灌排课程设计参考

1、指导老师：魏新平学生：学号:马 清灌 河排 灌课 区程设计目录第一章 灌区基本资料1 、概况2 、气象3 、种植计划4 、土壤第二章 灌溉制度及灌水率的确定1、水量平衡法制定小麦、玉米的灌溉制度2、由灌溉制度确定灌水率，绘制灌水率图 第三章 渠道设计 1、灌区灌溉渠道系统的布置 2、灌溉渠道系统设计3、灌溉渠道断面设计第四章 计算渠道土方量1、计算挖方量2、计算填方量第一章灌区基本资料一、概况马清河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。年平均气温165C，多年平均蒸发量1265mm多年平均降水量101.2mm 降雨年内分配极不均匀。灌区人口总数约 8万，界荣

2、山上以林、牧、副业为主， 马头山以林为主，20m等高线以下则以大田作物为主，种植小麦、玉米、杂粮等 作物。灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为4 5m, 土壤及地下水的ph值属中性，无盐碱化威胁。马清河灌区为马清河流域规划组成部分。根据规划要求，已在兴隆峪上游20km处建大型水库一座，坝顶高程50.2m,正常水位43.0，兴利库容1.2 X 10常, 总库容2.3 X108m。马清河灌区拟在该水库下游 A A断面处修建拦河式取水枢 纽，引取水库发电尾水进行灌溉。A A断面处河底高程30m砂、卵石覆盖层厚 2.5m，下为基岩，河道比降1/100,河底宽82m河面宽120

3、m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。二、气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）农作物生长期间旬降雨量见表1。表1马清河灌区降雨量统计表（设计年）月3456789降 雨量下上中下上中下上中下上中下上中下上中下mm7.510.56.322.51512.919.120.710.512.918三、种植计划灌区以种植小麦、玉米为主，兼有少量豆类作物，复种指数为1，各种作物种植比例见表2。表2作物种植比例作物小麦玉米豆类种植比例（）553015根据该地区灌溉实验站观测资料，设计年（1972）小麦、玉米的基本观测数据如 表3、4。表3小麦试验观测资料日期

4、21 /3 2 0/52 0/5 9/ 69/ 619/719/7 29/7生育期播种拔节拔节一抽穗抽穗一乳熟乳熟一成熟模比系数28.330.828.112.8计划湿润 层0.50.60.70.8备注小麦计划产量y = 5 0 0 kg/亩，需水系数k = 0.45 m /kg表4玉门试验观测资料生育期苗期拔节大喇叭口叶丝成熟日期15 / 417/ 618 / 66 / 77/726 / 727/7 9/810/8 16/9模比系数1525102030计划湿润 层0.60.60.70.80.9备注玉米计划产量y = 6 0 0 kg/亩，需水系数k = 0.38m /kg。四、土壤土壤质地为轻

5、壤土，容重1. 4t/m 3 ,田间持水量2 3% ; 土壤含水率上限占田间持水率的95%;含水率下限占田间持水率50%。 地下水埋深45 m,全生育期地下水补给量按4 5m '/亩计；小麦播种时，初始土壤含水率按 19% 计。第二章灌溉制度及灌水率的确定一、据基本资料用水量平衡法制定小麦、玉米的灌溉制度（一）、计算田间总需水量用K值计算田间总需水量E。E=kY米3/亩式中：Y计划产量，小麦yi=500 kg/亩，玉米y2=600 kg/亩，K需水系数，小麦 ki=0.45 m3/kg，玉米 k2=0.38 m3/kg（二八 计算各生育期阶段田间需水量累积曲线纵坐标根据所给各生育期阶段

6、需水量模比系数累积值（k）计算各生育阶段需水量累积 值，即E= k E（三）、计算渗入土壤内的降雨量累积曲线将所给之渗入土壤内的降雨量加以整理，其中旬降雨量小于5mm者略而不计，将其换算成米3/亩（1mm=0.667話亩），并逐旬累积得计算结果如下表。日期月月四月五月六月七月八月九月旬下中上上下中上下上中下渗入毫土壤米7.510.56.322.51512.919.05.20.710.512.918内的米3降雨/5.07.04.215.010.08.612.713.87.08.612.0量Po亩Po累积 值5.012.016.231.241.249.862.576.383.391.9103.9日

