第五章 灌溉水源与灌溉水利工程计算

1、第五章第五章 灌溉水源与灌溉水利工程计算灌溉水源与灌溉水利工程计算 5.2 灌溉取水方式灌溉取水方式 5.3 灌溉设计标准灌溉设计标准 与引水工程的水利计算与引水工程的水利计算 5.1 灌溉水源及水质要求灌溉水源及水质要求 5.1 灌溉水源及水质要求灌溉水源及水质要求 灌溉水源指可以用于灌溉的天然水体，灌溉水源指可以用于灌溉的天然水体， 一般分地面水和地下水两种形式。一般分地面水和地下水两种形式。 河川湖泊径流、当地地面径流、地下径流和城市污水 一、一、 灌溉水源灌溉水源 雨水作为灌溉水源 二、灌溉水质及要求二、灌溉水质及要求 灌溉水质灌溉水质主要指灌溉水中所含泥沙的粒径和数量、主要指灌溉水中

2、所含泥沙的粒径和数量、 可溶盐的种类和数量、灌溉水温以及其它有毒有害物质可溶盐的种类和数量、灌溉水温以及其它有毒有害物质 的含量等。的含量等。 1 含沙量含沙量 2 含盐量含盐量 灌溉水的含盐量不超过灌溉水的含盐量不超过15%(1.5g/l) 。以碳酸钠为主的含盐。以碳酸钠为主的含盐 量应小于量应小于0.1%，以氯化钠为主的含盐量应小于，以氯化钠为主的含盐量应小于0.2%。以。以 硫酸钠为主时应小于硫酸钠为主时应小于0.3%，钙盐危害不大，其允许含盐量，钙盐危害不大，其允许含盐量 可更高。可更高。 3 水温水温 旱作旱作T=15-20度，最低允许温度为度，最低允许温度为2度。度。 水稻水稻T不

3、小于不小于20度。度。 均不能大于均不能大于35度。度。 4 其它有毒有害物质的含量其它有毒有害物质的含量 水质处理水质处理 农田灌溉水质标准（GR508492） （单位 mg/L） 抽水取水抽水取水 水水 库库 取取 水水 有有 坝坝 取取 水水 无坝取水无坝取水 蓄引提灌溉系统蓄引提灌溉系统 5.2 灌溉取水方式灌溉取水方式 Hunan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University 当河道枯水时期的水位和流量都能满足引水要求时，当河道枯水时期的水位和流量都能

4、满足引水要求时， 不必在河床上修建拦河建筑物，只需在河流的适当地不必在河床上修建拦河建筑物，只需在河流的适当地 点开渠，并修建必要的建筑物自流引水，这种取水枢点开渠，并修建必要的建筑物自流引水，这种取水枢 纽称为无坝取水枢纽。纽称为无坝取水枢纽。 Hunan Normal University Hunan Normal University （1 1）适用条件：）适用条件： 水源水源( (河道河道) )的水位和流量均能满足灌溉用水的要求。的水位和流量均能满足灌溉用水的要求。 （2 2）枢纽组成：）枢纽组成： 进水闸：控制引水流量（一般不大于河水流量的进水闸：控制引水流量（一般不大于河水流量的3

5、0%30%） 冲沙闸：冲走进水闸前泥沙冲沙闸：冲走进水闸前泥沙 导流堤：导流及保证引水，平时导流，枯水时截断河流，导流堤：导流及保证引水，平时导流，枯水时截断河流， 保证引水保证引水 1 1 无坝取水无坝取水（intake without dam） （3 3）引水口位置的选定：）引水口位置的选定： 河岸坚固、河床稳定、河流弯道的凹岸。（？）河岸坚固、河床稳定、河流弯道的凹岸。（？） 取水口一般设在凹岸中点的偏下游处。取水口一般设在凹岸中点的偏下游处。 凸岸凸岸 凹岸凹岸 鱼嘴分水堤鱼嘴分水堤 飞沙堰溢洪道飞沙堰溢洪道 宝瓶口进水口宝瓶口进水口 都都 江江 堰堰 工工 程程 （4 4） 鱼嘴鱼嘴

