农田水力学课程设计

1、云南农业大学 水利水电与建筑学院一、基本资料 (一)概况 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165，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量1112mm。Q灌区地形图见附录。 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，马头山以林为主，20m等高线以下则以大田作物为主，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砂壤土。地下水埋深一般为45m，土壤及地下水的pH值届中性，无盐碱化威胁。 界荣山，龙尾山等属土质丘陵，表土属

2、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，遇暴雨时易暴发洪水，近年来已在各沟，溪上游修建多处小型水库，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(外)建大型水库一座，坝顶高程502m，正常水位43Om，兴利库容1.2×108m3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，

3、卵右覆盖层厚25m，下为基岩，河道比降1100，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。 (二)气象 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)及降水量见表设2表3表2 设计年蒸发量统计月 分4567蒸发量（mm）97.5118.0143.7174.9月 份891011蒸发量（mm）196.5144.7101.175.6日月 分4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.3492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.5

4、2.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.649.22.53.6232310.74.52435.47.425261.56.2271.1281.53.729307.7313.6月 计72.9108.5107.339.825.037.3103.5 设计年降水量统计表3(三)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4作物种植比例表4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

5、测资料，设计年(1972)早稻及棉花的基本观测数据如表5及表6所示，中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表7。表5 早稻基本实验数据生育阶段复苗分蘖前分蘖后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期(日/月)25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/20/725/20/7天数101018151411987摸比系数(%)78182521138100天间允许水深(mm)10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强调（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3附注：全生育起需水系数a=1.0棉花

6、试验基本资料表6生育阶段幼苗期现蕾期开花结果期吐絮期全生育期起止日期(日/月)21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11摸比系数(%下水补给占作物需水量（%）10202225计划湿润层深（mm）0.40.50.50.60.60.70.7附注：计划产量120kg籽棉； 需水系数K=267m3kg 土壤空隙率为40(占土体的%)； 土壤适宜含水率上限为88%，下限为616%(占空隙X); 田间最大持水率为88%(占空隙)； 播种时，计划层土壤储水量为102m3亩中稻，双季晚稻设计年丰产灌溉制度 表7中 稻双季晚稻灌水次序灌水时间（日/

7、月）灌水定额（m3/亩）灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（m3/亩）1（泡田）7/5501（泡田）19/750226/525227/71534/62531/825410/62547/820520/630512/83062/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定额 320（m3/亩）灌溉定额 335（m3/亩）附注 早稻泡田日期为4月13日，定额70m3亩。1.早稻及棉花的灌溉制度计算1.1早稻的灌溉制度计算由已知的气象资料可知，在早稻的全生育期的

8、蒸发量为所以可得各生育阶段的需水量，继而可得出逐日耗水量。列入下表。 逐日耗水量计算表 生育期 复苗 分蘖前 分蘖后 孕穗 抽穗 乳熟 黄熟 全生育期起止月日4.25-5.45.5-5.145.15-6.16.2-6.166.17-6.307.1-7.117.12-7.204.25-7.20 天数101018151411987模比系数78182521138100阶段需水量27.5831.5270.9398.5282.7551.2331.52394.06阶段渗漏量131323.419.518.214.311.7113.1阶段耗水量40.5844.5294.33118.02100.9565.534

9、3.22507.15逐日耗水量4.064.455.247.877.215.964.8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。早稻生育期灌溉制度计算列如下表。灌区早稻生育期灌溉制度计算表 单位：mm日期生育期设计淹灌水层逐日耗水量逐日降雨淹灌水层变化灌水量排水量月日4244.12025复苗10-30-504.115.9264.111.8274.127.720284.11.525.1294.121304.116.9514.112.824.128.72034.13.42844.

10、19.233.15分蘖前10-40-804.51.229.864.57.933.274.528.557.284.552.794.548.2104.543.7114.52.541.7124.56.443.6134.539.1144.534.615分蘖后20-50-905.229.4165.2630.2175.224.549.5185.244.3195.239.1205.233.9215.228.7225.210.634.1235.210.739.6245.234.4255.229.2265.224275.21.149.930285.23.748.4295.243.2305.238315.232.

11、8615.227.62孕穗20-50-1007.917.437.137.91.931.147.923.257.945.33067.937.477.929.587.921.697.943.730107.935.8117.927.9127.920137.942.130147.91.936.1157.928.2167.920.317抽穗20-50-907.243.130187.235.9197.228.7207.221.5217.244.330227.249.286.3237.279.1247.235.49017.3257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297

12、.255.5307.248.371乳熟10-40-50642.32636.33630.34624.35618.36612.37636.3308630.39624.310618.311612.312黄熟自然落干4.87.5134.82.714151617181920478.6224.525017.3校核：h始+ 20+224.5+250-478.6-17.31.4mm与7月13日淹灌水层相符，计算无误。2.灌水率计算2.1根据所计算得的早稻、棉花及给出的中稻、双季晚稻的灌溉制度以及作物比例分别计算出其灌溉率。各次灌水的灌水率为计算过程见下表。灌水率计算表作物作物所占面积（%）灌水次数灌水定额(m