7、期（日 /月）最适含水最适含水量需水量计划湿润 层加深所地也、生 育计划 湿润率（%）(m3/ 亩)增水量（m3/亩）水 补 纟b口(E Wt K )层深 度 （米）量阶下 限min需水模 '比 '系数需水(累积值段起止上 限max上 限Wmax下 限累 限积%值:量累L积值1 （m3；/阶 段 值累 积 值米3/ 亩)（米3/亩）亩）播 种22100.521.811.538.328.63.670013.872.8749.869拔/55351节35拔 节2900.621.811.546.059.132.921.421.4/87.44218.9145.049抽/65888穗5抽

8、穗91921.8102.053.687.21.442.917.8/0.711.5292196.286230.064乳65熟7乳熟12990.821.811.5116.561.321.464.4/596100225844.468.999成熟77（四）计算计划湿润层加深所增加的水量及累积值用公式W 0.0667（ H2 Hi）A 。由于进行了播前灌，式中可取其等于（五）、计算计划湿润层适宜含水量上、下限由公式 Wmax 0.0667H 100 max，Wmin 0.0667H 100 min，式中：max 取其等于田间持水量的95%,min取其等于田间持水量的50%（六）、计算播前灌水定额按下式计

9、算，Mi 0.0667 H 100（ max 播前），小麦在3月21日播种，据经验播种时使土壤含水率为 65% 75%寸出苗最好， 故播前灌的日期可在3月10日左右进行，以使表层土壤含水率在播种时降到适 宜出苗的含水率。如假定灌水后到播种时土壤表层（0.5m）的含水率下降了 10% 则播种时土壤含水率 0=90% max=0.9 21.85%=19.67%，此时土壤计划湿润层相应的储水量 W00.0667 H 1000=0.0667 0.5 100 1.4 19.67=91.84，此 W。即为进行灌溉制度设计时，计算计划湿润层储水量变化曲线之起算点。同理可算 米3/亩得玉米的起算点W。0.06

10、67H1000=0.0667 0.6 100 1.4 19.67=110.21（八）计算成果表小麦计算成果表生 育 阶 段日期（日 /月）计划 湿润 层深 度 （米）最适含水率（%）最适含水量 （m3/亩）需水量计划湿润（ 层加深所米 增水量（m3/亩）亩（地A、3 水 补了给量（E Wt K ）累积值（米3/亩）起止上 限max下 限min上 限Wmax累积値 下限叽需 水 模 比 系 数1需水 量累 积值（m3/亩）阶 段 值累 积 值播种221021.8102.053.628.63.6720.70.511.50042.91拔/529357节35拔节29021.8122.464.459.1

11、32.921.421.427.6/0.611.583.81/52318889抽6穗5抽1穗9921.8142.875.187.21.442.941.5/0.711.5196.2111.7/5372864乳6熟7乳熟12990.821.8163.285.921.464.411.510022545115.56成/53184熟77玉米计算成果表苗 期15 /417 /60.621.8511.587.4446.021534.20014.8919.31拔18621.846.0/0.611.587.444091.2006.2950.71节/7526大 喇7260.721.811.5102.053.0501

12、1421.421.48.60.839/叭7/52988口7吐297 /7/0.821.811.5116.561.370159.21.442.912.725.029丝859668611成060.921.811.5131.169.01022821.464.442.140.489熟/56308489（九）用图解分析法确定灌溉制度由上述计算数据绘制灌溉制度设计图，确定灌溉制度。查图，5月25日应给小麦灌水50米3/亩，7月17日给小麦灌水65米3/ 亩，8月4日给玉米灌水71米3/亩。如降雨量过大，使计划湿润层储水量超过 Wmax时，其超过部分即为入渗深 层土壤的无效降雨量，这部分水量不能被作物吸收利

