農(nóng)水專業(yè)灌溉排水工程學(xué)課程設(shè)計說明書

1、農(nóng)水專業(yè)澆灌排水工程學(xué)課程設(shè)計說明書農(nóng)水專業(yè)澆灌排水工程學(xué)課程設(shè)計說明書15/15農(nóng)水專業(yè)澆灌排水工程學(xué)課程設(shè)計說明書*灌區(qū)澆灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計說明書目錄第一章灌區(qū)基本資料31、大體32、氣象33、栽種計劃34、土壤4第二章澆灌制度及注水率確實定51、據(jù)基本資料用水量均衡法制定小麥、玉米的澆灌制度52、由澆灌制度確立注水率9第三章渠道設(shè)計121、灌區(qū)澆灌渠道系統(tǒng)的部署122、澆灌渠道系統(tǒng)設(shè)計123、澆灌渠道橫斷面設(shè)計154、干渠的縱斷面設(shè)計19第四章計算渠道土方量-211、計算挖方量212、計算填方量22附圖A小麥澆灌制度設(shè)計圖附圖B玉米澆灌制度設(shè)計圖附圖C灌區(qū)渠系部署表示圖第一章灌區(qū)基本資料一、

2、大體馬清河灌區(qū)位于界榮山以南，馬清河以北，（20m等高線以下的）總面積約12萬畝。年均勻氣溫16.5，多年均勻蒸發(fā)量1265mm，多年均勻降水量101.2mm。降雨年內(nèi)分派極不均勻，農(nóng)作物生產(chǎn)時期的降雨量見表1，其地形見附圖。灌區(qū)人口總數(shù)約8萬，勞動力1.9萬。申溪以西屬興隆鄉(xiāng)，以東屬大勝鄉(xiāng)。土地利用率80%。依據(jù)農(nóng)業(yè)規(guī)劃，界榮山上以林、牧、副業(yè)為主，馬頭山以林為主，20m等高線以下則以大田作物為主，栽種小麥、玉米、雜糧等作物。灌區(qū)上游土質(zhì)屬中壤，下游龍尾河一帶屬輕砂壤土。地下水埋深一般為45m，土壤及地下水的PH值屬中性，無鹽堿化威迫。界榮山、龍尾山屬土質(zhì)丘陵，表土屬中粘壤土，地表56m以下

3、為巖層，申溪及吳家溝等溝溪有巖石露頭，馬頭山陳村以南至馬清河畔巖石遍及地表。吳家溝等溪溝縱坡較大，下切較深，一般為78m，上游寬5060m，下游寬7990m，遇暴雨時易暴發(fā)洪水。近來幾年來，已在各溝、溪上游修筑多處小型水庫，山洪已基本獲得控制，對灌區(qū)無威迫。馬清河灌區(qū)為馬清河流域規(guī)劃構(gòu)成部分。依據(jù)規(guī)劃要求，已在興隆峪上游20km處建大型水庫一座，壩頂高程50.2m，正常水位43.0，興利庫容1.2108383m，總庫容2.310m。馬清河灌區(qū)擬在該水庫下游AA斷面處修筑攔河式取水樞紐，引取水庫發(fā)電尾水進行澆灌。AA斷面處河底高程30m，砂、卵石覆蓋層厚2.5m，下為基巖，河流比降1100，河底

4、寬82m，河面寬120m。水庫所供之水水質(zhì)優(yōu)秀，含沙量極微，水量亦能完全知足灌區(qū)用水要求。二、氣象依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳举Y料，設(shè)計的中等干旱年（相當(dāng)于1972年）農(nóng)作物生長久間旬降雨量見表1。表1馬清河灌區(qū)降雨量統(tǒng)計表（設(shè)計年）月3456789降雨下上中下上中下上中下上中下上中下上中下量m7.10.6.22.112.19.20.10.12.1m55355917598三、栽種計劃灌區(qū)以栽種小麥、玉米為主，兼有少許豆類作物，復(fù)種指數(shù)為1，各樣作物栽種比率見表2。表作物栽種比率作物小麥玉米豆類栽種比率（）553015依據(jù)該地域澆灌實驗站觀察資料，設(shè)計年（1972）小麥、玉米的基本觀察數(shù)據(jù)如表、。表3小麥試驗

