灌区开发可行性设计方案.doc

一、灌区开发的必要性和可行性一、灌区开发的必要性和可行性 1、灌区开发的必要性、灌区开发的必要性 1.1 自然状况 岳家庄灌区位于我国北方半干旱、半湿润地区。灌溉范围西起小店至柳堡铁路，东至 精深公路，南邻赵尚河，北连双羊河。 赵尚河及双羊河皆发源于西部山区，出山后向东穿过铁路即进入平原。赵尚河出山口 处建有岳家庄水库，并在其沿岸修筑了堤防，基本上可控制一般洪水。除了汛期外，双羊 河河赵尚河水位均低于地面，地表水雨地下水皆可自流排入二河。 岳家庄灌区位于半干旱半湿润气候地带。多年平均降雨量 550.2mm，多集中在 7、8 月，占全年降雨量的 79%，冬春雨量极少，多年平均水面蒸发量 1386mm。 灌区地形属山前冲积扇平原，地形平坦，总的趋势是西南高、东北低。灌区东北部有 一条古河床遗迹，地面上仅残留沙丘。灌区内大部分为中壤土，肥力中等，灌区南部有小 部分较轻渍化现象。经过测定，灌区 080cm 深度内土壤容重平均为 1.45g/cm，土壤孔隙 率为 42.5%，田间持水率为 72%（占孔隙率百分比）。 灌区不透水层顶板埋深 25cm，其含水层透水系数 K=3.25m/d，灌溉季节深层渗漏的灌 溉水对地下水的补给强度 =1.25mm/d。地下水等水位线大致与地面等高线平行，地下水 流向大致为东北方向。在古河床、九里牌与四十里铺以西，地下水埋深在 23m 之间，矿 化度小于 1g/L，以东埋深在 12m 之间，有时候小于 1m 或接近地表，矿化度在 1.23.5g/L 之间。地下水的补给来源在汛期是降雨，旱季是灌溉；地下水的消耗主要是蒸发。地下水 动态类型为降雨（灌溉）蒸发行，主要是垂直运动。 1.2 自然灾害 灌区防洪工程体系基本建成，一般的洪水已经得到控制，不至成灾。主要自然灾害是 旱灾、涝灾和盐渍化。据近 60 年的统计资料表明，各地自然灾害的情况如下。 （1） 旱灾。在灌区内普遍存在，以春旱（当地称为“掐脖子旱”）为主，秋旱次之， 成灾率在 55%-75%。 （2） 涝灾。在中部地区，极少发生；在靠近铁路的灌区西部一带涝灾较轻，成灾率 在 25%-45%；东部古河床、九里牌至四十里铺一线以东，涝灾较重，成灾率在 45%-75%。 （3） 盐渍化。灌区东部古河床，九里牌至四十里铺一线以东零星分布有 0.8 万亩轻 盐渍土，表层土壤含盐量在 0.2%-0.35%，作物减产 12%。 1.3 社会经济条件 岳家庄灌区是以粮棉为主的农业地区，主要作物有小麦、棉花、春玉米及夏玉米，其 种植比例分别为 60%、20%、20%及 60%。复种指数为 1.5。灌区内各个村镇的乡镇企业比 较发达，有纺织、成衣、粮油加工、酿酒、陶瓷、印染及农副产品深加工等轻工业；沿线 铁路及西部山区有机械制造、水泥、塑料制品、化肥、农药、冶炼和煤炭等重工业。灌区 内人口比较稠密，劳动力充足，建筑业熟练技术工人较多。 综合该灌区的各种条件，农业乃是该地区人们主要从事的生产活动，农业也为工业及 其它产业提供必须的物质及经济基础，所以抓好该灌区的农业生产活动，确保农业灌溉用 水质量，提高地区水资源利用率，对发展岳家庄及其周边乡镇的经济及人们安居乐业有着 重大的意义 2、灌区开发的可行性 2.1 现有水利工程情况 在赵尚河修建的岳家庄水库为防洪、灌溉、发电及养殖等多目标综合利用水库，水库 兴利调节按照灌溉、发电要求计算，故水库下泄流量可以满足灌溉要求。水库的水质良好， 下泄的水中无泥沙，水温适中，含盐量小于 0.001%。岳家庄水库输水洞最低水位（干渠渠 首设计水位）为 86.5m。灌区内机井较多。 2.2 灌区开发的条件及效益 根据国民经济发展规划及流域规划需要，可将本灌区建成旱涝保收，高产稳产的粮棉 生产基地，以满足不断增长的人口和经济发展的需求。 根据流域规划的统一安排，灌区的灌溉水源为岳家庄水库。地下地的农田灌溉用水。 灌区内的机井主要供人畜饮用，除特殊情况外，不用于农田灌溉。