13、用，不再参加水量平衡计算。 在继续绘制土壤储水量变化曲线时，则自该线与 Wmax线的交点起绘。按此方法继续绘制计划湿润层土壤含水量变化曲线，直至生育期末。生育 期末土壤含水量即为W末。其灌溉制度设计图见附图1、2。根据计算及图解则可得出播前及生育期灌溉制度如下表。小麦灌溉制度灌水次序灌水日期灌水定额（m3/亩）播前灌溉M10r 3月19日:21.3生育期灌溉M2 Mi15月25日5027月17日65玉米灌溉制度灌水次序灌水日期灌水定额（m3/亩）生育期灌溉M2=XMi18月4日70计算成果校核:1、小麦灌溉制度校核：小麦在7月20日的降水为8.6斥/亩，除3.98.6m3 /亩为有效降水外，尚

14、有4.7 mi/亩渗入深层，为无效降水，贝U Po =49.8 4.7=45.1 mi/亩，M2'=ET（P o +K+W+（W末+Wo ）=225（45.1+45+64.44）+（ 138.18-91.8） =116.84 m/亩图解 M2=m什m2=115am3/亩校核 |( M2-M2')/ M2'|=1.57%<5% 故符合要求2、玉米灌溉制度校核：M2'=ET-P o +K+W+(W末+Wo )=22-(86.9-45-64.44)+(145.48-110.21) =66.93 朋/亩图解M2=7o m/亩校核 |( M2- M2')/

15、M2'|=4.58%<5%,故符合要求、由灌溉制度确定灌水率灌区内种植有各种作物，某一种作物i的种植面积的百分数为i，各次灌3水定额分别为mki （k=1, 2, 3）（m/亩），要求各次灌水在Tki （k=1, 2, 3）昼夜内完成，则各次灌水率为：q k.dii mki864T kiqk.di ，Tki，mki分别为第i种作物第k次灌水的灌水率，灌水延续时间（d），灌水定额（m3/亩）。初步的灌水率计算结果如下表所示：灌水率计算（初步）作物作物所 占面积（%）灌水 次数灌水定 额（m3 / hm2）灌水时间（日/月）灌水 延续 时间（d）灌水率(m3/s TOOhm2)始终小

16、麦55175017/527/522/5100.048290012/721 / 716/7100.057玉米30110501 / 810 / 85/8100.036从图可见，由于各时期作物需水量因气候等多因素的影响相差悬殊，因而各时期的灌水率差异较大，不利于管理。为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。修正后的灌水率计算成果见下表:灌水率计算（修改）作物作物 所占 面积（%）灌水 次数灌水定额（m3/hm2）灌水时间（日/月）灌水延 续时间（d）灌水率(m3/s 100hm2)始终中间日小麦55175017/ 527/ 522 / 5100.048290

17、011/722/ 717/ 7120.048玉米30110501/810/ 85/8100.036第三章 渠道设计一、灌区灌溉渠道系统的布置（如图所示）干渠取水口设在大型水库下游 AA断面处，引取水库发电尾水进行灌溉。 在穿过马头山时，选择隧洞过水，然后沿 20m22m等高线布置。在溪沟或 者道路处时，采用渡槽引水方式，并且干渠尽量避免穿过村庄。支渠沿干渠一侧引出，尽可能沿道路布置，以方便管理，而且少占耕地。根 据灌区实际情况，布置四条支渠，其中支渠一、三为一侧出水，二、四为双侧出 水。支渠以下布设斗渠，斗渠下布置农渠，具体见示意图。二、灌溉渠道系统设计据示意图及所示比例尺可得如下资料：支渠长

18、度及灌溉面积渠别一支二支三支四支合计长度（km）4.25.35.56.3521.35灌溉面积（hm2）11002100245027008350由前修正后的灌水率图可确定设计灌水模数qd=0.048m3/s TOOhm2（一）、推求典型支渠（四支渠）及所属斗农渠的设计流量1计算农渠设计流量：四支渠的田间净流量为Q四支净 A四支qd=27X 0.048=1.296 （斥/s）,灌溉形式斗渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条；而农渠分两个轮灌组，同时工作 的农渠有3条，则农渠的田间净流量为：q农田净=q四支/（n*k）=1.296/ （3*3） =0.144（m/ s）取田间水利用系数f =0.90，

