農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計報告

Q灌區(qū)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計指導(dǎo)書姓名：萬文輝學(xué)號：2012310562班級：水工2班老師：孫飛一、灌區(qū)開發(fā)緣由（一）基本情況灌區(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。氣候溫和，無霜期長，適宜于農(nóng)作物生長。年平均氣溫16.5°C，多年平均蒸發(fā)量1065mm，多年平均降水量1112mm，馬清河灌區(qū)地形圖見附圖。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)。根據(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，種植稻、麥、棉、豆等作物。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4~5m，土壤及地下水的PH值屬中性，無鹽堿化威脅。界榮山、龍尾山等屬土質(zhì)丘陵，表土屬中粘壤土，地表5~6m以下為巖層，申溪及吳家溝等溝溪均有巖石露頭，馬頭山陳村以南至馬清河邊巖石遍布地表。吳家溝等溝溪縱坡較大，下切較深，一般為7~8m，上游寬50?60m，下游寬70~90m，遇暴雨時易暴發(fā)洪水，近年來已在各溝、溪上游修建多處小型水庫，山洪已基本得到控制，對灌區(qū)無威脅。Q灌區(qū)為馬清河流域規(guī)劃的組成部分。根據(jù)規(guī)劃要求，已在興隆峪上游20km處（圖外）建大型水庫一座，壩頂高程50.2m，正常水位43.0m,興利庫容1.2x108m3,總庫容2.3x108m3。馬清河灌區(qū)擬在該水庫下游AA斷面處修建攔河壩式取水樞紐，引取水庫水發(fā)電則利用尾水進行灌溉。A-A斷面處河底高程30m，砂、卵石覆蓋層厚2.5m,下為基巖，河道比降1/100,河底寬82m，河面寬120m。水庫所供之水水質(zhì)良好，含沙量極微，水量亦能完全滿足灌區(qū)用水要求。（二）灌區(qū)開發(fā)的必要性和可行性首先，該灌區(qū)灌溉面積近12萬畝，其種植的作物包括有棉早稻、中稻、雙季稻和棉花，都是相對來說耗水的經(jīng)濟作物，種植比為50：30：50：20。其次，就目前來說，該灌區(qū)位于河流沖擊所形成的平原帶，其正南方有馬清河通過，而在馬清河上游有一興利庫容1.2x108m3,總庫容2.3x108m3的水庫，同時其水源方便、水質(zhì)良好，符合灌溉的條件。最后，在灌區(qū)其現(xiàn)在僅有兩條河流，但是只是小流量河流，并不能滿足灌區(qū)對于水量的需要，因此修建渠道十分必要。二、灌溉渠系與渠系建筑物規(guī)劃布置（一） 水源與取水口選擇以馬清河為灌溉水源，同時采用無壩取水的方式進行，而取水口選擇在A-A斷面，其不僅水源方便、渠道距離短，同時灌區(qū)處于高程小于20m的區(qū)域,而若從馬清河的河道取水，其路途不僅長，而且其位于低洼處，不能夠在節(jié)約工程的前提下進行經(jīng)濟的引水，同時在沿河道周圍巖石遍地，對于渠道的修建來說工程量大。而在水庫斷面進行取水不僅能夠滿足取水高程的要求，同時在路程上來說也是較短的。（二） 各級渠道布置1、 干渠干渠的布置是從取水處起，沿等高線向下直到等高線為20m處左右，貫穿整個灌區(qū)范圍，總長度為17.7km，具體情況見圖1.2、 支渠支渠的布置以滿足灌區(qū)的需水要求為大前提，同時由于灌區(qū)歸屬于兩個不同的權(quán)屬單位，因此要避免用水的沖突，不能夠使同一支渠對該兩權(quán)屬單位進行灌溉，要分別的進行布置。而該灌區(qū)中又包含有河流為兩山夾一槽的地形，故為了能夠滿足灌排的需要，可以使支渠遠離河流，布置了四條支渠，長度分別為4km、5.3km、6.9km、7.0km，其將灌溉區(qū)域劃分為四個區(qū)域，分別的面積為2.04萬畝、2.89萬畝、3.41萬畝、3.78萬畝，將干渠分為四段，各自的長度分別為3.05km、6.57km、4.83km、3.25km，具體的布置情況見圖1.3、 斗渠由于灌區(qū)相對來說比較平緩，因此斗渠沿等高線布置，設(shè)計的為典型斗渠，其斗渠均長為4km,間距為737m，一支渠包括有八條斗渠。具體見圖1.4、 農(nóng)渠典型農(nóng)渠的設(shè)計為每條斗渠包括20條農(nóng)渠，農(nóng)渠長度為715m，間距為200m，具體的布置見圖1.（三）渠系建筑物布置由于取水處夠高，故可以不用設(shè)置節(jié)制閘，但是采用的是有壩取水，故要求有進水閘，而在干渠的渠首段其需要經(jīng)過山丘然后走向下游，故可以采用涵洞或者是跌水。在每條支渠的進水口還需要設(shè)置分水口，干渠要經(jīng)過河流，故需要在其上設(shè)置渡槽，每級渠道也需要設(shè)置退水渠。三、計算渠道設(shè)計流量（一） 確定工作制度干支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)渠輪灌（各分兩組，即10條農(nóng)渠，4條斗渠）（二） 計算典型支渠設(shè)計流量首先確定該灌區(qū)的棉花和早稻的灌溉制度。棉花的田間耗水量等于其田間需水量，而對于干旱作物采用K值法求解其整個生育期的需水量，再運用模比系數(shù)求取每個生育階段的需水量。運用水量平衡法求取其灌水量，具體的求解方法及求解過程見表1。棉花設(shè)計灌溉制度計算表表1生育階段幼苗期(21/416/6)現(xiàn)蕾期(21/4-16/6)開花結(jié)鈴期（17/6-28/7）吐絮期(27/8-6/11)全生育期（21/4-6/11）計劃產(chǎn)量（kg/畝）120需水系數(shù)（m3/kg）2.67土壤最大含水率（％）88.000土壤最小含水61.600

