农田水利工程规划设计讲义(1)

1、农田水利工程规划设计讲义 华北水利水电大学刘增进1主要内容1. 农田水利工程（规划）设计的主要内容 2. 农田水利工程（规划）设计的程序3. 农田水利工程（规划）设计的依据及对设计单位的要求4. 农田水利工程（规划）设计的主要设计文件5. 水资源平衡分析6. 农田水利工程规划设计7. 单体工程设计8. 农田水利工程概预算2一.农田水利工程的主要规划设计内容 农田水利工程是指为农田修建一套高效,便利的水利工程设施，使它具有一 定的抗旱，排涝能力，确保农田高产，稳产，建设高标准的基本农田。“田成方，沟成网，树成行，路相连” 农水工程规划设计的主要内容有以下几个方面:（1）基本农田的规划设计;（2）

2、水源工程的规划设计;（3）引水工程;（4）田间工程规划设计;（5）各级各类建筑物的规划设计;（6）单体工程设计;（7）投资概预算及筹资方案;（8）效益分析或经济评价;（9）环境影响评价; (10)项目建设组织管理及施工组织设计。3二.农田水利工程规划设计程序建设程序 建设程序是建设项目从设想规划，评估，决策，设计，施工到竣工验收投入生产整个建设过程中，各项工作必须遵循的先后次序的法则。水利工程项目建设程序一般分为：项目建议书，可行性研究报告，初步设计，施工准备（包括招设计），建设实施（施工阶段），生产准备，竣工验收，后评价等阶段。 2. 农田水利工程规划设计程序 农田水利工程规划设计一般分为：

3、建议书，可研，初设，招标设计和施工样图（技设）5个阶段。对建设项目规模较小，技术条件简单的工程，设计阶段可适当简化，目前一般做法是4个阶段。工程设计文件是工程项目建设实施的依据。因此，应把工程设计摆在重要的位置，选好水源，围绕农田搞好工程设计。4三.农田水利工程规划设计的依据和对设计单位的要求 (一)依据1.国家标准和规定（1） 招标法（工程项目）（2） 采购法（设备） 2.行业标准和规定（1）防洪标准 GBJ8585（2）灌溉与排水工程设计规范 GB5028899（3）农田低压管道输水灌溉工程技术规范 GBT202032006（4）泵站设计规范 GB5026597（5）机井技术规范 SL25

4、62000（6）渠道防渗工程技术规范 SL1820045（7） 节水灌溉工程技术规范(GB/T 503632006) （8）水利水电工程等级划分及洪水标准 SL2522000（9） 公路桥涵设计通用规范 JTG D602004（10）河南省地方标准用水定额 DB41T3852004（11） 供配电系统设计规范 GB5005295（12） 碾压式土石坝设计规范 SL2742001（13）浆砌石坝设计规范 SL2591（14）河南省水利水电工程概预算定额2006 河南省水 利厅6（二）对设计单位的基本要求 选择能设计、有农田水利工程乙级以上资质的，且有水利工程设计业绩的农田水利工程设计院进行设计，

5、要求设计人员亲临现场，设计出一批安全、美观、经济、适用的农田水利工程。7四. 农田水利工程设计的主要设计文件1. 项目建议书阶段 项目建议书（投资估算）2. 可行性研究阶段 （1）农田水利工程可行性研究报告 （2）规划图和单体工程图 （3）设计估算书3. 初步设计阶段 （1）初步设计报告 （2）规划图和单体工程图（要求达到施工阶段的设计水平）（3）设计概算书4. 招标阶段 （1）招标文件 （2）工程设计图集85. 施工图阶段（1）建筑物的地基开挖图（2）地基处理图（3）建筑物结构图（4）钢筋混凝土结构的钢筋图（5）金属结构及机电设备的安装图9五. 水资源平衡分析水资源开发利用原则：（1）优先利

6、用地表水，然后用浅层地下水，限制开采深层 地下水。（2）以供定需，以水定产、定面积。（3）充分利用现有水利设施，可对现有的水库、池塘、河 渠、蓄水池进行修复或扩建改造，合理利用。（4）利用山泉、山洪、天然降雨、河流修建拦河坝、池塘、蓄水池，集蓄水源，开发利用。（5）开源节流，发展节水灌溉，节约用水试验示范推广。10农田灌溉制度 作物灌溉制度是指作物移栽及全生育期内的灌水次数，每次灌水的日期定额以及灌溉定额。 灌水定额是指一次灌水单位面积上的灌水量 灌溉定额是指各次用水定额之和。灌水定额和灌溉定额常用 m3亩，或mm表示。它是农田水利工程设计和管理的依据。 灌水率图是指灌区单位面积（例如以万亩计

