某水库灌区灌溉渠系规划布置课程设计

梅河水库灌区灌溉渠系规划布置初设说明书一．课程设计目的灌溉排水工程学课程设计是使学生将所学知识与生产实践有机结合的桥梁，也是培养学生运用本课程理论和技术知识解决实际问题的重要实践性环节。通过课程设计培养学生运用本课程理论和技术知识解决实际问题，进一步提高运算、制图和使用技术资料的能力。本课程的教学目的是：1．采用启发式教学，培养学生独立思考与自我获取知识的能力。通过课程设计实践，培养学生综合运用所学知识的能力。2．使学生掌握水利工程规划、设计的一般方法与规律。3．对学生进行灌溉工程规划布置与设计基本技能的训练，提高学生综合使用技术资料（包括基本资料获取、正确使用标准与设计规范、合理选取计算参数、灵活运用计算公式）与综合利用所学知识能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生掌握灌溉（排水）工程设计的方法与步骤。二.基本资料梅河水库是以灌溉、供水结合发电的综合利用工程，总库容1.25亿立米。电站为灌溉期发电的季节性电站，整个灌区利用发电后的尾水进行灌溉。尾水渠`渠底高程为576.5m。2.1．灌区地貌及水文水资源概况梅河水库灌区位于梅河以东，大桥河以西，大金河以南的黑屿岭北坡，地形南高北低，海拔500~600m,地面坡度1/250~1/1000，由于发源于黑屿岭北坡的七条大金河支流的切割作用，使该区从东到西，川原相间，起伏不平。灌区土地面积约39.5万亩,土地利用系数0.74。灌区内地表水资源由于受地形，时间和空间的限制，难以全部利用，只能通过可能的工程措施利用一小部分。灌区作物种植情况与1982—1998年降雨资料见附表。根据水文地质条件，灌区分为河谷阶地和山前洪积扇两种地貌类型；河漫滩潜水埋深10m左右，含水层为砂、沙砾石，厚3~30m,山前洪积扇潜水埋深20~30m，含水层为含泥的砂砾石层，厚10~20m。地下水质良好，矿化度为0.2~0.5克/升，PH值为6.5~8,适于灌溉与人畜用水。整个灌区大部分在金辉县境内，其中有五个较大的集镇，人口为11万人。2.2.灌区土壤地质概况在洪积扇上，地表岩性为冲积、洪积的次生黄土和亚沙土。土层厚度随地形而异，一般为5~15m,河滩地冲积土层厚度为1m以内，以下为砂石层。沿山坡地带土壤为沙壤土，洪积扇中部土壤为中壤土，河谷川地土壤为重壤土，土壤物理性质见下表：土壤性质田间持水量（占土土体%）容重（g/cm33）沙壤土17~251.5~1.555中壤土23~321.37~1.449重壤土30~421.35~1.3382.3.灌区水文气象概况梅河王庄站实测多年平均流量9.09m3/s,最枯流量0.7m3/s,年平均含沙量35.2kg/m3。大金河多年平均径流量为31.9亿m3,扣除上游魏家原15.7万亩的灌溉用水。在灌溉季节，下游金辉县境内的河川地灌水也很困难，需从梅河水库供水。灌区多年平均降雨量为668mm,65%集中在八、九、十月，年平均气温17°C,最高为37°C，最低为零下17°C。一般年份最大冻土深度45~65cm,时间一般在十二月中旬到一月下旬。2.4.灌溉制度灌区内的主要作物为冬小麦、夏玉米、猕猴桃及水稻等作物，复种指数160%，渠系有效利用系数0.60,灌溉保证率p=75%.三．设计灌水率的计算。3.1.对气象资料进行初步处理与整编，确定计算的典型年。梅河水库灌区降雨雨量频率计算算表年份降雨量序号由大到小P=m/(n+11)*1000%(1)(2)(3)(4)(8)1961613.611983752.32.38095223811962530.221964730.74.76190447621963473.231998654.97.14285771431964730.741981652.39.52380995241965645.151975648.111.904766191966410.761965645.114.2857114291967458.971988639.416.6666666671968587.381984638.719.0476119051969429.691961613.621.4285771431970500.7101996604.523.8095223811971542.3111968587.326.1904776191972403.2121974560.528.5714228571973395.2131985557.130.9523880951974560.5141971542.333.3333333331975648.1151987535.435.7142885711976484.2161962530.238.095233811977372.3171992520.940.4761990481978441.5181980518.242.8571442861979421.3191989518.145.2380995241980518.2201994512.847.6190447621981652.3211970500.7501982452.3221999496.852.3809552381983752.3231976484.254.7619004761984638.7241963473.257.1428