土地整理項目中水利工程部分設(shè)計座PPT課件

1 土地整理復墾開發(fā)項目水利工程部分設(shè)計講座 主講人 項武林電子郵件 xiangwulin 2 技術(shù)講座 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準供水平衡分析灌溉渠道設(shè)計蓄水池設(shè)計排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 3 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 灌溉水源 一般情況為 水庫 泉水 龍?zhí)?河水 包含沖溝取水 地面徑流等 雨水集蓄利用灌溉 水庫 應核實項目區(qū)是否屬于水庫原設(shè)計灌面 如屬于原設(shè)計灌面區(qū)域 應按照原水庫的設(shè)計灌溉標準確定 如不屬于水庫的原設(shè)計灌面 應按照水庫的實際功能進行復核 復核水庫的興利庫容能否滿足項目區(qū)的灌溉要求 并提供相關(guān)資料證明 一般地面徑流的灌溉設(shè)計標準可以按照 灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范 確定 雨水集蓄利用為非充分灌溉方式 由于雨水集蓄的數(shù)量有限 為了使雨水資源能得到最有效的利用 應當采用非充分灌溉和限額灌溉的原則和方法 只限于在作物最需水的關(guān)鍵期補水灌溉 在水量上 采用比常規(guī)灌溉小得多的灌水定額 它有別于一般情況下的非充分灌溉和限額灌溉 主要表現(xiàn)在灌水次數(shù)更少 灌水定額更低 因此有必要作為一種特殊的灌溉方式來界定 其特點是 只在十分關(guān)鍵的時期進行灌水 只澆灌作物或樹木的根系 土壤的濕潤限制在很小范圍 科間耗水極少 灌水量極小 灌溉效率和灌溉水的生產(chǎn)率都遠遠高于一般情況下的非充分灌溉 4 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 灌溉設(shè)計標準一般分為灌溉設(shè)計保證率和抗旱天數(shù)兩種 灌溉設(shè)計保證率 從水文上理解灌溉設(shè)計保證率 可從徑流頻率來理解 例如 為保證某灌區(qū)的用水需求 灌區(qū)的設(shè)計依據(jù)為徑流大于或等于某一值的頻率p 75 則徑流小于該值時 灌區(qū)用水遭受破壞 即枯水發(fā)生頻率為1 75 25 表示4年里有1年供水不足 其余3年可以得到保證 這里的75 就是灌溉設(shè)計保證率 灌溉設(shè)計保證率是用水需求和保證 涉及到項目區(qū)的蒸發(fā)等因素 和徑流頻率不等同 當然在實際應用中 可用同頻率的降雨 徑流資料來等同灌溉設(shè)計保證率 近似做法 5 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 6 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 7 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 抗旱天數(shù)農(nóng)作物生長期間遇到連續(xù)干旱情況時 灌溉設(shè)施能確保用水要求的天數(shù) 抗旱天數(shù)是中國灌溉工程設(shè)計標準的表達方式之一 抗旱天數(shù)越長 抗旱標準也越高 這種灌溉工程設(shè)計標準適用于以當?shù)厮礊橹鞯男⌒凸鄥^(qū) 在中國南方丘陵地區(qū)使用較多 中國 灌溉排水渠系設(shè)計規(guī)范 SDJ217 84 規(guī)定 以抗旱天數(shù)作為灌溉設(shè)計標準的地區(qū) 旱作物和單季稻灌區(qū)抗旱天數(shù)可為30 50d 雙季稻灌區(qū)抗旱天數(shù)可為50 70d 有條件的地區(qū)應予提高 由于抗旱天數(shù)的確定有一些實際困難 需要收集實際觀測資料更多 加之不便于與其他用水部門的保證率相比較 在大型灌溉工程及綜合利用工程的設(shè)計中較少采用 采用抗旱天數(shù)便于計算灌區(qū)的需水量 8 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 對于某一特定地區(qū) 抗旱天數(shù)與灌溉保證率之間有一定聯(lián)系 可用灌區(qū)歷年降雨資料按作物生長期統(tǒng)計連旱天數(shù) 