某水庫(kù)灌區(qū)灌溉渠系規(guī)劃布置課程設(shè)計(jì)

梅河水庫(kù)灌區(qū)灌溉渠系規(guī)劃布置初設(shè)說(shuō)明書一．課程設(shè)計(jì)目的灌溉排水工程學(xué)課程設(shè)計(jì)是使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的橋梁，也是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用本課程理論和技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問題的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用本課程理論和技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問題，進(jìn)一步提高運(yùn)算、制圖和使用技術(shù)資料的能力。本課程的教學(xué)目的是：1．采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與自我獲取知識(shí)的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。2．使學(xué)生掌握水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)的一般方法與規(guī)律。3．對(duì)學(xué)生進(jìn)行灌溉工程規(guī)劃布置與設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，提高學(xué)生綜合使用技術(shù)資料（包括基本資料獲取、正確使用標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)規(guī)范、合理選取計(jì)算參數(shù)、靈活運(yùn)用計(jì)算公式）與綜合利用所學(xué)知識(shí)能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生掌握灌溉（排水）工程設(shè)計(jì)的方法與步驟。二.基本資料梅河水庫(kù)是以灌溉、供水結(jié)合發(fā)電的綜合利用工程，總庫(kù)容1.25億立米。電站為灌溉期發(fā)電的季節(jié)性電站，整個(gè)灌區(qū)利用發(fā)電后的尾水進(jìn)行灌溉。尾水渠`渠底高程為576.5m。2.1．灌區(qū)地貌及水文水資源概況梅河水庫(kù)灌區(qū)位于梅河以東，大橋河以西，大金河以南的黑嶼嶺北坡，地形南高北低，海拔500~600m,地面坡度1/250~1/1000，由于發(fā)源于黑嶼嶺北坡的七條大金河支流的切割作用，使該區(qū)從東到西，川原相間，起伏不平。灌區(qū)土地面積約39.5萬(wàn)畝,土地利用系數(shù)0.74。灌區(qū)內(nèi)地表水資源由于受地形，時(shí)間和空間的限制，難以全部利用，只能通過(guò)可能的工程措施利用一小部分。灌區(qū)作物種植情況與1982—1998年降雨資料見附表。根據(jù)水文地質(zhì)條件，灌區(qū)分為河谷階地和山前洪積扇兩種地貌類型；河漫灘潛水埋深10m左右，含水層為砂、沙礫石，厚3~30m,山前洪積扇潛水埋深20~30m，含水層為含泥的砂礫石層，厚10~20m。地下水質(zhì)良好，礦化度為0.2~0.5克/升，PH值為6.5~8,適于灌溉與人畜用水。整個(gè)灌區(qū)大部分在金輝縣境內(nèi)，其中有五個(gè)較大的集鎮(zhèn)，人口為11萬(wàn)人。2.2.灌區(qū)土壤地質(zhì)概況在洪積扇上，地表巖性為沖積、洪積的次生黃土和亞沙土。土層厚度隨地形而異，一般為5~15m,河灘地沖積土層厚度為1m以內(nèi)，以下為砂石層。沿山坡地帶土壤為沙壤土，洪積扇中部土壤為中壤土，河谷川地土壤為重壤土，土壤物理性質(zhì)見下表：土壤性質(zhì)田間持水量（占土土體%）容重（g/cm33）沙壤土17~251.5~1.555中壤土23~321.37~1.449重壤土30~421.35~1.3382.3.灌區(qū)水文氣象概況梅河王莊站實(shí)測(cè)多年平均流量9.09m3/s,最枯流量0.7m3/s,年平均含沙量35.2kg/m3。大金河多年平均徑流量為31.9億m3,扣除上游魏家原15.7萬(wàn)畝的灌溉用水。在灌溉季節(jié)，下游金輝縣境內(nèi)的河川地灌水也很困難，需從梅河水庫(kù)供水。灌區(qū)多年平均降雨量為668mm,65%集中在八、九、十月，年平均氣溫17°C,最高為37°C，最低為零下17°C。一般年份最大凍土深度45~65cm,時(shí)間一般在十二月中旬到一月下旬。2.4.灌溉制度灌區(qū)內(nèi)的主要作物為冬小麥、夏玉米、獼猴桃及水稻等作物，復(fù)種指數(shù)160%，渠系有效利用系數(shù)0.60,灌溉保證率p=75%.三．設(shè)計(jì)灌水率的計(jì)算。3.1.