(D+) =2b+(H-)(H-)干渠基本沿等高线布置，地面高程变化不大，从地面高程变化的两点中取其中间点，做其剖视图，可视为前后变化的平均断面，所得断面基本都为半挖半填渠道（见绘图纸）取其内边坡系数=1.5，外边坡系数=1.0渠道纵断面计算成果表桩号地面高程渠顶高程（m）渠底高程(m)挖深(m)填高H-(m)渠底宽度b(m)堤顶宽度D(m)(m)(m)( )()距离L

27、(m)挖方量()填方量()0+00029.9630.7628.661.30.80.901.921.51.05.0313.360002+75028.4829.3827281.20.90.901.921.51.04.4644.0527501227611137.54+25027.3328.6326.531.01.10.901.921.51.03.275.611500490584155+50026.8127.8425.910.91.030.821.791.51.02.8266.14912503532.57686.258+00025.7626.524.661.10.830.821.791.51.03.7843.4279250094608569.759+50024.7125.8123.910.81.10.821.761.51.02.3685.43415003579815112+25023.5424.4422.541.00.50.811.761.51.04.891.56275013447.5429014+50022.7123.3121.411.10.450.651.441.51.03.3991.192522507647.752683.125合计54847.7550932.63