農(nóng)水課程設計--q灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計

1、<p>　　《農(nóng)田水利學》課程設計 灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的任務書</p><p><b>　　一、目的要求</b></p><p>　　通過本設計，要求學生掌握作物灌溉制度的制定；灌水率圖的繪制和修正；首部、干渠、支渠及骨干排水溝以及主要渠系建筑物規(guī)劃設計；典型支渠各級渠道的設計流量及灌溉水利用系數(shù)的推求；推算其它各支渠渠首及干渠各段的設計流量；干渠縱橫斷面的設計

2、，使學生初步掌握灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計內(nèi)容和步驟。</p><p><b>　　二、基本資料</b></p><p><b>　　2.1概況</b></p><p>　　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

3、，多年平均降水量1112mm，灌區(qū)地形圖見附圖。</p><p>　　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，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。</p><p>　　灌區(qū)上游土質(zhì)屬重粘壤土，下游龍尾河一帶屬中粘壤土。地下水埋深一般為4~5m,土壤及地下水的PH值屬中性，無鹽堿化

4、威脅。</p><p>　　界榮山 、龍尾山等屬土質(zhì)丘陵，表土屬重粘壤土，地表5~6m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7~8m，上游寬50~60m，下游寬70~90m，遇暴雨時易暴發(fā)洪水，近年來已在各溝、溪上游修建多處小型水庫，山洪已基本得到控制，對灌區(qū)無威脅。</p><p>　　灌區(qū)為馬清河流域規(guī)劃

5、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50.2m，正常水位43.0m，興利庫容1.2×1,總庫容2.3×1。馬清河灌區(qū)擬在該水庫下游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。斷面處河底高程30m，砂、卵石覆蓋層厚2.5m，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。</

6、p><p><b>　　2.2氣象</b></p><p>　　根據(jù)當?shù)貧庀笳举Y料，設計的中等干旱年（相當于1972年）4~11月水面蒸發(fā)量（80cm口徑蒸發(fā)皿）及降水量見表1及表2。</p><p>　　表1 設計年蒸發(fā)量統(tǒng)計</p><p>　　表2 設計年降水量統(tǒng)計</p><p>　　

7、2.3種植計劃及灌溉經(jīng)驗</p><p>　　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3。</p><p>　　表3 作物種植比例</p><p>　　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4及表5所示；中稻及晚稻的豐產(chǎn)灌溉制度列于表6。</p><p>　　表4 早稻試驗基本數(shù)據(jù)&

8、lt;/p><p>　　注：全生育期需水系數(shù)a=1.0。</p><p>　　表5 棉花試驗基本數(shù)據(jù)</p><p>　　注：計劃產(chǎn)量120kg；需水系數(shù)k=2.67m3/kg；土壤空隙率為48%（占土體的%）；土壤適宜含水率上限為88%，下限為61.6%（占空隙%）；田間最大持水率為88%（占空隙%）；播種時，計劃層土壤儲水量為102m3/畝。</p>

9、<p><b>　　三、設計內(nèi)容</b></p><p>　　3.1根據(jù)基本資料用水量平衡法（列表計算）制定早稻及棉花的灌溉制度，建議編程計算或利用Excel計算。</p><p>　　3.2根據(jù)所制定的早稻及棉花的灌溉制度以及表6所給出的中稻及雙季晚稻的灌溉制度資料，編制全灌區(qū)的灌水率圖，并進行修正，使其符合要求。在制定灌水率圖時，建議采用的一次灌水延續(xù)

10、時間如下：早、中稻泡田8~12晝夜；雙季晚稻泡田5~7晝夜；各類水稻生育內(nèi)一次灌水的延續(xù)時間3~5晝夜。棉花生育期內(nèi)一次灌水延續(xù)時間5~10晝夜。</p><p>　　表6 中稻、雙季晚稻設計年豐產(chǎn)灌溉制度</p><p>　　附注：早稻泡田日期為4月13日，定額為：80m3/畝。</p><p>　　3.3確定渠首樞紐的位置及形式。在1/25000地形圖上布置引

11、水干渠、支渠，以及主要渠系建筑物。在灌區(qū)中部選擇一條支渠布置斗、農(nóng)級渠道。</p><p>　　3.4推算典型支渠各級渠道的設計流量及灌溉水利用系數(shù)(田間水利用系數(shù)取0.92)；推算其它各支渠渠首及干渠各段的設計流量。</p><p>　　3.5設計干渠各段的縱橫斷面及典型支渠縱橫斷面，干、支渠采用漿砌石襯砌梯形斷面。</p><p>　　3.6設計典型斗渠和典型農(nóng)

