第一節(jié)灌溉渠道流量確定和設計

(2)續(xù)灌渠道設計流量的計算:續(xù)灌渠道一般為干、支渠道，流量較大，上、下游流量相差懸殊，這就要求分段推算設計流量，各渠段可采用不同的斷面。各級續(xù)灌渠道的輸水時間都等于灌區(qū)灌水延續(xù)時間，可以直接由下級渠道的毛流量推算上級渠道的毛流量。所以續(xù)灌渠道設計流量的推算方法是自下而上逐級、逐段進行推算。生產(chǎn)實際中一般用經(jīng)驗公式估算續(xù)灌渠道分段設計流量。

具體推算方法以圖為例說明如下：圖中表示的渠系有1條干渠和4條支渠，各支渠的毛流量分別為Q1、Q2、Q3、Q4，支渠取水口把干渠分成3段，各段長度分別為L1、L2、L3，各段的設計流量分別為QOA、QAB、QBC，

計算公式如下：具體推算可參見教材p125例3—1。

3．渠道最小流量和加大流量:

渠道最小流量可能出現(xiàn)于河流水源不足的時候，有時灌區(qū)需對種植面積較小或灌水定額較小的作物單獨供水，也可能出現(xiàn)渠道最小流量(Qmin)。最小流量用以校核對下一級渠道的水位控制條件和確定修建節(jié)制閘的位置，并按最小流量驗算渠道不淤條件。(1)渠道最小流量的確定：為保證渠道順利輸、配水，對于同一條渠道，其設計流量(Qd)與最小流量(Qmin)相差不能過大，為了保證對下級渠道正常供水，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40％為宜；也有的灌區(qū)規(guī)定渠道最低水位等于或大于70％的設計水位。實際灌水中如某次灌水定額過小，可實行集中供水，縮短供水時間；如因水源缺水造成引水量過小，則可對支渠實行續(xù)灌。(2)渠道加大流量的確定:加大流量是考慮到灌區(qū)管理運用中可能出現(xiàn)規(guī)劃設計未能預料到的變化(如種植比例變化、擴大灌溉面積，稀遇的干旱氣候等)和短時加大輸水的要求，在設計時要注意留有余地。同時，渠道加大流量也是設計堤頂高程的依據(jù)。即:堤頂高程=渠道加大流量水位+堤頂超高。

渠道加大流量的計算是以設計流量為基礎，給設計流量乘以“加大系數(shù)”即可?？砂聪铝泄接嬎?。

Q加大

=JQ設

式中：Q加大―渠道加大流量（m3s-1）；Q設―渠道設計流量（m3s-1）；J

―加大系數(shù)(%)，可參照下表執(zhí)行。

渠道設計流量（m3s-1）<11—55—1010—30>30加大流量系數(shù)J1.35—1.301.30—1.251.25—1.201.20—1.151.15—1.10注：輪灌渠道不考慮加大流量；抽水灌區(qū)干渠的加大流量按備用機組的抽水能力而定。渠道流量加大系數(shù)與渠道流量進位規(guī)定:渠道流量加大系數(shù)二、灌溉渠道縱橫斷面設計:

灌溉渠道的設計流量、最小流量和加大流量確定以后，就可據(jù)此設計渠道的縱橫斷面。設計流量是進行水力計算、確定渠道過水斷面尺寸的主要依據(jù)。渠道縱、橫斷面設計應除了滿足渠道的輸水、配水要求外，還應滿足渠床穩(wěn)定條件，包括縱向穩(wěn)定和平面穩(wěn)定兩個方面。

一般對渠道橫斷面設計的要求是保證設計的斷面能夠輸送設計流量和加大流量，設計的斷面渠床穩(wěn)定，不沖涮，不淤積，不塌坡；對渠道縱斷面設計要求是應盡可能保證渠道有足夠的水位高度，以滿足灌區(qū)大部分地區(qū)實現(xiàn)自流灌溉；渠道土方工程量小，渠系建筑物少，經(jīng)濟合理；縱向穩(wěn)定要求渠道在設計條件下工作時，不發(fā)生沖刷和淤積，或在一定時期內沖淤平衡。平面穩(wěn)定要求渠道在設計條件下工作時，渠道水流不發(fā)生左右搖擺。渠道縱斷面和橫斷面的設計是互相聯(lián)系、互為條件的。在設計實踐中應統(tǒng)盤考慮、交替進行、反復調整，最后確定合理的設計方案。1．渠道橫斷面設計渠道橫斷面尺寸要根據(jù)渠道設計流量通過水力計算加以確定。一般情況下采用明渠均勻流公式計算，即

