馬清河灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計課程設計

1、湖南農(nóng)業(yè)大學工學院課程設計說明書 課程名稱：灌溉排水工程學 題目名稱：馬清河灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計 班 級：20 級 水利水電 專業(yè) 班姓 名： 學 號： 指導教師： 評定成績：教師評語： 指導老師簽名： 20 年 月 日馬清河灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計1.基本資料 1.1灌區(qū)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，多年平均蒸發(fā)量1065mm，多年平均降水量1112mm。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，20m等高線以下則以大

2、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，無鹽堿化威脅。界榮山、龍尾山等屬土質(zhì)丘陵，表土屬中粘壤土，地表56m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78m，上游寬5060m，下游寬7090m，遇暴雨時易發(fā)洪水，近年來已在各溝，溪上游修多處小型水庫，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，壩頂高程林50.2m，正常水位43.0m，興利庫

3、容1.2×108 m3，總庫容2.3×108m3。Q灌區(qū)擬在該水庫下游A-A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2.5 m，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。1.2氣象根據(jù)當?shù)貧庀笳举Y料，設計的中等干旱年(相當于1972年)411月水面蒸發(fā)量(80cm口徑蒸發(fā)皿)及降水量見表1-1及表1-2。表1-1 設計年蒸發(fā)量統(tǒng)計月份4567891011蒸發(fā)量(mm)97.5118143.7174.9196.5144.7101.

4、175.6表1-2 設計年降水量統(tǒng)計日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.349255.31.210.864.87.9-2.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.920137.52.31412.11.91.915101664.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.620.22.53.6231.410.74.52435.47.425 6.2261.5271.1281.53.729307.7313.6月計72.9212.178.339.82537.3103

5、.51.3種植計劃及灌溉經(jīng)驗灌區(qū)以種植水稻為主，兼有少量旱作物，各種作物種植比例見表1-3。表1-3作物種植比例作物早稻中稻雙季晚稻棉花種植比例(%)50305020根據(jù)該地區(qū)灌溉試驗站觀測資料，設計年(1972)早稻及棉花的基本觀測數(shù)據(jù)如表1-4及表1-5所示；中稻及晚稻的豐產(chǎn)灌溉制度列于表1-6。表1-4 早稻試驗基本數(shù)據(jù)生育階段復苗分孽前分孽后孕穗抽穗乳熟黃熟全生育期起止日期(日/月)25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/617/6-30/61/7-11/712/7-20/725/4-20/7天數(shù)101018151411987模比系數(shù)(% )7818252l138

6、100田間允許水層深( mm )10-30-5010-40-8020-50-8020-50-10020-50-9010-40-50濕潤滲透強度( mm/d )1.31.31.31.31.31.31.3附注全生育期需水系數(shù)=1.0。表1-5棉花試驗基本數(shù)據(jù)表生育階段幼苗期現(xiàn)蕾期開花結(jié)鈴期吐絮期全生育期起止日期(日/月)21/4-16/617/6-28/729/7-26/827/8-6/1121/4-6/11模比系數(shù)(%下水補給量占作物需水量的(%)10202225計劃濕潤層深(m)0.4-0.50.5-0.60.6-0.70.7注：計劃產(chǎn)量120Kg；需水量系數(shù)K=2.

7、67m3Kg；土壤孔隙率48%（占土體的百分數(shù)）；土壤適宜含水率上限為70%（占空隙體積的百分數(shù)），下限為35%（占空隙%）；田間最大持水率為70%（占空隙%）；播種時，計劃層土壤儲水量為72 m3畝；播前灌之前土壤計劃潤濕層（0.4m）內(nèi)的平均含水率0=40%（占空隙體積的百分數(shù)）。增加的計劃潤濕層的平均含水率可按50%（占空隙體積的百分數(shù)）計。表1-6中稻、雙季晚稻設計年豐產(chǎn)灌溉制度中稻雙季晚稻灌水次序灌水時間 (日/月)灌水定額 (m3/公頃)灌水次序灌水時間 (日/月)灌水定額 (m3/公頃)17月5日5017月19日5025月26日2527月27日1534月6日2531月8日2541