6、 凹岸凹岸 凸岸凸岸 洪水期间，内外江水量分配比例约为四比六，大部分水由外江流走，洪水期间，内外江水量分配比例约为四比六，大部分水由外江流走， 保证内江灌区保证内江灌区 安全，枯水期水量分配比例颠倒，大部分水量进入安全，枯水期水量分配比例颠倒，大部分水量进入 内江，保证灌区用水内江，保证灌区用水。 “飞水飞水”作用：当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行作用：当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行 溢出。溢出。 “飞沙飞沙”作用：将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这作用：将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这 里抛入外江（？），确保内江

7、通畅，确有鬼斧神功之妙。里抛入外江（？），确保内江通畅，确有鬼斧神功之妙。 宝瓶口，是前山宝瓶口，是前山( (今名灌口山、玉垒山今名灌口山、玉垒山) )伸向岷江的长脊上凿开的一伸向岷江的长脊上凿开的一 个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，形似瓶口而功能奇持个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，形似瓶口而功能奇持 宝瓶口宝瓶口 引水口位置应尽可能选在河流的凹岸，以防回流造成污物堆积，而且可以利用河引水口位置应尽可能选在河流的凹岸，以防回流造成污物堆积，而且可以利用河 弯处的横向环流，使进水口引进表层较清的水，而底沙则由底流带向凸岸。弯处的横向环流，使进水口引进表层较清的水，而底沙则由底流带

8、向凸岸。 弯弯 道道 环环 流流 原原 理理 凹岸凹岸 凸岸凸岸 凹岸凹岸 凸岸凸岸 鱼嘴鱼嘴 飞沙堰飞沙堰 宝瓶口宝瓶口 分流分沙、泄洪排沙、引水疏沙，枯水不缺，洪水不淹。都江堰崇尚自分流分沙、泄洪排沙、引水疏沙，枯水不缺，洪水不淹。都江堰崇尚自 然的治水思路，创造了然的治水思路，创造了“天、地、人、水天、地、人、水”和谐典范。和谐典范。 （5 5）无坝取水的特点）无坝取水的特点 优优 点点 工程简单、投资少、施工比较容易、工程简单、投资少、施工比较容易、 工期短、收效快工期短、收效快 缺缺 点点 不能控制河道水位和流量不能控制河道水位和流量 多泥沙河流引起河床变迁和泥沙淤积多泥沙河流引起河

9、床变迁和泥沙淤积 Hunan Normal University Hunan Normal University 抽水取水抽水取水 水水 库库 取取 水水 有有 坝坝 取取 水水 无坝取水无坝取水 蓄引提灌溉系统蓄引提灌溉系统 4.2 灌溉取水方式灌溉取水方式 Hunan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University 当河流水源虽较丰富，但水位较低时，可在河道上修当河流水源虽较丰富，但水位较低时，可在河道上修 建壅水建筑物（坝或闸），抬高水位，自流引水灌溉，建壅

10、水建筑物（坝或闸），抬高水位，自流引水灌溉， 形成有坝引水的方式形成有坝引水的方式 。 Hunan Normal University Hunan Normal University 2 2 有坝取水有坝取水（intake with dam） 有坝引水渠首主要由拦河坝（闸）、进水闸、冲沙闸有坝引水渠首主要由拦河坝（闸）、进水闸、冲沙闸 及防洪堤等建筑物组成。及防洪堤等建筑物组成。 进水闸进水闸 侧面引水侧面引水 正面引水正面引水 有坝取水的特点有坝取水的特点 优优 点点 工作可靠，引水保证率高，工作可靠，引水保证率高， 便于引水防沙和综合利用便于引水防沙和综合利用 缺缺 点点 工程复杂，投资较