以連旱天數(shù)從少到多為序進行排列 用下列數(shù)學期望公式計算 m n 1 100 式中 為相應某一連旱天數(shù)的經(jīng)驗頻率 m為該連旱天數(shù)的序號 n為統(tǒng)計降雨系列總年數(shù) 計算出連旱天數(shù)的經(jīng)驗頻率 選用某一連旱天數(shù)作為抗旱標準 實際上也含有灌溉保證率的概念 對于抗旱天數(shù)的統(tǒng)計分析 增加資料的收集難度和統(tǒng)計分析 9 灌溉水源及灌溉設(shè)計標準 抗旱天數(shù)有兩種不同的統(tǒng)計方法 是指連續(xù)無雨日數(shù) 中國有些省規(guī)定日雨量小于2或3mm為無雨日 有的省以5d降雨小于10mm為無雨日等 二是指連續(xù)無透雨日數(shù) 即兩次透雨的間隔日數(shù) 確定抗旱天數(shù)時還應進行經(jīng)濟分析 抗旱天數(shù)定得過高 農(nóng)作物遭受旱災的可能性很小 但工程規(guī)模大 投資多 水資源利用不充分 不一定是最經(jīng)濟的選擇 反之 抗旱天數(shù)定得過低 工程規(guī)模小 投資少 水資源利用較充分 但農(nóng)作物遭受旱災的可能性也大 也不一定經(jīng)濟 要根據(jù)當?shù)厮Y源條件 作物種類及經(jīng)濟條件 擬定切合實際的抗旱天數(shù) 以期達到較高的經(jīng)濟效益 10 供水平衡分析 可供水量分析計算需水量計算分析平衡過程 11 供水平衡分析 可供水量分析 在貴州土地整理項目一般涉及范圍小 流域面積小 取水斷面以上均為小河流 小沖溝等 缺乏水文觀測資料 一般均采用由降雨資料推求地面徑流的方式來計算 降雨形成地表徑流匯流過程設(shè)計斷面的來水量降雨量和來水量形成某種對應關(guān)系 通過徑流系數(shù)來表達 12 供水平衡分析 可供水量分析 設(shè)計典型年的降雨資料及年內(nèi)分配 1 通過收集項目區(qū)長系列 大于30年 的降雨資料進行水文統(tǒng)計頻率分析 采用氣象站多年平均降水量推算 并參照 貴州省地表水資源 確定 計算年降雨量的均值 樣本統(tǒng)計的Cv值和Cs值 依據(jù) 貴州省地表水資源 綜合分析采用徑流系數(shù) 推算得本流域多年平均徑流和多年平均流量 根據(jù)實測樣本資料頻率分析計算 并用P 型理論頻率曲線適線 分析確定設(shè)計典型年的年降雨量 從收集的樣本資料中選定實際典型年和年內(nèi)分配 從而分析計算出各月來水 13 供水平衡分析 可供水量分析 2 由于土地整理項目在降雨及蒸發(fā)資料上收集比較困難 項目涉及范圍也比較小 很多項目處于無資料情況 建議此部分項目可以做以下簡化處理 盡量收集當?shù)貧庀笳窘涤曩Y料 從 貴州省地表水資源 上查項目區(qū)的多年平均降雨量均值及Cv值 根據(jù)P 型理論頻率曲線 采用Cs 2Cv 推算設(shè)計典型年的降雨值 從收集到的實測樣本資料上 選取近似年份做年內(nèi)分配 從而計算出設(shè)計典型年各月來水 14 供水平衡分析 可供水量分析 15 供水平衡分析 可供水量分析 可供水量分析中應注意的問題 1 可供水量一定是灌溉取水口以上的集雨面產(chǎn)生的徑流總量 一定要和取水口對應分析 2 有些人把項目區(qū)本身的面積產(chǎn)生的集雨面作為可供水量分析是不對的 項目區(qū)本身滲入土壤中的水量才是農(nóng)作物利用水量 在定額分析中已經(jīng)考慮這部分水量了 形成徑流的部分是流走了的 3 大多數(shù)情況沒有調(diào)節(jié)庫容 可供水量和需水量應逐月 能達到逐旬更好 對應分析 不能以一年的總供水量來對應一年的總需水量來分析 8月份的降雨是不能供給5月份的灌溉的 16 供水平衡分析 需水量分析 灌溉定額分析及定額選用根據(jù)灌溉保證率和灌溉制度 節(jié)水灌溉 采用 薄 淺 濕 曬 方式 水稻灌溉定額采用下式分旬計算 M y R H 0 667式中 M 灌溉定額 m3 畝 y 田間耗水量 mm R 有效降雨 mm H 相鄰兩旬間設(shè)計水層差值 mm 田灌溉面積的復種指數(shù)為180 用于種植小季作物小麥或油菜 生長期為11月 次年5月 小季作物灌溉定額參照興中灌區(qū)旱作物灌溉定額之計算原則進行 即采用需水量扣除有效雨量推求 而有效雨量為降水量與利用系數(shù)之乘積 根據(jù)氣象站多年逐月 旬 降水 蒸發(fā)資料 推求出逐年水稻及旱作物灌溉定額 