12、渠橫斷面，斗、農(nóng)渠采用混凝土襯砌矩形斷面。</p><p><b>　　四、設計成果</b></p><p>　　4.1設計說明書20~30頁（手寫，字體工整）。要求說明設計的步驟、依據(jù)的理論、采用的公式或方法，必要時將計算成果列入表格(設計說明書中包括早稻及棉花的灌溉制度相關圖表，修正前后的灌水率圖)。</p><p>　　4.2設計圖紙包括

13、灌溉系統(tǒng)規(guī)劃布置圖。</p><p>　　干渠縱、橫斷面圖，以及支、斗、農(nóng)渠橫斷面圖（共2張，均為A3圖幅、CAD繪圖）。</p><p>　　Q灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設計計算書</p><p><b>　　早稻的灌溉制度制定</b></p><p>　　先求出水稻全生育期的需水量</p><p>　

14、　日蒸發(fā)量=月總蒸發(fā)量÷天數(shù)</p><p>　　算出每個月份占生育期的天數(shù)，再由某月的日蒸發(fā)量和某月占生育期的天數(shù)的乘積，得到全生育期在某月的蒸發(fā)量，然后再把各個月份在生育期的蒸發(fā)量相加既得整個生育期的蒸發(fā)量，由全生育的蒸發(fā)量乘以全生育期需水系數(shù)α既得全生育期的需水量。</p><p><b>　　求出水稻的日耗水量</b></p><

15、p>　　各生育階段的作物需水量為：</p><p><b>　　確定水稻的灌溉制度</b></p><p>　?。ㄎ窗S熟期耗水）</p><p><b>　　校核：</b></p><p>　　與7月11號淹灌水層相符，計算無誤。</p><p><b>

16、　　灌溉制度如下表：</b></p><p><b>　　棉花的灌溉制度制定</b></p><p><b>　　先統(tǒng)計有效降雨量</b></p><p>　　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5～50mm時，

17、取為0.9；當一次降雨大于50mm時，取為0.75。由此可得入滲的有效降雨量如下表</p><p><b>　　確定棉花的灌溉制度</b></p><p>　　棉花全生育期的需水量為</p><p>　　即其各生育階段的需水量為</p><p>　　各生育階段地下水補給量為</p><p>　　由

18、于計劃濕潤層增加而增加的水量</p><p>　　求出各個階段每日的需水量，地下水補給量，由于計劃濕潤層增加而增加的水量，再乘以各個旬的天數(shù)，得到各旬的量。再以旬為單位進行灌溉制度的計算。</p><p>　　計劃濕潤層的最大、最小蓄水量：</p><p>　　自作物生長初期土壤計劃濕潤層儲水量W0，逐旬減去（ET-WT-K），當遇有降雨時再加上降雨入滲量P0，既得

19、計劃濕潤層實際儲水量（W）。當W接近于Wmin時，即進行灌水。灌水定額大小要適當，不應使灌水后土壤儲水量大于Wmax。如此繼續(xù)進行就得全生育期的各次灌水定額、灌水時間和灌水次數(shù)。</p><p><b>　　灌水率的計算</b></p><p>　　得出修正前的灌水率圖：</p><p>　　得出修正后的灌水率圖：</p><

20、;p><b>　　灌溉渠系規(guī)劃布置</b></p><p>　　本灌區(qū)灌溉渠道分為干、支、斗、農(nóng)四級固定渠道。本灌區(qū)屬山區(qū)、丘陵區(qū)灌區(qū)。渠道布置如附圖所示。第三支渠灌溉面積適中，可作為典型支渠，該支渠左右各有10條斗渠，斗渠長1655m。每條斗渠有8條農(nóng)渠，長500m,間距200m。</p><p><b>　　如圖所示。 </b><

21、/p><p><b>　　渠道設計流量計算</b></p><p><b>　　確定工作制度</b></p><p>　　干支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)輪灌（各分兩組）。</p><p>　　典型支渠設計流量計算</p><p>　　灌區(qū)總面積約為12萬畝，各支渠的長度及灌溉面積列入下表。&

