农田水利学课程设计知识讲解

1、农田水利学课程设计一.灌区概况及分布一 灌区自然地理和经济概况本地区三面环河,西起清河,南频卫河,东至禹河；地势平坦,地形坡度 多在0.00150.004之间.过去由于卫河南移,在本区的下中部横凿下一道陡坎； 同时,入禹河河口西北方形成一凹地和局部高地.本地区土质肥沃,土壤质地属中粘壤土,微有结构,土壤含盐量为0.02% 宜于耕作.土中粘土含量为10%15%,孔隙率为44.3%,干容重为1.40t/m ,透水性中等.地下水埋深为 515m,水质近于中性PH=7.4 ,可溶性盐为 0.05%.本区多年平均降雨量为581.3毫米,但时间分配不均,经常出现季节性干旱,影响作物生长.年最大降雨量为87

2、7.7毫米 1949年,年最小降雨量为363.3毫米1963年,年内降雨变率很大,七、八、九三个月降雨量占全年降雨总量的70%.暴雨多发生在八、九月,由于本区土壤透水性较强,且地下水位较深,因而形成的地面径流量不大,除凹地外,径流可及时排除.多年平均蒸发量970毫米,月平均气温1316 C,最高气温 43 C,最低-10C,每年12月下旬开始结冻,元月底解冻.全区耕地面积约为 113000亩100等高线以下,由于南北方向有李家沟纵切而过,把耕地分为东、西两局部,其面积分别为17000亩和96000亩.当地种植的作物以小麦和玉米为主,其次是棉花、高粱和谷子等.全区共分布有四个乡,即前进乡、胜利乡

3、、合作乡和红旗乡.该区由于干旱 影响,作物产量低而不稳,急需开展灌溉,提升农业生产水平.二地形和河道水量概况1.地形1灌区地形图一张1/25000 ; 土地利用率为 0.9.2李家沟集水面积不大,平时干涸,雨季洪水期流水3100米等高线以上植被覆盖很好,暴雨季节根本无径流汇入本区.二.灌区用水资料根据邻近地区自然和农业条件相似的灌区作物大面积丰产灌溉经验,以及该 区的灌溉试验站试验资料,结合本区具体条件和增产的要求,分析拟定出本区各 种农作物中等干旱年75%的设计灌溉制度见表 2.表2中等干旱年75%的作物设计灌溉制度作物种类作物种植面积 比%生长阶段灌水次数灌水定额m3/亩灌水日期灌水天数灌

4、水率起始终止冬小麦60分篥1501/1222/1222返青24020/27/316拔节3401/416/416抽穗44026/410/515棉花25播前15018/31/415幼苗23520/626/67结铃33519/719/77开花43512/812/87早秋15播前15020/328/39拔节23525/630/66抽穗3355/810/86晚秋40播前1459/620/612拔节2351/710/710抽穗33526/74/810开花43515/824/810表2中等干旱年75%的作物设计灌溉制度作物种类作物种植面积 比%生长阶段灌水次数灌水定额m3/亩灌水日期灌水天数灌水率起始终止冬

5、小麦60分篥1501/1222/12220.0237返青24020/27/3160.0260拔节3401/416/4160.0260抽穗44026/410/5150.0278棉花25播前15018/31/4150.0145幼苗23520/626/670.0217结铃33519/719/770.0217开花43512/812/870.0217早秋15播前15020/328/390.0145拔节23525/630/660.0152抽穗3355/810/860.0152晚秋40播前1459/620/6120.026拔节2351/710/7100.0243抽穗33526/74/8100.0243开花4

6、3515/824/8100.0243.A.灌水率图原灌水率IT rft I1fc.riTr!,二 TEE1iHss器揖sssv-H勿上冷 T 二W三丝蕾？达当季一空空2853HS灌水率图的修正修正原那么：(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,假设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；(3)修正后的灌水率图应当比拟均匀,使得渠道水位和流量不发生剧烈变化；宜预防经常停水特别预防小于 5天的短期停水,保证渠道平安运行.在修正灌水率图时,要以不影响作物需水为原那么,尽量不要改变主要作物关键用水期的各次灌水时间,假设必须调整移动,以往前移