岳家庄灌区开发以灌溉 为主，同时解决涝渍问题；对于盐渍化土壤采取排水改良措施，不考虑冲洗改良的措施。 灌区的人民主要从事农业生产，且耕种面积大，因而一旦改善当地的灌溉蓄水条件， 便可有效地提高其农业生产加快农业经济的发展，这对当地人民的生活有着直接的关联。 通过灌区开发可以提高当地经济水平，从经济、感情上，当地群众都希望灌区得到有效的 规划和治理，因此该项工程必将受到政府与百姓的支持，利于工作开展。 二二 灌溉制度设计灌溉制度设计 2.1 ET 的计算的计算 ET 的确定： 冬小麦生育期为 10 月 4 日之次年 6 月 19 日，根据试验资料分析，当冬小麦计划产量 为 350kg/亩时，其需水系数。kgmK/9 . 0 3 作物总需水量的表达式为： ) 12( YKE 式中：E-作物生育期内总需水量（）亩/ 3 m K-以产量为指标的需水系数，代表产量的需水量（）kgm / 3 Y-作物单位面积产量（kg/亩） 计算得：亩/315 3 mE 阶段累积值： 按已知模比系数计算，公式如下： )22( EKiEi 式中：Ei-冬小麦各生育阶段需水量累积值（）亩/ 3 m Ki-冬小麦各生育阶段需水模数累积值（%） E-全生育期内总需水量（）亩/ 3 m 计算结果见表 2.1 表 2-1 小麦生育期灌溉制度计算表 生育阶段幼苗期分蘖期越冬期返青期拔节期 抽穗开花 期 乳熟期黄熟期 起止日期 10.4- 11.8 11.9- 12.8 12.9-3.4 3.5-4.13 4.4-5.4 5.5-5.20 5.21-6.7 6.8-6.19 需水模比 系数k(%) 4.0 8.0 1.5 9.5 32.5 14.0 18.5 12.0 Et (m3/亩） 12.6 25.2 4.7 29.9 102.4 44.1 58.3 37.8 计划湿润 层深度 H(m) 0.40.4--0.60.6-0.7 WT (m3/亩） 0.0 18.4 0.0 18.4 18.4 0.0 0.0 0.0 Wmax(m3/ 亩） 81.681.6-102102 102- 122.4 122.4- 142.8 142.8142.8142.8 Wmin(m3/ 亩） 48.96 48.96- 61.2 61.2 61.2- 73.44 73.44- 85.68 85.6885.6885.68 Et-WT- K (m3/亩） 12.6 6.8 4.7 11.6 84.0 44.1 58.3 37.8 2.2 冬小麦播前灌水定额计算冬小麦播前灌水定额计算 播前灌水的目的是使土壤含水率在播种时适宜出芽并适宜苗期的蒸腾蒸发需水时使最 大计划湿润层内存储足够的水分，以使作物根系扎深后使用。 冬小麦播前灌水定额可按下式： )32()(667 0max1 nHM 式中：-播前灌水定额（） 1 M亩/ 3 m H-土壤计划湿润层深度（m） n -土壤孔隙率 -土壤最大含水率 max -播前 H 图层的原始含水率 0 确定时，其中 H 的取值，应取全生育期的最大值，H=0.7m，以此多储些水量，以备后 用。 由已知：n=0.425 %72 max % 5 . 47 0 亩/62.48 3 1 mM 2.3 冬小麦灌溉制度确定冬小麦灌溉制度确定 2.3.1 作计算表分析冬小麦灌溉制度作计算表分析冬小麦灌溉制度 一、适宜含水率上下限确定 采用公式： minmin maxmax 667 667 nHW nHW 式中：-计划湿润层允许最大含水率（） max W亩/ 3 m -计划湿润层允许最小含水率（） min W亩/ 3 m H，n 同前 计算结果见表 2.1 2、有效降雨量确定 有效降雨量是指被作物利用的降雨量。所以，小于 2mm 的降水量和生育期外的有效 降水不计，并且单位由 mm 转化为。