土地整理项目中水利工程部分设计座PPT课件

1 土地整理复垦开发项目水利工程部分设计讲座 主讲人 项武林电子邮件 xiangwulin 2 技术讲座 灌溉水源及灌溉设计标准供水平衡分析灌溉渠道设计蓄水池设计排水沟 河堤 防洪堤设计 3 灌溉水源及灌溉设计标准 灌溉水源 一般情况为 水库 泉水 龙潭 河水 包含冲沟取水 地面径流等 雨水集蓄利用灌溉 水库 应核实项目区是否属于水库原设计灌面 如属于原设计灌面区域 应按照原水库的设计灌溉标准确定 如不属于水库的原设计灌面 应按照水库的实际功能进行复核 复核水库的兴利库容能否满足项目区的灌溉要求 并提供相关资料证明 一般地面径流的灌溉设计标准可以按照 灌溉与排水工程设计规范 确定 雨水集蓄利用为非充分灌溉方式 由于雨水集蓄的数量有限 为了使雨水资源能得到最有效的利用 应当采用非充分灌溉和限额灌溉的原则和方法 只限于在作物最需水的关键期补水灌溉 在水量上 采用比常规灌溉小得多的灌水定额 它有别于一般情况下的非充分灌溉和限额灌溉 主要表现在灌水次数更少 灌水定额更低 因此有必要作为一种特殊的灌溉方式来界定 其特点是 只在十分关键的时期进行灌水 只浇灌作物或树木的根系 土壤的湿润限制在很小范围 科间耗水极少 灌水量极小 灌溉效率和灌溉水的生产率都远远高于一般情况下的非充分灌溉 4 灌溉水源及灌溉设计标准 灌溉设计标准一般分为灌溉设计保证率和抗旱天数两种 灌溉设计保证率 从水文上理解灌溉设计保证率 可从径流频率来理解 例如 为保证某灌区的用水需求 灌区的设计依据为径流大于或等于某一值的频率p 75 则径流小于该值时 灌区用水遭受破坏 即枯水发生频率为1 75 25 表示4年里有1年供水不足 其余3年可以得到保证 这里的75 就是灌溉设计保证率 灌溉设计保证率是用水需求和保证 涉及到项目区的蒸发等因素 和径流频率不等同 当然在实际应用中 可用同频率的降雨 径流资料来等同灌溉设计保证率 近似做法 5 灌溉水源及灌溉设计标准 6 灌溉水源及灌溉设计标准 7 灌溉水源及灌溉设计标准 抗旱天数农作物生长期间遇到连续干旱情况时 灌溉设施能确保用水要求的天数 抗旱天数是中国灌溉工程设计标准的表达方式之一 抗旱天数越长 抗旱标准也越高 这种灌溉工程设计标准适用于以当地水源为主的小型灌区 在中国南方丘陵地区使用较多 中国 灌溉排水渠系设计规范 SDJ217 84 规定 以抗旱天数作为灌溉设计标准的地区 旱作物和单季稻灌区抗旱天数可为30 50d 双季稻灌区抗旱天数可为50 70d 有条件的地区应予提高 由于抗旱天数的确定有一些实际困难 需要收集实际观测资料更多 加之不便于与其他用水部门的保证率相比较 在大型灌溉工程及综合利用工程的设计中较少采用 采用抗旱天数便于计算灌区的需水量 8 灌溉水源及灌溉设计标准 对于某一特定地区 抗旱天数与灌溉保证率之间有一定联系 可用灌区历年降雨资料按作物生长期统计连旱天数 以连旱天数从少到多为序进行排列 用下列数学期望公式计算 m n 1 100 式中 为相应某一连旱天数的经验频率 m为该连旱天数的序号 n为统计降雨系列总年数 计算出连旱天数的经验频率 选用某一连旱天数作为抗旱标准 实际上也含有灌溉保证率的概念 对于抗旱天数的统计分析 增加资料的收集难度和统计分析 9 灌溉水源及灌溉设计标准 抗旱天数有两种不同的统计方法 是指连续无雨日数 中国有些省规定日雨量小于2或3mm为无雨日 有的省以5d降雨小于10mm为无雨日等 二是指连续无透雨日数 即两次透雨的间隔日数 确定抗旱天数时还应进行经济分析 抗旱天数定得过高 农作物遭受旱灾的可能性很小 但工程规模大 投资多 水资源利用不充分 不一定是最经济的选择 反之 抗旱天数定得过低 工程规模小 投资少 水资源利用较充分 但农作物遭受旱灾的可能性也大 也不一定经济 要根据当地水资源条件 作物种类及经济条件 拟定切合实际的抗旱天数 以期达到较高的经济效益 10 供水平衡分析 可供水量分析计算需水量计算分析平衡过程 11 供水平衡分析 可供水量分析 在贵州土地整理项目一般涉及范围小 流域面积小 取水断面以上均为小河流 小冲沟等 缺乏水文观测资料 一般均采用由降雨资料推求地面径流的方式来计算 降雨形成地表径流汇流过程设计断面的来水量降雨量和来水量形成某种对应关系 通过径流系数来表达 12 供水平衡分析 可供水量分析 设计典型年的降雨资料及年内分配 