19、则农渠的净流量为：q农净=q农田净/ nf=0.16 （m/s）灌溉土壤属轻壤土，由表3-6中查得相应的土壤透水性系数：A=2.65，m=0.45。据此可计算农渠每千米输水损失系数.-=6.045MT lb农渠的毛流量或设计流量为：轴严屛（1+）=0.16（ m/s）2、设计斗渠的流量。因为一条斗渠内同时工作的农渠有 3条，所以斗渠的净流量等于3条农渠的 毛流量之和：3热氓=3嘻略=3*0.16=0.48 （m3/s）农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。 但是，第三轮组距斗渠进水 口较远，输水损失量较多，据此可求得的斗渠毛流量较大。因此，以第二轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设

20、计流量。斗渠的平均工作长度：L =2km。斗渠每千米输水损失系数为：=3.687-；斗渠的毛流量或设计流量为：叽=聪 （1+） =0.52 （ m/s）3、计算四支渠的设计流量。斗渠分两组轮灌，以第二轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支 渠的平均工作长度：L支=4km.支渠的净流量为：孤、-=3* - =1.56 （ml/s）支渠每千米输水损失系数为:支渠的毛流量为：g珂=縻抻捡(1+ )=1.70 (m/s)（二）、计算四支渠的灌溉水利用系数=0.76（三）、计算一、二、三支渠的设计流量。1计算一、二、三支渠的田间净流量：3嶋 简滅=11*0.048=0.528（ m/s）滅=21*

21、0.048=1.008 ( m/s)".=24.50*0.048=1.176 (mi/ s)2、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 的设计流量。3=0.69 (m/s)3=1.33 (m/s)=1.55 (m/ s)（四）、推求干渠各段的设计流量。1、CD段的设计流量：匕D 广叱立= 1.70 （m/ s）為护(1+) =1.79 (m/s)(L cd =2.5Km) 2、BC段的设计流量:=、工 i： +“：-.：, =3.34 (m/ s)=1.54_ =(1) =3.56( m3/s) (L Bc=4.25Km)3、

22、AB的设计流量：3 张徳=鉴迫+省:歸=489 (m/s)验钿总=購倍(1+) =3.74 (ml/s)( lab =4Km)4、OA段的设计流量：3* +_ 丁 .-； =4.43 (m/s)帕曲=一 (1) =4.7 ( m/ s) (Loa =4.5Km)整个渠道的灌溉水利用系数：=一 0.85(五) 、渠道最小流量和加大流量的计算1、渠道最小流量的计算：为保证对下级渠道正常供水，对该灌区可将渠道最小 流量取成渠道设计流量的40%，则3缶=0.4*觥惘=0.4*4.7=1.88 (m/s)2、渠道加大流量计算:由公式Qj=JQd可得下表：其中 Qj 渠道加大流量；J 渠道加大系数,其值可

23、查表311; Qd 渠道设计流量。流量单位：m/ s各渠道段加大流量干渠渠道段设计毛流量加大系数J加大后流量CD1.791.292.31BC3.561.274.52AB3.741.274.75OA4.701.26P5.92四支渠1.701.292.19三、灌溉渠道横断面设计渠道断面设计除满足渠道输水、配水要求外，还应满足渠床稳定条件。纵向 稳定要求不冲不淤，平面稳定要求水流不发生左右摇摆。1、支渠四横断面设计支渠采用U型断面，它接近水力最优断面，具有防渗效果好，抗冻膨性能高， 输水性能较为理想，挟沙能力强，节省工地，省工省料，坚固耐用等特点。U型断面示意图如下图所示，下部为半圆形，上部为稍向外

