農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計知識講解

1、農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計一.灌區(qū)概況及分布一 灌區(qū)自然地理和經(jīng)濟(jì)概況本地區(qū)三面環(huán)河,西起清河,南頻衛(wèi)河,東至禹河；地勢平坦,地形坡度 多在0.00150.004之間.過去由于衛(wèi)河南移,在本區(qū)的下中部橫鑿下一道陡坎； 同時,入禹河河口西北方形成一凹地和局部高地.本地區(qū)土質(zhì)肥沃,土壤質(zhì)地屬中粘壤土,微有結(jié)構(gòu),土壤含鹽量為0.02% 宜于耕作.土中粘土含量為10%15%,孔隙率為44.3%,干容重為1.40t/m ,透水性中等.地下水埋深為 515m,水質(zhì)近于中性PH=7.4 ,可溶性鹽為 0.05%.本區(qū)多年平均降雨量為581.3毫米,但時間分配不均,經(jīng)常出現(xiàn)季節(jié)性干旱,影響作物生長.年最大降雨量為87

2、7.7毫米 1949年,年最小降雨量為363.3毫米1963年,年內(nèi)降雨變率很大,七、八、九三個月降雨量占全年降雨總量的70%.暴雨多發(fā)生在八、九月,由于本區(qū)土壤透水性較強(qiáng),且地下水位較深,因而形成的地面徑流量不大,除凹地外,徑流可及時排除.多年平均蒸發(fā)量970毫米,月平均氣溫1316 C,最高氣溫 43 C,最低-10C,每年12月下旬開始結(jié)凍,元月底解凍.全區(qū)耕地面積約為 113000畝100等高線以下,由于南北方向有李家溝縱切而過,把耕地分為東、西兩局部,其面積分別為17000畝和96000畝.當(dāng)?shù)胤N植的作物以小麥和玉米為主,其次是棉花、高粱和谷子等.全區(qū)共分布有四個鄉(xiāng),即前進(jìn)鄉(xiāng)、勝利鄉(xiāng)

3、、合作鄉(xiāng)和紅旗鄉(xiāng).該區(qū)由于干旱 影響,作物產(chǎn)量低而不穩(wěn),急需開展灌溉,提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平.二地形和河道水量概況1.地形1灌區(qū)地形圖一張1/25000 ; 土地利用率為 0.9.2李家溝集水面積不大,平時干涸,雨季洪水期流水3100米等高線以上植被覆蓋很好,暴雨季節(jié)根本無徑流匯入本區(qū).二.灌區(qū)用水資料根據(jù)鄰近地區(qū)自然和農(nóng)業(yè)條件相似的灌區(qū)作物大面積豐產(chǎn)灌溉經(jīng)驗,以及該 區(qū)的灌溉試驗站試驗資料,結(jié)合本區(qū)具體條件和增產(chǎn)的要求,分析擬定出本區(qū)各 種農(nóng)作物中等干旱年75%的設(shè)計灌溉制度見表 2.表2中等干旱年75%的作物設(shè)計灌溉制度作物種類作物種植面積 比%生長階段灌水次數(shù)灌水定額m3/畝灌水日期灌水天數(shù)灌

4、水率起始終止冬小麥60分篥1501/1222/1222返青24020/27/316拔節(jié)3401/416/416抽穗44026/410/515棉花25播前15018/31/415幼苗23520/626/67結(jié)鈴33519/719/77開花43512/812/87早秋15播前15020/328/39拔節(jié)23525/630/66抽穗3355/810/86晚秋40播前1459/620/612拔節(jié)2351/710/710抽穗33526/74/810開花43515/824/810表2中等干旱年75%的作物設(shè)計灌溉制度作物種類作物種植面積 比%生長階段灌水次數(shù)灌水定額m3/畝灌水日期灌水天數(shù)灌水率起始終止冬

5、小麥60分篥1501/1222/12220.0237返青24020/27/3160.0260拔節(jié)3401/416/4160.0260抽穗44026/410/5150.0278棉花25播前15018/31/4150.0145幼苗23520/626/670.0217結(jié)鈴33519/719/770.0217開花43512/812/870.0217早秋15播前15020/328/390.0145拔節(jié)23525/630/660.0152抽穗3355/810/860.0152晚秋40播前1459/620/6120.026拔節(jié)2351/710/7100.0243抽穗33526/74/8100.0243開花4