8、0月6日2547月8日2056月20日30512月8日2562月7日3068月23日3078月7日3078月27日3087月14日3088月31日3097月22日3096月9日30107月29日251012月9日301110月8日30119月19日30129月30日20灌溉定額320(m3/公頃)灌溉定額335(m3/公頃)2.早稻及棉花的灌溉制度計算2.1早稻的灌溉制度計算2.1.1早稻田間逐日耗水量計算日蒸發(fā)量=總蒸發(fā)量÷天數(shù)階段水面蒸發(fā)量=相應的日蒸發(fā)量×相應的天數(shù)由于 則階段需水量=階段水面總蒸發(fā)量×模比系數(shù)階段滲透量=滲透強度×天數(shù)階段耗水量=

9、階段滲透量階段需水量逐日耗水量=階段耗水量÷天數(shù)田間逐日耗水量計算月份4567天數(shù)30313031蒸發(fā)量mm97.5118143.7174.9日蒸發(fā)量mm3.253.814.795.64生育期復苗分蘗前分蘗后孕穗起止月日25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/6天數(shù)10101815階段水面蒸發(fā)量（mm）35.2838.0669.571.85階段需水系數(shù)a1111模比系數(shù)（%）781825階段需水量（mm）27.5831.5270.9398.51滲透強度(mm/d)1.31.31.31.3階段滲漏量（mm）131323.419.5作物日需水量（mm/d）2.763

10、.153.946.57田間逐日耗水量（mm）4.14.55.27.9田間逐日耗水量計算月份891011天數(shù)31303130蒸發(fā)量mm196.5144.7101.175.6日蒸發(fā)量mm6.344.823.262.52生育期抽穗乳熟黃熟 全生育期起止月日17/6-30/61/7-11/712/7-20/725/4-20/7天數(shù)1411987階段水面蒸發(fā)量（mm）67.0662.0650.78214.7階段需水系數(shù)a1111模比系數(shù)（%）21138100階段需水量（mm）82.7551.2331.52228.54滲透強度(mm/d)1.31.31.3階段滲漏量（mm）18.214.311.7作物日需

11、水量（mm/d）5.914.663.5田間逐日耗水量（mm）7.264.82.1.2早稻灌水制度設計當淹灌水層減去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田間允許最小水層深度則設計灌水，當大于最大田間允許水層深度則設計排水。水量平衡方程：WtW0=WrP0KMET。已知泡田日期為4月13日至4月24日，泡田定額為，。=39即得初始淹灌水層為10.4mm.早稻生育期灌溉制度計算列如下表。表2-2 早稻生育期灌溉制度計算表早稻灌溉制度初步計算日 期生育期設計淹灌水層逐日耗水量逐日降雨量淹灌水層變化mm灌水量排水量月 4日 2410425復苗10-30-50 4.135.930264.131.8274

12、.127.7284.11.525.1294.121304.116.9514.112.824.18.734.13.4844.1925045.95分蘗前10-40-804.51.246.764.57.950.174.528.574.184.569.694.565.1104.560.6114.52.558.6124.56.460.5134.556144.551.515分蘗后20-50-905.246.3165.2647.1175.224.566.4185.261.2195.256205.250.8215.245.6225.210.651235.210.756.5245.251.3255.246.12

13、65.240.9275.21.136.8285.23.735.3295.230.1305.224.9315.219.7615.217.431.92孕穗20-50-1007.91.925.937.9584047.950.157.942.267.934.377.926.487.958.54097.950.6107.942.7117.934.8127.966.940137.959147.91.953157.945.1167.937.217抽穗20-50-907.230187.222.8197.255.640207.248.4217.241.2227.249.283.2237.276247.235.4

14、9014.2257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297.255.5307.248.371乳熟10-40-50642.32636.33630.34624.35618.36612.37646.3408640.39634.310628.311622.312黃熟濕117181920464.930723060.1校核：與7月11日淹灌水層相符，計算無誤。由上表可得早稻生育期設計灌溉制度，如下表。表2-3 早稻生育期灌溉制度表早稻灌溉制度灌水次序灌水時間（月/日）灌水定額（m3/畝）1(泡田)4.147024.253036.34046.8

15、4056.124066.194077.740灌水定額3002.2棉花的灌溉制度計算2.2.1棉花凈耗水量水量的計算全生育期的需水量即其各生育階段的需水量為各生育階段地下水補給量為由于計劃濕潤層增加而增加的水量凈耗水量=-整理數(shù)據(jù)得下表 表2-4早棉花凈耗水量計算表 生育階段幼苗期現(xiàn)蕾期開花結(jié)鈴期吐紊期全生育期模比系數(shù)（%段需水量57.67 96.1276.89689.712320.4地下水補給量占作物需水量（%）10202225地下水補給量5.77 19.22 16.92 22.43 WT016 16 16 凈耗水量51.90 60.89 43.97 51.28 2.

