灌溉系统课件

灌溉渠道系统的规划设计Irrigation

Canal

System10/3/20231灌溉渠道系统的规划设计IrrigationCanalSy内蒙古河套灌区河南人民胜利渠灌区10/3/20232内蒙古河套灌区河南人民胜利渠灌区7/31/20232山东位山灌区10/3/20233山7/31/20233江苏苏南地区10/3/20234江苏苏南地区7/31/20234日本的渠道10/3/20235日本的渠道7/31/20235日本的渠道10/3/20236日本的渠道7/31/20236日本的渠道10/3/20237日本的渠道7/31/20237日本的渠道10/3/20238日本的渠道7/31/20238丽江古城的渠道10/3/20239丽江古城的渠道7/31/2023910/3/2023107/31/202310普通土质渠道10/3/202311普通土质渠道7/31/202311学校试验田的渠道10/3/202312学校7/31/202312灌溉渠道系统的规划设计第一节

灌溉渠道系统规划第二节

灌溉渠道设计流量的确定第三节

灌溉渠道纵横断面设计10/3/202313灌溉渠道系统的规划设计第一节灌溉渠道系统规划第二节灌溉排水系统拦河坝进水闸节制闸干支渠农渠农沟支沟

渠斗

渠斗

沟干容泄区沟

泄水闸

灌溉系统干渠、支渠、斗渠、农

渠、（毛渠）

排水系统

干沟、支沟、斗沟、农沟、（毛沟）10/3/202314灌拦进水闸节制闸干支渠农渠农沟支沟 渠干容沟泄水闸灌第一节灌溉渠系规划

规划原则

干支渠的规划布置（输水系统）

斗农渠的规划布置（田间渠系）

渠系建筑物的规划布置

渠线规划步骤10/3/202315第一节灌溉渠系规划规划原则7/31/2023151）将干、支渠布置在较高地带，以控制最大的灌溉面积2）与土地利用规划、农业区划结合，适当考虑行政区划3）与排水沟的布置相配合，统一布局4）渠线尽可能短直，以减少占地和工程量5）确保渠道工程安全可靠6）斗、农渠的布置要满足机耕要求7）要考虑综合利用灌溉渠系规划原则10/3/2023161）将干、支渠布置在较高地带，以控制最大的灌溉面积4）渠线尽水库山塘流

（一）山区、丘陵区灌区地形特点：地形复杂，岗冲交错，坡度较陡

河地面高程较高耕地分散，很少有大片集中耕地干支渠的规划布置10/3/202317水库山塘流 （一）山区、丘陵区灌区干支渠的规划布置7/31/4)山丘区塘堰及小型水库多，渠道布置应考虑与之相通，形成长藤结瓜系统干支渠的规划布置

（一）山区、丘陵区灌区

渠道布置特点：

1)

渠道位置高，自流水头容易保证

2)

渠线较长，多弯曲，多填挖方，多建筑物，工程量大

3)

受山洪威胁大，应设置防洪泄洪设施10/3/2023184)山丘区塘堰及小型水库多，渠道布置应考虑与之相通，形成长藤渠道布置形式：1.

沿等高线布置——等高线大致与河流平行2.

沿主要分水岭布置——与河道交叉少3.

垂直等高线布置——干渠坡度大，建筑物较多（一）山区、丘陵区灌区干支渠的规划布置10/3/202319渠道布置形式：1.沿等高线布置——等高线大致与河流平行3.山塘河流干渠沿等高线干支渠的规划布置