6、3515/824/8100.0243.A.灌水率圖原灌水率IT rft I1fc.riTr!,二 TEE1iHss器揖sssv-H勿上冷 T 二W三絲蕾？達(dá)當(dāng)季一空空2853HS灌水率圖的修正修正原那么：(1)修正后的灌水率圖應(yīng)與水源供水條件相適應(yīng)；(2)盡量保證作物需水臨界期的灌水不變,假設(shè)需要提前或推遲灌水日期,前后不得超過3天,且以前提為主；(3)修正后的灌水率圖應(yīng)當(dāng)比擬均勻,使得渠道水位和流量不發(fā)生劇烈變化；宜預(yù)防經(jīng)常停水特別預(yù)防小于 5天的短期停水,保證渠道平安運(yùn)行.在修正灌水率圖時,要以不影響作物需水為原那么,盡量不要改變主要作物關(guān)鍵用水期的各次灌水時間,假設(shè)必須調(diào)整移動,以往前移

7、為主,前后移動不超過三天；調(diào)整其他各次灌水時,要使修正后的灌水率圖比擬均勻、連續(xù).此外,為了減少輸水損失,并使渠道工作制度平穩(wěn),在調(diào)整時不應(yīng)使灌水率數(shù)值相差懸殊.一般最小灌水率不應(yīng)小于最大灌水率的40%. 修修正灌水率圖修正后灌水率圖-JI 1卓-TLELr二l;k 一、.!*!* B-lllr*3 3 一鬟毒等等澧聿霰毒11奉麥 秋秋荏小 快早周冬 s H - 考慮到主要作物冬小麥的需水臨界期,取該時段的灌水率為設(shè)計灌水率,即q=0.026m3/(s*100hm2)三.其他資料(1)有效利用系數(shù)刀田=0.90Y農(nóng)渠 =0.90Y渠系=0.65(2)流量在2.55m /秒范圍內(nèi)修隧洞(片石拱)

8、時,單價為 30萬元/km ;同條件下修建陡坡的單價為11.5萬元/km .(3)支渠限制面積 36萬畝,斗渠限制面積30008000畝.(4 )干支渠續(xù)灌；斗渠輪灌.四.灌溉用水量灌溉用水量計算表各種作物各次灌溉用水流量全灌區(qū) 灌溉用 水量天數(shù)全區(qū)總 灌溉用 水量日期冬小麥棉花早秋晚秋2-20-3-70.0260.0263-18-3-280.01150.01153-28-3-300.01450.01453-310.0260.0263-31-4-160.0260.0264-26-5-100.0260.0266-9-6-190.0260.0266-20-6-240.02170.00430.026

9、6-25-6-260.02170.00260.02436-27-6-300.02430.02437-1-7-100.02430.02437-13-7-190.02170.02177-26-8-40.02430.02438-50.02430.02438-6 - 8-120.02170.00260.02438-13-8-140.02430.02438-15-8-240.02430.024312-1 - 12-220.02370.0237五、灌區(qū)的水量平衡1、灌區(qū)水源的種類、可靠性2、灌區(qū)用水方案的擬定表一設(shè)計年清河流量按旬統(tǒng)計表月101112123456789上旬27.511.65.02.02.0

10、3.54.58.05.128.131.419.0中旬20.19.54.52.02.93.85.07.03.447.228.030.2下旬15.65.63.82.03.34.050.58.404.121.316.025.6六、灌排渠道布置綜合考慮灌區(qū)水源、灌溉要求、地形、土壤、水文地質(zhì)條件、行政區(qū)劃、交通用途,綜合考 慮布置灌區(qū)灌排渠道.在灌區(qū)水源上游取水,布置一條總干渠和三條支渠,支渠下設(shè)斗渠、 農(nóng)渠、排水溝等.(1)、渠首工程位置選擇的原那么和方案該灌區(qū)水源應(yīng)取清河為水源,河水水量穩(wěn)定,水質(zhì)較好,含鹽量符合灌水要求.取水口取在1#斷面和2#斷面之間的凹岸處,以預(yù)防淤積造成取水建筑物堵塞并且1