1 通过收集项目区长系列 大于30年 的降雨资料进行水文统计频率分析 采用气象站多年平均降水量推算 并参照 贵州省地表水资源 确定 计算年降雨量的均值 样本统计的Cv值和Cs值 依据 贵州省地表水资源 综合分析采用径流系数 推算得本流域多年平均径流和多年平均流量 根据实测样本资料频率分析计算 并用P 型理论频率曲线适线 分析确定设计典型年的年降雨量 从收集的样本资料中选定实际典型年和年内分配 从而分析计算出各月来水 13 供水平衡分析 可供水量分析 2 由于土地整理项目在降雨及蒸发资料上收集比较困难 项目涉及范围也比较小 很多项目处于无资料情况 建议此部分项目可以做以下简化处理 尽量收集当地气象站降雨资料 从 贵州省地表水资源 上查项目区的多年平均降雨量均值及Cv值 根据P 型理论频率曲线 采用Cs 2Cv 推算设计典型年的降雨值 从收集到的实测样本资料上 选取近似年份做年内分配 从而计算出设计典型年各月来水 14 供水平衡分析 可供水量分析 15 供水平衡分析 可供水量分析 可供水量分析中应注意的问题 1 可供水量一定是灌溉取水口以上的集雨面产生的径流总量 一定要和取水口对应分析 2 有些人把项目区本身的面积产生的集雨面作为可供水量分析是不对的 项目区本身渗入土壤中的水量才是农作物利用水量 在定额分析中已经考虑这部分水量了 形成径流的部分是流走了的 3 大多数情况没有调节库容 可供水量和需水量应逐月 能达到逐旬更好 对应分析 不能以一年的总供水量来对应一年的总需水量来分析 8月份的降雨是不能供给5月份的灌溉的 16 供水平衡分析 需水量分析 灌溉定额分析及定额选用根据灌溉保证率和灌溉制度 节水灌溉 采用 薄 浅 湿 晒 方式 水稻灌溉定额采用下式分旬计算 M y R H 0 667式中 M 灌溉定额 m3 亩 y 田间耗水量 mm R 有效降雨 mm H 相邻两旬间设计水层差值 mm 田灌溉面积的复种指数为180 用于种植小季作物小麦或油菜 生长期为11月 次年5月 小季作物灌溉定额参照兴中灌区旱作物灌溉定额之计算原则进行 即采用需水量扣除有效雨量推求 而有效雨量为降水量与利用系数之乘积 根据气象站多年逐月 旬 降水 蒸发资料 推求出逐年水稻及旱作物灌溉定额 并作频率分析计算 得出水稻净灌溉定额 这种方法同样存在降雨 蒸发资料的收集问题 17 供水平衡分析 需水量分析 直接选用省内农业 水利部门的节水灌溉试验成果值 贵州省水利厅 贵州省水利科学研究院完成的 贵州省 灌溉用水定额 编制成果报告 省水利厅1980 1987年组织有关单位在花溪中曹 花溪农场 平坝羊昌河 安顺猫猫洞 六枝白岩脚 遵义龙岩 铜仁谢桥等十五个灌区进行各种不同品种水稻的坑 筒测灌溉用水量试验 同时在花溪农场 平坝羊昌河 余庆团结 思南利民等十二个灌区进行了湿润 浅灌 浅深浅 淹灌等灌溉制度试验 在此基础上配以调查编制了全省水稻灌溉用水量等值线图 根据试验成果统计 多种灌溉制度多年平均水稻灌溉定额270m3 亩 灌水定额31 2m3 亩 浅深浅灌溉制度灌溉定额280m3 亩 灌水定额34 6m3 亩 18 供水平衡分析 需水量分析 为缓解省内工程缺水矛盾 提高工程建设经济合理性 探索适宜我省自然气候条件下水稻节水 增产 省工的灌溉制度 1997年3月省水科院立项在惠水县和平镇雅羊村开展了3年水稻节水灌溉制度试验 试验的灌溉制度为 科灌 间歇灌 控灌 湿润灌 科蓄 为本省自己研究的一种灌溉制度 即在不影响水稻生长的条件下 有降水时尽可能地多蓄 以增加降水的利用率 经过三年的试验研究 专家评审鉴定认为 科灌 和 科蓄 增产分别为5 5 和6 05 灌溉定额 即灌入田间的净用水量 分别为249 0 216 70m3 亩 灌水定额30 2 34 6m3 亩 节水 增产效果明显 应在全省大面积推广 总之 为了缓解灌区水资源的供需矛盾 减小工程规模 增加工程经济合理性 提高产量 薄 浅 湿 晒 是比较适宜推广的灌溉制度 另外 水稻的节水灌溉还有利于环境保护和生态平衡 薄 浅 湿 晒 灌溉模式的技术要求是 薄水插秧 浅水返青 分蘖前期田间湿润管理 分蘖后期晒田 拔节孕穗期 抽穗扬花期灌薄水 乳熟期灌跑马水 黄熟期湿润落干 穗部勾头前 田间保持湿润 勾头后自行落干 19 供水平衡分析 需水量分析 根据选定的定额和种植面积及农作物 即可计算出各月的需水量 20 