對(duì)氣象資料進(jìn)行初步處理與整編，確定計(jì)算的典型年。梅河水庫(kù)灌區(qū)降雨雨量頻率計(jì)算算表年份降雨量序號(hào)由大到小P=m/(n+11)*1000%(1)(2)(3)(4)(8)1961613.611983752.32.38095223811962530.221964730.74.76190447621963473.231998654.97.14285771431964730.741981652.39.52380995241965645.151975648.111.904766191966410.761965645.114.2857114291967458.971988639.416.6666666671968587.381984638.719.0476119051969429.691961613.621.4285771431970500.7101996604.523.8095223811971542.3111968587.326.1904776191972403.2121974560.528.5714228571973395.2131985557.130.9523880951974560.5141971542.333.3333333331975648.1151987535.435.7142885711976484.2161962530.238.095233811977372.3171992520.940.4761990481978441.5181980518.242.8571442861979421.3191989518.145.2380995241980518.2201994512.847.6190447621981652.3211970500.7501982452.3221999496.852.3809552381983752.3231976484.254.7619004761984638.7241963473.257.1428557141985557.1251967458.959.5238009521986282.1261982452.361.904766191987535.4271978441.564.2857114291988639.4281969429.666.6666666671989518.1291993425.869.0476119051990407.9301979421.371.4285771431991419.8311991419.873.8095223811992520.9321966410.776.1904776191993425.8331990407.978.5714228571994512.8341972403.280.9523880951995325351973395.283.3333333331996604.5362000383.585.7142885711997240.8371977372.388.095233811998654.938199532590.4761990481999496.8392001282.992.8571442862000383.5401986282.195.2380995242001282.9411997240.897.619044762按設(shè)計(jì)灌溉保證率p=75%可確定把1966年作為計(jì)算的典型年。1966年的降雨資料如下：月份123456789101112月降雨量mm0.91117.443.515.227.8104.957.683.337.211.80.1將該年的月降雨隨機(jī)分配到各旬，分配如下表：由于玉米的生育期只在6、7、8、9月，所以只對(duì)這四個(gè)月的降雨進(jìn)行分配。月份各旬降雨量mm上旬中旬下旬60027.87311345.1+15..88036.221.4933+16003.2.作物需水量的計(jì)算。日、月參考作物需水量（ETo）資料已給出。典型年（1966年）的氣象資料如下表：月份123456789101112日均ETo0.851.321.952.703.525.424.194.032.522.001.360.88月ETo26.2937.0760.4381.12109.21162.73129.87125.0075.4662.0740.7527.41玉米的生育期生育階段時(shí)間播種育苗6月20日-6月25日出苗-拔節(jié)6月26日-7月12日拔節(jié)-抽穗7月13日-8月8日抽穗-成熟8月9日-9月21日玉米各生育期作物需水量（ET）計(jì)算表：生育期時(shí)間天數(shù)ET0日KCETC播種育苗6月20日-6月25日65.420.51116.617722出苗-拔節(jié)6月26-6月3055.420.51113.84817月1日-7月12日124.191.05152.844288拔節(jié)-抽穗7月13-7月31194.191.05183.6701118月1-8月884.031.43446.232166抽穗-成熟8月9-8月31234.031.434132.9174469月1-9月21212.521.28067.7376總計(jì)413.8674433.3作物（玉米）灌溉制度的確定。