率（％）全生育期畜水量（m3/畝）320.4n0.480計劃濕潤層深（m）0.4-0.50.5-0.60.6-0.70.700Wmax（m3/畝）140.870169.044197.219197.219Wmin（m3/畝）78.88798.609118.331138.053模比系數(shù)（％）18.00030.00024.00028.000100.000階段需水量（m3/畝）57.67296.12076.89689.712320.400k/et（%）10202225K（m3/畝）5.76719.22416.91722.428Wr（m3/畝）21.13124.01226.8930.000P（m3/畝）054.40040.8008.29330.311W（m3/畝）0102.000期末土層儲水量（m3/畝）125.626113.54288.750111.777灌水量（m3/畝）0060.00060.000灌水后土壤含水量（m3/畝）00148.750171.777（1） 棉花全生育期的需水量已丁總=K*YK-----2.67m3/kg Y----計劃產(chǎn)量120kg/m3（2） 各生育階段的需水量已丁=模比系數(shù)*ET總（3） Wt=667*n*0平均*△h,求取各階段隨著計劃濕層增加而增加的儲水量。（4） 地下水補給K=ET*補給系數(shù)（5） P0=a*P，其中a取0.2-0.3,P為個生育期的降雨量（6） 計算土層允許的儲水上限值和下限值Wmax=667*n*H*8maxWmin=667*n*H*8min（7） 再運用公式H0+P0+K+Wt-ET，當結(jié)果介于Wmax和Wmin之間時，無需灌水，但是當結(jié)果小于Wmin時便需要灌水，同時取每一階段的中間日期灌水，具體的灌溉制度見表2.棉花設(shè)計灌溉制度表2

