马清河灌区灌溉系统的规划设计课程设计

1、湖南农业大学工学院课程设计说明书 课程名称：灌溉排水工程学 题目名称：马清河灌区灌溉系统的规划设计 班 级：20 级 水利水电 专业 班姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日马清河灌区灌溉系统的规划设计1.基本资料 1.1灌区基本情况灌区位于界荣山以南，马清河以北，(20m等高线以下的)总面积约12万亩。气候温和。无霜期长，适宜于农作物生长。年平均气温16.5，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量1112mm。灌区人口总数约8万，劳动力1.9万。申溪以西属兴隆乡，以东属大胜乡。根据农业规划，界荣山上以林、牧、副业为主，20m等高线以下则以大

2、田作物为主，种植稻，麦，棉，豆等作物。灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻壤土。地下水埋深一般为45m,土壤及地下水的pH值属中性，无盐碱化威胁。界荣山、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表56m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪均有岩石露头，马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表。吴家沟等沟溪纵坡较大，下切较深，一般为78m，上游宽5060m，下游宽7090m，遇暴雨时易发洪水，近年来已在各沟，溪上游修多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。Q灌区为马清河流域规划的组成部分，根据规划要求，已在兴隆峪上游20km处(图外)建大型水库一座，坝顶高程林50.2m，正常水位43.0m，兴利库

3、容1.2×108 m3，总库容2.3×108m3。Q灌区拟在该水库下游A-A断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行灌溉。A-A断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5 m，下为基岩，河道比降1/100，河底宽82m，河面宽120m，水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完全满足灌区用水要求。1.2气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年(相当于1972年)411月水面蒸发量(80cm口径蒸发皿)及降水量见表1-1及表1-2。表1-1 设计年蒸发量统计月份4567891011蒸发量(mm)97.5118143.7174.9196.5144.7101.

4、175.6表1-2 设计年降水量统计日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.349255.31.210.864.87.9-2.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.920137.52.31412.11.91.915101664.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.620.22.53.6231.410.74.52435.47.425 6.2261.5271.1281.53.729307.7313.6月计72.9212.178.339.82537.3103

5、.51.3种植计划及灌溉经验灌区以种植水稻为主，兼有少量旱作物，各种作物种植比例见表1-3。表1-3作物种植比例作物早稻中稻双季晚稻棉花种植比例(%)50305020根据该地区灌溉试验站观测资料，设计年(1972)早稻及棉花的基本观测数据如表1-4及表1-5所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表1-6。表1-4 早稻试验基本数据生育阶段复苗分孽前分孽后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期(日/月)25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/617/6-30/61/7-11/712/7-20/725/4-20/7天数101018151411987模比系数(% )7818252l138

6、100田间允许水层深( mm )10-30-5010-40-8020-50-8020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度( mm/d )1.31.31.31.31.31.31.3附注全生育期需水系数=1.0。表1-5棉花试验基本数据表生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期起止日期(日/月)21/4-16/617/6-28/729/7-26/827/8-6/1121/4-6/11模比系数(%下水补给量占作物需水量的(%)10202225计划湿润层深(m)0.4-0.50.5-0.60.6-0.70.7注：计划产量120Kg；需水量系数K=2.

7、67m3Kg；土壤孔隙率48%（占土体的百分数）；土壤适宜含水率上限为70%（占空隙体积的百分数），下限为35%（占空隙%）；田间最大持水率为70%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为72 m3亩；播前灌之前土壤计划润湿层（0.4m）内的平均含水率0=40%（占空隙体积的百分数）。增加的计划润湿层的平均含水率可按50%（占空隙体积的百分数）计。表1-6中稻、双季晚稻设计年丰产灌溉制度中稻双季晚稻灌水次序灌水时间 (日/月)灌水定额 (m3/公顷)灌水次序灌水时间 (日/月)灌水定额 (m3/公顷)17月5日5017月19日5025月26日2527月27日1534月6日2531月8日2541