5、觀察資料日期2196961971929生育期播種拔節(jié)拔節(jié)抽穗抽穗乳熟乳熟成熟模比系數(shù)28.330.828.112.8計劃潤濕層0.50.60.70.8備注小麥計劃產(chǎn)量畝，需水系數(shù).表玉門試驗觀察資料生育期苗期拔節(jié)大喇叭口吐絲成熟日期15417618667772672791016模比系數(shù)1525102030計劃潤濕層0.60.60.70.80.9備注玉米計劃產(chǎn)量畝，需水系數(shù).。四、土壤土壤質(zhì)地為輕壤土，容重.，田間持水量；土壤含水率上限占田間持水率的；含水率下限占田間持水率。地下水埋深，全生育期地下水補給量按畝計；小麥播種時，初始土壤含水率按計。第二章澆灌制度及注水率確實定一、據(jù)基本資料用水量均

6、衡法制定小麥、玉米的澆灌制度（一）、計算田間總需水量。用以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法（K值法）計算田間總需水量E。E=KY米3畝式中：Y計劃產(chǎn)量，小麥y1=500kg畝，玉米y2=600kg畝，K需水系數(shù)，小麥k1=0.45m3/kg，玉米k2=0.38m3/kg則E1=k1y1=0.45500=225米3畝，E2=k2y2=0.38600=228米3畝。（二）、計算各生育期階段田間需水量積累曲線縱坐標(biāo)：依據(jù)所給各生育期階段需水量模比系數(shù)積累值（ki）計算各生育階段需水量積累值，即Ei=kiE如幼苗期小麥需水量積累值為E幼苗=k幼苗E=k幼苗1E1，則對小麥有：E幼苗1=28.3%225=63.6

7、75米3畝，對玉米有：E幼苗2=15%228=34.2米3畝，余者類推。計算結(jié)果見計算成就表第10行。（三）、計算浸透土壤內(nèi)的降雨量積累曲線。將所給之浸透土壤內(nèi)的降雨量加以整理，此中旬降雨量小于5mm者略而不計，將其換算成米3畝（1mm=0.667m3畝），并逐旬積累得計算結(jié)果以下表。月三四五六月七八月九月月月月月日期旬下中上上下中上下上中下浸透土壤內(nèi)的毫米7.510.56.322.51512.919.05.20.710.512.918降雨量P0米35.07.04.215.010.08.612.713.87.08.612.0畝P0積累值5.012.049.862.576.383.391.910

8、3.9（四）、計算計劃潤濕層加深所增添的水量及積累值：用公式WT0.0667(H2H1)A1。因為進行了播前灌，式中可取其等于田。假如拔節(jié)期小麥由H1=0.5增至H2=0.6米，則WT10.0667(0.60.5)100米1.34畝。2余者3類推，2計1算.結(jié)8果見4計算成就表之第11行，其積累值見同表第12行。（五）、計算計劃潤濕層適合含水量上、下限：由公式Wmax0.0667H100max，Wmin0.0667H100min，式中：max取其等于田間持水量的95%，即max95%23%，21min.取8其5等于%田間持水量的50%，即min50%23%11.5%，則Wmax0.0667H1

9、00204.04H，Wmin0.0667H100107.387H，按此公式計算得不同樣H狀況下的Wmax及Wmin，見計算成就表中第7及第8列。（六）、地下水補給量積累值的計算因為該灌區(qū)地下水埋深為45m，故必然考慮地下水補給量。全生育期地下水補給量可按45米3畝來計算，則我們可以先計算作物的總生育期時間。以小麥為例進行計算，大體地有下表：生育階段日期天數(shù)該階段地下水補地下水補給量累（起止）給量（m3畝）積值K（m3畝）播種拔節(jié)2132056020.7720.77拔節(jié)抽穗20596206.9227.69抽穗乳熟961974013.8541.54乳熟成熟197297103.4645第二行第三列的