灌水次序灌水時間（日/月）灌水定額（m3/畝）18月15日6029月30日60匯總灌溉定額100早稻灌溉制度的確定，首先來說早稻的需水量+田間深層滲漏量=田間耗水量，需水量ET=該階段模比系數(shù)*該階段的蒸發(fā)量，田間深層滲漏量=該階段滲透強度*該階段生長天數(shù)，然后遵循當田間淹灌水層深度H=HO+PO-ET大于最大蓄水深度Hp時要排水，排水量Ah=H-Hp；反之當H=H0+P0-ET小于適宜的最小淹沒層深度Hmin時則需要灌水，而灌水量m需滿足max（m+H）WHmax（適宜的最大淹沒層深度），同時由于其黃熟期為自然干落，故不考慮其耗水，只考慮黃熟期之前的水量平衡，具體的求解過程見表3.早稻生育期灌溉制度計算表表3日期月日生育期設(shè)計淹灌水層逐日耗水量逐日降雨量淹灌水層變化灌水量排水量⑴(2)⑶⑷(5)⑹(&)⑻42410.00252627282930復(fù)苗期10-30-5025.9020.0021.8017.701.5015.1011.004.1026.9020.005122.80

23418.703.4018.0092.0050.0055.90567891011121314分蘗前10-40-801.2046.707.9050.1028.5074.1069.6065.1060.602.5058.606.4060.504.5056.0051.50151617181920212223242526分蘗后20-50-9146.306.0047.1024.5066.4085.7080.5075.3070.1010.6075.5010.7081.005.2075.8070.6065.40

27282930311.1061.303.7059.8054.6049.4044.206139.002345678910111213141516孕穗20-50-10017.4048.501.9042.5034.607.9026.7048.8030.0040.9033.0025.1047.2030.0039.3031.4023.501.9047.5030.0039.6031.70171819202抽穗20-50-917.2024.5047.3030.0040.1032.9025.70

122232425262728293049.2067.7060.5035.4088.7081.501.5075.8068.6061.4054.2047.0071234567891011乳熟10-40-5041.0035.0029.0023.0017.006.0011.0035.0030.0029.0023.0017.0011.001213141516黃熟濕潤4.8010.004.10

17181920校核：H+ZP-Zd+Zm-ZWC=H始 末10+307.3-55.9+190-440.40=11.00與7月11日的淹沒水層的深度相等，計算無誤。早稻的灌溉制度見表4早稻設(shè)計灌溉制度表表4灌水次序灌水時間（日/月）灌水定額mm（m3/畝）14月25日2013.33324月30日2013.33336月6日3020.00046月10日3020.00056月14日3020.00066月18日3020.00077月7日3020.000匯總灌溉定額190126.667（注lmm=2/3m3/畝）然后結(jié)合其他作物的灌水制度及灌水、泡田的延續(xù)時間進行灌水率圖的繪制和修正，具體的繪制、修正過程和結(jié)果見下表和圖。灌區(qū)初步的灌水率表5作物作物所占面灌水灌水定額灌水灌水延續(xù)時灌水率（m3/積（％）次數(shù)（m3/畝）時間間（d）（S.萬由）棉花201608月15日60.231棉花2609月30日60.231

雙季晚稻501（泡田）707月19日60.675雙季晚稻2157月27日40.217雙季晚稻3258月1日50.289雙季晚稻4208月7日50.231雙季晚稻5258月12日50.289雙季晚稻6308月23日50.347雙季晚稻7308月27日50.347雙季晚稻8308月31日50.347雙季晚稻9309月6日50.347雙季晚稻10309月12日50.347雙季晚稻11309月19日50.347雙季晚稻12209月30日50.231早稻50113.3334月25日30.257早稻213.3334月30日30.257早稻320.0006月6日40.289早稻420.0006月10日40.289早稻520.0006月14日40.289早稻620.0006月18日40.289早稻720.0007月7日40.289中稻301（泡田）755月7日100.260中稻2255月26日40.217中稻3256月440.217

日中稻4256月10日40.217中稻5306月20日40.260中稻6307月2日40.260中稻7307月8日40.260中稻8307月14日40.260中稻9307月22日40.260中稻10257月29日40.217中稻11208月10日40.174棉花早稻0.8000.7000.6000.5000.4000.3000.8000.7000.6000.5000.4000.3000.2000.1000.000初步灌水率圖1畝萬*6m(^水灌旬中月9旬下中月9旬上月9旬中月8旬下月8旬中上月8旬上月8旬中月7旬下中月7旬下月7旬中上月弘旬上月7旬中月6旬下中月6旬下月6旬上月6旬下月5旬中上月5旬上月5旬下月4旬上月9修正后的灌水表表6作物作物所占面積（％）灌水次數(shù)灌水定額（ms/畝）灌水時間灌水延續(xù)時間（d）灌水率（ms/（s.萬由）