亩/ 3 m 日期 月十月十二月一月二月三月四月五月六月 旬上中上中下中下 渗入土壤 内的降雨 量 毫米2.00 17.50 2.50 5.00 25.00 28.00 35.00 米 亩 1.33 11.67 1.67 3.34 16.68 18.68 23.35 13.67 P 累积值1.33 13.01 14.67 18.01 34.68 53.36 76.71 90.38 下 20.50 P0 0 3 3、地下水补给量计算 地下水补给量的指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而被作物吸收利用 的水量，为便于计算，忽略不计。 4、确定计划湿润层加深而增加的水量 用表示计划湿润层加深而增加的水量（） T W亩/ 3 m 采用公式： )42()9 . 0(-(667 max nHHWT） 除末 式中：-计划时段末计划湿润层深度（m） 末 H -计划时段初计划湿润层深度（m） 初 H n-土壤孔隙率 计算得：亩/ 1 . 55 3 mWT 各生育阶段的 WT 计算结果见表 2-1。 5、作图起点的确定 0 W 即播前土壤含水量计算公式： 0 W 5-2)9 . 0(667 max0 nHW 式中：-计划湿润层实际含水量（） 0 W亩/ 3 m H -取 0.4m 计算得：亩/37.73 3 0 mW 6、灌溉制度的确定 通过水量平衡方程式确定生育期内的灌溉制度 公式： )62( 00 ETMKPWWW Tt 式中：-分别为时段初和任一时间 t 时的土壤计划湿润层内的储水量 t WW , 0 -由于计划湿润层增加而增加的水量，如计划湿润层在时段内无变化则无 T W 此项 -保存在土壤计划湿润层内的有效水量 0 P K -时段 t 内的地下水补给量，即 K=kt，k 为 t 时段内平均每昼夜地下水补给量 M -时段 t 内的灌溉水量 ET -时段 t 内的作物田间需水量，即 ET=et，e 为 t 时段内平均每昼夜的作物田 间需水量 7、校核 公式： ）（亩 计 62/180 3 00 mWWPWtETM T 亩 计图 / 3 mMM 图 图计 M MM 2.3.2 各种作物灌溉制度各种作物灌溉制度 作物生育期灌水次数生育阶段 灌水定额 （m3/ 亩） 灌水中间 日 灌溉定额 （m3/ 亩） 1播前灌水509月27日 2返青期353月25日 3拔节期854月25日 4抽穗开花期255月13日 5乳熟期405月30日 1播前603月22日 2现蕾期506月27日 3开花结铃期507月15日 1拔节期457月4日 2抽穗期457月22日 3灌浆期408月10日 1冬灌6011月18日 2拔节期505月19日 3抽穗期456月23日 4灌浆期507月28日 6月15日- 9月17日 4月17日- 8月14日 235 160 130 205 小麦 棉花 夏玉米 春玉米 10月4日- 6月19日 4月10日- 6月28日 三三 灌水率计算灌水率计算 3.1 初定灌水率图初定灌水率图 一、已知条件一、已知条件 1、作物种植比：小麦 60%，棉花 20%，春玉米 20%，夏玉米 60% 2、主要作物灌水延续时间大致为：小麦播前灌 1018 昼夜，拔节后灌水 1015 昼夜；棉 花苗期、花龄期灌溉 713 昼夜，吐絮期灌溉 815 昼夜；玉米拔节、抽穗期灌溉 1014 昼夜， 开花期灌溉 812 昼夜。 3、灌水中间日：冬小麦播前的灌水中间日凭经验取值 二、初定灌水率图计算与绘制 1、计算： 公式如下： ) 13()864/(Tmq iiT 式中：-作物种植比 i -各次灌水定额（） i m亩/ 3 m T -各次灌水延续天数（d） 起至中间日 601509月22日10月2日9月27日100.347222 602353月20日3月30日3月25日100.243056 603854月20日4月30日4月25日100.590278 604255月8日5月18日5月13日100.173611 605405月25日6月4日5月30日100.277778 201603月17日3月27日3月22日100.138889 202506月22日7月2日6月27日100.115741 