16、2.2有效降雨量計算降雨入滲量處理：有效降雨為。當旬內(nèi)有接連兩天或兩天以上的降雨時，看做一次降雨，將其累加，如不是則就為一次降雨。當一次降雨小于5mm時，為0；當一次降雨在550mm時，取為1.0；當一次降雨大于50mm時，取為0.8。由此可得入滲的有效降雨量如下表。 表2-6 有效降雨量計算表 有效降雨量生育階段 起止日期P P0幼苗 月（日） mm m3/ 畝4.21-4.305.35.35.1-5.10133106.45.11-5.205342.45.21-5.3121.321.36.1-6.1019.319.36.11-6.1600現(xiàn)蕾6.17-6.20006.21-6.3055.65

17、5.67.1-7.10007.11-7.2014.114.17.21-7.2814.414.4開花結(jié)鈴7.29-7.3111.311.38.1-8.1010.810.88.11-8.2014.214.28.21-8.2600吐絮8.27-8.31009.1-9.107.37.39.11-9.20009.21-9.3022.122.110.1-10.1048.348.310.11-10.2044.344.310.21-10.316.26.211.1-11.6002.2.3最大、最小蓄水量計算最初土壤計劃濕潤層內(nèi)的蓄水量為，根據(jù)水量平衡方程：可依次推出棉花各生育期內(nèi)土壤計劃濕潤層內(nèi)的蓄水量，當所得

18、小于或接近該生育期內(nèi)的最小蓄水量時，則需進行灌水；當大于最大蓄水量時，則需排水。其中計劃濕潤層的最大、最小蓄水量：根據(jù)數(shù)據(jù)列出下表表2-7 棉花最大、最小蓄水量計算表生育階段幼苗期現(xiàn)蕾期開花結(jié)鈴期吐紊期Wmin44.82 56.03 67.23 78.44 Wmax89.64 112.06 134.47 156.88 播前灌水定額由此得灌水率計算表如下：表2-8 灌水率計算表灌水率計算表日 期天數(shù)生育期設計儲水量凈耗水量逐旬耗水量逐旬入滲量實際儲水量灌水量4.2724.21-4.3010幼苗期44.8289.6451.99.27 5.388.03 205.1-5.101051.99.27 10

19、6.489.64 5.11-5.201051.99.27 42.489.64 5.21-5.311051.99.27 21.389.64 6.1-6.101051.99.27 19.389.64 6.11-6.16651.95.56 084.08 6.17-6.204現(xiàn)蕾期56.04112.0660.895.66 078.42 6.21-6.301060.8914.16 55.6112.06 7.1-7.101060.8914.16 097.90 7.11-7.201160.8915.58 14.196.42 7.21-7.28860.8911.33 14.499.49 7.29-7.313開

20、花結(jié)鈴期67.23134.4743.974.55 11.3106.25 8.1-8.101043.9715.16 10.8101.88 8.11-8.201043.9715.16 14.2100.92 8.21-8.26643.979.10 091.82 8.27-8.315吐絮期78.44156.8851.283.61 0118.21 309.1-9.101051.287.22 7.3118.29 9.11-9.201051.287.22 0111.07 9.21-9.301051.287.22 22.1125.95 10.1-10.101051.287.22 48.3156.88 10.1

21、1-10.201051.287.22 44.3156.88 10.21-10.311051.287.22 6.2155.86 11.1-11.6651.284.33 0151.52 所以可得棉花灌溉制度為表2-9棉花生育期灌溉制度表 棉花生育期灌溉制度表生育階段灌水次數(shù)灌水定額灌水時間 播前灌138.424.15幼苗期2205.21吐紊期3308.27 總計88.42 3.灌水率計算各次灌水的灌水率為計算過程見下表。 表3-1灌水率計算表 灌水率計算表作物作物所占面積(%)灌水次數(shù)灌水定額(m3/畝） 灌水時間灌水延續(xù)時間（d） 灌水率m3/(s*萬畝)始終 中間日早稻50 1（泡田）704.