棉花201608月15日50.278棉花2609月30日50.278雙季501（泡707月60.675晚稻田）19日雙季晚稻2157月27日30.289雙季晚稻3258月1日50.289雙季晚稻4208月7日40.289雙季晚稻5258月12日50.289雙季晚稻6308月23日50.347雙季晚稻7308月27日50.347雙季晚稻8308月31日50.347雙季晚稻9309月6日50.347雙季晚稻10309月12日50.347雙季晚稻11309月19日50.347雙季晚稻12209月30日40.289早稻50113.3334月25日30.257早稻213.3334月30日30.257早稻320.0006月6日40.289早稻420.0006月10日40.289早稻520.0006月14日40.289早稻620.0006月18日40.289早稻720.0007月7日40.289中稻301（泡田）755月7日80.326

中稻2255月26日30.289中稻3256月4日30.289中稻4256月10日30.289中稻5306月20日30.347中稻6307月2日30.347中稻7307月8日30.347中稻8307月14日30.347中稻9307月22日40.260中稻10257月29日40.217中稻11208月10日20.347修正后的灌水率圖棉花早稻中稻畝/3m?位單{率水灌0.0000.8000.7000.6000.5000.4000.3000.2000.100畝/3m?位單{率水灌0.0000.8000.7000.6000.5000.4000.3000.2000.100,旬旬旬亠旬旬旬旬旬旬旬亠旬旬旬旬旬亠旬旬旬旬旬旬口上下上中下上下占下中上中下占下中上中下中上占下中C月月月口上月月月口中月月口上月口中月月口上月月月口中月104 5月566月67月7月78月889月91 5 6 7 7 8 9月份利用以上求取的結(jié)果，制定該灌區(qū)的灌水模數(shù)q=0.694m3/（s.萬畝），最小的灌水模數(shù)qmin=0.257m3/（s.萬畝），同時確定每一支渠的控制面積，選取三支渠作為典型支渠，其面積A3=3.41萬畝，長L3=6.9km。計算典型支渠（三支渠）的田間凈流量、農(nóng)渠的設(shè)計流量和斗渠的設(shè)計流量，由于灌區(qū)為中壤土，故進行渠道每公里輸水損失系數(shù)的計算時相應(yīng)的系數(shù)A=1.9,m=0.4?具體的求解過程和結(jié)果如下，包括設(shè)計流量、加大流量和最小流量。Q=A*q(A為該級渠道的控制面積)田間凈流量田間水利用系數(shù)nf=0.92渠道每公里輸水損失系數(shù)O=1.9/100/Qm其中A=1.9m=0.4該段渠道的凈流量而Q=Q/n/k其中n、k為輪灌時支渠和斗渠的分組情況，此時n=4,農(nóng)田凈支天凈k=10Qg=Qn(1+L*O)其中Qg表示該渠道的毛流量即設(shè)計流量，而Qn表示該渠道的凈流量L為最下游一個輪灌組灌水時渠道的平均工作長度km，計算農(nóng)渠毛流量時，可取農(nóng)渠長度的一半進行計算，而其他渠道則為共組中點的距離。n0=q/Qg其表示灌溉水利用系數(shù)1 田間凈流量°—一典型支渠(三支渠)及其所屬斗農(nóng)渠設(shè)計流量設(shè)計流量對應(yīng)的計算值最小流量對應(yīng)的計算值1計算農(nóng)渠的設(shè)計流量三支渠的田間凈流量(ms/s)Q 二A*q3支天凈 3支 設(shè)2.36810.8771由于斗農(nóng)渠分兩組進行輪灌，同時工作的斗渠有4條、農(nóng)渠有10條，故農(nóng)渠的田間凈流量-Q /4/103支天凈農(nóng)渠的田間凈流量(m3/s)0.05920.0219取田間水利用系數(shù)nf=0.95故農(nóng)渠的凈流量-0.0703/nf農(nóng)渠的凈流量(m3/s)0.06320.0231灌區(qū)土壤屬中壤土，故A=1.9m=0.4O=1.9/100/0.07400.4農(nóng)渠每公里輸水損失系數(shù)0.05770.0858