用水量平衡方程分析玉米的灌溉制度，公式如下：Wt和W0分別為時(shí)段初和時(shí)段末土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量。收集整理公式中各項(xiàng)參數(shù)如下：1）。土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層H。根據(jù)有關(guān)規(guī)定和經(jīng)驗(yàn)取玉米各生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度如下表：生育階段計(jì)劃濕潤(rùn)層深度mmm播種育苗35出苗-拔節(jié)45拔節(jié)-抽穗55抽穗-成熟702）。土壤最大最小含水率。允許最大含水率取田間持水率=，最小含水率取0.6。=30%。則玉米各生育期最大最小含水率如下表：生育階段（占土體%）（占土體%）播種育苗3018出苗-拔節(jié)3018拔節(jié)-抽穗3018抽穗-成熟30183）。有效降雨量P0P0=PP為設(shè)計(jì)降雨量。取0.8。4）。地下水補(bǔ)給量K。在這里地下水補(bǔ)給很少，可以認(rèn)為各生育階段的K=0.5）。由于計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量WT。WT的計(jì)算可采用下公式：WT=（H2-H1）AH1和H2分別為時(shí)段初和末的計(jì)劃濕潤(rùn)層的深度。則可計(jì)算初玉米各生育期的WT，結(jié)果如下表：生育階段計(jì)劃濕潤(rùn)層深度㎜㎜A%%%%△H㎜WT(㎜)播種育苗35130182400出苗-拔節(jié)45130182410024拔節(jié)-抽穗55130182410024抽穗-成熟701301824150366）。灌水定額M。m為灌水定額，計(jì)算公式為：m=Wmax-Wmin=AH（）。當(dāng)時(shí)段末計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量Wt接近或小于該時(shí)段內(nèi)的最小含水量Wmin時(shí)就需要進(jìn)行灌水，灌水定額按照上公式計(jì)算。7）。作物需水量ET。玉米生育期平均日蒸發(fā)蒸騰量e計(jì)算如下表：生育階段時(shí)間天數(shù)（d）ET(㎜)e(㎜)播種育苗6月20日-6月255日616.622.77出苗-拔節(jié)6月26日-7月122日1766.693.92拔節(jié)-抽穗7月13日-8月8日日27129.94.81抽穗-成熟8月9日-9月21日44200.664.568)。玉米灌溉制度計(jì)算表。生育階段Wt㎜W0㎜WT㎜P0㎜K㎜M㎜ET㎜灌水日期延續(xù)時(shí)間d播種育苗84.3478.5022.240016.62出苗-拔節(jié)135108.3724005427.447月2日8120.6135024.80039.2拔節(jié)-抽穗165144.62459.12066101.018月2日813686抽穗-成熟210172.142646.0808491.28月28日10160.8210060.2400109.44合計(jì)212.48204413.773.4.灌水率的計(jì)算。灌水率計(jì)算公式為：（k=1，2，3，……）qk，di、Tki、mki分別為第i種作物第k次灌水的灌水率m3/（s·100hm2）、灌水延續(xù)時(shí)間d、灌水定額m3/hm2。棉花、小麥、谷子、玉米灌水率計(jì)算見下表：灌水率計(jì)算作物作物所占面積％灌水次數(shù)灌水定額m3/hm2灌水時(shí)間（月.日日）延續(xù)時(shí)間（d）灌水率m3/（s·1000hm2）始終中間日玉米5015407.27.97.580.039126608.28.98.580.047738408.289.69.1100.0486棉花2518253.274.33.180.0326755.15.85.580.02436756.26.276.2480.02446757.268.27.3080.024谷子2519004.124.214.17100.02628255.35.125.8100.02437506.166.256.21100.02147507.17.197.15100.021小麥5019759.169.279.22120.04727503.193.283.24100.04438254.164.254.21100.04848525.65.155.11100.048作灌水率圖，見附圖1.對(duì)灌水率圖作修正，修正后的灌水率圖見附圖2.由修正后的灌水率圖查的最大的灌水率為q=0.048m3/（s·100hm2）四.干、支渠道設(shè)計(jì)流量的計(jì)算。灌區(qū)干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠布置見附圖。