式中：Q為渠道設計流量；A為渠道過水斷面面積；R為水力半徑，i為渠底比降；C為謝才系數(shù)，一般采用曼寧公式進行計算，其中n為渠床糙率。設計渠道時要求投資少，效率高，即在設計流量Q、比降i、糙率系數(shù)n值相同的條件下，使渠道斷面最?。换蛟谙嗤瑪嗝鏃l件下通過的流量Q最大。符合這些條件的斷面稱為水力最佳斷面。h從公式可以看出，當當A、n、i一定時，水水力半徑最大大或濕周最小小的斷面就是是水力最佳斷斷面。半圓形形斷面是水力力最佳斷面，，天然土渠修修成半圓形是是很困難的，，也是不穩(wěn)定定的，只能修修成接近半圓圓的梯形斷面面。AXRBbbhbh(b+mh)hb+2hmbb+2mhBB（1）渠底比比降：兩端渠底高差差和渠段間距距離的比值稱稱為渠底比降降。應根據(jù)渠道沿沿線的地面坡坡度、下級渠渠道進水口的的水位要求、、渠床土質、、水源含沙情情況、渠道設設計流量大小小等因素，選選擇適宜的渠渠底比降。清清水渠道易產(chǎn)產(chǎn)生沖刷，比比降宜緩，如如淠史杭灌區(qū)區(qū)輸水渠道的的比降為1／／10000-1／28000。渾渾水渠道容易易淤積，比降降應適當加大大，如人民勝勝利渠灌區(qū)的的渠底比降為為1/1000—1／6000。對黃河中下游游地區(qū)：干渠渠：1/2000—1/5000；；支渠：1/1000—1/3000；斗渠：1/200—1/1000。（2）渠床糙糙率系數(shù)：渠床糙率系數(shù)數(shù)n是反映渠床床粗糙程度的的技術參數(shù)。。確定糙率n值要慎重。。若選擇的渠渠床糙率較實實際渠床的糙糙率小，則渠渠道運行時的的實際輸水能能力就會達不不到設計流量量，滿足不了了灌溉水量的的要求，還有有可能造成渠渠道淤積；當當選擇的渠床床糙率大于實實際值時，不不僅增加渠道道斷面，而且且還會引起渠渠道的沖刷，，渠中水位降降低，減少渠渠道自流控制制面積。渠道道的糙率系數(shù)數(shù)值的正確選選擇不僅要考考慮渠床土質質和施工質量量，還要估計計到建成后的的管理養(yǎng)護情情況。生產(chǎn)實實踐可參考已建灌區(qū)采用用數(shù)值或參考教材表表3-13所所示。例n=0.025或0.02看起起來相差不大大,但1/n,一個為40,另一個個為50,相相差25%。x（3）渠道的邊坡系系數(shù)：渠道的邊坡系系數(shù)m是渠道邊坡傾傾斜程度的指指標，其值等等于邊坡在水水平方向的投投影長度和在在垂直方向投投影長度的比比值。m值的大小關系系到渠坡的穩(wěn)穩(wěn)定，要根據(jù)據(jù)渠床土壤質質地和渠道深深度等條件選選擇適宜的數(shù)數(shù)值。矩形斷斷面的邊坡系系數(shù)m等于零零。大型渠道道的邊坡系數(shù)數(shù)應通過土工工試驗和穩(wěn)定定分析確定。。當挖方深度度大于5m，，渠中水深大大于3m時，，應進行渠道道土壤穩(wěn)定性性分析，從而而確定邊坡系系數(shù)值。若挖挖方小于5m，水深小于3m，這時挖方渠渠道的邊坡系系數(shù)可參考已已成灌區(qū)經(jīng)驗驗數(shù)據(jù)確定。。如果填方渠渠道的填方高高度大于3m時，邊坡系數(shù)數(shù)應通過水工工試驗和穩(wěn)定定性分析確定定。