故農(nóng)渠的毛流量-0.0740（1+0.9*0.0538）其中0.9為農(nóng)渠的平均工作長度農(nóng)渠的毛流量或設(shè)計流里為（m3/s）0.06560.02492計算斗渠的設(shè)計流量因為一條斗渠內(nèi)有10條農(nóng)渠同時工作，故斗渠的凈流量等于10條農(nóng)渠的毛流量之和=0.0776*10斗渠凈流量（m3/s）0.65650.2486農(nóng)渠分兩組輪灌，各組要求斗渠供給的凈流量相等，但是第2輪灌組距斗渠進水口較遠，輸水損失較多，據(jù)此求得的毛流量較大，因此第2輪灌組灌水時需要的斗渠毛流量作為斗渠的設(shè)計流量。斗渠的平均工作長度L斗=2.9km斗渠每公里輸水損失系數(shù)0.02250.0332斗渠的毛流量或設(shè)計流量（m3/s）0.69830.27253計算三支渠的設(shè)計流量斗渠分為兩組輪灌，以第2組輪灌要求的支渠毛流量作為支渠的設(shè)計流量。支渠的平均工作長度L支=4.422km支渠的凈流量支渠的凈流量為4*Q斗毛2.79311.0901

支渠每公里輸水損失系數(shù)0.01260.0184支渠的毛流量或設(shè)計流量（m3/s）2.94871.1786二計算第三支渠的灌溉水利用系數(shù)三支渠的灌溉水利用系數(shù)n3支水0.8031三計算第一二四支渠的設(shè)計流量1計算第一二四支渠的田間凈流量Q1支田=A1*q4.41670.5247Q2支田=A2*q2.00690.7433Q4支田二A4*q2.62500.97222計算第一二四支渠的設(shè)計流量以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系數(shù)作為擴大指標來計算其他支渠的設(shè)計流量Q1支毛(m3/s)1.76400.7051Q2支毛(m3/s)2.49910.9989Q4支毛(m3/s)3.26871.3065四推算干渠各段的設(shè)計流量1CD段的設(shè)計流量QCD凈=04支毛3.26871.3065每km輸水損失系數(shù)0.01180.0171QCD毛3.39441.37092BC段的設(shè)計流量QCD凈二Q3支毛+QCD毛6.34314.3277每km輸水損失系數(shù)0.00910.0106QBC毛6.62114.5487