7、为主,前后移动不超过三天；调整其他各次灌水时,要使修正后的灌水率图比拟均匀、连续.此外,为了减少输水损失,并使渠道工作制度平稳,在调整时不应使灌水率数值相差悬殊.一般最小灌水率不应小于最大灌水率的40%. 修修正灌水率图修正后灌水率图-JI 1卓-TLELr二l;k 一、.!*!* B-lllr*3 3 一鬟毒等等澧聿霰毒11奉麦 秋秋荏小 快早周冬 s H - 考虑到主要作物冬小麦的需水临界期,取该时段的灌水率为设计灌水率,即q=0.026m3/(s*100hm2)三.其他资料(1)有效利用系数刀田=0.90Y农渠 =0.90Y渠系=0.65(2)流量在2.55m /秒范围内修隧洞(片石拱)

8、时,单价为 30万元/km ;同条件下修建陡坡的单价为11.5万元/km .(3)支渠限制面积 36万亩,斗渠限制面积30008000亩.(4 )干支渠续灌；斗渠轮灌.四.灌溉用水量灌溉用水量计算表各种作物各次灌溉用水流量全灌区 灌溉用 水量天数全区总 灌溉用 水量日期冬小麦棉花早秋晚秋2-20-3-70.0260.0263-18-3-280.01150.01153-28-3-300.01450.01453-310.0260.0263-31-4-160.0260.0264-26-5-100.0260.0266-9-6-190.0260.0266-20-6-240.02170.00430.026

9、6-25-6-260.02170.00260.02436-27-6-300.02430.02437-1-7-100.02430.02437-13-7-190.02170.02177-26-8-40.02430.02438-50.02430.02438-6 - 8-120.02170.00260.02438-13-8-140.02430.02438-15-8-240.02430.024312-1 - 12-220.02370.0237五、灌区的水量平衡1、灌区水源的种类、可靠性2、灌区用水方案的拟定表一设计年清河流量按旬统计表月101112123456789上旬27.511.65.02.02.0

10、3.54.58.05.128.131.419.0中旬20.19.54.52.02.93.85.07.03.447.228.030.2下旬15.65.63.82.03.34.050.58.404.121.316.025.6六、灌排渠道布置综合考虑灌区水源、灌溉要求、地形、土壤、水文地质条件、行政区划、交通用途,综合考 虑布置灌区灌排渠道.在灌区水源上游取水,布置一条总干渠和三条支渠,支渠下设斗渠、 农渠、排水沟等.(1)、渠首工程位置选择的原那么和方案该灌区水源应取清河为水源,河水水量稳定,水质较好,含盐量符合灌水要求.取水口取在1#断面和2#断面之间的凹岸处,以预防淤积造成取水建筑物堵塞并且1

11、#至2#断面间河床土质密实,2.5米以下为坚硬岩层.适合修筑取水建筑物.(2)、排水容泄区的选择一支渠和二支渠限制灌溉区域的的容泄区为李家沟,其中二支渠的六斗渠限制的灌溉 区域容泄区为卫河.其中二、三支渠中斗渠的多余水量也可以通过山谷基线排除,最后注 入卫河.三支渠限制的灌溉区域的容泄区也可以为卫河和禹河.在三支渠的四斗渠限制的 灌溉区域应设抽水站, 将多余水从此处排入禹河 (该区地势低洼且有高崖, 积水不易排出). 该灌区其他区域,排水天然地势优越,无需太多排水设施及沟道排水.根据资料得知, 本地区土壤透水性强,且地下水位较深,因而形成的地面径流量不大,除凹地外,径流可 及时排除,所以,农沟

12、的布置暂不考虑.(3)、灌溉渠道的规划布置原那么1、干渠应布置在灌区的较高地带,以便自流限制较大的灌溉面积.2、使工程量和工程费用最小.3、灌溉渠道的位置应参照行政区划确定,尽可能使各用水单位都有独立的用水渠道,以利治理,并应为上下及渠道的布置创造良好的条件.4、保证渠道工程平安可靠.5、要考虑综合利用.6、灌溉渠系规划应和排水系统规划结合进行.7、灌溉渠系布置应和土地整理规划和农业区划密切结合,以提升土地利用率,方便生产生活.8、当渠线必须转弯时,土质干、支渠的弯道曲率半径应该大于干、支渠水面宽度的5倍.9、对沿曲线方向宣泄的山洪、墟流应予以截导,预防进入灌溉渠道.(4)、支渠以下田间工程的