22、13-4.244.18120.34 502304.25-4.274.2630.58 503406.1-6.66.350.46 504406.8-6.116.140.58 505406.14-6.176.1540.58 506406.19-6.236.2150.46 507407.5-7.87.640.58 中稻30 1（泡田）505.7-5.175.13110.16 302255.26-5.295.2740.22 303256.4-6.86.650.17 304256.10-6.126.1130.29 305306.20-6.246.2250.21 306307.2-7.47.330.35 3

23、07307.8-7.117.140.26 308307.14-7.187.1650.21 309307.22-7.267.2450.21 3010257.29-7.317.330.29 3011208.10-8.138.1240.17 雙季晚稻50 1（泡田）507.16-7.267.22110.26 502157.27-7.297.2830.29 503258.1-8.48.240.36 504208.7-8.108.840.29 505258.12-8.168.1450.29 506308.23-8.258.2430.58 507308.27-8.308.2840.43 508308.31

24、-9.49.250.35 509309.6-9.89.730.58 5010309.12-9.149.1330.58 5011309.19-9.239.2150.35 5012309.30-10.310.240.43 棉花20138.424.15-4.244.15100.09 202205.20-5.265.2350.09 203308.25-8.308.2750.14 將所得灌水率繪在方格紙上得初步灌水率圖及修正后灌水率圖取修正后的灌水率為0.39 m3/(s*萬畝).4.灌溉渠系規(guī)劃布置本灌區(qū)灌溉渠道分為干、支、斗、農(nóng)四級固定渠道。由于考慮到灌區(qū)面積足夠大，故整個灌區(qū)由四條支渠控制。一支布

25、置在整個灌區(qū)的西面，與等高線成一定的角度。二支布置在吳家溝和申溪之間，三支布置在申溪，四支布置在龍尾山左側(cè)。第四支渠灌溉面積適中，地勢平坦可作為典型支渠，該支渠有6條斗渠，斗渠長2.67km，取第三斗渠為典型斗渠。每條斗渠有8條農(nóng)渠，長0.63km,間距0.33km，可取三斗五農(nóng)為典型農(nóng)渠。本灌區(qū)采用明溝排水，分別在吳溝和吳家溝之間及劉家灣和申溪之間的洪溝布置排水溝。另外，在每個條田中均設置排水溝，防止因排水不暢，引起地下水抬升，使土壤發(fā)生次生鹽堿化。5渠道設計流量計算5.1確定工作制度干支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)輪灌（各分兩組）。5.2典型支渠設計流量計算灌區(qū)總面積約為12萬畝，各支渠的長度及灌溉面積

26、列入下表。 表5-1支渠長度及灌溉面積 渠別 一支 二支 三支四支 合計 長度（km）4.774.834.575.920.07灌溉面積（萬畝）2.722.82.653.78125.2.1典型支渠（四支渠）及其所屬斗、農(nóng)渠的設計流量5.2.1.1 計算農(nóng)渠的設計流量 四支渠的田間凈流量為因斗、農(nóng)渠分兩組輪灌，同時工作的斗渠有3條，同時工作的農(nóng)渠有4條，所以，農(nóng)渠的田間凈流量為：取田間水利用系數(shù)，農(nóng)渠的凈流量灌區(qū)土壤屬輕沙土壤，查表得相應的土壤透水性參數(shù)： 因此農(nóng)渠每公里輸水損失系數(shù)為：取農(nóng)渠的計算長度為：農(nóng)渠的設計流量為：5.2.1.2計算斗渠的設計流量因一條斗渠內(nèi)同時工作的農(nóng)渠有4條，所以，斗