24、倾斜的直线段。 直线段下切于半圆，外倾角=520 ，随渠槽加深而增大。较大的U渠道则采 用较宽浅的断面，深宽比 H/B=0.650.75，较小的U型渠道则宜窄深一点，深 宽比可增大到H/B=1.0。现取外倾角 =10，H/ B=0.7。因为其加大流量为2.19 (m3/s),于是据表 319查得0.22m，D=0.42m。一 U型渠道的衬砌超高；D渠堤超高。(1) 、确定渠道比降i，渠床糙率系数n。初选支渠渠道比降i=1/5000，初选n=0.018。(2) 、确定圆弧以上的水深h2。圆弧以上水深h2和圆弧半径r有如下经验关系：h2 Nr。N 直线段外 倾角为 时的系数； 为0时的系数用N0表

25、示。查表3-21,则当 10时,N0=0.275，则NN 0 +sin =0.275+sin10 =0.45。(3) 、求圆弧的半径r。将已知的有关数值代入明渠均匀流的基本公式，就可得圆弧的半径计算式 (公式3-38)r =-(1-) +(2 N2901/4(1-_ )+ 2NJ Q)3/890 cos、. i5/82sin )cos N tg吧 cos101/42 0.45(0.020_Q 严( 1/3000”5/810 2-(1-90) +(2 0.45 sin 10 )cos10 0.452tg10=0.89*护閘；=0.89*1.22=1.08口(4) 、求渠道水深。由公式(3-40)

26、h h| h2 h2 r(1 sin ) r( N 1 sin )可得：h=(0.45+1-si n1G0)r=1.276r=1.38m(5) 、过水断面面积计算。r2由公式(3-41)可知 A(1-) -sin2+h(2rcos +h2tg )290r210则 A3.14 (1-) -sin (2 10) +0.45r (2 r cos10 +0.45 r tg10)290=2.145 ：=2.5川查表3-20可得U型断面的湿周P的计算式如下：P= r (1-) + -2h =3.705r=4m ;则因为水力半径 R= A ,故，90 cosP2.145r2cccR=0.5789r =0.6

27、2m3.705r因为题设H=0.7B,则由表中公式：B=2 rcos + H-r 1-sin tg联立解得：B=2.23r, H=0.7B=0.7 2.23 r=1.563r(6) 、渠道断面稳定分析。 、渠道的不冲流速(Vcs)：查表325可得，当采用混凝土护面现场浇筑时，不冲流速<8m/s 、渠道不淤流速(Vcd):由不淤流速经验公式(3-47)得Vcd二CoQ0.5，式中：C。一不淤流速系数，见表3-26 ; Q 渠道设计流量。因为 Q<5 ( m / s ),故C。=0.4，所以'畑如虑严=0.4*1.3=0.52(朋/ s)。为维持渠床稳定，渠道通过设计流量时的平

28、均流速(设计流速)Vd应满足故有：0.52< 8m/s。现在- =0.68m3/s满足条件(7) 、渠道过水断面以上部分有关尺寸、渠道加大水深(hj):由水力学公式Q Av可得，Qj Ay，贝M假设渠道通过加大流量时的流速与通过设计流量时的流速相等，即Vj v。于是QjqAj瓜，°QjAQ1.28A。据书上表320给定的公式有:r2Aj(1-) -sin2+h2j(2rcos +h2itg )，将 r=1.08，=10 代j 290jj入有 A 1.7 2.32h2j 0.176h：，所以,1.7 2.32h2j 0.176h；j 1.28A 1.28 2.11 2.70，解之

29、得 h?j 0.418m (已舍去负值)则加大水深N；=1.2m1 、安全超高(h ):由公式(3-50)得： h - hj 0.2 0.548m，4 jhmin0.5m，故取 h 0.548m 、堤顶宽度(D):由公式(3-51)得：D= hj+0.3=1.5m(8) 、渠道最小水深设计。其计算思路跟求最大水深时一样，即Vmin v。21.7 2.32h2min 0.176h2min0.4A 0.4 2.11 0.844，解得 h2min0.38m贝 i 石=0.44m。2、干渠各渠道段横断面设计2.1 1.523.606。取干渠渠道比降为1 = 1 / 2000, n=0.018。采用梯形