供水平衡分析 分析平衡过程 根据上述计算的各月可供水量和各月需水量 即可得出分析结论 只有当各月可供水量均大于需水量 水平衡分析才满足 供水平衡分析中应注意的问题 1 各渠道灌溉面积的界定 自流灌面控制灌面有效灌面设计灌面有效灌面是指灌溉工程或设施已本配套 有一定水源 在一般年景能够进行正常灌溉的耕地面积 2 项目区由于客观条件和自然地形的原因 总有部分灌面不在灌溉渠道的控制范围内 对于这部分土地 如果量大 应单独进行水资源的配置分析 即按雨水集蓄利用技术工程来设计 合理布置蓄水池 21 灌溉渠道设计 设计流量确定渠道断面尺寸确定典型灌区设计 22 灌溉渠道设计 设计流量确定1 灌溉方式 续灌和轮灌方式两种 23 灌溉渠道设计 24 灌溉渠道设计 2 渠道长度和衬砌方式对设计流量的影响 渠道水量利用系数 田间水利用系数 详细计算方法 渠道设计流量采用最大旬各种作物灌溉设计保证率时的灌溉定额进行计算 计算采用旬为10天 按照各支渠的灌溉面积确定所需水量 先计算支渠渠末设计流量 再除以渠系水利用系数 从而可确定各支渠渠首设计流量 再根据支渠设计流量计算干渠设计流量 田间水利用系数取0 95 与土质 种植方式 田间灌溉方式有关 干渠每km损失系数12 仅供参考 支渠每km损失系数20 渠系水利用系数为0 87 与渠系建筑完好有关及水面蒸发量有关 25 灌溉渠道设计 规范相关规定 26 灌溉渠道设计 渠道断面尺寸设计渠道断面尺寸受设计纵坡和衬砌材料的糙率控制 一般在贵州渠道常用坡比为1 1000 如果灌区高程较低 坡降可大一些 以减小渠道断面 渠道设计流速为1 0 1 5m s 满足不冲不淤的流速要求 常用断面有矩形 梯形 U形 复合断面 27 灌溉渠道设计 一 渠道选线 一 地形条件 平原地区 路线为直线 挖 填平衡 避免深挖高填 对于衬砌的灌溉 动力渠道 R弯 2 5B 不衬砌的渠道 R弯 5B 山区 尽量沿等高线方向布置 以避免过大的挖填方量 渠道应与道路 河流正交 二 地质条件 渠道线路应尽量避开渗水严重 流沙 沼泽 滑坡以及开挖困难的岩层地带 必要时采取外绕回填和内移深挖以避开滑坡地段 三 施工条件 应考虑施工时的交通运输 水和动力供应 机械施工场地以及取土弃土的位置条件 渠道选线一般分 初勘 复勘 结合1 10000军用地图和实地踏勘 对渠道线路初步确定 纸上定线及定线测量几个阶段 根据实地踏勘情况 在平面图上定出渠道线路 并根据纵坡放出各断面的高程 沿线路每隔20 50m测横断面图 若断面变化大可设加桩 28 典型灌区设计 典型灌区设计 田间渠道工程 1 设计目的通过典型灌区田间工程灌排渠系布置 估算田间工程投资 为整个灌区田间工程总投资计算提供依据2 典型灌区规模 按照 灌溉与排水工程设计规范 规定 典型灌区灌面不小于总灌面5 的原则 29 典型灌区设计 3 田间工程 根据上述原则 在灌区范围内选取具有代表性的田块进行田间工程设计 根据灌区的实际情况布置田间灌溉渠道或者灌溉管网 据此算出田间工程投资 按整个灌区的面积类比算出整个灌区田间工程的投资 30 蓄水池设计 雨水集蓄利用工程的灌溉定额蓄水池的个数及总容积计算蓄水池的集雨面要求和服务半径 31 蓄水池设计 灌溉定额 由于雨水集蓄的数量有限 为了使雨水资源能得到最有效的利用 应当采用非充分灌溉和限额灌溉的原则和方法 只限于在作物最需水的关键期补水灌溉 在水量上 采用比常规灌溉小得多的灌水定额 采用的灌溉方法绝大多数是人工点浇 坐水种 手持软管浇灌 地膜穴灌等十分省水的方法 个别也有用滴灌和简易渗灌的 灌水定额普遍很低 点浇 坐水种 地膜穴灌每亩灌一次水仅为3 6m3 滴灌一次10 15m3 全生长期实际灌溉定额也可以从一定容积的蓄水工程所灌溉的面积来估计 设计灌溉保证率 雨水集蓄利用工程技术规范 的设计保证率为50 75 贵州省土地开发整理工程建设标准 试行 的设计保证率为60 70 32 蓄水池设计 灌溉定额 33 蓄水池设计 容积计算 由 雨水集蓄利用工程技术规范 SL267 2001第3 4 2条 工程蓄水容积按下式计算 灌溉水有效利用系数0 7 34 蓄水池设计 容积计算 35 蓄水池设计 集雨面 36 蓄水池设计 集雨面 37 蓄水池设计 集雨面 38 蓄水池设计 集雨面 贵州省 渴望工程 规划报告 提出的降雨利用系数 透水平坦地面为0 3 天然不透水山坡为0 