10、計算公式為456020.77，余者類推。將K值填入計算成就表中第13列。60204010同理可得玉米的地下水補給量積累值，計算結(jié)果見計算成就表。（七）、計算播前注水定額：按下式計算，M10.0667H100(max）播前，則對小麥有M10.0667H100(max播前）0.81001.4(21.85）米3畝，=0.066719=21.3玉米M10.0667H100(max）米3畝播前1001.4(21.8519=23.95小麥在3月21日播種，據(jù)經(jīng)驗播種時使土壤含水率為65%75%時出苗最好，故播前灌的日期可在3月10日左右進行，以使表層土壤含水率在播種時降到適合出苗的含水率。如假定注水后到播

11、種時土壤表層（0.5m）的含水率降落了10%，則播種時土壤含水率0=90%max=0.921.85%=19.67%，此時土壤計劃潤濕層相應(yīng)的儲水量W00.0667H1000=0.06670.51001.419.67=91.84，此W0即為進行澆灌制度設(shè)計時，計算計劃潤濕層儲水量變化曲線之起算點。同理可算得玉米的起算點W00.0667H1000=0.06670.61001.419.67=110.21米3畝。（八）、計算成就表小麥計算成就表地計劃潤濕層加3下（EWTK）最適含水量（m3水日期（日最適含水率需水量深所增水量（m3補生月）計劃濕（%）畝）畝積累值）給畝）量（米3畝）育潤層深（階度米段（

12、米）數(shù)需需水量上下上下水積累值階段積累起止累限限限限積模3值值比值（m系畝）1234567891011121314播種21200.521.8511.5102.0253.6928.363.6750020.7742.91拔35節(jié)拔節(jié)2090.621.8511.5122.4264.4359.1132.9821.4821.4827.6983.81抽56穗抽穗9190.721.8511.5142.8375.1787.2196.221.4842.9641.54111.7乳67熟乳熟19290.821.8511.5163.2385.9110022521.4864.4445115.56成77熟玉米計算成就表3

13、計劃潤濕層加地日期（日最適含水率最適含水量（m下需水量深所增水量水生月）計劃濕（%）畝）（m3畝）補（EWTK）育潤層深給量階度（積累值段（米）需水量米（米3畝）數(shù)需3上下上下水積累值階段積累累畝起止模限限限限積3值值）比值（m系畝）1234567891011121314苗15170.621.8511.5122.4264.431534.2001816.2期46拔1860.621.8511.5122.4264.434091.2002467.2節(jié)67大726喇0.721.8511.5142.8375.175011421.4821.483062.52叭77口吐2790.821.8511.5163.2

14、385.9170159.621.4842.963383.64絲781016成0.921.8511.5183.6396.6510022845118.56熟98（九）、用圖解分析法確立澆灌制度取方格紙，定其縱坐標(biāo)代表水量（需水量、降水量、儲水量等），橫坐標(biāo)代表時間，將圖紙分紅兩半，上半部自橫軸向上起算繪入水量均衡的收入因素（P0，WT）的積累曲線及支出因素（E）的積累曲線。此中P0積累曲線為階梯狀，應(yīng)注意將每旬兩量繪于旬末；E及WT積累曲線為漸變折線，亦將該線折點繪于該生育階段末。K值積累曲線為過坐標(biāo)原點的直線。為簡化圖解時計算手續(xù)，可將E與WT、K相減得（E-K-WT）曲線。圖紙之下半部自橫軸向

15、下算起，繪入Wmin曲線及Wmax曲線，二曲線之間即為計劃潤濕層土壤含水量變化之適合范圍。以播種時計劃潤濕層土壤含水量W0為起算點。土壤含水量因（E-K-WT）之耗費而降低，可自W0點繪制平行于（E-K-WT）曲線。土壤含水量因P0的加入而增添，可于相應(yīng)時間繪制與該時間P0等長之直線，如此連續(xù)下去即可繪出計劃潤濕層天然狀況下土壤儲水量變化曲線。如天然儲水量變化曲線因支出過多而湊近Wmin，且有向低于Wmin的范圍發(fā)展之趨向時，即應(yīng)注水。注水后不該使儲水量超出Wmax。注水量亦可像降雨量同樣，以直線段繪于圖上。查圖可知，在5月24日應(yīng)給小麥注水50米3畝，7月15日給小麥注水55米3畝，8月2日