并作頻率分析計算 得出水稻凈灌溉定額 這種方法同樣存在降雨 蒸發(fā)資料的收集問題 17 供水平衡分析 需水量分析 直接選用省內(nèi)農(nóng)業(yè) 水利部門的節(jié)水灌溉試驗成果值 貴州省水利廳 貴州省水利科學研究院完成的 貴州省 灌溉用水定額 編制成果報告 省水利廳1980 1987年組織有關(guān)單位在花溪中曹 花溪農(nóng)場 平壩羊昌河 安順貓貓洞 六枝白巖腳 遵義龍巖 銅仁謝橋等十五個灌區(qū)進行各種不同品種水稻的坑 筒測灌溉用水量試驗 同時在花溪農(nóng)場 平壩羊昌河 余慶團結(jié) 思南利民等十二個灌區(qū)進行了濕潤 淺灌 淺深淺 淹灌等灌溉制度試驗 在此基礎(chǔ)上配以調(diào)查編制了全省水稻灌溉用水量等值線圖 根據(jù)試驗成果統(tǒng)計 多種灌溉制度多年平均水稻灌溉定額270m3 畝 灌水定額31 2m3 畝 淺深淺灌溉制度灌溉定額280m3 畝 灌水定額34 6m3 畝 18 供水平衡分析 需水量分析 為緩解省內(nèi)工程缺水矛盾 提高工程建設(shè)經(jīng)濟合理性 探索適宜我省自然氣候條件下水稻節(jié)水 增產(chǎn) 省工的灌溉制度 1997年3月省水科院立項在惠水縣和平鎮(zhèn)雅羊村開展了3年水稻節(jié)水灌溉制度試驗 試驗的灌溉制度為 科灌 間歇灌 控灌 濕潤灌 科蓄 為本省自己研究的一種灌溉制度 即在不影響水稻生長的條件下 有降水時盡可能地多蓄 以增加降水的利用率 經(jīng)過三年的試驗研究 專家評審鑒定認為 科灌 和 科蓄 增產(chǎn)分別為5 5 和6 05 灌溉定額 即灌入田間的凈用水量 分別為249 0 216 70m3 畝 灌水定額30 2 34 6m3 畝 節(jié)水 增產(chǎn)效果明顯 應在全省大面積推廣 總之 為了緩解灌區(qū)水資源的供需矛盾 減小工程規(guī)模 增加工程經(jīng)濟合理性 提高產(chǎn)量 薄 淺 濕 曬 是比較適宜推廣的灌溉制度 另外 水稻的節(jié)水灌溉還有利于環(huán)境保護和生態(tài)平衡 薄 淺 濕 曬 灌溉模式的技術(shù)要求是 薄水插秧 淺水返青 分蘗前期田間濕潤管理 分蘗后期曬田 拔節(jié)孕穗期 抽穗揚花期灌薄水 乳熟期灌跑馬水 黃熟期濕潤落干 穗部勾頭前 田間保持濕潤 勾頭后自行落干 19 供水平衡分析 需水量分析 根據(jù)選定的定額和種植面積及農(nóng)作物 即可計算出各月的需水量 20 供水平衡分析 分析平衡過程 根據(jù)上述計算的各月可供水量和各月需水量 即可得出分析結(jié)論 只有當各月可供水量均大于需水量 水平衡分析才滿足 供水平衡分析中應注意的問題 1 各渠道灌溉面積的界定 自流灌面控制灌面有效灌面設(shè)計灌面有效灌面是指灌溉工程或設(shè)施已本配套 有一定水源 在一般年景能夠進行正常灌溉的耕地面積 2 項目區(qū)由于客觀條件和自然地形的原因 總有部分灌面不在灌溉渠道的控制范圍內(nèi) 對于這部分土地 如果量大 應單獨進行水資源的配置分析 即按雨水集蓄利用技術(shù)工程來設(shè)計 合理布置蓄水池 21 灌溉渠道設(shè)計 設(shè)計流量確定渠道斷面尺寸確定典型灌區(qū)設(shè)計 22 灌溉渠道設(shè)計 設(shè)計流量確定1 灌溉方式 續(xù)灌和輪灌方式兩種 23 灌溉渠道設(shè)計 24 灌溉渠道設(shè)計 2 渠道長度和襯砌方式對設(shè)計流量的影響 渠道水量利用系數(shù) 田間水利用系數(shù) 詳細計算方法 渠道設(shè)計流量采用最大旬各種作物灌溉設(shè)計保證率時的灌溉定額進行計算 計算采用旬為10天 按照各支渠的灌溉面積確定所需水量 先計算支渠渠末設(shè)計流量 再除以渠系水利用系數(shù) 從而可確定各支渠渠首設(shè)計流量 再根據(jù)支渠設(shè)計流量計算干渠設(shè)計流量 田間水利用系數(shù)取0 95 與土質(zhì) 種植方式 田間灌溉方式有關(guān) 干渠每km損失系數(shù)12 僅供參考 支渠每km損失系數(shù)20 渠系水利用系數(shù)為0 87 與渠系建筑完好有關(guān)及水面蒸發(fā)量有關(guān) 25 灌溉渠道設(shè)計 規(guī)范相關(guān)規(guī)定 26 灌溉渠道設(shè)計 渠道斷面尺寸設(shè)計渠道斷面尺寸受設(shè)計縱坡和襯砌材料的糙率控制 