3AB段的設(shè)計流量QAB凈二Q2支毛+QBC毛9.12025.5476每km輸水損失系數(shù)0.00870.0096QAB毛9.59045.89664OA段的設(shè)計流量QOA毛二Q1支毛+QAB毛11.35456.6017每km輸水損失系數(shù)0.00720.0089QOA毛11.60346.7815故渠首的設(shè)計流量為11.6034m3/s渠首設(shè)計流量灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)0.72540.3931最大流量的40%＜最小的渠首設(shè)計流量，故流量的設(shè)計符合要求渠首加大流量（取系數(shù)J為1.20）13.9241五、水位推算（一）選擇參考點選擇灌區(qū)最難控制的點，在整個灌區(qū)來說地形的起伏變化不大，同時渠道的比擬比降大于地面的比降，故選擇里渠尾較較遠的點作為控制點，渠首選擇控制點高程為20m，涵洞進水口和一支渠的控制點高程選擇為18m，其他控制點選擇為17m。進水口的水位計算公式H=A+△h+ZLi+Z0，其中A表示灌區(qū)控進控 控制范圍內(nèi)的高程，△h為控制點地面與附近末級固定取得哦啊設(shè)計水位的高差，取值為0.1，L表示渠道的長度，i為渠道的比降，0為水流通過渠系建筑物的水頭損失，其可參照下表進行取值渠系建筑物水頭損失最小數(shù)值表渠別控制面積（萬田）進水閘節(jié)制閘渡槽倒虹吸公路橋干渠10-400.1-0.20.10.150.40.05支渠1-60.1-0.10.070.070.30.03斗渠0.3-0.40.05-0.150.050.050.20農(nóng)渠0.05首先支渠四的進水口水位H4=17+0.1+7000*0.0003++0.1=19.3m4支支渠三的進水口水位H3=17+0.1+6900*0.0003++0.1=19.27m3支支渠二的進水口水位H2=17+0.1+5300*0.0003++0.1=18.79m2支支渠一的進水口水位H3=18+0.1+4000*0.0003++0.1=19.479m3支支渠二和三之間渡槽進水口水位：H=18+0.1+3721*0.0001++0.15=18.62m渡隧道進水口水位H=20+0.1+1875*0.0001+0.1=20.38m涵渠首進水口水位H=20+0.2+13700*0.0001+0.15*2+0.1*4+0.1=22.47m首（二）確定引水方式無壩取水，由于上游有水庫其水位已修建了堤壩，同時取水處的水位能夠滿足水位的要求。六、渠道橫斷面設(shè)計（均為土渠、均采用梯形斷面）首先采用的公式及相應(yīng)的系數(shù)包括：渠床糙率系數(shù)n=0.025（流量范圍25-1m3/s,平整順治，養(yǎng)護一般的土渠）挖方渠道的最小邊坡系數(shù)m，灌區(qū)屬中壤土，水深h<1m時，m=1.00；水深1<h<2時，m=1.25；水深2<h<3時，m=1.50渠道的平均流速V=C*（Ri）〃2謝才系數(shù)C=1/n*R1/6水力半徑R=A/P過水斷面面積A=h*（b+h*m）濕周P=b+2*h（1+m*m）1/2計算流量Q=A*C*y（Ri）1/2計算流量的校核|（Q-Q）/Q|<0.05其中Q為渠道的設(shè)計流量計算土渠的不沖速度Vcs=K*Qo.i 其中K為渠長的土壤的耐沖程度系數(shù)，中壤土K=0.57土渠的不於速度V =C-R其中R為水力半徑，C為沖沙速度的系數(shù)，取不淤0.2-04（一）干渠各斷面設(shè)計計算設(shè)計過水斷面（采用經(jīng)濟實用斷面）（1）擬定偏離系?=1.01 邊坡系數(shù)m=1.5比降i=0.0001Q=ii.6034ms/s n=0.025（2） 計算y=a2-Ja（a4_1）=0.8227c （3）計算寬深比P= （2百1+m2—m）—m=1.6422y2（4） h=]Qn（p+2、丐）2/3:l.5731m（a+m）5/3Ji I（5） b=Ph=4.2255m（6） 校核不沖不淤過水斷面積A=h*（b+m*h）=20.8042m2濕周P=b+2h*（1+m2）1/2=13.5030m水力半徑R=A/P=1.5407m謝才系數(shù)C=1/n*R1/6=42.9879渠道的輸水流量Q計算=A*C*（Ri）1/2=11.1009m3/s校核渠道的輸水能力：|（Q-Q Q|=0.0433<0.05.故滿足流量要求計算）/設(shè)計流速V=Q/A=0.5336m/s不沖速度=CjR=0.3*1.2778=0.3833m/s不淤=KQ0.1=0.62*13.54330.1=0.8046m/s不沖V<V<V不淤 不沖故在速度的設(shè)計上滿足要求計算最小水深和加大水深迭代法:(1)計算A=(“°加大)0.6 =6.5454diB=2\；1+m2=3.6056(2)初擬h(或h)代入下式最小 加大A(b+Bh)o.4h'= 最小 最小b+mh最小先取h=1.5m，經(jīng)過迭代后得到h=2.3367m最小 最小同理得到h=3.000m加大(規(guī)則：h?h則計算終止，否則令h =h'繼續(xù)迭代)最小最小 最小最小3?具體的橫斷面的設(shè)計見圖(挖方渠道)(二)支渠斷面設(shè)計(采用經(jīng)濟實用斷面)半挖半填渠道的挖方深度x需滿足(b+m*x)=(1.1-1.3)*2*a*[d+l/2*(ml+m2)*a]而系數(shù)：粘土取1.2同時為了滿足渠道的安全穩(wěn)定，