水库10/3/202320山塘河流干渠沿等高线干支渠的规划布置7/31/202320山塘河流支渠沿分水岭干支渠的规划布置

水库10/3/202321山塘河流支渠沿分水岭干支渠的规划布置7/31/202321山塘河流干渠垂直等高线干支渠的规划布置

水库10/3/202322山塘河流干渠垂直等高线干支渠的规划布置7/31/202322地形特点：地形开阔平坦;耕地集中，面积较大山前平原：

靠近山麓，地势较高，排水条件好；冲积平原：位于河流中下游平原坡水地区，地面坡度

平缓，地下水位较高。渠道布置：干渠多沿等高线布置，支渠垂直等高线河流干支渠的规划布置

（二）平原型灌区10/3/202323地形特点：山前平原：靠近山麓，地势较高，排水条件好；河流干河干渠一支渠二支渠三支渠

流干渠沿等高线10/3/202324河干渠一二三 流7/31/202324河干

渠一支渠

二

支

渠流干渠垂直等高线10/3/202325河干渠一 二干渠垂直等高线7/31/202325（三）圩垸型灌区地形特点：分布于沿江、湖滩地和三角洲地区，地形平坦低洼；多河湖港汊，水网密集；汛期外河水位常高于圩内地面，四周有圩堤，四周高，中间低干支渠的规划布置10/3/202326（三）圩垸型灌区地形特点：分布于沿江、湖滩地和三角洲地多河湖渠系布置：以排为主，兼顾灌溉；一般提排提灌，少有自流排灌（三）圩垸型灌区干支渠的规划布置10/3/202327渠系布置：以排为主，兼顾灌溉；一般提排提灌，少有自流排灌（三规

格：斗渠

长3000-5000m，宽500-1000m（平原地区）

农渠

长500-1000m，宽200-400m斗农渠的规划布置

考虑因素：农业耕作与机械化

地形

灌排条件

土壤

土地平整10/3/202328规格：斗渠长3000-5000m，宽500-100相间布置相邻布置支渠支渠斗渠斗沟斗渠斗沟农渠

农沟农沟农渠斗农渠的规划布置

田间排灌沟渠布置形式10/3/202329相间布置相邻布置支渠支渠斗斗斗斗农渠农沟斗农渠的规划布置7/田间渠系与交通设施的结合斗农渠的规划布置10/3/202330田间渠系与交通设施的结合斗农渠的规划布置7/31/202331

引水建筑物：2

配水建筑物：3

交叉建筑物：4

衔接建筑物：5

交通建筑物：6

量水建筑物：渠系建筑物的规划布置

进水闸

分水闸、节制闸

渡槽、倒虹吸、涵管

跌水、陡坡农桥

量水槽10/3/2023311引水建筑物：渠系建筑物的规划布置 进水闸7/31/201

引水建筑物：进水闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023321引水建筑物：进水闸渠系建筑物的规划布置7/31/2021

引水建筑物：进水闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023331引水建筑物：进水闸渠系建筑物的规划布置7/31/2022

配水建筑物：分水闸、节制闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023342配水建筑物：分水闸、节制闸渠系建筑物的规划布置7/312

配水建筑物：分水闸、节制闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023352配水建筑物：分水闸、节制闸渠系建筑物的规划布置7/312

配水建筑物：分水闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023362配水建筑物：分水闸渠系建筑物的规划布置7/31/2022

配水建筑物：分水闸渠系建筑物的规划布置10/3/2023372配水建筑物：分水闸渠系建筑物的规划布置7/31/2023

交叉建筑物：渡槽、倒虹吸渠系建筑物的规划布置10/3/2023383交叉建筑物：渡槽、倒虹吸渠系建筑物的规划布置7/31/3

交叉建筑物：渡槽渠系建筑物的规划布置10/3/2023393交叉建筑物：渡槽渠系建筑物的规划布置7/31/20233

交叉建筑物：涵管渠系建筑物的规划布置10/3/2023403交叉建筑物：涵管渠系建筑物的规划布置7/31/20234

衔接建筑物：跌水、陡坡渠系建筑物的规划布置10/3/2023414衔接建筑物：跌水、陡坡渠系建筑物的规划布置7/31/24

衔接建筑物：跌水渠系建筑物的规划布置10/3/2023424衔接建筑物：跌水渠系建筑物的规划布置7/31/20235

交通建筑物：渠系建筑物的规划布置农桥10/3/2023435交通建筑物：渠系建筑物的规划布置农桥7/31/20236

量水建筑物：渠系建筑物的规划布置量水槽10/3/2023446量水建筑物：渠系建筑物的规划布置量水槽7/31/202（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：知识点回顾

Review10/3/202345（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：知识点回顾Review水源干支渠沟

渠斗

渠斗

沟

支干农沟

沟灌溉系统排水系统

农渠灌溉排水系统10/3/202346水干支沟 渠干农沟灌 农渠7/31/202346（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：（2）圩垸型灌区渠道布置特点是：知识点回顾