7、）上所需灌溉净流量又称灌水模数。将某一设计典型年的灌水率绘成直方图。113. 农田灌溉用水量计算 (1) 设计典型年的选择 由设计标准(灌溉保证率)确定 (如P=75%) (2)典型年灌溉用水量计算 W净=mA(m3) W毛=mA/水(m3)（3）乡镇供水量 农村人畜用水、乡镇企业和工业用水124. 水资源平衡分析 来水量（供水量）和需水量进行比较，得出水资源丰缺量。对于有其它农作物和人畜饮水时，需水量中应计入这部分需水量，给出结果。13六农田水利工程规划设计农田水利工程规划设计任务 （1）根据项目区的水资源情况及自然条件，合理确定农田水利工程建设的位置、规模、等级和数量。 （2）根据项目区内

8、外交通条件和区内地形、农田水利工程布局情况，合理确定区内交通道路机耕路和交叉建筑物（桥涵）的位置、等级、数量和长度。 14（一）基本农田布局 对山、田、水、林、路和村庄（居民点）进行综合规划，合理布局。应充分结合各地市县的实际情况，水源条件，土地资源，气候条件，自然环境，农区分类指标和经济条件相结合，合理规划基农田，确保耕地数量和质量。主要任务有：居民点用地布局、耕作田块布局（长宽）和土地整理。15(二）农田水利工程规划 1. 灌溉水源与灌溉取水工程布局（1）灌溉水源：地下水和地表水（2）灌溉取水方式 无坝引水 适用于水量丰富地区，当水位满足要求时，应采用自流引水方式引水。无坝引水的渠道或引渠

9、可选在河流的凹岸稍偏下游的地方。 有坝引水 适用于水量丰富、水位较低，河流修建拦河坝抬高水位实现自流灌溉。 提灌站提水 当河流水位或水体处于较低的位置，且不能采取有坝取水时，可修建提灌站提水灌溉，当河流水量较小时，可修建拦河坝蓄水。 水库取水 在中小型水库修闸引水或修建提灌站提水。 机井抽水 在农田适当位置打若干个机井，利用潜水电泵抽水进行灌溉。 水窖 （集雨工程）162.灌排渠系布局（1）取水枢纽（2）输水和配水系统（3）干支渠的布局（4）斗农渠的布局（5）灌溉渠道与排水沟道的配合 灌排相邻布置、灌排相间布置、灌排合一布置3.渠系建筑物布局 水闸、渡槽、倒虹吸涵洞跌水陡坡小型桥涵等水工建筑物

10、。174.井灌工程布局（1）井网的布置（2）井型的选择 大口井、筒井、辐射井和管井（机井）（3）井深的确定（4）井径的确定 一般井径为300500mm（5）井距和井数的确定18七单体工程设计（一）工程等级及防洪标准 参照 水利水电工程等级划分及洪水标准分别确定出农田水利工程中水工建筑物、蓄水工程、引水建筑、泵站工程、排洪渠和灌溉渠道及渠系出版物的工程级别、建设规模、使用年限以及有防洪任务的建筑物的防洪标准。农田水利工程建设规模都不太大，建筑物一般为4等或5等以下建筑物。 19（二）拦河坝设计 蓄水枢纽是以挡水建筑物拦河坝为主体的水利枢纽。拦河坝的作用是拦截河道水流以积蓄来水，抬高上游水位以形成

11、具有一定库容的水库。 坝是蓄水枢纽中的主要建筑物，根据不同的建筑材料将坝分为土石坝，浆砌石坝，混凝土坝。常见的坝型有土石坝，重力坝和拱坝。 农田水利工程中拦河坝多采用土石坝，砌石坝和混凝土坝。20土石坝设计 21 土石坝是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝，是历史最悠久的一种坝型，是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。 土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。 土石坝按施工方法可分为：碾压式土石坝，充填式土石坝。其中以碾压式土石坝应用最为广泛。22土石坝设计应包括以下内容：（1）坝轴线选择及平面布置。（2）坝基处理和岸坡连接 应做好土石坝坝基处理以及土石坝同岸坡的连接设计，使土石坝蓄

12、水后不致于产生超过允许值的渗流量，既不会引起管涌、流土、冲刷等渗透破坏，也不会因坝基不均匀沉降导致坝体开裂、倾斜，以确保土石坝安全运行。在农田水利工程中常见到的地质有：岩石地基、土基、砂砾石地基、湿陷性黄土等地基。不同类型地基应采用不同的地基处理方式和岸坡的连接方式。23（3）土石坝坝型选择 土石坝按土料组合和防渗体的位置不同，可分为均质土坝、心墙土坝、斜墙土坝和土石混合坝，主要是看当地的筑坝材料。（4）土石坝断面尺寸拟定 主要尺寸有坝顶宽度（坝高 小于10m时，可选2m宽）土坝坝坡坝高由防洪标准确定。（5）排水体设计 有棱体排水和贴坡排水两种形式。（6）土坝护坡设计 上游面可采用干砌石或浆砌