203507月10日7月20日7月15日100.115741 601456月30日7月9日7月4日100.3125 602457月17日7月27日7月22日100.3125 603408月5日8月15日8月10日100.277778 2016011月13日 11月23日 11月18日100.138889 202505月14日5月24日5月19日100.115741 203456月18日6月28日6月23日100.104167 204507月23日8月3日7月28日100.115741 小麦 棉花 夏玉 米 春玉 米 种植面 积百分 比 （%） 灌 水 次 数 灌水定 额 （m3/ 亩） 灌水连 续天数 灌水率 （m3/(s* 万亩） 修正前灌水时间 作物 qmax=0.537m/(s万万亩亩) 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一 十二 m3/(s.万万亩亩) 小麦棉花夏玉米春玉米 3.2 修正灌水图修正灌水图 从图可见，各时期的灌水率大小相差悬殊,灌水率差异较大，造成灌道输水流量和水位 变化较大，影响渠道安全运行。而且渠道输水断断续续，不利于管理，如以其中最大的灌 水率计算渠道流量，势必偏大不经济。因此必须对初步算得的灌水率图进行必要的修正， 尽可能消除灌水率高峰和短期停水现象。 1、修正灌水率图的原则 1. 修正后的灌水率图应与水源供水条件相适应； 2. 尽量保证作物需水临界期的灌水不变。若需要提前或推迟灌水日期，前后不得超过 3 天，且以前提为主。若同一作物连续两次灌水均需变动，灌水日期不应一次提前一次推 后； 3. 修正后的灌水率应当比较均匀，使得渠道水位和流量不发生剧烈变化；一般取累积 30d 以上的最大灌水率为设计灌水率，短期的峰值不应大于设计灌水率的 120%(超过部分 可由渠道超高部分的），最小灌水率不应小于设计灌水率的 40%； 4. 宜避免经常性停水特别应避免小于 5 天的短期停水，保证渠道安全运行。 当上述要求不能满足时可适当调整作物组成。 二、确定修正后的灌水率二、确定修正后的灌水率 起至中间日 泡地509.2210.39.28120.28935 1353.193.303.24120.20255 284170.34722 34100.17361 4405.276.45.3190.30864 1603.193.303.24120.11574 2506.216.296.2590.1286 350370.16535 1456.307.97.4100.3125 2457.177.267.21100.3125 3400100.27778 16011.1311.2211.18100.13889 2504100.11574 3456.216.296.2590.11574 4507.278.47.3190.1286 20 灌水 次数 灌水定额 （m3/ 亩） 灌水连 续天数 灌水率 （m3/(s*万 亩） 修正后灌水时间 作物 小麦 棉花 夏玉 米 春玉 米 种植面 积百分 比 （%） 60 20 60 渠道 QmminbhAPRCkVv1V2 HG3.782.8310.00025 0.0251.538 1.856.28356.7780.9270.30.620.6010.2880.708 GF3.522.8310.00025 0.0251.498 1.815.96226.6030.9030.30.620.5910.2850.703 FE2.842.8310.00025 0.0251.383 1.675.07936.0940.8330.30.620.560.2730.688 ED1.92.8310.00025 0.0251.189 1.433.75795.2420.7170.30.620.5070.0250.661 DA0.92.8310.00025 0.0250.897 1.082.13853.9540.5410.30.620.420.2210.613 3.3 设计灌水率确定设计灌水率确定 一、原则 取延续天数大于 20 天的最大灌水率值。 