16、給玉米注水73米3畝。如降雨量過大，使計劃潤濕層儲水量超出Wmax時，其超出部分即為入滲深層土壤的無效降雨量，這部分水量不可以被作物汲取利用，不再參加水量均衡計算。在連續(xù)繪制土壤儲水量變化曲線時，則自該線與Wmax線的交點起繪。按此方法連續(xù)繪制計劃潤濕層土壤含水量變化曲線，直至生育期末。生育期末土壤含水量即為W末。其澆灌制度設(shè)計圖見附圖1、2。依據(jù)計算及圖解則可得出播前及生育期澆灌制度以下表。小麥澆灌制度注水序次注水日期注水定額（m3畝）播前澆灌M103月10日21.3生育期澆灌M2Mi15月24日5027月15日55玉米澆灌制度注水序次注水日期注水定額（m3畝）播前澆灌M104月5日23.9

17、5生育期澆灌M2=Mi18月2日73二、由澆灌制度確立注水率灌區(qū)內(nèi)栽種有各樣作物，某一種作物i的栽種面積的百分?jǐn)?shù)為i，各次注水定額分別為mki（k=1，2，3）3Tki(k=1，2，3)日夜內(nèi)完成，則各次注水率為：（m畝），要求各次注水在qk.di，Tki，mki分別為第i種作物第k次注水的注水率，注水連續(xù)時間（d），注水定額（m3畝。對小麥的第0次注水率計算以下：q1.d11m110.5521.30.00136，余者類推。初步的注水率計算86410864T11結(jié)果以下表所示：注水率計算（初步）作物所占面注水次注水定額注水時間（日月）注水連續(xù)注水率（m3s100作物（m3積（%）數(shù)始終中間日時

18、間（d）畝）畝）021.3103193153100.00136小麥5515024526295100.00318255157247207100.00350023.9554144104100.000803玉米30732811878100.00253關(guān)于灌區(qū)的規(guī)劃設(shè)計而言，為了確立設(shè)計注水率以計算渠首引水流量或澆灌渠道設(shè)計流量，必然繪制出注水率圖。從圖可見，因為各時期作物需水量因天氣等多因素的影響相差懸殊，因此各時期的注水率差別較大，不利于管理。為此必然對初步算得的注水率圖進行必需的修正，盡可能除去注水率頂峰和短期停水現(xiàn)象。修正后的注水率計算成就見下表：注水率計算（改正）作物所注水定注水時間（日月）

19、注水延注水率注水次（m3作物占面積額（m3續(xù)時間數(shù)始終中間日s100（%）畝）（d）畝）021.310315313360.00227小麥5515024546305120.00265255147257207120.00292玉米30023.9554847440.002081732811878100.00253第三章渠道設(shè)計一、灌區(qū)澆灌渠道系統(tǒng)的部署（以以下列圖）干渠取水口設(shè)在大型水庫下游AA斷面處，引取水庫發(fā)電尾水進行澆灌。在穿過馬頭山時，選擇隧洞過水，此后沿22m等高線部署。在溪溝或許道路處時，采納渡槽引水方式，并且干渠盡量防范穿過鄉(xiāng)村。支渠沿干渠一側(cè)引出，盡可能沿道路部署，以方便管理，并且少

20、占耕地。依據(jù)灌區(qū)實質(zhì)狀況，部署四條支渠，此中支渠一、三為一側(cè)出水，二、四為兩側(cè)出水。支渠以下布設(shè)斗渠，斗渠下部署農(nóng)渠，詳細(xì)見表示圖。二、澆灌渠道系統(tǒng)設(shè)計據(jù)表示圖及所示比率尺可得以下資料：支渠長度及澆灌面積渠別一支二支三支四支共計長度（km）3.44.44.78.621.1澆灌面積（百畝）1603601805001200由前修正后的注水率圖可確立設(shè)計注水模數(shù)qd0.00292m3s百畝。（一）、推求典型支渠（四支渠）及所屬斗農(nóng)渠的設(shè)計流量1、計算農(nóng)渠設(shè)計流量：Q四支凈A四支qd=500.00.00292=1.463四支渠的田間凈流量為（ms），澆灌形式斗渠分兩組輪灌，同時工作的斗渠有4條；而農(nóng)渠