8、0月6日2547月8日2056月20日30512月8日2562月7日3068月23日3078月7日3078月27日3087月14日3088月31日3097月22日3096月9日30107月29日251012月9日301110月8日30119月19日30129月30日20灌溉定额320(m3/公顷)灌溉定额335(m3/公顷)2.早稻及棉花的灌溉制度计算2.1早稻的灌溉制度计算2.1.1早稻田间逐日耗水量计算日蒸发量=总蒸发量÷天数阶段水面蒸发量=相应的日蒸发量×相应的天数由于 则阶段需水量=阶段水面总蒸发量×模比系数阶段渗透量=渗透强度×天数阶段耗水量=

9、阶段渗透量阶段需水量逐日耗水量=阶段耗水量÷天数田间逐日耗水量计算月份4567天数30313031蒸发量mm97.5118143.7174.9日蒸发量mm3.253.814.795.64生育期复苗分蘖前分蘖后孕穗起止月日25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/6天数10101815阶段水面蒸发量（mm）35.2838.0669.571.85阶段需水系数a1111模比系数（%）781825阶段需水量（mm）27.5831.5270.9398.51渗透强度(mm/d)1.31.31.31.3阶段渗漏量（mm）131323.419.5作物日需水量（mm/d）2.763

10、.153.946.57田间逐日耗水量（mm）4.14.55.27.9田间逐日耗水量计算月份891011天数31303130蒸发量mm196.5144.7101.175.6日蒸发量mm6.344.823.262.52生育期抽穗乳熟黄熟 全生育期起止月日17/6-30/61/7-11/712/7-20/725/4-20/7天数1411987阶段水面蒸发量（mm）67.0662.0650.78214.7阶段需水系数a1111模比系数（%）21138100阶段需水量（mm）82.7551.2331.52228.54渗透强度(mm/d)1.31.31.3阶段渗漏量（mm）18.214.311.7作物日需

11、水量（mm/d）5.914.663.5田间逐日耗水量（mm）7.264.82.1.2早稻灌水制度设计当淹灌水层减去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田间允许最小水层深度则设计灌水，当大于最大田间允许水层深度则设计排水。水量平衡方程：WtW0=WrP0KMET。已知泡田日期为4月13日至4月24日，泡田定额为，。=39即得初始淹灌水层为10.4mm.早稻生育期灌溉制度计算列如下表。表2-2 早稻生育期灌溉制度计算表早稻灌溉制度初步计算日 期生育期设计淹灌水层逐日耗水量逐日降雨量淹灌水层变化mm灌水量排水量月 4日 2410425复苗10-30-50 4.135.930264.131.8274

12、.127.7284.11.525.1294.121304.116.9514.112.824.18.734.13.4844.1925045.95分蘖前10-40-804.51.246.764.57.950.174.528.574.184.569.694.565.1104.560.6114.52.558.6124.56.460.5134.556144.551.515分蘖后20-50-905.246.3165.2647.1175.224.566.4185.261.2195.256205.250.8215.245.6225.210.651235.210.756.5245.251.3255.246.12

13、65.240.9275.21.136.8285.23.735.3295.230.1305.224.9315.219.7615.217.431.92孕穗20-50-1007.91.925.937.9584047.950.157.942.267.934.377.926.487.958.54097.950.6107.942.7117.934.8127.966.940137.959147.91.953157.945.1167.937.217抽穗20-50-907.230187.222.8197.255.640207.248.4217.241.2227.249.283.2237.276247.235.4

14、9014.2257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297.255.5307.248.371乳熟10-40-50642.32636.33630.34624.35618.36612.37646.3408640.39634.310628.311622.312黄熟湿117181920464.930723060.1校核：与7月11日淹灌水层相符，计算无误。由上表可得早稻生育期设计灌溉制度，如下表。表2-3 早稻生育期灌溉制度表早稻灌溉制度灌水次序灌水时间（月/日）灌水定额（m3/亩）1(泡田)4.147024.253036.34046.8

