農(nóng)田水力學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電與建筑學(xué)院一、基本資料 (一)概況 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(wàn)畝。氣候溫和，無(wú)霜期長(zhǎng)，適宜于農(nóng)作物生長(zhǎng)。年平均氣溫165，多年平均蒸發(fā)量1065mm，多年平均降水量1112mm。Q灌區(qū)地形圖見(jiàn)附錄。 灌區(qū)人口總數(shù)約8萬(wàn)，勞動(dòng)力1.9萬(wàn)。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45m，土壤及地下水的pH值屆中性，無(wú)鹽堿化威脅。 界榮山，龍尾山等屬土質(zhì)丘陵，表土屬

2、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(shí)易暴發(fā)洪水，近年來(lái)已在各溝，溪上游修建多處小型水庫(kù)，山洪已基本得到控制，對(duì)灌區(qū)無(wú)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(外)建大型水庫(kù)一座，壩頂高程502m，正常水位43Om，興利庫(kù)容1.2×108m3總庫(kù)容2.3×108m3。Q灌區(qū)擬在該水庫(kù)下游A-A斷面處修建攔河壩式取水樞紐，引取水庫(kù)水發(fā)電則利用尾水進(jìn)行灌溉。A-A斷面處河底高程30m，砂，

3、卵右覆蓋層厚25m，下為基巖，河道比降1100，河底寬82m，河面寬120m。水庫(kù)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)氣象 設(shè)計(jì)的中等干旱年(相當(dāng)于1972年)411月水面蒸發(fā)量(80cm口徑蒸發(fā)皿)及降水量見(jiàn)表設(shè)2表3表2 設(shè)計(jì)年蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)月 分4567蒸發(fā)量（mm）97.5118.0143.7174.9月 份891011蒸發(fā)量（mm）196.5144.7101.175.6日月 分4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.3492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.5

4、2.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.649.22.53.6232310.74.52435.47.425261.56.2271.1281.53.729307.7313.6月 計(jì)72.9108.5107.339.825.037.3103.5 設(shè)計(jì)年降水量統(tǒng)計(jì)表3(三)種植計(jì)劃及灌溉經(jīng)驗(yàn)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(jiàn)表4作物種植比例表4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(yàn)站觀

5、測(cè)資料，設(shè)計(jì)年(1972)早稻及棉花的基本觀測(cè)數(shù)據(jù)如表5及表6所示，中稻及晚稻的豐產(chǎn)灌溉制度列于表7。表5 早稻基本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生育階段復(fù)苗分蘗前分蘗后孕穗抽穗乳熟黃熟全生育期起止日期(日/月)25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/20/725/20/7天數(shù)101018151411987摸比系數(shù)(%)78182521138100天間允許水深(mm)10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50濕潤(rùn)滲透強(qiáng)調(diào)（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3附注：全生育起需水系數(shù)a=1.0棉花

6、試驗(yàn)基本資料表6生育階段幼苗期現(xiàn)蕾期開(kāi)花結(jié)果期吐絮期全生育期起止日期(日/月)21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11摸比系數(shù)(%下水補(bǔ)給占作物需水量（%）10202225計(jì)劃濕潤(rùn)層深（mm）0.40.50.50.60.60.70.7附注：計(jì)劃產(chǎn)量120kg籽棉； 需水系數(shù)K=267m3kg 土壤空隙率為40(占土體的%)； 土壤適宜含水率上限為88%，下限為616%(占空隙X); 田間最大持水率為88%(占空隙)； 播種時(shí)，計(jì)劃層土壤儲(chǔ)水量為102m3畝中稻，雙季晚稻設(shè)計(jì)年豐產(chǎn)灌溉制度 表7中 稻雙季晚稻灌水次序灌水時(shí)間（日/