13、3/亩)灌水时间（日/月)延续时间（d)灌水率m3/（s·万亩)中稻30（泡田）1755月7日100.26 2255月26日50.17 3256月4日50.17 4256月10日50.17 5306月20日50.21 6307月2日50.21 7307月8日50.21 8307月14日50.21 9307月22日50.21 10257月29日50.17 11208月10日50.14 双季晚稻50（泡田）1707月19日50.81 2157月27日50.17 3258月1日50.29 4208月7日50.23 5258月12日50.29 6308月23日50.35 7308月27日50

14、.35 8308月31日50.35 9309月6日50.35 10309月12日50.35 11309月19日50.35 12209月30日50.23 早稻50（泡田）1804月27日50.93 2 13.33 5月3日50.15 313.33 5月27日50.15 4206月5日50.23 5206月9日50.23 6206月13日50.23 7206月17日50.23 8206月21日50.23 9207月7日50.23 棉花2013050.14 通过已知的中稻和晚稻的灌溉制度，得出全灌溉区的初步灌水率图如下图所示：灌水率的修正修正原则：要以不影响作物需水要求为原则，尽量不要改变主要作物关

15、键用水期的各次灌水时间，修正后的灌水率图要比较均匀连续，修正后最小的灌水率应不小于最大灌水率的45%。通过修正得到下图：如图所示， 全区的灌水率为最高为0.465m3/(S·万亩），灌区灌溉系统的设计模数采用最高的灌水率0.465m3/(S·万亩）3. 确定渠首枢纽的位置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。砂，卵右覆盖层厚25m，下为基岩，河道的地质条件良好，A-A断面处河底高程30m，河流水源虽然比较丰富，但水位较低，可在河道A-A断面处修建雍水建筑物，抬到水位，自流引水灌溉，形成有坝引水方式。河道比降1100，河底宽8

16、2m，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。4.灌溉渠系规划布置与渠道设计流量计算4.1渠道布置本灌区灌溉渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。本灌区属于小坡度地区。一支布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，三支布置在整个灌区的东面，即整个灌区由三条支渠控制。第三支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠有8条斗渠，斗渠长3000m，取第五斗渠为典型斗渠。每条斗渠有10条农渠，长800m,间距300m，可取五斗二农为典型农渠。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

17、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。布置图见附图三。4.2确定工作制度干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。4.3典型支渠设计流量计算灌区总面积约为12万亩，干渠长为16.5km，各支渠的长度及灌溉面积列入下表。 支渠长度及灌溉面积 渠别 一支 二支 三支 合计 长度（km） 2.8 4.23.2 10.2灌溉面积（万亩） 2.72 4.414.87 124.3.1典型支渠（三支渠）及其所属斗、农渠的设计流量A计算农渠的设计流量 三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4条，同时工作的农渠有5条，所以，农渠的田间净流量为：取田间水利用系数，农渠的净

18、流量灌区土壤属中粘壤土，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：农渠的的设计流量为B计算斗渠的设计流量因一条斗渠内同时工作的农渠有5条，即斗渠的流量为：农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此以第轮灌组的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的工作长度为。斗渠每公里输水损失系数为：斗渠的设计流量为：。C.计算三支渠的设计流量斗渠也是分两组轮灌，以第轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。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4.3.

19、2计算三支渠的灌溉水利用系数4.3.3.计算一、二支渠的设计流量A计算一、二支渠的田间净流量B计算一、二支渠的设计流量以典型支渠（三支渠）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。4.3.4推求干渠各段的设计流量ABC段的设计流量BAB段的设计流量COA段的设计流量5.灌溉渠道的断面设计5.1渠道横断面设计由已知资料查表，可取 51.1干渠横断面设计采用经济适用断面A 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段以及典型支渠（三支）皆采用经济适用断面计算，其结果列入下表。 断面尺寸设计渠别Q

20、hbAB RAB6.41.544.799759.151.070.66 0.31 0.75BC3.711.253.896.437.430.870.580.280.713支3.431.223.796.117.240.840.560.220.70经校核皆满足，说明以上横断面尺寸都符合要求。5.2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。其中堤顶高程、最小水位的确定需确定最小水深和加大水深。即需确定最小流量与加大流量。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（当时，取；

21、当，取）。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。5.2.1干渠纵断面设计只设计干渠纵断面利用迭代法计算。（ ）A OA段： 初始选，则有进行迭代，最终得，即为最小水深。因 初始，则迭代得，即为OA段堤顶高程。因此得堤顶宽度为，。B AB： 初始选，因，迭代得，即为最小水深。 初始，则迭代得，即为堤顶高程。因此得AB段的堤顶宽度为，安全超高。C： 初选，有，迭代得即为最小水深。又因 选，则，迭代得，为堤顶高程。堤顶宽度，安全超高。D：典型支渠（三支）： 初选，有，迭代得，为最小水深。又因 选，则，迭代得为堤顶高程。，。5.2.3灌溉渠道的水位计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。式中：渠道进水口处的设计水位，m；渠道灌溉范围内控制点的地面高程（m）。控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差，取0.1m；渠道的长度，m；渠道的比降；水流通过渠系建筑物的水头损失（m），可查表。A 干渠：所以有B 三支口处：所以有三支处的设计水位为C 三支五斗处：所以三支五斗处的设计水位为可根据以上计算