21、分三個輪灌組，同時工作的農(nóng)渠有3條，則農(nóng)渠的田間凈流量為：Q四支凈1.46Q農(nóng)田凈=0.122nk433ms）取田間水利用系數(shù)f=0.90，則農(nóng)渠的凈流量為：Q農(nóng)田凈0.1223Q農(nóng)凈=0.135（ms）f0.90灌區(qū)土壤屬輕壤土，由表3-6中查得相應(yīng)的土壤透水性系數(shù)：A=2.65，m=0.45。據(jù)此可計算農(nóng)渠每千米輸水損失系數(shù)：農(nóng)渠的毛流量或設(shè)計流量為：（農(nóng)L農(nóng)）（）0.1381001003ms）2、設(shè)計斗渠的流量。因為一條斗渠內(nèi)同時工作的農(nóng)渠有3條，因此斗渠的凈流量等于3條農(nóng)渠的毛流量之和：Q斗凈=3Q農(nóng)毛=30.138=0.4133（ms）農(nóng)渠分三組輪灌，各組要求斗渠供應(yīng)的凈流量相等?？?/p>

22、是，第三輪組距斗渠進水口較遠(yuǎn)，輸水損失量好多，據(jù)此可求得的斗渠毛流量較大。因此，以第三輪灌組注水時需要的斗渠毛流量作為斗渠的設(shè)計流量。斗渠的均勻工作長度：L斗=2.3km。斗渠每千米輸水損失系數(shù)為：斗=A=2.65=3.95m0.45Q斗凈0.413斗渠的毛流量或設(shè)計流量為：（斗L斗）（）0.450=0.4131+=1001003ms）3、計算四支渠的設(shè)計流量。斗渠分兩組輪灌，以第二輪灌組要求的支渠毛流量作為支渠的設(shè)計流量。支渠的均勻工作長度：L支=8.6km。支渠的凈流量為：Q四支凈=4Q斗毛=430.450=1.8（ms）支渠每千米輸水損失系數(shù)為：四支=A=2.65=2.03m0.45Q四

23、支凈1.8支渠的毛流量為：（四支L四支）（）2.11Q=Q1+=1.81+=1001003ms）（二）、計算四支渠的澆注水利用系數(shù)（三）、計算一、二、三支渠的設(shè)計流量。1、計算一、二、三支渠的田間凈流量：3Q一支田凈=1600.00292=0.467（ms）3Q二支田凈=3600.00292=1.051（ms）3Q三支田凈=1800.00292=0.526（ms）2、計算一、二、三支渠的設(shè)計流量：以典型支渠（四支渠）的澆注水利用系數(shù)作為擴大指標(biāo)，用來計算其余支渠的設(shè)計流量。Q一支田凈Q一支毛=四支水Q二支田凈Q二支毛=四支水Q三支田凈Q三支毛=四支水0.467=0.691.051=0.690.

24、526=0.693=0.68（ms）3=1.52（ms）3=0.76（ms）（四）、推求干渠各段的設(shè)計流量。1、BC段的設(shè)計流量：LBC=4.0km3QBC凈=Q四支毛+Q三支毛=2.11+0.76=2.87（ms）毛（BCLBC）（）3.063（ms）QBC=QBC凈1+100=2.871+100=3、AB的設(shè)計流量：LAB=3.5km3QAB凈=QBC毛+Q二支毛=3.06+1.28=4.34（ms）（ABLAB）（）4.54Q=Q1+=3.8581+=1001003ms）4、OA段的設(shè)計流量：LOA=3.8km3QOA凈=QAB毛+Q一支毛=4.54+0.57=5.11（ms）OALOA

25、1.273.83（）（）（ms）QOA毛=QOA凈1+100=4.5371+100=5.36整個渠道的澆注水利用系數(shù)：（五）、渠道最小流量和加大流量的計算。1、渠道最小流量的計算：為保證對下級渠道正常供水，對該灌區(qū)可將渠道最小流量取成渠道設(shè)計流量的40%，則Qmin=0.435.11=2.044（ms）2、渠道加大流量計算：由公式Qj=JQd可得下表：此中Qj渠道加大流量；J渠道加大系數(shù)，其值可查表311;Qd渠道設(shè)計流量。流量單位：3ms干渠各渠道段加大流量干渠渠道段設(shè)計毛流量加大系數(shù)J加大后流量最后加大設(shè)計流量值BC3.061.273.8863.9AB4.541.265.7205.7OA5