11、多，拦河建筑物破工程复杂，投资较多，拦河建筑物破 坏天然河道的自然状态，改变了水流、坏天然河道的自然状态，改变了水流、 泥沙的运动规律泥沙的运动规律 Hunan Normal University Hunan Normal University 内蒙古自治区河套灌区内蒙古自治区河套灌区 Sanshenggong Water Control Project 中国近代第一座有坝引水灌溉工程中国近代第一座有坝引水灌溉工程 陕西关中泾惠渠陕西关中泾惠渠 抽水取水抽水取水 水水 库库 取取 水水 有有 坝坝 取取 水水 无坝取水无坝取水 蓄引提灌溉系统蓄引提灌溉系统 4.2 灌溉取水方式灌溉取水方式 H

12、unan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University Hunan Normal University 当河流水量比较丰富，但灌区位置较高，修当河流水量比较丰富，但灌区位置较高，修 建其他自流引水工程困难或不经济时，可就建其他自流引水工程困难或不经济时，可就 近采取抽水取水方式。近采取抽水取水方式。 intake with pump 江都抽水站江都抽水站 景泰川电力提水灌区景泰川电力提水灌区 抽水取水抽水取水 水水 库库 取取 水水 有有 坝坝 取取 水水 无坝取水无坝取水 蓄引提灌溉系统蓄引提灌溉系统 4.

13、2 灌溉取水方式灌溉取水方式 Hunan Normal University Hunan Normal University 河流的流量、水位均不能满足灌溉要求时，在河流的适当地河流的流量、水位均不能满足灌溉要求时，在河流的适当地 点（如山谷）修建水库进行径流调节，解决来水和用水之间的矛盾。采用水库取点（如山谷）修建水库进行径流调节，解决来水和用水之间的矛盾。采用水库取 水，必须修建大坝、溢洪道和进水闸等建筑物，工程较大，且有相应的库区淹没水，必须修建大坝、溢洪道和进水闸等建筑物，工程较大，且有相应的库区淹没 损失，但其调节能力好，能充分利用河流水资源。损失，但其调节能力好，能充分利用河流水资

14、源。 水库取水水库取水 大坝（重力坝、拱坝、土石坝等）大坝（重力坝、拱坝、土石坝等） 溢洪道（正槽、侧槽；无闸控制、有闸控制等分类）溢洪道（正槽、侧槽；无闸控制、有闸控制等分类） 输水涵洞（涵管式、卧管式）输水涵洞（涵管式、卧管式） 万家寨水利枢纽工程万家寨水利枢纽工程 抽水取水抽水取水 水水 库库 取取 水水 有有 坝坝 取取 水水 无坝取水无坝取水 蓄引提灌溉系统蓄引提灌溉系统 4.2 灌溉取水方式灌溉取水方式 Hunan Normal University Hunan Normal University 蓄引提结合长藤结瓜式灌溉系统蓄引提结合长藤结瓜式灌溉系统 一河取水、单一渠首的灌溉系

15、统一河取水、单一渠首的灌溉系统 一是渠首引水、蓄水或提水工程；二是输水、配水渠道系统；一是渠首引水、蓄水或提水工程；二是输水、配水渠道系统； 三是灌区内部的塘堰和小型水库以及小型泵站。三是灌区内部的塘堰和小型水库以及小型泵站。 水府庙水库水府庙水库 韶山灌区韶山灌区 洋潭引水坝洋潭引水坝 山丘区蓄引提结合灌溉系统山丘区蓄引提结合灌溉系统淠史杭灌区淠史杭灌区 多河取水、多渠首的灌溉系统多河取水、多渠首的灌溉系统 长藤结瓜灌溉系统特点：长藤结瓜灌溉系统特点： (1)充分利用山丘区河川径流，利用水库塘坝蓄水，能充分拦蓄和利充分利用山丘区河川径流，利用水库塘坝蓄水，能充分拦蓄和利 用当地地面径流、山泉