7、月）灌水定額（m3/畝）灌水次序灌水時(shí)間（日/月）灌水定額（m3/畝）1（泡田）7/5501（泡田）19/750226/525227/71534/62531/825410/62547/820520/630512/83062/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定額 320（m3/畝）灌溉定額 335（m3/畝）附注 早稻泡田日期為4月13日，定額70m3畝。1.早稻及棉花的灌溉制度計(jì)算1.1早稻的灌溉制度計(jì)算由已知的氣象資料可知，在早稻的全生育期的

8、蒸發(fā)量為所以可得各生育階段的需水量，繼而可得出逐日耗水量。列入下表。 逐日耗水量計(jì)算表 生育期 復(fù)苗 分蘗前 分蘗后 孕穗 抽穗 乳熟 黃熟 全生育期起止月日4.25-5.45.5-5.145.15-6.16.2-6.166.17-6.307.1-7.117.12-7.204.25-7.20 天數(shù)101018151411987模比系數(shù)78182521138100階段需水量27.5831.5270.9398.5282.7551.2331.52394.06階段滲漏量131323.419.518.214.311.7113.1階段耗水量40.5844.5294.33118.02100.9565.534

9、3.22507.15逐日耗水量4.064.455.247.877.215.964.8當(dāng)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(shè)計(jì)灌水，當(dāng)大于最大田間允許水層深度則設(shè)計(jì)排水。水量平衡方程：WtW0=WrP0KMET。早稻生育期灌溉制度計(jì)算列如下表。灌區(qū)早稻生育期灌溉制度計(jì)算表 單位：mm日期生育期設(shè)計(jì)淹灌水層逐日耗水量逐日降雨淹灌水層變化灌水量排水量月日4244.12025復(fù)苗10-30-504.115.9264.111.8274.127.720284.11.525.1294.121304.116.9514.112.824.128.72034.13.42844.

10、19.233.15分蘗前10-40-804.51.229.864.57.933.274.528.557.284.552.794.548.2104.543.7114.52.541.7124.56.443.6134.539.1144.534.615分蘗后20-50-905.229.4165.2630.2175.224.549.5185.244.3195.239.1205.233.9215.228.7225.210.634.1235.210.739.6245.234.4255.229.2265.224275.21.149.930285.23.748.4295.243.2305.238315.232.

11、8615.227.62孕穗20-50-1007.917.437.137.91.931.147.923.257.945.33067.937.477.929.587.921.697.943.730107.935.8117.927.9127.920137.942.130147.91.936.1157.928.2167.920.317抽穗20-50-907.243.130187.235.9197.228.7207.221.5217.244.330227.249.286.3237.279.1247.235.49017.3257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297

12、.255.5307.248.371乳熟10-40-50642.32636.33630.34624.35618.36612.37636.3308630.39624.310618.311612.312黃熟自然落干4.87.5134.82.714151617181920478.6224.525017.3校核：h始+ 20+224.5+250-478.6-17.31.4mm與7月13日淹灌水層相符，計(jì)算無(wú)誤。2.灌水率計(jì)算2.1根據(jù)所計(jì)算得的早稻、棉花及給出的中稻、雙季晚稻的灌溉制度以及作物比例分別計(jì)算出其灌溉率。各次灌水的灌水率為計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下表。灌水率計(jì)算表作物作物所占面積（%）灌水次數(shù)灌水定額(m

13、3/畝)灌水時(shí)間（日/月)延續(xù)時(shí)間（d)灌水率m3/（s·萬(wàn)畝)中稻30（泡田）1755月7日100.26 2255月26日50.17 3256月4日50.17 4256月10日50.17 5306月20日50.21 6307月2日50.21 7307月8日50.21 8307月14日50.21 9307月22日50.21 10257月29日50.17 11208月10日50.14 雙季晚稻50（泡田）1707月19日50.81 2157月27日50.17 3258月1日50.29 4208月7日50.23 5258月12日50.29 6308月23日50.35 7308月27日50