15、4056.124066.194077.740灌水定额3002.2棉花的灌溉制度计算2.2.1棉花净耗水量水量的计算全生育期的需水量即其各生育阶段的需水量为各生育阶段地下水补给量为由于计划湿润层增加而增加的水量净耗水量=-整理数据得下表 表2-4早棉花净耗水量计算表 生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐紊期全生育期模比系数（%段需水量57.67 96.1276.89689.712320.4地下水补给量占作物需水量（%）10202225地下水补给量5.77 19.22 16.92 22.43 WT016 16 16 净耗水量51.90 60.89 43.97 51.28 2.

16、2.2有效降雨量计算降雨入渗量处理：有效降雨为。当旬内有接连两天或两天以上的降雨时，看做一次降雨，将其累加，如不是则就为一次降雨。当一次降雨小于5mm时，为0；当一次降雨在550mm时，取为1.0；当一次降雨大于50mm时，取为0.8。由此可得入渗的有效降雨量如下表。 表2-6 有效降雨量计算表 有效降雨量生育阶段 起止日期P P0幼苗 月（日） mm m3/ 亩4.21-4.305.35.35.1-5.10133106.45.11-5.205342.45.21-5.3121.321.36.1-6.1019.319.36.11-6.1600现蕾6.17-6.20006.21-6.3055.65

17、5.67.1-7.10007.11-7.2014.114.17.21-7.2814.414.4开花结铃7.29-7.3111.311.38.1-8.1010.810.88.11-8.2014.214.28.21-8.2600吐絮8.27-8.31009.1-9.107.37.39.11-9.20009.21-9.3022.122.110.1-10.1048.348.310.11-10.2044.344.310.21-10.316.26.211.1-11.6002.2.3最大、最小蓄水量计算最初土壤计划湿润层内的蓄水量为，根据水量平衡方程：可依次推出棉花各生育期内土壤计划湿润层内的蓄水量，当所得

18、小于或接近该生育期内的最小蓄水量时，则需进行灌水；当大于最大蓄水量时，则需排水。其中计划湿润层的最大、最小蓄水量：根据数据列出下表表2-7 棉花最大、最小蓄水量计算表生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐紊期Wmin44.82 56.03 67.23 78.44 Wmax89.64 112.06 134.47 156.88 播前灌水定额由此得灌水率计算表如下：表2-8 灌水率计算表灌水率计算表日 期天数生育期设计储水量净耗水量逐旬耗水量逐旬入渗量实际储水量灌水量4.2724.21-4.3010幼苗期44.8289.6451.99.27 5.388.03 205.1-5.101051.99.27 10

19、6.489.64 5.11-5.201051.99.27 42.489.64 5.21-5.311051.99.27 21.389.64 6.1-6.101051.99.27 19.389.64 6.11-6.16651.95.56 084.08 6.17-6.204现蕾期56.04112.0660.895.66 078.42 6.21-6.301060.8914.16 55.6112.06 7.1-7.101060.8914.16 097.90 7.11-7.201160.8915.58 14.196.42 7.21-7.28860.8911.33 14.499.49 7.29-7.313开

20、花结铃期67.23134.4743.974.55 11.3106.25 8.1-8.101043.9715.16 10.8101.88 8.11-8.201043.9715.16 14.2100.92 8.21-8.26643.979.10 091.82 8.27-8.315吐絮期78.44156.8851.283.61 0118.21 309.1-9.101051.287.22 7.3118.29 9.11-9.201051.287.22 0111.07 9.21-9.301051.287.22 22.1125.95 10.1-10.101051.287.22 48.3156.88 10.1

21、1-10.201051.287.22 44.3156.88 10.21-10.311051.287.22 6.2155.86 11.1-11.6651.284.33 0151.52 所以可得棉花灌溉制度为表2-9棉花生育期灌溉制度表 棉花生育期灌溉制度表生育阶段灌水次数灌水定额灌水时间 播前灌138.424.15幼苗期2205.21吐紊期3308.27 总计88.42 3.灌水率计算各次灌水的灌水率为计算过程见下表。 表3-1灌水率计算表 灌水率计算表作物作物所占面积(%)灌水次数灌水定额(m3/亩） 灌水时间灌水延续时间（d） 灌水率m3/(s*万亩)始终 中间日早稻50 1（泡田）704.