16、水、地下渗流等水源，供灌溉季节需用。用当地地面径流、山泉水、地下渗流等水源，供灌溉季节需用。 (2)引水上山，盘山开渠，扩大山丘区灌溉面积，提水补岗，解决岗培引水上山，盘山开渠，扩大山丘区灌溉面积，提水补岗，解决岗培 田干旱缺水问题。田干旱缺水问题。 (3)充分发挥灌区内部塘坝的调蓄作用，互相调度，互补有无，扩大灌充分发挥灌区内部塘坝的调蓄作用，互相调度，互补有无，扩大灌 溉面积，并提高塘堰的复蓄次数和抗旱能力。溉面积，并提高塘堰的复蓄次数和抗旱能力。 (4)扎扎“根根”江、河、湖、库，水源有保证，抗灾能力强。江、河、湖、库，水源有保证，抗灾能力强。 (5)分散径流，就地拦蓄，有利于滞洪与水土

17、保持。分散径流，就地拦蓄，有利于滞洪与水土保持。 (6)把非灌溉季节的河川径流引入灌区内部塘库存蓄起来，供灌溉季节把非灌溉季节的河川径流引入灌区内部塘库存蓄起来，供灌溉季节 农田使用，实行农田使用，实行“闲时灌塘，忙时灌田。闲时灌塘，忙时灌田。”从而提高了渠道单位引水流量从而提高了渠道单位引水流量 的灌溉能力。的灌溉能力。 地表水的取水方式：地表水的取水方式： 无坝取水：水源无坝取水：水源( (河道河道) )的水位和流量均能满足灌溉用水的要求的水位和流量均能满足灌溉用水的要求 有坝取水：河道流量满足灌溉要求，水位略低于渠首引水要求有坝取水：河道流量满足灌溉要求，水位略低于渠首引水要求 扬水取水

18、：河道水量丰富，灌区位置较高，扬水取水：河道水量丰富，灌区位置较高， 修建其它工程困难或不经济修建其它工程困难或不经济 水库取水：年或多年总来水量较丰富，水量水位都不能水库取水：年或多年总来水量较丰富，水量水位都不能 满足灌溉要求；有适当的地形（山谷）满足灌溉要求；有适当的地形（山谷） 作业题作业题 （1）简述以河流为水源的取水方式类型及其 适用条件 （2）在弯曲河道取水时，为什么将取水口确 定在凹岸？ （3）有坝取水枢纽一般由哪几部分组成？ 1 1垂直取水建筑物垂直取水建筑物 管井、筒井。管井、筒井。 2 2 水平取水建筑物水平取水建筑物 坎井、卧管井截潜流工程坎井、卧管井截潜流工程 管管

19、井井 筒筒 井井 坎井坎井 截截 潜潜 流流 截截 潜潜 流流 （3 3）双向取水建筑物）双向取水建筑物 辐射井。辐射井。 5.3 灌溉设计标准与引水工程的水利计算灌溉设计标准与引水工程的水利计算 1 1 灌溉设计标准灌溉设计标准 （1 1）灌溉设计保证率）灌溉设计保证率 灌区用水量在多年期间能得到充分满足的几率，一般以灌区用水量在多年期间能得到充分满足的几率，一般以正常供正常供 水的年数水的年数占占总年数总年数的百分数表示。的百分数表示。 100%(30 ) 1 m Pna n 灌灌 溉溉 设设 计计 保保 证证 率率 表表 （ 资资 料料 来来 源源 ： GB 50288-99） 灌灌 水

20、水 方方 法法 地地 区区 作作 物物 种种 类类 灌灌 溉溉 设设 计计 保保 证证 率率 / / 以以 旱旱 作作 为为 主主 5 50 0 7 75 5 干干 旱旱 地地 区区 或或 水水 资资 源源 紧紧 缺缺 地地 区区 以以 水水 稻稻 为为 主主 7 70 0 8 80 0 以以 旱旱 作作 为为 主主 7 70 0 8 80 0 半半 干干 旱旱 、 半半 湿湿 润润 地地 区区 或或 水水 资资 源源 不不 稳稳 定定 地地 区区 以以 水水 稻稻 为为 主主 7 75 5 8 85 5 以以 旱旱 作作 为为 主主 7 75 5 8 85 5 地地面面灌灌溉溉 湿湿 润润