557141985557.1251967458.959.5238009521986282.1261982452.361.904766191987535.4271978441.564.2857114291988639.4281969429.666.6666666671989518.1291993425.869.0476119051990407.9301979421.371.4285771431991419.8311991419.873.8095223811992520.9321966410.776.1904776191993425.8331990407.978.5714228571994512.8341972403.280.9523880951995325351973395.283.3333333331996604.5362000383.585.7142885711997240.8371977372.388.095233811998654.938199532590.4761990481999496.8392001282.992.8571442862000383.5401986282.195.2380995242001282.9411997240.897.619044762按设计灌溉保证率p=75%可确定把1966年作为计算的典型年。1966年的降雨资料如下：月份123456789101112月降雨量mm0.91117.443.515.227.8104.957.683.337.211.80.1将该年的月降雨随机分配到各旬，分配如下表：由于玉米的生育期只在6、7、8、9月，所以只对这四个月的降雨进行分配。月份各旬降雨量mm上旬中旬下旬60027.87311345.1+15..88036.221.4933+16003.2.作物需水量的计算。日、月参考作物需水量（ETo）资料已给出。典型年（1966年）的气象资料如下表：月份123456789101112日均ETo0.851.321.952.703.525.424.194.032.522.001.360.88月ETo26.2937.0760.4381.12109.21162.73129.87125.0075.4662.0740.7527.41玉米的生育期生育阶段时间播种育苗6月20日-6月25日出苗-拔节6月26日-7月12日拔节-抽穗7月13日-8月8日抽穗-成熟8月9日-9月21日玉米各生育期作物需水量（ET）计算表：生育期时间天数ET0日KCETC播种育苗6月20日-6月25日65.420.51116.617722出苗-拔节6月26-6月3055.420.51113.84817月1日-7月12日124.191.05152.844288拔节-抽穗7月13-7月31194.191.05183.6701118月1-8月884.031.43446.232166抽穗-成熟8月9-8月31234.031.434132.9174469月1-9月21212.521.28067.7376总计413.8674433.3作物（玉米）灌溉制度的确定。用水量平衡方程分析玉米的灌溉制度，公式如下：Wt和W0分别为时段初和时段末土壤计划湿润层内的储水量。收集整理公式中各项参数如下：1）。土壤计划湿润层H。根据有关规定和经验取玉米各生育期计划湿润层深度如下表：生育阶段计划湿润层深度mmm播种育苗35出苗-拔节45拔节-抽穗55抽穗-成熟702）。土壤最大最小含水率。允许最大含水率取田间持水率=，最小含水率取0.6。=30%。则玉米各生育期最大最小含水率如下表：生育阶段（占土体%）（占土体%）播种育苗3018出苗-拔节3018拔节-抽穗3018抽穗-成熟30183）。有效降雨量P0P0=PP为设计降雨量。取0.8。4）。地下水补给量K。在这里地下水补给很少，可以认为各生育阶段的K=0.5）。由于计划湿润层增加而增加的水量WT。WT的计算可采用下公式：WT=（H2-H1）AH1和H2分别为时段初和末的计划湿润层的深度。则可计算初玉米各生育期的WT，结果如下表：生育阶段计划湿润层深度㎜㎜A%%%%△H㎜WT(㎜)播种育苗35130182400出苗-拔节45130182410024拔节-抽穗55130182410024抽穗-成熟701301824150366）。灌水定额M。m为灌水定额，计算公式为：m=Wmax-Wmin=AH（）。当时段末计划湿润层内的储水量Wt接近或小于该时段内的最小含水量Wmin时就需要进行灌水，灌水定额按照上公式计算。7）。作物需水量ET。玉米生育期平均日蒸发蒸腾量e计算如下表：生育阶段时间天数（d）ET(㎜)e(㎜)播种育苗6月20日-6月255日616.622.77出苗-拔节6月26日-7月122日1766.693.92拔节-抽穗7月13日-8月8日日27129.94.81抽穗-成熟8月9日-9月21日44200.664.568)。玉米灌溉制度计算表。生育阶段Wt㎜W0㎜WT㎜P0㎜K㎜M㎜ET㎜灌水日期延续时间d播种育苗84.3478.5022.240016.62出苗-拔节135108.3724005427.447月2日8120.6135024.80039.2拔节-抽穗165144.62459.12066101.018月2日813686抽穗-成熟210172.142646.0808491.28月28日10160.8210060.2400109.44合计212.48204413.773.4.