14、.35 8308月31日50.35 9309月6日50.35 10309月12日50.35 11309月19日50.35 12209月30日50.23 早稻50（泡田）1804月27日50.93 2 13.33 5月3日50.15 313.33 5月27日50.15 4206月5日50.23 5206月9日50.23 6206月13日50.23 7206月17日50.23 8206月21日50.23 9207月7日50.23 棉花2013050.14 通過(guò)已知的中稻和晚稻的灌溉制度，得出全灌溉區(qū)的初步灌水率圖如下圖所示：灌水率的修正修正原則：要以不影響作物需水要求為原則，盡量不要改變主要作物關(guān)

15、鍵用水期的各次灌水時(shí)間，修正后的灌水率圖要比較均勻連續(xù)，修正后最小的灌水率應(yīng)不小于最大灌水率的45%。通過(guò)修正得到下圖：如圖所示， 全區(qū)的灌水率為最高為0.465m3/(S·萬(wàn)畝），灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模數(shù)采用最高的灌水率0.465m3/(S·萬(wàn)畝）3. 確定渠首樞紐的位置Q灌區(qū)擬在該水庫(kù)下游A-A斷面處修建攔河壩式取水樞紐，引取水庫(kù)水發(fā)電則利用尾水進(jìn)行灌溉。砂，卵右覆蓋層厚25m，下為基巖，河道的地質(zhì)條件良好，A-A斷面處河底高程30m，河流水源雖然比較豐富，但水位較低，可在河道A-A斷面處修建雍水建筑物，抬到水位，自流引水灌溉，形成有壩引水方式。河道比降1100，河底寬8

16、2m，河面寬120m。水庫(kù)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。4.灌溉渠系規(guī)劃布置與渠道設(shè)計(jì)流量計(jì)算4.1渠道布置本灌區(qū)灌溉渠道分為干、支、斗、農(nóng)四級(jí)固定渠道。本灌區(qū)屬于小坡度地區(qū)。一支布置在整個(gè)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，三支布置在整個(gè)灌區(qū)的東面，即整個(gè)灌區(qū)由三條支渠控制。第三支渠灌溉面積適中，可作為典型支渠，該支渠有8條斗渠，斗渠長(zhǎng)3000m，取第五斗渠為典型斗渠。每條斗渠有10條農(nóng)渠，長(zhǎng)800m,間距300m，可取五斗二農(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(gè)條田中均

17、設(shè)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。布置圖見(jiàn)附圖三。4.2確定工作制度干支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)輪灌（各分兩組）。4.3典型支渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算灌區(qū)總面積約為12萬(wàn)畝，干渠長(zhǎng)為16.5km，各支渠的長(zhǎng)度及灌溉面積列入下表。 支渠長(zhǎng)度及灌溉面積 渠別 一支 二支 三支 合計(jì) 長(zhǎng)度（km） 2.8 4.23.2 10.2灌溉面積（萬(wàn)畝） 2.72 4.414.87 124.3.1典型支渠（三支渠）及其所屬斗、農(nóng)渠的設(shè)計(jì)流量A計(jì)算農(nóng)渠的設(shè)計(jì)流量 三支渠的田間凈流量為因斗、農(nóng)渠分兩組輪灌，同時(shí)工作的斗渠有4條，同時(shí)工作的農(nóng)渠有5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

18、流量灌區(qū)土壤屬中粘壤土，查表得相應(yīng)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(jì)算長(zhǎng)度為：農(nóng)渠的的設(shè)計(jì)流量為B計(jì)算斗渠的設(shè)計(jì)流量因一條斗渠內(nèi)同時(shí)工作的農(nóng)渠有5條，即斗渠的流量為：農(nóng)渠分兩組輪灌，各組要求斗渠供給的凈流量相等。但是，第輪灌組距斗渠進(jìn)水口較遠(yuǎn)，輸水損失水量較多，據(jù)此求得的斗渠毛流量較大，因此以第輪灌組的斗渠毛流量作為斗渠的設(shè)計(jì)流量。斗渠的工作長(zhǎng)度為。斗渠每公里輸水損失系數(shù)為：斗渠的設(shè)計(jì)流量為：。C.計(jì)算三支渠的設(shè)計(jì)流量斗渠也是分兩組輪灌，以第輪灌組要求的支渠毛流量作為支渠的設(shè)計(jì)流量。支渠的工作長(zhǎng)度?。骸Ｖ膬袅髁繛椋褐抗镙斔畵p失系數(shù)為支渠的設(shè)計(jì)流量為4.3.