11、#至2#斷面間河床土質(zhì)密實(shí),2.5米以下為堅硬巖層.適合修筑取水建筑物.(2)、排水容泄區(qū)的選擇一支渠和二支渠限制灌溉區(qū)域的的容泄區(qū)為李家溝,其中二支渠的六斗渠限制的灌溉 區(qū)域容泄區(qū)為衛(wèi)河.其中二、三支渠中斗渠的多余水量也可以通過山谷基線排除,最后注 入衛(wèi)河.三支渠限制的灌溉區(qū)域的容泄區(qū)也可以為衛(wèi)河和禹河.在三支渠的四斗渠限制的 灌溉區(qū)域應(yīng)設(shè)抽水站, 將多余水從此處排入禹河 (該區(qū)地勢低洼且有高崖, 積水不易排出). 該灌區(qū)其他區(qū)域,排水天然地勢優(yōu)越,無需太多排水設(shè)施及溝道排水.根據(jù)資料得知, 本地區(qū)土壤透水性強(qiáng),且地下水位較深,因而形成的地面徑流量不大,除凹地外,徑流可 及時排除,所以,農(nóng)溝

12、的布置暫不考慮.(3)、灌溉渠道的規(guī)劃布置原那么1、干渠應(yīng)布置在灌區(qū)的較高地帶,以便自流限制較大的灌溉面積.2、使工程量和工程費(fèi)用最小.3、灌溉渠道的位置應(yīng)參照行政區(qū)劃確定,盡可能使各用水單位都有獨(dú)立的用水渠道,以利治理,并應(yīng)為上下及渠道的布置創(chuàng)造良好的條件.4、保證渠道工程平安可靠.5、要考慮綜合利用.6、灌溉渠系規(guī)劃應(yīng)和排水系統(tǒng)規(guī)劃結(jié)合進(jìn)行.7、灌溉渠系布置應(yīng)和土地整理規(guī)劃和農(nóng)業(yè)區(qū)劃密切結(jié)合,以提升土地利用率,方便生產(chǎn)生活.8、當(dāng)渠線必須轉(zhuǎn)彎時,土質(zhì)干、支渠的彎道曲率半徑應(yīng)該大于干、支渠水面寬度的5倍.9、對沿曲線方向宣泄的山洪、墟流應(yīng)予以截導(dǎo),預(yù)防進(jìn)入灌溉渠道.(4)、支渠以下田間工程的

13、布置形式1 .適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的要求,提升土地利用率,實(shí)現(xiàn)山、水、田、林、路的綜 合治理.2 .渠網(wǎng)配套,灌排自如,限制地下水位；既能適時適量灌溉,又可以及時排 水,不使農(nóng)田漬澇.3 .田面平整,田境規(guī)整,適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的要求.4 .改進(jìn)土壤,提升土地肥力,促使農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn).5 .合理利用各類土地,實(shí)現(xiàn)農(nóng)、林、牧、副、漁的全面開展,注意保持生態(tài) 平衡,促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)開展.田間工程的布置形式：在田間系統(tǒng)中,渠、溝、林、路的配合采用溝一路一渠的布置方式,以減少輸水渠向排水溝的滲漏,道路旁為灌溉渠道和排水溝中間, 在路的兩側(cè)植樹,具體布置見下列圖：(5)渠系建筑物的布置.1.干支渠系建筑物布置渠系建

14、筑物干OAT渠干ABF渠干BC二支渠陡坡干渠進(jìn) 水閘11支渠進(jìn) 水閘1113泄水閘1113節(jié)制閘11111117渡槽11涵洞公路橋11242424151196 .斗農(nóng)渠渠系建筑物的布置.以二支渠為例,二支渠共 6條斗渠,每個斗渠 10條農(nóng)渠.每條斗渠上有個斗門,每個農(nóng)渠上有個農(nóng)門,共 6個斗門,60個農(nóng)門.具體詳見灌區(qū)布置圖：七、灌溉渠道設(shè)計1 .渠道設(shè)計流量推算A、渠道的工作制度及劃分輪灌組的依據(jù)依據(jù)不同地區(qū)種植的不同作物在不同時間對灌水的要求不同,劃分輪灌組.干、支渠采用續(xù)灌,支渠以下的斗、農(nóng)渠采用輪灌采用分組輪灌,將每支渠的限制面積劃分為兩個輪 灌組.(1)干、支渠長度及限制面積渠道干O