27、渠的凈流量等于4條農(nóng)渠的毛流量之和：農(nóng)渠分2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)此求得的斗渠毛流量較大，因此，以第2輪灌灌水時時需要的斗渠毛流量作為斗渠的設計流量。斗渠的平均工作長度。斗渠每公里輸水損失系數(shù)為：斗渠的設計流量為：。C.計算四支渠的設計流量斗渠分兩組輪灌，支渠的工作長度?。?。支渠的凈流量為：支渠每公里輸水損失系數(shù)為支渠的設計流量為5.2.2計算四支渠的灌溉水利用系數(shù)5.2.3計算一、二、三支渠的設計流量A計算一、二、三支渠的田間凈流量B計算一、二、三支渠的設計流量以典型支渠（四支渠）的灌溉水利用系數(shù)作為擴大指標，用來計算其他支渠

28、的設計流量。5.2.4推求干渠各段的設計流量ACD段的設計流量BBC段的設計流量C. AB段的設計流量DOA段的設計流量5.2.5渠道最小流量和加大流量的計算為保證對下級渠道正常供水，目前有些灌區(qū)規(guī)定渠道最小流量以不低于渠道設計流量的為宜，在此取，而加大流量為（當，取；當時，??；當，取）。根據(jù)各渠道的設計流量求得最小流量和加大流量見下表。表6-1各渠道流量設計表干渠支渠斗渠農(nóng)渠OAABBCCD1234設計流量6.415.043.41.991.371.391.311.870.5680.132最小流量3.212.521.70.9950.6850.6950.6550.9350.2840.066最大流

29、量8.016.34.422.591.781.811.72.430.7670.1786.灌溉渠道的斷面設計6.1渠道橫斷面設計由已知資料查表，可取 OA段：取，寬深比所以可得校核不沖不淤取 即有因此有，滿足要求，說明斷面尺寸符合要求，即干渠OA段的斷面尺寸為：，。干渠AB、BC、CD段以及典型支渠、斗渠、農(nóng)渠皆采用經(jīng)濟適用斷面計算，其結(jié)果列入下表。 表6-2 渠道斷面計算表橫斷面設計表斷面QhbABRVV不於V不沖OA6.41 1.04 0.68 3.08 1.54 4.75 9.71 9.12 1.07 0.66 0.31 0.75 AB5.04 1.04 0.68 3.08 1.41 4.3

30、4 8.11 8.33 0.97 0.62 0.30 0.73 BC3.40 1.04 0.68 3.08 1.22 3.75 6.04 7.19 0.84 0.56 0.27 0.70 CD1.99 1.04 0.68 3.08 1.00 3.06 4.04 5.88 0.69 0.49 0.25 0.66 4支1.87 1.04 0.68 3.08 0.97 2.99 3.86 5.74 0.67 0.48 0.25 0.66 典斗0.57 1.04 0.68 0.83 0.91 0.75 1.52 3.33 0.46 0.37 0.20 0.59 典農(nóng)0.13 1.04 0.68 0.8

31、3 0.53 0.44 0.51 1.93 0.26 0.26 0.15 0.51 經(jīng)校核皆滿足，說明以上橫斷面尺寸都符合要求。6.2渠道縱斷面設計縱斷面設計的任務是根據(jù)灌溉水位要求確定渠道的空間位置，包括設計水位、渠底高程、堤頂高程、最小水位等。而為了防止風浪引起渠水漫溢，保證渠道安全運行，挖方渠道的渠岸和填方渠道的堤頂應高于渠道的加大水位，即為安全超高。又為了便于管理和保證渠道安全運行，挖方渠道的渠岸和填方的堤頂應有一定的寬度，以滿足交通和渠道穩(wěn)定的需要，即是。6.2.1干渠縱斷面設計利用迭代法計算。（ ）OA段： 初始選，則有進行迭代，最終得，即為最小水深。安全超高同理可得其它渠道的安全

32、超高見下表。表6-3各渠道安全超高設計表渠道安全超高設計表渠道Q最小ABbhminhmin(hmin-hmin)/hmin 安全超高 OA3.21 2.65 2.83 4.95 1.051.011 0.0374 0.463 AB2.52 2.29 2.83 4.48 0.950.928 0.0231 0.438 BC1.70 1.81 2.83 3.570.850.837 0.0153 0.413 CD1.00 1.32 2.83 2.690.750.717 0.0435 0.388 4支0.94 1.27 2.83 2.710.70.690 0.0140 0.375典斗0.28 0.61 2.83 0.580.70.698 0.0031 0.375典農(nóng)0.07 0.27 2.83 0.380.410.402 0.0205