22、lt;/p><p>　　（1）計算農(nóng)渠的設計流量 三支渠的田間凈流量為：</p><p>　　灌溉制度為干支渠續(xù)灌，斗農(nóng)渠分兩組輪灌，同時工作的斗渠有10條，同時工作的農(nóng)渠有8條，所以，農(nóng)渠的田間凈流量為：</p><p>　　去田間水利用系數(shù)，則農(nóng)渠的凈流量為：</p><p>　　先算3支渠左側(cè)灌溉面積的農(nóng)渠，斗渠設計流量，右側(cè)的等同于左側(cè)

23、，算3支渠設計流量時只需由左側(cè)算出的支渠設計流量乘以2既得。</p><p>　　灌區(qū)土壤屬于中粘壤土，查得，可計算出農(nóng)渠每公里輸水損失系數(shù)：</p><p>　　農(nóng)渠的毛流量或設計流量為：</p><p>　　（2）（2）計算斗渠的設計流量 因為一條斗渠內(nèi)同時工作的農(nóng)渠有4條，所以，斗渠的凈流量等于4條農(nóng)渠的毛流量之和：</p><p>

24、　　農(nóng)渠分兩組輪灌，各組要求斗渠供給的凈流量相等。但是，第二輪灌組距斗渠進水口較遠，輸水損失量較多，據(jù)此要求得的斗渠毛流量較大，因此，以第二輪灌組灌水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為：</p><p>　　斗渠每公里輸水損失系數(shù)為：</p><p>　　斗渠的毛流量或設計流量為：</p><p>　　（3）計算三支渠的設計流量 斗渠也是分

25、兩組輪灌，以第二輪灌組要求的支渠毛流量作為支渠的設計流量。支渠的平均工作長度為：</p><p><b>　　支渠的凈流量為：</b></p><p>　　支渠每公里輸水損失系數(shù)為：</p><p><b>　　支渠的毛流量為：</b></p><p>　　2、計算3支渠的灌溉水利用系數(shù)</p

26、><p>　　3、計算一，二、四支渠的設計流量</p><p>　?。?）計算一，二、四支渠的田間凈流量</p><p>　?。?）計算一，二、四支渠的設計流量 以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系數(shù)作為擴大指標，用來計算其他支渠的設計流量。</p><p>　　4、推求干渠各段的設計流量</p><p>　　（1）CD段

27、的設計流量</p><p>　?。?）BC段的設計流量</p><p>　?。?）AB段的設計流量</p><p>　?。?）OA段的設計流量</p><p><b>　　灌溉渠道的斷面設計</b></p><p>　　干渠可采用粗糙的混凝土抹面護面，n=0.017。</p><

28、;p><b>　　求OA段的橫斷面：</b></p><p>　　由渠道布置圖可以得到渠道比降，。</p><p>　　采用梯形渠道的水力最優(yōu)斷面：</p><p><b>　　水深為：</b></p><p><b>　　渠道設計底寬為：</b></p>

29、<p><b>　　斷面面積為：</b></p><p><b>　　流速為：</b></p><p><b>　　不沖流速為：</b></p><p>　　為了防止渠道長草，影響輸水能力，對渠道的最小流速仍有一定的限制，通常要求大型渠道的平均流速不小于0.5m/s，小型渠道的平均流速不小于

30、0.3到0.4m/s，所以滿足要求。 </p><p>　　所以干渠OA段的設計斷面尺寸為：</p><p><b>　　再求加大水深：</b></p><p><b>　　加大流量為：</b></p><p>　　而設計流量為7.83m/s,所以J=1.20-1.25取1.25。所以</p&

31、gt;<p>　　渠道底寬已經(jīng)確定，所以可以試算求出加大水深</p><p><b>　　安全超高</b></p><p><b>　　堤頂寬度為：</b></p><p>　　干渠AB，BC，CD段都采用梯形水力最優(yōu)斷面計算,算法和OA段一樣，其結(jié)果列如下表：</p><p>　　經(jīng)

32、校核皆滿足，說明以上尺寸都滿足要求。</p><p>　　為了滿足自流灌溉的要求，各級渠道入口處都應具有足夠的水位。</p><p>　　式中：——渠道進水口處的設計水位，m；</p><p>　　——渠道灌溉范圍內(nèi)控制點的地面高程，m；</p><p>　　——控制點地面與附近末級固定渠道設計水位的高差，取0.1m；</p>

33、<p>　　——渠道的長度，m；</p><p><b>　　——渠道的比降；</b></p><p>　　——水流通過渠系建筑物的水頭損失（m），可查表。</p><p><b>　　對于干渠：</b></p><p><b>　　所以：</b></p>