13、布置形式1 .适应农业现代化的要求,提升土地利用率,实现山、水、田、林、路的综 合治理.2 .渠网配套,灌排自如,限制地下水位；既能适时适量灌溉,又可以及时排 水,不使农田渍涝.3 .田面平整,田境规整,适应农业机械化的要求.4 .改进土壤,提升土地肥力,促使农作物稳产高产.5 .合理利用各类土地,实现农、林、牧、副、渔的全面开展,注意保持生态 平衡,促进农业持续开展.田间工程的布置形式：在田间系统中,渠、沟、林、路的配合采用沟一路一渠的布置方式,以减少输水渠向排水沟的渗漏,道路旁为灌溉渠道和排水沟中间, 在路的两侧植树,具体布置见下列图：(5)渠系建筑物的布置.1.干支渠系建筑物布置渠系建

14、筑物干OAT渠干ABF渠干BC二支渠陡坡干渠进 水闸11支渠进 水闸1113泄水闸1113节制闸11111117渡槽11涵洞公路桥11242424151196 .斗农渠渠系建筑物的布置.以二支渠为例,二支渠共 6条斗渠,每个斗渠 10条农渠.每条斗渠上有个斗门,每个农渠上有个农门,共 6个斗门,60个农门.具体详见灌区布置图：七、灌溉渠道设计1 .渠道设计流量推算A、渠道的工作制度及划分轮灌组的依据依据不同地区种植的不同作物在不同时间对灌水的要求不同,划分轮灌组.干、支渠采用续灌,支渠以下的斗、农渠采用轮灌采用分组轮灌,将每支渠的限制面积划分为两个轮 灌组.(1)干、支渠长度及限制面积渠道干O

15、A干AB干BC一支渠F渠二支渠长度(km)2.6754.1384.7423.35.38.128.255限制面积(hm2)1133.3286635347533.3(2)渠道工作制度.渠道工作制度采用轮灌方式,并采用集中编组,6条斗渠每3条一组,1农渠每5条一组,即斗渠两组轮灌,农渠两组轮灌.(3)典型支渠支渠流量推算(二支渠)OCB|2.6063千米A二支 渠2.7042千米3.3千米米千352.7635千米2.5401千米8.1千米2.7507千米2.8740千米(4)、计算如下1.计算农渠的设计流量.二支渠的田间净流量为：Q 二支渠田净=A 二支x qd=28.66X 0.026=0.745

16、(m3/s) 由于斗渠分为两组轮灌, 同时工作的斗渠有 3条,而农渠分为2个轮灌组,同时工作的农渠 有5条.所以,农渠的田间净流量为：Q农田净 =Q 二支渠田净 /(nk)=0.745/(3 X 5)=0.050(m3/s)田间水利用系数：Y f=0.9,那么农渠的净流量为：Q农净=Q农田净/t f =0.0497/0.90=0.055(m3/s) 灌区土壤属中粘壤土,从资料中可查出相应的土壤透水性参数A=1.9,m=0.4,据此可计算农渠每千米输水损失系数 (=A/Q 农净八m=1.9/0.0550.4=6.06 农渠的毛流量或设计流量为：Q 农毛=.农净(1+b 农 l 农/100) =0

17、.055 (1+6.35X 0.55/100) =0.057(m3/s) 2.计算斗渠的设计流量.由于一条斗渠内同时工作的农渠有5条,所以,斗渠的净流量等于5条农渠的毛流量之和：Q 斗净=5XQ 农毛=5X0.057=0.285(m3/s) 农渠分两组轮灌,各组要求斗渠供应的净流量相等.但是,第2轮灌组距斗渠进水口较远,输水损失量较多,据此求得的斗渠毛流量较大,因此,以第 2轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量.以二支渠的4斗渠为例,斗渠的平均工作长度为1.95千米. 斗渠每千米输水损失系数为：a 4=A/Q 斗净八m=1.9/0.2850.4=3.14Q 斗毛=Q 斗净(1+b 斗

18、 l 斗/100) =0.285 (1+3.14X 1.95/100) =0.302(m3/s) 3.计算支渠的设计流量.斗渠分为两组轮灌,以第2轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量.二支渠的平均工作长度为 3.56千米. 支渠的净流量为：Q 二支净=3XQ 斗毛=3X0.302=0.906(nf/s)支渠渠每千米失系数为：a =A/Q 二支 7Am=1.9/0.9060.4=1.98支渠的毛流量：Q 二支毛=.二支净(1+b 二支 l 二支/100) =0.906 (1+1.98X3.56/100) =0.970(m3/s)计算二支渠的灌溉水利用系数：X二支水 =Q 二支田净 /Q 二支