2、取值 0.35m3/（S*万亩） 设计 q 四四 灌溉排水系统的规划布置灌溉排水系统的规划布置 4.1 取水口位置，形式选择取水口位置，形式选择 根据灌区位置，地形，水系条件，选择岳家庄水库作为水源。取水口位置设在赵尚河 左岸，岳家庄水库大坝的左侧放水洞水位高程 68.5 米。灌区范围在赵尚河左岸。 4.2 灌溉渠道的规划布置灌溉渠道的规划布置 一、干、支渠规划布置原则 1. 干渠走脊线，使水自流灌溉。支渠在两侧； 2. 同级渠道控制面积尽量相等； 3. 上、下级渠道垂直，田块尽量规整，田块南北向，长方形； 4. 支渠口成枢纽状尽量集中分布； 5. 不穿古河道。 2、灌溉渠系规划布置 1. 红色实线代表渠道，分为四级：干渠、支渠、斗渠、农渠； 2. 渠道要编号，干渠不编号（垂直等高线布置） 根据灌区实际情况 需布置 8 条支渠且沿着等高线布置； 3. 灌排渠道布置成果见表 4.1 灌区名称长度（m） 控制面积 （万亩） 净灌溉面 积（万亩） 控制下级 渠道数 （条） 干渠 128.38 1 支渠 32501.150.8155 1-1 斗 20000.240.1688 1-2 斗 20000.240.1687 1-3 斗 20000.240.1687 1-4 斗 20000.20.158 1-5 斗 14000.230.1615 2 支渠 43501.681.1817 2-1 斗 20000.240.1688 2-2 斗 20000.240.1698 2-3 斗 20000.240.1698 2-4 斗 20000.240.1698 2-5 斗 20000.240.1698 2-6 斗 20000.240.1698 2-7 斗 20000.240.1688 3 支渠 43501.931.3616 3-1 斗 20000.240.1688 3-2 斗 20000.240.2688 3-4 斗 23000.30.2788 3-5 斗 31000.380.26910 3-6 斗 35000.340.2389 4 支渠 22800.890.6234 4-1 斗 20000.240.1688 4-2 斗 20000.240.1688 4-3 斗 20000.190.1338 4-4 斗 14000.220.1546 5 支渠 37801.070.7494 5-1 斗 26000.310.21710 5-2 斗 28000.340.23811 5-3 斗 19000.240.1688 5-4 斗 18000.180.1267 6 支渠 28801.290.9035 6-1 斗 20000.240.1688 6-2 斗 20000.240.1688 6-3 斗 20000.240.1688 6-4 斗 20000.240.1688 6-5 斗 20000.330.2318 7 支渠 28801.240.8686 7-1 斗 20000.240.1688 7-2 斗 20000.240.1688 7-3 斗 20000.240.1688 7-4 斗 20000.240.1688 7-5 斗 20000.240.1688 7-6 斗 20000.040.0288 8 支渠 28801.721.2045 8-1 斗 24000.780.5468 8-2 斗 22000.350.1758 8-3 斗 21000.340.1688 8-4 斗 20000.220.1548 8-5 斗 10000.030.0214 干渠控制面积：11.7 万亩 净灌溉面积：8.19 万亩 共 8 支渠 4.3 渠系建筑物布置渠系建筑物布置 4.3.1 布置原则布置原则 1、干渠在每个支渠设节制闸； 2、渠道穿越铁路要设涵洞； 3、合理设置跌水。 