22、13-4.244.18120.34 502304.25-4.274.2630.58 503406.1-6.66.350.46 504406.8-6.116.140.58 505406.14-6.176.1540.58 506406.19-6.236.2150.46 507407.5-7.87.640.58 中稻30 1（泡田）505.7-5.175.13110.16 302255.26-5.295.2740.22 303256.4-6.86.650.17 304256.10-6.126.1130.29 305306.20-6.246.2250.21 306307.2-7.47.330.35 3

23、07307.8-7.117.140.26 308307.14-7.187.1650.21 309307.22-7.267.2450.21 3010257.29-7.317.330.29 3011208.10-8.138.1240.17 双季晚稻50 1（泡田）507.16-7.267.22110.26 502157.27-7.297.2830.29 503258.1-8.48.240.36 504208.7-8.108.840.29 505258.12-8.168.1450.29 506308.23-8.258.2430.58 507308.27-8.308.2840.43 508308.31

24、-9.49.250.35 509309.6-9.89.730.58 5010309.12-9.149.1330.58 5011309.19-9.239.2150.35 5012309.30-10.310.240.43 棉花20138.424.15-4.244.15100.09 202205.20-5.265.2350.09 203308.25-8.308.2750.14 将所得灌水率绘在方格纸上得初步灌水率图及修正后灌水率图取修正后的灌水率为0.39 m3/(s*万亩).4.灌溉渠系规划布置本灌区灌溉渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。由于考虑到灌区面积足够大，故整个灌区由四条支渠控制。一支布

25、置在整个灌区的西面，与等高线成一定的角度。二支布置在吴家沟和申溪之间，三支布置在申溪，四支布置在龙尾山左侧。第四支渠灌溉面积适中，地势平坦可作为典型支渠，该支渠有6条斗渠，斗渠长2.67km，取第三斗渠为典型斗渠。每条斗渠有8条农渠，长0.63km,间距0.33km，可取三斗五农为典型农渠。本灌区采用明沟排水，分别在吴沟和吴家沟之间及刘家湾和申溪之间的洪沟布置排水沟。另外，在每个条田中均设置排水沟，防止因排水不畅，引起地下水抬升，使土壤发生次生盐碱化。5渠道设计流量计算5.1确定工作制度干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。5.2典型支渠设计流量计算灌区总面积约为12万亩，各支渠的长度及灌溉面积

26、列入下表。 表5-1支渠长度及灌溉面积 渠别 一支 二支 三支四支 合计 长度（km）4.774.834.575.920.07灌溉面积（万亩）2.722.82.653.78125.2.1典型支渠（四支渠）及其所属斗、农渠的设计流量5.2.1.1 计算农渠的设计流量 四支渠的田间净流量为因斗、农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条，同时工作的农渠有4条，所以，农渠的田间净流量为：取田间水利用系数，农渠的净流量灌区土壤属轻沙土壤，查表得相应的土壤透水性参数： 因此农渠每公里输水损失系数为：取农渠的计算长度为：农渠的设计流量为：5.2.1.2计算斗渠的设计流量因一条斗渠内同时工作的农渠有4条，所以，斗