30、断面，以CD段为例， 因为灌区土壤为轻壤土，据表 314及315选择渠道边坡系数m=1.50。由表 316 可知：m 2 1 m2，故 m 2、1 m2由表3 16确定梯形渠道水力最佳断面参数: 水深：3/8ho1.189nQ(m m). i1.1893/80.020 Q(3.606 1.5) 1/50000.8613 Q3/8=0.8613二=1.07m过水断面：亠；：-：+m址;=2.41“湿周：-.4.51m水力半径：=一=0.53mAri f nd流速：=0.74m/s,满足不冲不淤流速条件。干渠加大水深设计，思路跟前类似。仍设VVo，则QjQo，故Aj9AoJAo,Aj AoQo其中

31、J为加大系数。又因为Aj bohj mhj2 ，则bohj mh： JAo ，0.974hj 1.50h： 1.27 3.615，解之得1.14m。安全超高（h ）:由公式（3-50）得：+ 02 = 0.48m，堤顶宽度（D）:由公式（3-51）得：D=j+/3 = 1.44m同理，干渠最小水深也按同样的方法可求。Qm Q° , Amin QmnA0 0.4A0， Amin A0Qo所以，0.974hmin 1.50hmin 0.4 3.615，解之得i：窗=0.44m：。干渠其余各段断面要素见下表BCABOA设计流里Q3.563.744.70最小流量Qmin1.4241.4961

32、.88加大流量Qij4.524.755.92渠底比降i0.00050.00050.0005水深h01.341.361.48最小水深htrin0.950.961.05最大水深1.461.491.62底宽b00.810.820.90过水断面A3.783.894.62湿周%5.645.726.24水力半径R00.670.680.74流速1V00.940.961.12安全超咼 h0.480.560.60堤顶宽度D1.761.791.92四、干渠的纵断面设计灌溉渠道除了满足输水要求外，还要满足水位控制的要求。（1）、灌溉渠道的水位推算。为了满足自流灌溉的要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位。其水位公式

33、如下：H 进=A0+ h+ Li+ =14+0.2+1+8*0.15+2*0.05=29.5mH进一渠道进水口处的设计水位（m）; A0渠道灌溉范围内控制点的地面高程（m）;h 控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差，一般取0.10.2m，此处取0.2m；L渠道的长度（m）; i为渠道的比降；一水流通过渠系建筑物的水头损失（m）。取渠道进水口设计水位H进=30m,建筑物水头损失：过水隧洞，渡槽=0.15m,=0.1m% 卜=30-4500/2000-0.15=27.6 , ' =27.6-0.1=27.5：心疔27.5-3500/2000-0.15=25.6 ,=25.6-0.仁2

34、5.5叫:,=25.5-4250层000-0,15=23.32=23.32-0.1=23.22二=23.22-2500/2000-0.15=21.97 二 =21.97-0.1= 21.87>20m,满足灌排要求。向上推算，因为理论推算高程为29.4m，小于A A 断面处河底的实际高程（30m），能满足自流灌溉条件，故说明所选渠底 比降i是合适的。（2）、渠道纵断面图的绘制。按照渠道纵断面的设计要求绘制干渠的纵断面图（见附图）。五、斗农渠横断面设计：将第四支渠定为典型支渠，是因为各支渠所属斗渠，农渠控制面积相近，且流 量都比较小，所以实际施工中，斗农渠横断面可按典型支渠所属斗、农渠统一取值。（1）农渠断面设计： 农渠拟取U形断面，n=0.025考虑到土的膨压，U形断面可取向两侧斜100,拟取h=2rX=n+r=7.2r, A三+2rh si° =6.272DM1C2rOElD'R=t=0.87r,C=池側颐./=：Q=AC%- =6.27 :*=0.16 m3/ sv1000解得：r=0.24m,h=0.48m（1）斗渠横断面设计：斗渠采用浆砌石护面，n=0.025因斗渠沿等