Review10/3/202347（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：（2）圩垸型灌区渠道布置渠系布置：以排为主，兼顾灌溉；一般提排提灌，少有自流排灌知识点回顾

Review圩垸型灌区10/3/202348渠系布置：以排为主，兼顾灌溉；一般提排提灌，少有自流排灌知识（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：（2）圩垸型灌区渠道布置特点是：（3）田间排灌沟渠布置形式有：知识点回顾

Review10/3/202349（1）灌溉渠道系统中渠道等级划分为：（2）圩垸型灌区渠道布置相间布置相邻布置支渠斗渠斗沟农渠

农沟支渠斗渠斗沟农沟农渠知识点回顾

Review

田间排灌沟渠布置形式10/3/202350相间布置相邻布置支渠斗斗农渠支渠斗斗农沟知识点回顾Revi思考：渠道设计的必要性

Thinking10/3/202351思考：渠道设计的必要性Thinking7/31/20235第2节灌溉渠道流量

2.1

概述

2.2

设计流量

2.3

最小流量和加大流量10/3/202352第2节灌溉渠道流量2.1概述7/31/202352

渠道流量是渠道断面及渠系建筑物设计的主要依据。2.1

概述

Introduction10/3/202353渠道流量是渠道断面及渠系建筑物设计的主要依据。2.12.1

概述

Introduction

渠道流量是渠道断面及渠系建筑物设计的

主要依据。设计流量最小流量加大流量123

满足灌溉设计标准条件下用水要

求的正常流量（毛流量）

灌溉设计标准条件下，渠道输送

的最小流量，校核流量渠道运行过程中可能出现的最大流量，确定渠堤堤顶高程10/3/2023542.1概述Introduction设计流量1 满足灌溉设设计流量2.2

设计流量

Designed

Flow

Qg

Qn

Ql净流量损失流量10/3/202355设计流量2.2设计流量DesignedFlow Qg2023/10/3562023/7/3156Qg

Qn

QlQn

mA3600

t

TNOTES：设计流量考虑较不利情况

（某个用水较多的时段）设计流量2.2

设计流量

Designed

Flow灌水定额灌溉面积灌溉延续

时间10/3/202357QgQnQlQn mANOTES：设计流量考虑

1.1

m

/

s2.2

设计流量

Designed

Flow

【例】某灌溉区域规划种植小麦3000亩、棉花

1000亩、大秋作物1000亩。其用水最多时间为

3月30日至4月1日，这时小麦灌水每亩需水

50m3；棉花及大秋作物灌水每亩需水60m3。

求渠道设计净流量。3Qn=

1000

1000

3600

310/3/2023581.1m/s2.2设计流量Designed2.2

设计流量

Designed

FlowQg

Qn

Ql设计流量10/3/2023592.2设计流量DesignedFlowQgQn渠道损失流量渠道水面蒸发损失渠床渗漏损失闸门等建筑物漏水<5%，忽略不可避免，设计时要考虑管理上予以限制，设计时一般不考虑2.2