h表3-16梯梯形渠渠道水力最佳佳斷面參數(shù)計計算公式(4)梯形渠道水力力最佳斷面的的計算公式:在渠道比降和和渠床糙率一一定的條件下下，通過設計計流量所需要要的最小過水水斷面稱為水水力最佳斷面面，梯形渠道道水力最佳斷斷面的水力要要素按下表計計算。梯型渠道水力力最優(yōu)斷面常為窄深式，，這種渠施工工困難，特別別是大型渠道道，當?shù)匦螚l條件復雜時施施工就更加困困難，因此在在實際應用中中，水力最優(yōu)斷面面不一定是經(jīng)濟濟斷面。但水力最優(yōu)斷面面具有工程量量最小的優(yōu)點點，小型渠道道和石方渠道道可以采用。。在工程實踐中中為了經(jīng)濟合合理，常常放放棄水力最優(yōu)優(yōu)斷面，而選選用實用經(jīng)濟濟斷面。實際際過程中存在在一組寬淺式式的梯形斷面面，其水深和和底寬有一個個較廣的選擇擇范圍，以適適應各種具體體情況的需要要，而在此范范圍內又能基基本上滿足水水力最優(yōu)斷面面的要求（即即其過水斷面面面積w與水力最優(yōu)斷斷面的w優(yōu)相接近），滿滿足這些要求求的斷面稱為為實用經(jīng)濟斷面面。根據(jù)上式可算出不同邊邊坡系數(shù)相應應的水力最優(yōu)優(yōu)斷面的寬深深比，見下表式中：α為水水力最優(yōu)斷面面流速(或過過水斷面面積積)與實用經(jīng)經(jīng)濟斷面流速速(或過水斷斷面面積)的的比值；V、A、R、h分別為為實用經(jīng)濟斷斷面的流速(m／s)、、過水斷面面面積(m’)、水力半徑徑(m)和水水深(m)；；β為實用經(jīng)經(jīng)濟斷面的寬寬深比。(5)梯形渠渠道實用經(jīng)濟濟斷面的水力力計算公式第五節(jié)灌溉渠道系統(tǒng)統(tǒng)設計實用經(jīng)濟斷面面計算步驟：①根據(jù)表3-16公式，，計算出水力力最優(yōu)斷面的的水力要素。。②分別計算αα所對應的h和b值。③據(jù)式（3-33）計算算α相應的V、A和R值值，并繪制b=f(h)和V=f(h)渠道特性性曲線。④根據(jù)渠段地地形、地質等等條件，由渠渠道特性曲線線圖上選定設設計所需的h、b、V值值。⑤校核實用經(jīng)經(jīng)濟斷面是否否滿足渠道允允許流速的要要求。根據(jù)規(guī)范，對渾水渠道道：對粘性土渠道道和剛性襯砌砌取小值，沙沙性土取大值值。(7).渠渠道允許不沖沖、不淤流速速:渠道斷面過于于窄深或寬淺淺，都會影響響渠道斷面的的穩(wěn)定性。穩(wěn)穩(wěn)定斷面的寬寬深比應滿足足渠道不沖、、不淤流速要要求，即要求求渠道中的實實際流速大小小有一個允許許范圍：V不沖>V允許>V不淤在此范圍內的的流速值，稱稱為渠道的允允許流速。不不沖、不淤流流速的確定應應在總結當?shù)氐匾殉汕肋\運行經(jīng)驗的基基礎上研究確確定。1)渠道不不沖流速:與渠床土質、、渠道流量、、斷面水力要要素、水流含含沙情況等因因素有關，具具體數(shù)值要通通過試驗研究究或總結已成成渠道的運用用經(jīng)驗而定。。一般土渠的的不沖流速在在0.6-0.9m／s之間,下表表中的數(shù)值可可供設計參考考。土質渠道不沖沖流速渠床土質