干渠各段長(zhǎng)度：渠段名稱OAABBCCDDEEF渠段長(zhǎng)度（10000m）2.936.482.46.336.124.49各支渠控制的灌溉面積：支渠名稱一支二支三支四支五支六支控制面積100hhm286.2238.9417.1441.5822.0816.03土地利用系數(shù)取0.74。4.1.推求典型支渠（二支渠）及其所屬斗渠、農(nóng)渠的設(shè)計(jì)流量。1).農(nóng)渠的設(shè)計(jì)流量。二支渠的田間凈流量為：Q二支田凈=A二支×qd=0.74×38.94×0.048=1.38（m3/s）斗渠分10組輪灌，同時(shí)工作的斗渠有2條；而農(nóng)渠分10組輪灌，同時(shí)工作的農(nóng)渠有2條。則農(nóng)渠的田間凈流量為：Q農(nóng)田凈=Q支田凈/（n×k）=1.38/（2×2）=0.345（m3/s）取田間水利用系數(shù)=0.90，則農(nóng)渠的凈流量為：Q農(nóng)凈=Q農(nóng)田凈/=0.245/0.9=0.38（m3/s）灌區(qū)土壤為中壤土，從課本表3-6課查處相應(yīng)的土壤透水性參數(shù)：A=1.9，m=0.4.據(jù)此課計(jì)算農(nóng)渠沒千米輸水損失系數(shù)：=2.8農(nóng)渠的毛流量或設(shè)計(jì)流量為：L農(nóng)取0.45kmQ農(nóng)毛=Q農(nóng)凈（1+0.15L農(nóng)/100）=0.38（m3/s）2）。計(jì)算斗渠的設(shè)計(jì)流量。因?yàn)橐粭l斗渠內(nèi)同時(shí)工作的農(nóng)渠有2條，所以斗渠的凈流量為2條農(nóng)渠毛流量之和。Q斗凈=2×Q農(nóng)毛=0.76（m3/s）農(nóng)渠要分10組輪灌，各組要求斗渠供給的流量相等。但是第10輪灌組距斗渠較遠(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10輪灌組灌水時(shí)需要的斗渠毛流量作為斗渠的設(shè)計(jì)流量。斗渠的平均工作長(zhǎng)度為L(zhǎng)斗=2.4km斗渠每千米輸水損失系數(shù)為：=2.12斗渠的毛流量或設(shè)計(jì)流量為：Q斗毛=Q斗凈（1+0.15L斗/100）=0.77（m3/s）3）。計(jì)算二支渠的設(shè)計(jì)流量。斗渠分10組輪灌，以第10組輪灌組要求的支渠毛流量作為支渠的設(shè)計(jì)流量。支渠的平均工作長(zhǎng)度L支=6.65km支渠的凈流量為：Q二支凈=2×Q斗凈=1.54（m3/s）支渠每千米輸水損失系數(shù)為：=1.60支渠的毛流量為Q二支毛=Q二支凈（1+0.15L二支/100）=1.56（m3/s）4.2.二支渠灌溉水利用系數(shù)。=Q二支田凈/Q二支毛=1.38/1.77=0.884.3.計(jì)算1、3、4、5、6支渠的設(shè)計(jì)流量。1）。計(jì)算1、3、4、5、6支渠的田間凈流量Q一支田凈=86.22×0.74×0.048=3.06（m3/s）Q三支田凈=17.14×0.74×0.048=0.6（m3/s）Q四支田凈=41.58×0.74×0.048=1.48（m3/s）Q五支田凈=22.08×0.74×0.048=0.78（m3/s）Q六支田凈=16.03×0.74×0.048=0.57（m3/s）2）。計(jì)算1、3、4、5、6支渠的設(shè)計(jì)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(lái)計(jì)算其他支渠的設(shè)計(jì)流量。=0.8；=0.91；=0.88；=0.90；=0.93Q一支毛=3.06/0.8=3.9（m3/s）Q三支毛=0.6/0.91=0.66（㎡/s）Q四支毛=1.48/0.88=1.68（㎡/s）Q五支毛=0.78/0.90=0.87（㎡/s）Q六支毛=0.57/0.85=0.61（㎡/s）4.4.推求干渠各段的設(shè)計(jì)流量。１）。EF段的設(shè)計(jì)流量QEF凈=Q六支毛=0.61（m3/s）=1.9/0.610.4=2.32QEF毛=0.61（1+0.15×2.32×4.49/100）=0.62（m3/s）2）DE段的設(shè)計(jì)流量QDE凈=0.62+0.87=1.49（m3/s）=1.9/1.490.4=1.62QDE毛=1.49×(1+0.15×1.62×6.12/100)=1.55（m3/s）3）CD段的設(shè)計(jì)流量QCD凈=1.55+1.68=3.3（m3/s）=1.9/3.30.4=1.18QCD毛=3.3×(1+0.15×1.18×6.33/100)=3.4（m3/s）4)BC段的設(shè)計(jì)流量QBC凈=3.4+0.66=4.1（m3/s）=1.9/4.10.4=1.08QBC毛=4.1(1+0.15×1.08×2.4/100)=4.2（m3/s）5)AB段的設(shè)計(jì)流量QＡＢ凈=4.2+1.56=5.8（m3/s）=1.9/5.80.4=0.94QＡＢ毛=5.8(0.15×0.94×6.48/100+1)=5.9（m3/s）6)OA段的設(shè)計(jì)流量QＯＡ凈=5.9+3.9=9.8（m3/s）=1.9/9.80.4=0.76QＯＡ毛=9.8(1+0.15×0.76×2.93/100)=11（m3/s）=0.048×222×0.74/11=0.724.5.