灌水率的计算。灌水率计算公式为：（k=1，2，3，……）qk，di、Tki、mki分别为第i种作物第k次灌水的灌水率m3/（s·100hm2）、灌水延续时间d、灌水定额m3/hm2。棉花、小麦、谷子、玉米灌水率计算见下表：灌水率计算作物作物所占面积％灌水次数灌水定额m3/hm2灌水时间（月.日日）延续时间（d）灌水率m3/（s·1000hm2）始终中间日玉米5015407.27.97.580.039126608.28.98.580.047738408.289.69.1100.0486棉花2518253.274.33.180.0326755.15.85.580.02436756.26.276.2480.02446757.268.27.3080.024谷子2519004.124.214.17100.02628255.35.125.8100.02437506.166.256.21100.02147507.17.197.15100.021小麦5019759.169.279.22120.04727503.193.283.24100.04438254.164.254.21100.04848525.65.155.11100.048作灌水率图，见附图1.对灌水率图作修正，修正后的灌水率图见附图2.由修正后的灌水率图查的最大的灌水率为q=0.048m3/（s·100hm2）四.干、支渠道设计流量的计算。灌区干渠、支渠、斗渠、农渠布置见附图。干渠各段长度：渠段名称OAABBCCDDEEF渠段长度（10000m）2.936.482.46.336.124.49各支渠控制的灌溉面积：支渠名称一支二支三支四支五支六支控制面积100hhm286.2238.9417.1441.5822.0816.03土地利用系数取0.74。4.1.推求典型支渠（二支渠）及其所属斗渠、农渠的设计流量。1).农渠的设计流量。二支渠的田间净流量为：Q二支田净=A二支×qd=0.74×38.94×0.048=1.38（m3/s）斗渠分10组轮灌，同时工作的斗渠有2条；而农渠分10组轮灌，同时工作的农渠有2条。则农渠的田间净流量为：Q农田净=Q支田净/（n×k）=1.38/（2×2）=0.345（m3/s）取田间水利用系数=0.90，则农渠的净流量为：Q农净=Q农田净/=0.245/0.9=0.38（m3/s）灌区土壤为中壤土，从课本表3-6课查处相应的土壤透水性参数：A=1.9，m=0.4.据此课计算农渠没千米输水损失系数：=2.8农渠的毛流量或设计流量为：L农取0.45kmQ农毛=Q农净（1+0.15L农/100）=0.38（m3/s）2）。计算斗渠的设计流量。因为一条斗渠内同时工作的农渠有2条，所以斗渠的净流量为2条农渠毛流量之和。Q斗净=2×Q农毛=0.76（m3/s）农渠要分10组轮灌，各组要求斗渠供给的流量相等。但是第10轮灌组距斗渠较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大。因此，以第10轮灌组灌水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为L斗=2.4km斗渠每千米输水损失系数为：=2.12斗渠的毛流量或设计流量为：Q斗毛=Q斗净（1+0.15L斗/100）=0.77（m3/s）3）。计算二支渠的设计流量。斗渠分10组轮灌，以第10组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=6.65km支渠的净流量为：Q二支净=2×Q斗净=1.54（m3/s）支渠每千米输水损失系数为：=1.60支渠的毛流量为Q二支毛=Q二支净（1+0.15L二支/100）=1.56（m3/s）4.2.二支渠灌溉水利用系数。=Q二支田净/Q二支毛=1.38/1.77=0.884.3.计算1、3、4、5、6支渠的设计流量。1）。计算1、3、4、5、6支渠的田间净流量Q一支田净=86.22×0.74×0.048=3.06（m3/s）Q三支田净=17.14×0.74×0.048=0.6（m3/s）Q四支田净=41.58×0.74×0.048=1.48（m3/s）Q五支田净=22.08×0.74×0.048=0.78（m3/s）Q六支田净=16.03×0.74×0.048=0.57（m3/s）2）。计算1、3、4、5、6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。=0.8；=0.91；=0.88；=0.90；=0.93Q一支毛=3.06/0.8=3.9（m3/s）Q三支毛=0.6/0.91=0.66（㎡/s）Q四支毛=1.48/0.88=1.68（㎡/s）Q五支毛=0.78/0.90=0.87（㎡/s）Q六支毛=0.57/0.85=0.61（㎡/s）4.4.推求干渠各段的设计流量。１）。