19、毛 =0.745/0.970=0.775 .计算以一、三支渠的田间净流量：Q 一支田净=11.33X 0.026=0.295(m3/s)Q三支田净 =35.34X 0.026=0.919(m3/s)6 .计算一、三支渠的设计流量：以典型支渠(二支渠)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.Q 支毛 =Q 一支净/ X 一支水 =0.295/0.77=0.383(m3/s)Q三支毛 =Q 三支净/ 7三支水=0.919/0.77=1.193(m3/s)7 .推求干渠的、各段的设计流量：3.Qbc =Q 三支毛=1.193(m3/s)(T bc=A/Qbc 净Am=1.9/1.

20、1930.4=1.77Qbc xQbc 净(1+ b bc|bc/100) =1.193( 1+1.77 X 4.742/100)=1.293(m3/s)b.QAB 净=.二支毛+Qbc 毛=0.970+1.293=2.263(m3/s)b AB=A/Q oa 净 Am=1.9/2.2630.4=1.37.人8毛=.人8 净(1+(tabIab/100) =2.263 (1+1.37X4.138/100) =2.391(m3/s)c.Qoa 净=.支毛 +Qab 净=0.383+2.391=2.774(m3/s)(toa=A/Qoa 净 Am=1.9/2.7740-4=1.26Qoa毛=Qoa

21、净(1+(toaIoa/100) =2.774 (1+1.26X2.675/100) =2.87(m3/s)4水=口VV cdVcs由资料得,该地区土壤质地为中粘壤土,微有结构,且干容重为1.40t / cm3.所以,中壤土的干容重为 1.301.70t / cm3 ,不冲流速为0.65 0.85R(修正之后的.=1.4).不过,对于有衬砌护面的渠道的不冲流速比土渠大很X多,取 cs =2.5m/sVcd常用的渠道挟沙水平的计算公式主要为根据实际研究成果而得到的经验公式v cd =C0 Q0.5 .式中,C0为不淤流速系数,C0取0.4.干渠断面稳定分析具体计算：OA 段：vcs=2.5m/s

22、Vcd=0.4 X2.870 0.5=0.677m/svcdv=0.703m/svcs故满足稳定要求AB 段：vcs=2.5m/sVcd=0.4 X2.391 0.5=0.618m/svcdv=0.671m/svcs故满足稳定要求BC 段 vcs=2.5m/svcd=0.4 X1.293 0.5= 0.455vcdv=0.576m/svcs 故满足稳定要求综上所述,干渠渠道断面设计到达稳定要求.(5)渠道过水断面以上局部的有关尺寸渠道加大水深：渠道通过加大流量 Qj时的水深称为加大水深hj通过查询表6可得到；平安超高：为了预防风浪引起渠水漫溢,保证渠道平安运行,挖方渠道渠岸和填方渠道的堤顶应高

23、于渠道的加大水位,高出的数值称为平安超高.H=1/4hj +0.2 大于 0.5m 时,取 0.5m堤顶宽度：D=hj+0.3具体计算如下：OA 段：Qoamax= 3.731m/shjOA =1.536mh=1/4*1.536+0.2=0.584.取 h=0.5mD=1.536+0.3=1.836mAB 段：QABMAX =3.108m/shjAB=1.434mh=1/4*1.434+0.2=0.5585m M A h=0.5mD=1.434+0.3=1.736mBC 段:QbCMAX =1.681m/shjBC=1.139m h=1/4*1.139+0.2=0.485mD=1.139+0.3=1,439m(6)干渠横断面结构为了工程简单,工程费用少,采用半挖半填式渠道.半挖半填式渠道的挖方局部为 筑堤提供了土料,填方局部为挖方弃土提供了场所,渠道工程费用少,当挖方量等 于填方量时,工程费用最少.挖方深度 x 按下式计算：(b+m1x)x=(1.1-1.3)2ad+a(m 1+m2)受系数1.11.3是考虑土体沉陷而增加的填方量,壤土取 1.15.为了保证渠道的平安稳定,半挖半填渠道堤底的宽度B应满足以下条件BN510)