15、A干AB干BC一支渠F渠二支渠長度(km)2.6754.1384.7423.35.38.128.255限制面積(hm2)1133.3286635347533.3(2)渠道工作制度.渠道工作制度采用輪灌方式,并采用集中編組,6條斗渠每3條一組,1農(nóng)渠每5條一組,即斗渠兩組輪灌,農(nóng)渠兩組輪灌.(3)典型支渠支渠流量推算(二支渠)OCB|2.6063千米A二支 渠2.7042千米3.3千米米千352.7635千米2.5401千米8.1千米2.7507千米2.8740千米(4)、計算如下1.計算農(nóng)渠的設(shè)計流量.二支渠的田間凈流量為：Q 二支渠田凈=A 二支x qd=28.66X 0.026=0.745

16、(m3/s) 由于斗渠分為兩組輪灌, 同時工作的斗渠有 3條,而農(nóng)渠分為2個輪灌組,同時工作的農(nóng)渠 有5條.所以,農(nóng)渠的田間凈流量為：Q農(nóng)田凈 =Q 二支渠田凈 /(nk)=0.745/(3 X 5)=0.050(m3/s)田間水利用系數(shù)：Y f=0.9,那么農(nóng)渠的凈流量為：Q農(nóng)凈=Q農(nóng)田凈/t f =0.0497/0.90=0.055(m3/s) 灌區(qū)土壤屬中粘壤土,從資料中可查出相應(yīng)的土壤透水性參數(shù)A=1.9,m=0.4,據(jù)此可計算農(nóng)渠每千米輸水損失系數(shù) (=A/Q 農(nóng)凈八m=1.9/0.0550.4=6.06 農(nóng)渠的毛流量或設(shè)計流量為：Q 農(nóng)毛=.農(nóng)凈(1+b 農(nóng) l 農(nóng)/100) =0

17、.055 (1+6.35X 0.55/100) =0.057(m3/s) 2.計算斗渠的設(shè)計流量.由于一條斗渠內(nèi)同時工作的農(nóng)渠有5條,所以,斗渠的凈流量等于5條農(nóng)渠的毛流量之和：Q 斗凈=5XQ 農(nóng)毛=5X0.057=0.285(m3/s) 農(nóng)渠分兩組輪灌,各組要求斗渠供應(yīng)的凈流量相等.但是,第2輪灌組距斗渠進(jìn)水口較遠(yuǎn),輸水損失量較多,據(jù)此求得的斗渠毛流量較大,因此,以第 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.以二支渠的4斗渠為例,斗渠的平均工作長度為1.95千米. 斗渠每千米輸水損失系數(shù)為：a 4=A/Q 斗凈八m=1.9/0.2850.4=3.14Q 斗毛=Q 斗凈(1+b 斗

18、 l 斗/100) =0.285 (1+3.14X 1.95/100) =0.302(m3/s) 3.計算支渠的設(shè)計流量.斗渠分為兩組輪灌,以第2輪灌組要求的支渠毛流量作為支渠的設(shè)計流量.二支渠的平均工作長度為 3.56千米. 支渠的凈流量為：Q 二支凈=3XQ 斗毛=3X0.302=0.906(nf/s)支渠渠每千米失系數(shù)為：a =A/Q 二支 7Am=1.9/0.9060.4=1.98支渠的毛流量：Q 二支毛=.二支凈(1+b 二支 l 二支/100) =0.906 (1+1.98X3.56/100) =0.970(m3/s)計算二支渠的灌溉水利用系數(shù)：X二支水 =Q 二支田凈 /Q 二支

19、毛 =0.745/0.970=0.775 .計算以一、三支渠的田間凈流量：Q 一支田凈=11.33X 0.026=0.295(m3/s)Q三支田凈 =35.34X 0.026=0.919(m3/s)6 .計算一、三支渠的設(shè)計流量：以典型支渠(二支渠)的灌溉水利用系數(shù)作為擴(kuò)大指標(biāo),用 來計算其他支渠的設(shè)計流量.Q 支毛 =Q 一支凈/ X 一支水 =0.295/0.77=0.383(m3/s)Q三支毛 =Q 三支凈/ 7三支水=0.919/0.77=1.193(m3/s)7 .推求干渠的、各段的設(shè)計流量：3.Qbc =Q 三支毛=1.193(m3/s)(T bc=A/Qbc 凈Am=1.9/1.