27、渠的净流量等于4条农渠的毛流量之和：农渠分2组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第2轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此，以第2轮灌灌水时时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度。斗渠每公里输水损失系数为：斗渠的设计流量为：。C.计算四支渠的设计流量斗渠分两组轮灌，支渠的工作长度取：。支渠的净流量为：支渠每公里输水损失系数为支渠的设计流量为5.2.2计算四支渠的灌溉水利用系数5.2.3计算一、二、三支渠的设计流量A计算一、二、三支渠的田间净流量B计算一、二、三支渠的设计流量以典型支渠（四支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠

28、的设计流量。5.2.4推求干渠各段的设计流量ACD段的设计流量BBC段的设计流量C. AB段的设计流量DOA段的设计流量5.2.5渠道最小流量和加大流量的计算为保证对下级渠道正常供水，目前有些灌区规定渠道最小流量以不低于渠道设计流量的为宜，在此取，而加大流量为（当，取；当时，取；当，取）。根据各渠道的设计流量求得最小流量和加大流量见下表。表6-1各渠道流量设计表干渠支渠斗渠农渠OAABBCCD1234设计流量6.415.043.41.991.371.391.311.870.5680.132最小流量3.212.521.70.9950.6850.6950.6550.9350.2840.066最大流

29、量8.016.34.422.591.781.811.72.430.7670.1786.灌溉渠道的断面设计6.1渠道横断面设计由已知资料查表，可取 OA段：取，宽深比所以可得校核不冲不淤取 即有因此有，满足要求，说明断面尺寸符合要求，即干渠OA段的断面尺寸为：，。干渠AB、BC、CD段以及典型支渠、斗渠、农渠皆采用经济适用断面计算，其结果列入下表。 表6-2 渠道断面计算表横断面设计表断面QhbABRVV不於V不冲OA6.41 1.04 0.68 3.08 1.54 4.75 9.71 9.12 1.07 0.66 0.31 0.75 AB5.04 1.04 0.68 3.08 1.41 4.3

30、4 8.11 8.33 0.97 0.62 0.30 0.73 BC3.40 1.04 0.68 3.08 1.22 3.75 6.04 7.19 0.84 0.56 0.27 0.70 CD1.99 1.04 0.68 3.08 1.00 3.06 4.04 5.88 0.69 0.49 0.25 0.66 4支1.87 1.04 0.68 3.08 0.97 2.99 3.86 5.74 0.67 0.48 0.25 0.66 典斗0.57 1.04 0.68 0.83 0.91 0.75 1.52 3.33 0.46 0.37 0.20 0.59 典农0.13 1.04 0.68 0.8

31、3 0.53 0.44 0.51 1.93 0.26 0.26 0.15 0.51 经校核皆满足，说明以上横断面尺寸都符合要求。6.2渠道纵断面设计纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，包括设计水位、渠底高程、堤顶高程、最小水位等。而为了防止风浪引起渠水漫溢，保证渠道安全运行，挖方渠道的渠岸和填方渠道的堤顶应高于渠道的加大水位，即为安全超高。又为了便于管理和保证渠道安全运行，挖方渠道的渠岸和填方的堤顶应有一定的宽度，以满足交通和渠道稳定的需要，即是。6.2.1干渠纵断面设计利用迭代法计算。（ ）OA段： 初始选，则有进行迭代，最终得，即为最小水深。安全超高同理可得其它渠道的安全

32、超高见下表。表6-3各渠道安全超高设计表渠道安全超高设计表渠道Q最小ABbhminhmin(hmin-hmin)/hmin 安全超高 OA3.21 2.65 2.83 4.95 1.051.011 0.0374 0.463 AB2.52 2.29 2.83 4.48 0.950.928 0.0231 0.438 BC1.70 1.81 2.83 3.570.850.837 0.0153 0.413 CD1.00 1.32 2.83 2.690.750.717 0.0435 0.388 4支0.94 1.27 2.83 2.710.70.690 0.0140 0.375典斗0.28 0.61 2.83 0.580.70.698 0.0031 0.375典农0.07 0.27 2.83 0.380.410.402 0.0205