设计流量

Designed

FlowQg

Qn

Ql设计流量10/3/202360渠渠道水面蒸发损失<5%，忽略2.2设计流量Design如何减少

渠道输水时

渠道渗漏？

影响土质渠道渗漏损失的因素

渠床土壤性质

地下水埋深间

渠道断面尺寸2.2

设计流量

Designed

Flow思考：10/3/202361如何减少渠道输水时渠道渗漏？影响土质渠道渗漏损失的2.2

设计流量

Designed

Flow

输水损失的估算经验系数经验公式10/3/2023622.2设计流量DesignedFlow输水损失的2.2

设计流量

Designed

Flow经验公式

输水损失的估算经验系数10/3/2023632.2设计流量DesignedFlow经验公式输

D

Qn

m

LQn

100

Ql

渠床土壤透水系数每公里渠道输

水损失系数

损失流量渠床土壤透水指数

渠道长度2.2

设计流量

Designed

Flow经验公式10/3/202364 D 渠床土壤每公里渠道输渠床土壤2.2设计流量2.2

设计流量

Designed

Flow

m

0.30.35

0.40.45

0.5

D

0.7

1.3

1.92.65

3.4透水性

弱

中下

中等

中上

强

渠床土壤

重粘土及粘土

重粘壤土

中粘壤土

轻粘壤土砂壤土及轻砂壤土10/3/2023652.2设计流量DesignedFlow m D透水渠系水利用系数

Q

nQ

g

c

干

支

斗

农Qn渠道水利用系数

Qg2.2

设计流量

Designed

Flow

经验系数

Ql10/3/202366渠系水利用系数 Qnc干支斗农Qn渠道水渠道加大流量QJ

JQg

加大系数，范围1~1.3设计流量2.3

最小和加大流量

Min

&

Max

Flow

渠道最小流量

以最小灌水定额为依据，方法同设计流量10/3/202367渠道加大流量QJJQg设计流量2.3最小和加大流量第3节灌溉渠道纵横断面设计

3.1

渠道横断面型式

3.2

渠道纵横断面设计要求

3.3

渠道的横断面设计

3.4

渠道的纵断面设计10/3/202368第3节灌溉渠道纵横断面设计3.1渠道横断面型式7/31按几何形状分：3.1

渠道横断面型式

Cross

Section10/3/202369按几何形状分：3.1渠道横断面型式CrossSecti按几何形状分：3.1

渠道横断面型式

Cross

Section10/3/202370按几何形状分：3.1渠道横断面型式CrossSecti注意地面径流的侵蚀、渠坡坍塌便于施工和管理3.1

渠道横断面型式

Cross

Section

按填挖方情况分：

挖方10/3/202371注意地面径流的侵蚀、渠坡坍塌便于施工和管理3.1渠道横断面易于溃决、滑坡、沉陷注意排水、预留沉陷高度3.1

渠道横断面型式

Cross

Section

按填挖方情况分：

填方10/3/202372易于溃决、滑坡、沉陷注意排水、预留沉陷高度3.1渠道横断面注意挖方、填方尽可能平衡，减少工程量边坡系数按填挖方情况分：半挖半填3.1

渠道横断面型式

Cross

Section10/3/202373注意挖方、填方尽可能平衡，减少工程量边坡系数按填挖方情况分：3.1

渠道横断面型式

Cross

Section10/3/2023743.1渠道横断面型式CrossSection7/31/11m=1m=21：m1：m3.1

渠道横断面型式

Cross

Section

边坡系数Slide

Slope

Coefficient10/3/20237511m=1m=21：m1：m3.1渠道横断面型式Cros3.2

纵横断面设计要求

Design

Points

通过所需要的流量

水位要保证下级渠道的取水

结构稳定经济、安全渠道纵横断面设计10/3/2023763.2纵横断面设计要求DesignPoints 水位要1

16Q

AC

RiRnC

断面面积水力半径渠底比降（坡降）渠床粗糙系数(糙率)