一般在貴州渠道常用坡比為1 1000 如果灌區(qū)高程較低 坡降可大一些 以減小渠道斷面 渠道設(shè)計流速為1 0 1 5m s 滿足不沖不淤的流速要求 常用斷面有矩形 梯形 U形 復合斷面 27 灌溉渠道設(shè)計 一 渠道選線 一 地形條件 平原地區(qū) 路線為直線 挖 填平衡 避免深挖高填 對于襯砌的灌溉 動力渠道 R彎 2 5B 不襯砌的渠道 R彎 5B 山區(qū) 盡量沿等高線方向布置 以避免過大的挖填方量 渠道應與道路 河流正交 二 地質(zhì)條件 渠道線路應盡量避開滲水嚴重 流沙 沼澤 滑坡以及開挖困難的巖層地帶 必要時采取外繞回填和內(nèi)移深挖以避開滑坡地段 三 施工條件 應考慮施工時的交通運輸 水和動力供應 機械施工場地以及取土棄土的位置條件 渠道選線一般分 初勘 復勘 結(jié)合1 10000軍用地圖和實地踏勘 對渠道線路初步確定 紙上定線及定線測量幾個階段 根據(jù)實地踏勘情況 在平面圖上定出渠道線路 并根據(jù)縱坡放出各斷面的高程 沿線路每隔20 50m測橫斷面圖 若斷面變化大可設(shè)加樁 28 典型灌區(qū)設(shè)計 典型灌區(qū)設(shè)計 田間渠道工程 1 設(shè)計目的通過典型灌區(qū)田間工程灌排渠系布置 估算田間工程投資 為整個灌區(qū)田間工程總投資計算提供依據(jù)2 典型灌區(qū)規(guī)模 按照 灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范 規(guī)定 典型灌區(qū)灌面不小于總灌面5 的原則 29 典型灌區(qū)設(shè)計 3 田間工程 根據(jù)上述原則 在灌區(qū)范圍內(nèi)選取具有代表性的田塊進行田間工程設(shè)計 根據(jù)灌區(qū)的實際情況布置田間灌溉渠道或者灌溉管網(wǎng) 據(jù)此算出田間工程投資 按整個灌區(qū)的面積類比算出整個灌區(qū)田間工程的投資 30 蓄水池設(shè)計 雨水集蓄利用工程的灌溉定額蓄水池的個數(shù)及總?cè)莘e計算蓄水池的集雨面要求和服務(wù)半徑 31 蓄水池設(shè)計 灌溉定額 由于雨水集蓄的數(shù)量有限 為了使雨水資源能得到最有效的利用 應當采用非充分灌溉和限額灌溉的原則和方法 只限于在作物最需水的關(guān)鍵期補水灌溉 在水量上 采用比常規(guī)灌溉小得多的灌水定額 采用的灌溉方法絕大多數(shù)是人工點澆 坐水種 手持軟管澆灌 地膜穴灌等十分省水的方法 個別也有用滴灌和簡易滲灌的 灌水定額普遍很低 點澆 坐水種 地膜穴灌每畝灌一次水僅為3 6m3 滴灌一次10 15m3 全生長期實際灌溉定額也可以從一定容積的蓄水工程所灌溉的面積來估計 設(shè)計灌溉保證率 雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范 的設(shè)計保證率為50 75 貴州省土地開發(fā)整理工程建設(shè)標準 試行 的設(shè)計保證率為60 70 32 蓄水池設(shè)計 灌溉定額 33 蓄水池設(shè)計 容積計算 由 雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范 SL267 2001第3 4 2條 工程蓄水容積按下式計算 灌溉水有效利用系數(shù)0 7 34 蓄水池設(shè)計 容積計算 35 蓄水池設(shè)計 集雨面 36 蓄水池設(shè)計 集雨面 37 蓄水池設(shè)計 集雨面 38 蓄水池設(shè)計 集雨面 貴州省 渴望工程 規(guī)劃報告 提出的降雨利用系數(shù) 透水平坦地面為0 3 天然不透水山坡為0 6 0 7 較好的屋面和人工集雨坪為0 8 在實際工程設(shè)計中 經(jīng)常會遇到集雨面和蓄水池布置的矛盾問題 因灌溉是人工操作 要求蓄水池在考慮人工挑運距離的情況下均勻布置在灌面范圍內(nèi) 加上貴州山區(qū)地形的特征 一般均需要設(shè)置攔山溝來引流 保證集雨效果 攔山溝的設(shè)計流量可按5 10年1遇的1小時暴雨頻率來進行設(shè)計 在項目的設(shè)計中 應針對項目的特點 明確蓄水池的布置要求 服務(wù)半徑和集雨面的要求 最好結(jié)合現(xiàn)場情況確定蓄水池的坐標 39 蓄水池設(shè)計 蓄水池設(shè)計的基本步驟 1 根據(jù)項目區(qū)實際情況確定設(shè)計頻率 2 