21、地地 区区 或或 水水 资资 源源 丰丰 富富 地地 区区 以以 水水 稻稻 为为 主主 8 80 0 9 95 5 喷喷 灌灌 、 微微 灌灌 各各 类类 地地 区区 各各 类类 作作 物物 8 85 5 9 95 5 备 注 ： 1） 作 物 经 济 价 值 较 高 的 地 区 ， 取 大 值 ； 反 之 ， 取 小 值 。 2） 引 洪 淤 灌 的 保 证 率 可 取30 50 。 （2）抗旱天数）抗旱天数 灌溉设施在无降雨情况下能满足作物需水要求的天数，灌溉设施在无降雨情况下能满足作物需水要求的天数， 它反映了灌溉设施的抗旱能力。它反映了灌溉设施的抗旱能力。 单季稻灌区，单季稻灌区，3

22、050d;双季稻灌区，双季稻灌区，5070d; 经济发达地区可提高经济发达地区可提高1020d 抗旱天数统计方法：抗旱天数统计方法： 连续无雨日连续无雨日日降雨量小于日降雨量小于2mm或或3mm； 或或5天降雨量小于天降雨量小于10mm，日降雨量小于日蒸发量。，日降雨量小于日蒸发量。 连续无透雨的日数连续无透雨的日数-两次无透雨的间隔天数。两次无透雨的间隔天数。 2 灌溉设计典型年的选择灌溉设计典型年的选择 （1）按年雨量来选择）按年雨量来选择 把历年的降雨量从大到小排列，进行频率计算，选择降雨频率与把历年的降雨量从大到小排列，进行频率计算，选择降雨频率与 灌溉设计保证率相同或接近的年份作为灌

23、溉用水设计典型年。灌溉设计保证率相同或接近的年份作为灌溉用水设计典型年。 (2) (2) 按主要作物生长期的降雨量选择按主要作物生长期的降雨量选择 统计历年主要作物生长期的统计历年主要作物生长期的降雨量进行频率计算选定设计年。降雨量进行频率计算选定设计年。 主要作物指灌区内种植面积多、经济价值高、灌溉用水量较大的作物。主要作物指灌区内种植面积多、经济价值高、灌溉用水量较大的作物。 （3）按干旱年份的雨型分配选择）按干旱年份的雨型分配选择 对历史上曾经出现过的、旱情较严重的一些年份的降雨量年内分配对历史上曾经出现过的、旱情较严重的一些年份的降雨量年内分配 情况进行分析，选择对作物生长最不利的雨量

24、分配作为设计雨型。情况进行分析，选择对作物生长最不利的雨量分配作为设计雨型。 再按第一种方法确定设计年雨量，把设计年雨量按设计雨型分配，再按第一种方法确定设计年雨量，把设计年雨量按设计雨型分配， 以此作为设计年的降雨过程。以此作为设计年的降雨过程。 3 水源来水设计年的选择水源来水设计年的选择 （1）与灌溉用水设计年同年份）与灌溉用水设计年同年份河流来水过程作为设计年河流来水过程作为设计年 的水源来水过程的水源来水过程 （2）与灌溉用水设计年同频率）与灌溉用水设计年同频率把历年灌溉用水期的河流平均把历年灌溉用水期的河流平均 流量或水位从大到小排列，流量或水位从大到小排列， 进行频率计算，选择同频率进行频率计算，选择同频率 的年份作为设计年。的年份作为设计年。 4 4 无坝引水工程水利计算无坝引水工程水利计算 （1 1）设计灌溉面积确定）设计灌溉面积确定 首先根据实际需要初拟一个灌溉面积，用此面积分别首先根据实际需要初拟一个灌溉面积，用此面积分别 乘以设计灌水模数图上的各灌水模数值，求出设计乘以设计灌水模数图上的各灌水模数值，求出设计 年流量过程线。无坝引水流量不得大于河道枯水流年流量过程线。无坝引水流量不得大于河道枯水流 量的量的30%30%，把设计年的河道流量过程线乘以，把设计年的