13、石护坡下游护坡可采用干砌石、浆砌石或草皮护坡。24（7）土坝的渗流计算 确定坝体浸润线、坝体及坝基等势线或流网图，供坝休稳定计算或选定排水作用 确定坝体或坝基渗流量，用以估算水库渗流量确定坝坡及坝基和岸坡连接的渗透比降，以判断其渗透稳定性。 （8）土坝的稳定计算 初步拟定了土坝的断面尺寸并进行了渗透计算后，还应进行土坝的稳定计算，以便决定土坝的边坡，或验算已选边坡的稳定性。（9）土坝的溢洪道设计 按防洪标准设计(30年一遇设计，100年一遇校核252. 浆砌石坝设计26 浆砌石坝类型 浆砌石坝按坝顶是否溢流，可分为溢流坝和非溢流坝两种，前者又称滚水坝，后者又称稳挡水坝。在一个工程中，常根据需要

14、将一部分坝体设计成溢流坝，以宣泄洪水，而将另一部分坝体设计成非溢坝，用以挡水。一般溢流坝布置在河床中间，而将非溢流坝布置在靠岸边的两侧。其最大的特点是：就地取材。 浆砌石非溢流坝断面尺寸的确定 坝顶高程（满足防洪和库容要求） 坝顶宽度 上下游坝坡 坝底宽度27 溢流坝断面拟定与下游消能 剖面形状 （一般按实用堰设计） 溢流坝坝顶高程确定 下游防冲消能 浆砌石坝防渗 水泥砂浆仔细勾缝 ； 在坝上游做混凝土防渗面，抹面应分缝，缝内应设柔性止水带 ； 粘土斜墙防渗（土办法） 坝基处理和同岸坡的连接 土基和岩基则采用不同的处理方法。283.混凝土坝的设计 29混凝土坝的设计包括以下主要内容（1）剖面设

15、计 可参照已建类似工程，拟定剖面尺寸。（2）稳定分析 验算坝体沿地基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度。（3）应力分析 使应力条件满足设计要求，保证坝体和坝基有足够的强度。（4）构造设计 根据施工和运用要求确定坝体的细部构造，如廊道系统、排水系统、坝体分缝等。30（5）地基处理 根据地质条件和受力情况，进行地基的防渗、排水、断层软弱带的处理等。（6）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计 包括堰顶高程、孔口尺寸、体形及消能、防护设计等。（7）监测设计 包括坝体内部和外部的观测设计，制定大坝的运行、维护和监测条例。31(三）蓄水池设计 32 1. 蓄水池的结构形式 按其构造特点分为开敞型和封闭型两类。按

16、其在地层中的建设位置分为平地式、半埋式和地上式三种。 2. 蓄水池容积的确定 水池的大小和布置数量要考虑水源情况、控制面积大小和投资情况而定。 3. 蓄水池选址 地质条件好，无断层、滑坡等不良地质情况； 运输条件较便于运送建筑材料； 选择在供水受益区集中的制高点，使供水管道的距离较短；不占耕地；为降低工程造价， 蓄水池的几何形状优先选用圆形，依次为正方形、矩形，根据选址处的地质特点，选择开挖工程量小，最节省工程投资的形状。33 4. 蓄水池建筑材料 浆砌石、素砼、钢筋砼，采用浆砌石时要作好防渗处理。 5. 做好蓄水池的基础处理 蓄水池的基础处理非常重要，尤其是湿陷性黄土地区，如有轻微渗漏，将危

17、及工程安全，基础处理不彻底， 蓄水池将发生开裂和倾覆等现象。 6. 砼水池分缝 对于容积较大的砼水池，可设沉陷缝、温度缝，分缝处应设柔性止水和填充材料。 7. 其它设计 内置爬梯 池底排污管 开敞式水池的护栏。34（四）塘坝工程设计塘坝分类 塘坝一般根据蓄水容量大小可分为小塘、大塘。小塘的蓄水容量在1万m3以下；大塘为蓄水容量在 110万m3之间的塘坝。2. 塘坝的塘址的选择 地形条件好；地质条件好；水源条件好；靠近灌区；施工、交通及管理方便；行政区划单一，归属权界定清楚；有人畜用水要求的尽量靠近村庄，或选择位置较高处能自压给水。 353. 塘坝供水量的估算（1）塘坝供水量的估算 复蓄次数法；