根據(jù)項目區(qū)灌面 匯流面的實際情況 確定設(shè)置蓄水池的范圍 即蓄水池的控制灌溉面積 3 根據(jù)控制灌面農(nóng)作物的灌溉方式 灌溉定額 計算總的需水量 4 根據(jù)項目區(qū)的降雨和氣候情況 確定工程蒸發(fā) 滲漏損失 容積系數(shù) 結(jié)合總的需水量 計算所需總的蓄水容積 5 根據(jù)項目區(qū)灌面 匯流面 總蓄水容積的實際情況 合理確定單個蓄水池的容積和布置方式 明確其匯流面積和來源 40 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 防洪標準 排水標準設(shè)計流量計算設(shè)計成果的基本內(nèi)容參考規(guī)范 灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范 堤防工程設(shè)計規(guī)范 水工擋土墻設(shè)計規(guī)范 貴州省土地開發(fā)整理工程建設(shè)標準 試行 41 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 42 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 43 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 由于各個項目的情況及大小不一 排水溝 河堤 防洪堤的流域情況也不一致 小到0 1平方公里左右的 大到上100平方公里的 一般認為大于1平方公里以上集雨面積的可以按照相關(guān)規(guī)范或者經(jīng)驗公式計算 小于1平方公里的 建議按照坡面匯流公式計算設(shè)計流量 洪水計算成果受到參數(shù)取值及公式適用條件的影響 采用成果一定要和現(xiàn)場洪水痕跡調(diào)查相比較 以便得出正確洪水計算成果 44 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 45 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 46 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 47 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 48 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 49 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 50 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 51 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 主要參考文獻 貴州省暴雨洪水計算實用手冊 貴州省水利廳編 1983 貴州省暴雨洪水計算實用手冊 修訂本 小匯水流域部分 貴州省水文總站 王繼輝 貴州暴雨洪水計算綜述 發(fā)表于2000年3月 貴州水力發(fā)電 貴州省水文總站 王繼輝 52 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 53 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 54 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 55 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 56 排水溝 河堤 防洪堤設(shè)計 設(shè)計流量計算 備注 流域匯流時間 可參照 貴州暴雨洪水計算實用手冊 和相關(guān)文獻介紹的方法推求 若要求精度不很高 對于流域面積較小的 也可參照下列范圍選用 當A 5 8km2時 可近似選用小于等于1h左右 當A 50km2時 可近似在6h范圍內(nèi)選用 狹長形流域 f值較小的 流域內(nèi)山坡較平緩及河道坡降較小的河流 值應偏大選用 寬短形流域 f值較大的 流域內(nèi)山坡較陡的及河道坡降較大的河流 值應偏小選用 此外流域內(nèi)的地質(zhì) 巖溶 植被等對流域匯流時間 也有影響 對流域面積很小的特小流域 按 貴州暴雨洪