各渠段加大流量的計(jì)算。渠道的加大流量用下公式計(jì)算：Qj=JQd。Qj為渠道的加大流量，J為流量加大系數(shù)，Qd為渠道設(shè)計(jì)流量。各段干渠和典型支渠(二支渠)加大流量計(jì)算如下表：渠段號(hào)OAABBCCDDEEF典型Qd（m3/s）115.94.23.41.550.621.56J1.181.241.261.271.281.321.28Qj（m3/s）12.987.325.294.321.980.822.00五。灌溉渠道橫縱斷面的設(shè)計(jì)。從經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，該灌區(qū)干、支灌溉渠道都采用梯形斷面。渠道內(nèi)壁用混凝土襯砌。5.1.渠道很斷面的設(shè)計(jì)。1）。梯形渠道最佳水力斷面參數(shù)選取及計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下表：段號(hào)inmm'Qh0b0A0X0R0V0OA0.00050.0171.253.20011.0002.0501.4358.1957.9951.0251.342AB0.00050.0171.253.2005.9001.6201.1345.1186.3180.8101.153BC0.00050.0171.253.2004.2001.4301.0013.9885.5770.7151.053CD0.00050.0171.253.2003.4001.3200.9243.3985.1480.6601.001DE0.00050.0171.253.2001.5500.9800.6861.8733.8220.4900.828EF0.00050.0171.253.2000.6200.7000.4900.9562.7300.3500.649典型0.0010.0131.253.2001.5600.7800.5461.1863.0420.3901.315上表中i為渠底比降，n為渠床糙率，m為渠道內(nèi)邊坡系數(shù)，m'=2，Q為渠道的設(shè)計(jì)流速，h0、b0、A0、X0、R0、V0分別為最佳水力斷面的水深、渠底寬度、過(guò)水?dāng)嗝娣e、濕周長(zhǎng)、水力半徑、和流速，單位都是米，m。2）。梯形渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的水力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下表段號(hào)malh/h0VARhbOA1.251.010.8231.6621.3298.2771.0103.4072.804AB1.1415.1690.8002.6922.216BC1.0434.0270.7102.3771.956CD0.9913.4320.6502.1941.806DE0.8191.8920.4801.6291.340EF0.6420.9650.3401.1630.957典型1.3021.1980.3801.2961.067上表中V、A、RR、h、b分別為實(shí)用用經(jīng)濟(jì)斷面的的流速、過(guò)水水?dāng)嗝婷娣e、水水力半徑、水水深和底寬，m。3）。渠道斷面穩(wěn)定定分析。查得無(wú)鋼筋的混凝凝土襯砌渠道道的流速不超超過(guò)Vcd=2.5m//s。由2）計(jì)算結(jié)果看出VV<Vcd=2.5m//s。即流速滿滿足要求。4）。渠道過(guò)水?dāng)嗝婷嬉陨喜糠值牡挠嘘P(guān)尺寸。a。渠道的加大水深的的計(jì)算。用下公式計(jì)算：hj=1.189[]]3/8。Qj為渠道的加加大流量。段號(hào)inmm'QjhjOA0.00050.0171.253.20012.982.18AB0.00050.0171.253.2007.321.76BC0.00050.0171.253.2005.291.56CD0.00050.0171.253.2004.321.45DE0.00050.0171.253.2001.981.08EF0.00050.0171.253.2000.820.78典型0.0010.0131.253.2002.000.86安全超高計(jì)算公式式如下：段號(hào)OAABBCCDDEEF典型hj2.181.761.561.451.080.780.860.750.640.590.560.470.40.42b。堤頂寬度。渠岸堤頂?shù)膶挾瓤煽捎孟鹿接?jì)計(jì)算：D=hj+0..3。各段堤頂頂寬度計(jì)算見見下表：段號(hào)OAABBCCDDEEF典型hj2.181.761.561.451.080.780.86D2.482.061.861.751.381.081.165.2.渠道的縱縱斷面設(shè)計(jì)。（1）灌溉渠道不僅要要滿足輸送設(shè)設(shè)計(jì)流量的要要求，還要滿滿足水位