19、2計(jì)算三支渠的灌溉水利用系數(shù)4.3.3.計(jì)算一、二支渠的設(shè)計(jì)流量A計(jì)算一、二支渠的田間凈流量B計(jì)算一、二支渠的設(shè)計(jì)流量以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系數(shù)作為擴(kuò)大指標(biāo)，用來(lái)計(jì)算其他支渠的設(shè)計(jì)流量。4.3.4推求干渠各段的設(shè)計(jì)流量ABC段的設(shè)計(jì)流量BAB段的設(shè)計(jì)流量COA段的設(shè)計(jì)流量5.灌溉渠道的斷面設(shè)計(jì)5.1渠道橫斷面設(shè)計(jì)由已知資料查表，可取 51.1干渠橫斷面設(shè)計(jì)采用經(jīng)濟(jì)適用斷面A 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(shuō)明斷面尺寸符合要求，即干渠OA段的斷面尺寸為：，。干渠AB、BC段以及典型支渠（三支）皆采用經(jīng)濟(jì)適用斷面計(jì)算，其結(jié)果列入下表。 斷面尺寸設(shè)計(jì)渠別Q

20、hbAB RAB6.41.544.799759.151.070.66 0.31 0.75BC3.711.253.896.437.430.870.580.280.713支3.431.223.796.117.240.840.560.220.70經(jīng)校核皆滿足，說(shuō)明以上橫斷面尺寸都符合要求。5.2渠道縱斷面設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)灌溉水位要求確定渠道的空間位置，包括設(shè)計(jì)水位、渠底高程、堤頂高程、最小水位等。其中堤頂高程、最小水位的確定需確定最小水深和加大水深。即需確定最小流量與加大流量。為保證對(duì)下級(jí)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(shè)計(jì)流量的為宜，在此取，而加大流量為（當(dāng)時(shí)，??；

21、當(dāng)，取）。而為了防止風(fēng)浪引起渠水漫溢，保證渠道安全運(yùn)行，挖方渠道的渠岸和填方渠道的堤頂應(yīng)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(yùn)行，挖方渠道的渠岸和填方的堤頂應(yīng)有一定的寬度，以滿足交通和渠道穩(wěn)定的需要，即是。5.2.1干渠縱斷面設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)干渠縱斷面利用迭代法計(jì)算。（ ）A OA段： 初始選，則有進(jìn)行迭代，最終得，即為最小水深。因 初始，則迭代得，即為OA段堤頂高程。因此得堤頂寬度為，。B AB： 初始選，因，迭代得，即為最小水深。 初始，則迭代得，即為堤頂高程。因此得AB段的堤頂寬度為，安全超高。C： 初選，有，迭代得即為最小水深。又因 選，則，迭代得，為堤頂高程。堤頂寬度，安全超高。D：典型支渠（三支）： 初選，有，迭代得，為最小水深。又因 選，則，迭代得為堤頂高程。，。5.2.3灌溉渠道的水位計(jì)算為了滿足自流灌溉的要求，各級(jí)渠道入口處都應(yīng)具有足夠的水位。式中：渠道進(jìn)水口處的設(shè)計(jì)水位，m；渠道灌溉范圍內(nèi)控制點(diǎn)的地面高程（m）?？刂泣c(diǎn)地面與附近末級(jí)固定渠道設(shè)計(jì)水位的高差，取0.1m；渠道的長(zhǎng)度，m；渠道的比降；水流通過(guò)渠系建筑物的水頭損失（m），可查表。A 干渠：所以有B 三支口處：所以有三支處的設(shè)計(jì)水位為C 三支五斗處：所以三支五斗處的設(shè)計(jì)水位為可根據(jù)以上計(jì)算