4.3.2 各类建筑物各类建筑物 1、进水闸：设置在干渠首部； 2、分水建筑物：分水闸、斗门； 3、节制闸： 在干渠上每个支渠中设节制闸； 4、退水闸：设置在干渠、支渠的尾部； 5、交叉建筑物：在干渠通过铁路的地方设涵洞； 6、衔接建筑物：当地形坡度较陡时，要设跌水。 总之，建筑物是开发灌区的主要组成部分，建筑物的规划布置应尽量节约，减少工程 量和工程投资。 第五章第五章 渠道水位推算渠道水位推算 第第 6 章章 渠道流量推算渠道流量推算 6.1 典型支渠毛流量和灌溉水利用系数典型支渠毛流量和灌溉水利用系数 一、典型支渠的选择 1、目的：简化计算，用典型支渠的灌溉水利用系数代表全体支渠 2、原则：选择典型支渠的土质、地下水情况、渠系情况均具有代表性，各斗渠面积接近，支渠控制面积中等， 渠系规整。 根据以上原则，选择 2 支渠为典型支渠，2-5 斗为典型斗渠。 二、确定斗、农轮灌方案 三、确定支渠毛流量 1、公式： 16 支设支田净 AqQ 式中：-支渠田间净流量（） 支田净 Qsm / 3 -设计灌水率（） 设 q万亩sm / 3 -支渠净灌溉面积（万亩） 支 A nQQ/ 支田净斗田净 kQQ/ 斗田净农田净 式中：n -斗渠轮灌组内渠道条数 k -农渠轮灌组内渠道条数 2、设计资料 1）由修正后灌水率图和灌溉渠道布置表，得 2）田间水利用系数 3）灌区土壤属中粘土，透水性中等，查得土壤透水系数 4）地下水对渠道渗透水无顶托影响 3、典型支渠计算（2 支渠） 1）计算农渠毛流量： Q支田净=q设*A支=0.35*1.181=0.413m3/s Q农田净=Q支田净/nk=0.413/（4*3）=0.034m3/s Q农净=Q农田净/田=0.034/0.95=0.036m3/s 查表得 A=1.9,m=0.4 =A/（Q净m）=7.2 式中：-每公里损失系数 A-渠床土壤透水指数 m-渠床土壤透水系数 Q净-渠道净流量 则 Q农毛=0.037m3/s 2）斗渠毛流量： Q净=4Q农毛=0.148m3/s A=4.1 Q斗毛=0.158m3/s 3）支渠毛流量： Q支净=3Q斗毛=0.474m3/s A=2.6 Q支毛=0.513m3/s 4）二支渠的灌溉水利用系数： 2 支=0.8 6.2 各条支渠设计流量计算各条支渠设计流量计算 支设支田净 支支田净支毛 AqQ QQ 2 / 各支渠设计流量计算见下表 支渠号A 支（万亩）q 设（m/（s*万亩）Q 支田净2支Q 支毛 1 支 0.8150.2820.353 2 支 1.1810.4130.516 3 支 1.3610.4740.593 4 支 0.6230.2180.373 5 支 0.7490.2620.228 6 支 0.9030.3160.395 7 支 0.8680.3040.38 8 支 1.204 0.35 0.421 0.8 0.526 6.3 干渠各段设计流量推求干渠各段设计流量推求 一、干渠毛流量计算 26100/ 1 m QLAQQQQ 损损净毛 式中：-该段内的净流量 -沿程损失 L -干渠长度（km） 净 Q 损 Q 计算成果见下表 渠段 长度 （km） Q支毛 （m3/s） Q干净 （m3/s） Q干损 （m3/s） DA2.20.8540.8540.020.044 ED2.20.9730.9730.0150.033 FE2.20.910.910.0130.029 GF2.20.6260.6260.0120.026 HG2.60.2240.2240.0110.029 2、干渠各段设计流量、最大流量、最小流量的验算： 1、公式： 式中：J -渠道流量加大系数 k -渠道流量最小系数 毛设 设 设 QQ kQQ JQQ min max 2、 计算结果见下表 灌段（桩号）Q设QmaxQmin HG（0+0002+600）3.7754.531.51 GF（2+6004+800）3.5224.2261.409 FE（4+8007+000）2.8433.4121.137 ED（7+0009+200）1.9042.2830.762 DA（9+20011+400）0.8981.0780.3