20、1930.4=1.77Qbc xQbc 凈(1+ b bc|bc/100) =1.193( 1+1.77 X 4.742/100)=1.293(m3/s)b.QAB 凈=.二支毛+Qbc 毛=0.970+1.293=2.263(m3/s)b AB=A/Q oa 凈 Am=1.9/2.2630.4=1.37.人8毛=.人8 凈(1+(tabIab/100) =2.263 (1+1.37X4.138/100) =2.391(m3/s)c.Qoa 凈=.支毛 +Qab 凈=0.383+2.391=2.774(m3/s)(toa=A/Qoa 凈 Am=1.9/2.7740-4=1.26Qoa毛=Qoa

21、凈(1+(toaIoa/100) =2.774 (1+1.26X2.675/100) =2.87(m3/s)4水=口VV cdVcs由資料得,該地區(qū)土壤質(zhì)地為中粘壤土,微有結(jié)構(gòu),且干容重為1.40t / cm3.所以,中壤土的干容重為 1.301.70t / cm3 ,不沖流速為0.65 0.85R(修正之后的.=1.4).不過,對于有襯砌護(hù)面的渠道的不沖流速比土渠大很X多,取 cs =2.5m/sVcd常用的渠道挾沙水平的計算公式主要為根據(jù)實(shí)際研究成果而得到的經(jīng)驗公式v cd =C0 Q0.5 .式中,C0為不淤流速系數(shù),C0取0.4.干渠斷面穩(wěn)定分析具體計算：OA 段：vcs=2.5m/s

22、Vcd=0.4 X2.870 0.5=0.677m/svcdv=0.703m/svcs故滿足穩(wěn)定要求AB 段：vcs=2.5m/sVcd=0.4 X2.391 0.5=0.618m/svcdv=0.671m/svcs故滿足穩(wěn)定要求BC 段 vcs=2.5m/svcd=0.4 X1.293 0.5= 0.455vcdv=0.576m/svcs 故滿足穩(wěn)定要求綜上所述,干渠渠道斷面設(shè)計到達(dá)穩(wěn)定要求.(5)渠道過水?dāng)嗝嬉陨暇植康挠嘘P(guān)尺寸渠道加大水深：渠道通過加大流量 Qj時的水深稱為加大水深hj通過查詢表6可得到；平安超高：為了預(yù)防風(fēng)浪引起渠水漫溢,保證渠道平安運(yùn)行,挖方渠道渠岸和填方渠道的堤頂應(yīng)高

23、于渠道的加大水位,高出的數(shù)值稱為平安超高.H=1/4hj +0.2 大于 0.5m 時,取 0.5m堤頂寬度：D=hj+0.3具體計算如下：OA 段：Qoamax= 3.731m/shjOA =1.536mh=1/4*1.536+0.2=0.584.取 h=0.5mD=1.536+0.3=1.836mAB 段：QABMAX =3.108m/shjAB=1.434mh=1/4*1.434+0.2=0.5585m M A h=0.5mD=1.434+0.3=1.736mBC 段:QbCMAX =1.681m/shjBC=1.139m h=1/4*1.139+0.2=0.485mD=1.139+0.3=1,439m(6)干渠橫斷面結(jié)構(gòu)為了工程簡單,工程費(fèi)用少,采用半挖半填式渠道.半挖半填式渠道的挖方局部為 筑堤提供了土料,填方局部為挖方棄土提供了場所,渠道工程費(fèi)用少,當(dāng)挖方量等 于填方量時,工程費(fèi)用最少.挖方深度 x 按下式計算：(b+m1x)x=(1.1-1.3)2ad+a(m 1+m2)受系數(shù)1.11.3是考慮土體沉陷而增加的填方量,壤土取 1.15.為了保證渠道的平安穩(wěn)定,半挖半填渠道堤底的寬度B應(yīng)滿足以下條件BN510)