不沖流速(ms-1)備

注

輕壤土

0.6～0.81）表中土壤的干容重為1.3～1.7gcm-3；

2）當R≠1m時，表中所列數(shù)值應乘Ra加以修正。對于疏松的壤土和粘土，指數(shù)a=1/3～1/4；對于密實的砂壤土、壤土和粘土，a=1/4～1/5。

中壤土

0.65～0.85重壤土

0.70～0.95粘土

0.75～1.00有襯砌護面的的渠道的不沖沖流速比土渠渠大得多，如如混凝土護面面的渠道允許許最大流速可可達12m／／s。但從渠渠床穩(wěn)定考慮慮，仍應對襯襯砌渠道的允允許最大流速速限制在較小小的數(shù)值范圍圍內。美國墾墾務局建議：：無鋼筋的混混凝土襯砌渠渠道的流速不不應超過2.5m／s，，因為流速太太大的水流遇遇到裂縫或縫縫隙時，流速速水頭就轉化化為壓能，會會使襯砌層翹翹起和剝落。。2)渠道的不淤流流速：渠道水流的挾挾沙能力隨流流速的減小而而減小，當流流速小到一定定程度時，部部分泥沙就開開始在渠道內內淤積。泥沙沙將要沉積時時的流速就是是臨界不淤流流速。在清水水渠道中，為為了不讓渠道道長草，一般般要求斷面平平均流速大于于0.3～0.5ms-1，習慣上也有有人稱之為不不淤流速。渠渠道不淤流速速主要取決于于渠道含沙情情況和斷面水水力要素，即即渠道水流的的挾沙能力，，根據(jù)我國各各地經(jīng)驗，常常用的渠道挾挾沙能力的計計算公式主要要為根據(jù)實際際研究成果而而得到的經(jīng)驗驗公式：Vcd=CoQ0.5式中：Vcd為渠道不淤流流速(m／s)；Co為不淤流速系系數(shù)；Q為渠渠道的設計流流量(m3／s)。上式式適用于黃河河流域含沙量量為1.32—83.8kg／m3、加權平均泥泥沙沉降速度度為0.0085—0.32m／／s的渠道。見例四①渠道加大水水深：渠道通過加大大流量Qj時的水深稱為為加大水深hj。通常用試算算法或查諾模模圖求加大水水深，計算的的方法步驟和和求設計水深深的方法相同同。(8).渠道道過水斷面以以上部分的有有關尺寸hdhj△h渠堤頂高程??②安全超高。。為了防止風浪浪引起渠水漫漫溢，保證渠渠道安全運行行，挖方渠道道的渠岸和填填方渠道的堤堤頂應高于渠渠道的加大水水位，高出的的數(shù)值稱為渠渠道的安全超超高，土渠可可用下式計算算渠道的安全全超高▽h，，但最小不宜宜小于0.5m；石渠的的安全超高可可比相同條件件下的土渠超超高值稍小，，但最小不宜宜小于0.3m。從多泥泥沙河流引水水的渠道，還還應考慮渠底底產(chǎn)生泥沙淤淤積的影響。?！鱤=1/4hj+0.2③堤頂寬度。。渠岸和堤頂?shù)牡膶挾瓤砂聪孪率接嬎悖篋=hj+0.3式中：D為渠渠岸或堤頂寬寬度(m)；；hj為渠道的加大大水深(m)。另外對有通航航任務的渠道道，還應考慮慮通航要求。。9、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。18:49:0718:49:0718:491/5/20236:49:07PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。1月-2318:49:0718:49Jan-2305-Jan-2312、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。18:49:0718:49:0718:49Thursday,January5,202313、乍見見翻疑疑夢，，相悲悲各問問年。。。1月-231月-2318:49:0718:49:07January5,202314、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。05一月月20236:49:07下下午18:49:071月-2315、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。一月236:49下下午1月-2318:49January5,202316、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2023/1/518:49:0718:49:0705January202317、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時時，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點點的的射射線線向向前前。。。。6:49:07下下午午6:49下下午午18:49:071月月-239、沒有失敗，，只有暫時停停止成功！。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事情努努力了未必有有結果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。18:49:0718:49:0718:491/5/20236:49:07PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。1月-2318:49:0718:49Jan-2305-Jan-2312、世間間成事事，不不求其其絕對對圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。18:49:0718:49:0718:49Thursday,January5,202313、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。1月-231月-2318:49:0718:49:07January5,202314、意志堅堅強的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。05一一月20236:49:07下午午18:49:071月-2315、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。一月月236:49下下午午1月月-2318:49January5,202316、少年十十五二十十時，步步行奪得得胡馬騎騎。。2023/1/518:49:0718:49:0705January202317、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。6:49:07下下午6:49下下午18:49:071月-239、楊柳散和風風，青山澹吾吾慮。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、閱讀一切好好書如同和過過去最杰出的的人談話。