6 0 7 较好的屋面和人工集雨坪为0 8 在实际工程设计中 经常会遇到集雨面和蓄水池布置的矛盾问题 因灌溉是人工操作 要求蓄水池在考虑人工挑运距离的情况下均匀布置在灌面范围内 加上贵州山区地形的特征 一般均需要设置拦山沟来引流 保证集雨效果 拦山沟的设计流量可按5 10年1遇的1小时暴雨频率来进行设计 在项目的设计中 应针对项目的特点 明确蓄水池的布置要求 服务半径和集雨面的要求 最好结合现场情况确定蓄水池的坐标 39 蓄水池设计 蓄水池设计的基本步骤 1 根据项目区实际情况确定设计频率 2 根据项目区灌面 汇流面的实际情况 确定设置蓄水池的范围 即蓄水池的控制灌溉面积 3 根据控制灌面农作物的灌溉方式 灌溉定额 计算总的需水量 4 根据项目区的降雨和气候情况 确定工程蒸发 渗漏损失 容积系数 结合总的需水量 计算所需总的蓄水容积 5 根据项目区灌面 汇流面 总蓄水容积的实际情况 合理确定单个蓄水池的容积和布置方式 明确其汇流面积和来源 40 排水沟 河堤 防洪堤设计 防洪标准 排水标准设计流量计算设计成果的基本内容参考规范 灌溉与排水工程设计规范 堤防工程设计规范 水工挡土墙设计规范 贵州省土地开发整理工程建设标准 试行 41 排水沟 河堤 防洪堤设计 42 排水沟 河堤 防洪堤设计 43 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 由于各个项目的情况及大小不一 排水沟 河堤 防洪堤的流域情况也不一致 小到0 1平方公里左右的 大到上100平方公里的 一般认为大于1平方公里以上集雨面积的可以按照相关规范或者经验公式计算 小于1平方公里的 建议按照坡面汇流公式计算设计流量 洪水计算成果受到参数取值及公式适用条件的影响 采用成果一定要和现场洪水痕迹调查相比较 以便得出正确洪水计算成果 44 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 45 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 46 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 47 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 48 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 49 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 50 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 51 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 主要参考文献 贵州省暴雨洪水计算实用手册 贵州省水利厅编 1983 贵州省暴雨洪水计算实用手册 修订本 小汇水流域部分 贵州省水文总站 王继辉 贵州暴雨洪水计算综述 发表于2000年3月 贵州水力发电 贵州省水文总站 王继辉 52 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 53 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 54 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 55 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 56 排水沟 河堤 防洪堤设计 设计流量计算 备注 流域汇流时间 可参照 贵州暴雨洪水计算实用手册 和相关文献介绍的方法推求 若要求精度不很高 对于流域面积较小的 也可参照下列范围选用 当A 5 8km2时 可近似选用小于等于1h左右 当A 50km2时 可近似在6h范围内选用 狭长形流域 f值较小的 流域内山坡较平缓及河道坡降较小的河流 值应偏大选用 宽短形流域 f值较大的 流域内山坡较陡的及河道坡降较大的河流 值应偏小选用 此外流域内的地质 岩溶 植被等对流域汇流时间 也有影响 对流域面积很小的特小流域 按 贵州暴雨洪