EF段的设计流量QEF净=Q六支毛=0.61（m3/s）=1.9/0.610.4=2.32QEF毛=0.61（1+0.15×2.32×4.49/100）=0.62（m3/s）2）DE段的设计流量QDE净=0.62+0.87=1.49（m3/s）=1.9/1.490.4=1.62QDE毛=1.49×(1+0.15×1.62×6.12/100)=1.55（m3/s）3）CD段的设计流量QCD净=1.55+1.68=3.3（m3/s）=1.9/3.30.4=1.18QCD毛=3.3×(1+0.15×1.18×6.33/100)=3.4（m3/s）4)BC段的设计流量QBC净=3.4+0.66=4.1（m3/s）=1.9/4.10.4=1.08QBC毛=4.1(1+0.15×1.08×2.4/100)=4.2（m3/s）5)AB段的设计流量QＡＢ净=4.2+1.56=5.8（m3/s）=1.9/5.80.4=0.94QＡＢ毛=5.8(0.15×0.94×6.48/100+1)=5.9（m3/s）6)OA段的设计流量QＯＡ净=5.9+3.9=9.8（m3/s）=1.9/9.80.4=0.76QＯＡ毛=9.8(1+0.15×0.76×2.93/100)=11（m3/s）=0.048×222×0.74/11=0.724.5.各渠段加大流量的计算。渠道的加大流量用下公式计算：Qj=JQd。Qj为渠道的加大流量，J为流量加大系数，Qd为渠道设计流量。各段干渠和典型支渠(二支渠)加大流量计算如下表：渠段号OAABBCCDDEEF典型Qd（m3/s）115.94.23.41.550.621.56J1.181.241.261.271.281.321.28Qj（m3/s）12.987.325.294.321.980.822.00五。灌溉渠道横纵断面的设计。从经济性等方面考虑，该灌区干、支灌溉渠道都采用梯形断面。渠道内壁用混凝土衬砌。5.1.渠道很断面的设计。1）。梯形渠道最佳水力断面参数选取及计算。计算结果如下表：段号inmm'Qh0b0A0X0R0V0OA0.00050.0171.253.20011.0002.0501.4358.1957.9951.0251.342AB0.00050.0171.253.2005.9001.6201.1345.1186.3180.8101.153BC0.00050.0171.253.2004.2001.4301.0013.9885.5770.7151.053CD0.00050.0171.253.2003.4001.3200.9243.3985.1480.6601.001DE0.00050.0171.253.2001.5500.9800.6861.8733.8220.4900.828EF0.00050.0171.253.2000.6200.7000.4900.9562.7300.3500.649典型0.0010.0131.253.2001.5600.7800.5461.1863.0420.3901.315上表中i为渠底比降，n为渠床糙率，m为渠道内边坡系数，m'=2，Q为渠道的设计流速，h0、b0、A0、X0、R0、V0分别为最佳水力断面的水深、渠底宽度、过水断面积、湿周长、水力半径、和流速，单位都是米，m。2）。梯形渠道实用经济断面的水力计算。计算结果如下表段号malh/h0VARhbOA1.251.010.8231.6621.3298.2771.0103.4072.804AB1.1415.1690.8002.6922.216BC1.0434.0270.7102.3771.956CD0.9913.4320.6502.1941.806DE0.8191.8920.4801.6291.340EF0.6420.9650.3401.1630.957典型1.3021.1980.3801.2961.067上表中V、A、RR、h、b分别为实用用经济断面的的流速、过水水断面面积、水水力半径、水水深和底宽，m。3）。渠道断面稳定定分析。查得无钢筋的混凝凝土衬砌渠道道的流速不超超过Vcd=2.5m//s。由2）计算结果看出VV<Vcd=2.5m//s。即流速满满足要求。4）。渠道过水断面面以上部分的的有关尺寸。a。渠道的加大水深的的计算。用下公式计算：hj=1.189[]]3/8。Qj为渠道的加加大流量。段号inmm'QjhjOA0.00050.0171.253.20012.982.18AB0.00050.0171.253.2007.321.76BC0.00050.0171.253.2005.291.56CD0.00050.0171.253.2004.321.45DE0.00050.0171.253.2001.981.08EF0.00050.0171.253.2000.820.78典型0.0010.0131.253.2002.000.86安全超高计算公式式如下：段号OAABBCCDDEEF典型hj2.181.761.561.451.080.780.860.750.640.590.560.470.40.42b。堤顶宽度。渠岸堤顶的宽度可可用下公式计计算：D=hj+0..3。各段堤顶顶宽度计算见见下表：段号OAABBCCDDEEF典型hj2.181.761.561.451.080.780.86D2.482.061.861.751.381.081.165.2.渠道的纵纵断面设计。（1）灌溉渠道不仅要要满足输送设设计流量的要要求，还要满满足水位