3.3

横断面设计

Cross

Section

Design

过流能力按明渠均匀流公式设计

谢才系数渠道过水10/3/202377116QACRiRnC断面

水力半径

Hydraulic

Radius

AXR

湿周3.3

横断面设计

Cross

Section

Design

过流面积10/3/202378水力半径HydraulicRadius AR湿周3

d

2A

1R

d

1

4X

d

4bab

A

abR

X

a

2b

水力半径

Hydraulic

Radius

AXR

湿周d3.3

横断面设计

Cross

Section

Design

过流面积10/3/202379d2A1X

b

2h

1

m2R

b

mh

hb

2h

1

m2R

A

X

湿周A

b

mh

h

水力半径

Hydraulic

Radiusbmh3.3

横断面设计

Cross

Section

Design

过流面积10/3/202380Xb2h1m2R bmhhR A1

16A

X

i

水力最优断面过水断面面积A、比降i、糙率n确定的情况下使得渠道通过流量Q最大的渠道断面Q

AC

Ri

Rn

A

XC

R

5213

3

21n

Q

3.3

横断面设计

Cross

Section

Design10/3/202381116AXi水力最优断面过水断m1

：

水力最优断面A、i、n确定（m根据土壤选择）渠道流量Q最大（湿周X最小）

h

b3.3

横断面设计

Cross

Section

Design10/3/202382m1：水力最优断面A、i、n确定（m根据土壤选择）3.31

：mbh

水力最优断面

X

b

2h

1

m2

A

b

mh

h

Ab

mh

hAh3.3

横断面设计

Cross

Section

Design10/3/2023831：mbh水力最优断面 AA3.3横断面设计Cros1

：m

m+2

1

m2

=0bh

水力最优断面dX

A

dh

h2A

b

mh

h

b

mh

h

h2

m

2

1

m2

0

b

mh

2

h1

m2

m

b

2

h1

m2

m3.3

横断面设计

Cross

Section

Design10/3/2023841：mm+21m2=0bh1

：m

A

h

2

1

mbh

水力最优断面

b

2

h1

m2

m

b

2X

b

2h

1

m2

A

b

mh

h

1

m2

m

h

X

2h

2

1

m2

m22

m

3.3

横断面设计

Cross

Section

Design10/3/2023851：mAh21mbh水力最优断面m1

：

A

h

2

1

m

m

bh

水力最优断面X

2h

2

1

m2

m

2

2

AXR

A

hR

X

2无论边坡系数取断面的水力半径为

水深的一半10/3/202386m1：Ah21渠道设计的依据横断面设计渠道的不冲不淤流速渠底比降

渠床糙率渠道边坡系数渠道断面的宽深比10/3/202387渠道设计的依据横断面设计渠道的不冲不淤流速渠底比降渠道边坡系横断面设计

影响到工程造价和控制面积。影响因素：地面坡度、下级渠道的水位要求、渠床土质、水流含沙量、设计流量等

一般根据经验初选，然后试算确定渠底比降110/3/202388横断面设计影响到工程造价和控制面积。影响因素：地面渠底比降横断面设计渠底比降1Q>1m3/sQ=1m3/sQ<1m3/s1/5000~1/100001/3000~1/50001/1000~5/100010/3/202389横断面设计渠底比降1Q>1m3/s1/5000~1/1000横断面设计

反映渠床粗糙程度的技术参数。影响工程造价、输水能力、渠道水位

取值应符合实际(教材P86)，重要工程要通过试验确定渠床糙率210/3/202390横断面设计反映渠床粗糙程度的技术参数。影响工程造价、渠床糙横断面设计边坡系数3

影响渠道稳定。

一般根据渠床土质等选定（教材P84）

1

m10/3/202391横断面设计边坡系数3影响渠道稳定。7/31/202391横断面设计

渠道底宽与水深的比值，影响渠道工程量和渠床稳定

过于深窄，易冲刷；过于宽浅，易淤积宽深比410/3/202392横断面设计渠道底宽与水深的比值，影响渠道工程量和渠宽深比4横断面设计

水力最优断面：

水力最优断面不一定是经济断面宽深比4

2(

1

m2

m)bh

10/3/202393横断面设计水力最优断面：水力最优断面不一定是经济断面宽深横断面设计

影响因素：渠床土壤性质、水流含沙情况、渠道断面水力要素

（临界）不冲流速

（临界）不淤流速（参数值见教材P88、89）不冲不淤流速5vcd<v<vcsvcs

KQ0.1vcd

C0Q0.5vcd

C1R0.510/3/202394横断面设计影响因素：渠床土壤性质、水流含沙情况、渠道断（1

16

横断面设计

渠道横断面水力计算（1）已知其他参数，求渠道流量Q（2）已知其他参数，求渠道底坡i（3）已知其他参数，确定水深h和底宽bQ

A

R

Ri

n10/3/202395116 横断面设计（2）已知其他参数，求渠道X

b

2h

1

m过水断面的水力计算（试算法）假设b、h值计算过水断面

的水力要素计算渠道流量

校核渠道

输水能力

YES校核渠道流速

YES结束

NONO取整数b，h为b某一倍数A

(b

mh)h

216

R

A/

X

1C

R

nQ

AC

Ri

Q设

Q

Q设vd

Q/A

0.05

vcd<vd<vcs10/3/202396Xb2h1m过水断面的水力计算（试算横断面设计

渠道过水断面以上部分的有关尺寸hj安全超高堤顶宽度10/3/202397横断面设计渠道过水断面以上部分的有关尺寸hj安全超高