26、.361.256.716.7三、澆灌渠道橫斷面設(shè)計渠道斷面設(shè)計除知足渠道輸水、配水要求外，還應(yīng)知足渠床牢固條件?？v向牢固要求不沖不淤，平面牢固要求水流不發(fā)生左右搖晃。1、支渠四橫斷面設(shè)計支渠采納U型斷面，它湊近水力最優(yōu)斷面，擁有防滲見效好，抗凍膨性能高，輸水性能較為理想，挾沙能力強，節(jié)儉工地，省工省料，牢固耐用等特色。型斷面表示圖以以下列圖所示，下部為半圓形，上部為稍向外傾斜的直線段。直線段下切于半圓，外傾角=52，隨渠槽加深而增大。較大的U渠道則采納較寬淺的斷面，深寬比H/B=0.650.75，較小的U0型渠道則宜窄深一點，深寬比可增大到HB=1.0?，F(xiàn)取外傾角=10，HB=0.7。因為其加

27、大流量為3319查得0.22m，2.7（ms），于是據(jù)表D=0.42m。U型渠道的襯砌超高；D渠堤超高。（1）、確立渠道比降i，渠床糙率系數(shù)n。地面坡降約為11100，初選支渠渠道比降i=13000，參照表313中的數(shù)值，初選n=0.020。（2）、確立圓弧以上的水深h2。圓弧以上水深h2和圓弧半徑r有以下經(jīng)驗關(guān)系：h2Nr。N直線段外傾角為時的系數(shù)；為0時的系數(shù)用N0表示。查表3-21，則當(dāng)10時，N0=0.275，則NN0+sin=0.275+sin10=0.45。3）、求圓弧的半徑r。將已知的相關(guān)數(shù)值代入明渠均勻流的基本公式，即可得圓弧的半徑計算式。（公式3-38）0.89Q0.3750

28、.3751.178m（4）、求渠道水深。由公式（3-40）hh1h2h2r(1sin)r(N1sin)可得：h(0.451sin10)r1.276r1.50m（5）、過水?dāng)嗝婷娣e計算。由公式（3-41）可知Ar2（1-）-sin2+h（22rcos+h2tg）290則r23.14（10）-sin（210）（rcos10+0.45rtg10）902=2.145r2=2.976m2查表320可得U型斷面的濕周P的計算式以下：（）2h2=3.705r=3.7051.178=4.364m；則因為水力半徑R=A，故，cosP902.145r21.178=0.682mR=0.5789r=0.57893.7

29、05r因為題設(shè)H=0.7B，則由表中公式：B=2rcos+H-r1-sintg聯(lián)立解得：B=2.23r，H=0.7B=0.72.23r=1.563r、渠道斷面牢固分析。、渠道的不沖流速（Vcs）：查表325可得，當(dāng)采納混凝土護面現(xiàn)場澆筑時，不沖流速8m3/s、渠道不淤流速（Vcd）:由不淤流速經(jīng)驗公式（3-47）得Vcd=C0Q0.5，式中：C0不淤流速系數(shù)，見表3-26；Q渠道設(shè)計流量。3=0.4，因此Vcd=C0Q0.5=0.42.110.5=0.581因為QHC三進，故知足水位要求。同理可推得B、A、O的水位，以下表所示：CBAO20.3m22.0m23.4m28.8m19.8m21.2m22.4m取水口AA斷面高程為，水位推H進能否大于H進是是是算湊近，故滿足因為理論計算高程為28.8m，小于AA斷面處河底的實質(zhì)高程（30m），能知足自流澆灌條件，故說明所選渠底比降i是適合的。2）、渠道縱斷面圖的繪制。渠道縱斷面圖按以下步驟繪制:、繪制地面高程線。在方格紙上成立直角坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示樁號，縱坐標(biāo)表示高程。依據(jù)渠道中心線的水平丈量成就（樁號和地面高程）按必然的比率點繪出地面高程線。