18、抗旱天数法；塘堰径流法（2）塘坝有效容量的确定（3）塘坝实际蓄水量的计算（4）塘坝灌溉面积的计算364. 塘坝坝体设计 塘埂形式与断面设计要根据塘埂高度、筑埂材料、塘址的地形和地基条件以及当地的水文、气象、施工、劳动力等因素，因地制宜，进行综合分析。（1）土质塘埂的形式 均匀土质塘埂；粘土心墙塘埂；粘土斜墙塘埂。（2）土质塘埂横断面 土质塘埂横断面随塘埂高度而变化，并受填土土质及密实度的影响。（3）放、泄水建筑物的设计 放水涵洞；溢洪道。37（五）提灌站设计 38提灌站分区方式： 一站一区式，全灌区由一个泵站集中控制，泵站将水全部抽送到灌区的最高控制点，再由一条或多条输水管道分配将水分配到全部

19、灌溉面积上；一站二区式，当灌溉区的面积高差较大，分布在不同的位置时，可在灌区内建一座泵站，安装两台以上不同扬程的水泵，分别向不同高程的出水池供水，分别灌溉不同高程的农田。其优点是避免高水低灌，节约运行成本。39 2. 站址选择 水源条件 水量丰富、水位稳定、水质良好的河流、塘坝或水库上。 地 形 泵站应选在地形开阔，岸坡适宜的地方。 地 质 泵站的主要建筑物应建在基础坚固、抗渗性能良好的天然地基上，对于不良地基应慎重研究确定基础类型，采取相应的基础加固措施。（如淤泥、流沙、湿陷性黄土、膨胀土）。 交通方便。 泵站应尽可能靠近电源。403. 泵站建筑物布置 泵站建筑物包括：泵房 ；进水建筑物（进

20、水闸、引渠、前池和进水池等）；出水建筑物（出水管道、出水池或压力管道）；专用变电站；管护用房；对外交通。41 4. 泵站设计参数 （Q，H）的确定 泵站设计流量（Q）和设计扬程（H）是水泵选型的基本依据，避免小马拉大车和大马拉小车现象。 设计流量 Q设mA/3600Tt (m3s) 特征扬程 设计扬程：是进水池水位与灌到农田最高点的高差，再加上相应的管路水头损失。设计扬程为选择泵型的主要依据。 最低扬程：它是进水池水位和灌溉农最低点的高差，再加上管路的水头损失。最低扬程时水泵工况点应在水泵的高效区范围内运行，这样运行经济，且避免发生水泵汽蚀现象。42 5. 泵站进出水口建筑设计 包括：引渠；前

21、池；进水池；出水池（或压力管道）；出水管道设计 管道管径初选 D13Q1/2 。 6. 泵房设计 包括：泵房结构形式选择；泵房各部分尺寸确定（长宽及设备）；泵房结构设计 7. 泵站电力工程设计 包括：线路（低压380/220，高压10kv）电杆； 电气（变压器，泵站开关，熔断器，断路器，避雷针）43（六）机井及井泵房设计 44 应由水利或水文地质部门依据机井技术规范 SL2562000 结合当地水文地质勘探资料对井深、单井出水量等进行机井工程规划设计。 1. 单井出水量 1） 理论计算（D upuit ）勘察规划阶段 2） 抽水实验 设计管理阶段2. 单井控制面积 f=QtT/m，以50100

22、亩为宜。3. 机井结构设计 1）井管材料 钢管 铸铁管 塑料管 混凝土管 2）井管直径 井孔直径 定型产品45 3) 机井结构 井壁管 滤水管 沉淀管4.水泵选型 机井的单井出水量和动水位应由抽水实验资料确定或水文地质勘探资料确定，依据上述资料确定设计流量和设计扬程，使水泵工况点在水泵的高效区运5.填料和井管外围封闭 不良含水层一般应用粘土球封闭6.井房设计 大小一间，房顶可设检修孔7.井盖 开敞式的机井应配备井盖或井台46（七）管网工程设计 47 1. 管材选择 塑料管 （PVC管、PE管）钢管（水源 点至调蓄水池的引水管或压力大的地方局部）砼管 “小白龙”（田间出水口到间沟畦） 2. 管道辅助件 镇墩 支墩 排气阀 泄水阀 3. 管 件 连接件 三四通 控制件 闸门 4. 管网布置形式 树状网 环状网 5. 管道铺设 管道埋深为80cm 长度也要准确 6. 管径选择 初选 D13Q1/248（八）灌溉渠道和排洪渠设计 491. 灌溉渠道设计 设计流量 Q净Aq净 Q设 Q毛 Q损 +q净 设计流量是确定渠道断面和渠系建筑尺寸的主要依据。其大小与灌溉面积、作物组成（灌溉制度以及渠道的工作制度）等因素有关。 渠道纵横断面设计 Q=AC（Ri）1/