土地开发整理规划设计——灌溉与排水工程设计

2019/11/12,1,灌溉与排水工程设计,2019/11/12,2,第一节 土地开发整理灌溉与排水工程设计的主要内容,一、蓄水、提水工程 二、灌溉输配水系统 三、排水系统 四、田间工程 五、灌排建筑物 六、喷灌系统,2019/11/12,3,第二节 蓄水、提水工程,一、蓄水工程 1、蓄水工程的定义 土地开发整理项目工程设计涉及的蓄水工程主要是指项目区内或项目区附近有河流通过，利用蓄水设施调蓄河川径流，通过修建塘堰等蓄水工程，对径流进行调节，以解决供需水不相适应的矛盾。 2、土地开发整理蓄水工程的主要形式 （1）坝：钢筋混凝土溢流坝、石笼潜水坝、橡胶坝。 （2）方塘：坡塘、平塘。,2019/11/12,4,一、坝工程设计,一、坝定义 坝属于地表水拦蓄工程，对于地表水丰富的地区适宜修建。 二、坝设计 （1）坝位置的选择 （2）坝防洪标准及泄流量的确定 （3）坝结构设计：混凝土、浆砌石 三、坝灌溉系统设计 （1）确定灌溉范围 （2）灌溉方法的选定 （3）灌溉类型的选定 （4）首部枢纽布置,橡胶坝 1、充水式 2、充气式,2019/11/12,5,钢筋混凝土溢流坝剖面,修建拦蓄建筑物一般规模比较大，修建前最应与当地水利设计部门进行方案比较、论证。因为水力边界条件及防洪标准水利部门比较清楚。,2019/11/12,6,二、方塘工程设计,一、方塘定义 方塘属于地表水汇集工程，对于地表水丰富的地区及项目区低洼适宜修建。 二、方塘设计 （1）方塘位置的选择 （2）方塘容积确定 （3）结构设计 三、方塘灌溉系统设计 （1）确定灌溉范围 （2）灌溉方法的选定 （3）灌溉类型的选定 （4）首部枢纽布置 （5）田间管网布置,2019/11/12,7,方塘结构图,2019/11/12,8,方塘提水点剖面图,塘堰是小型蓄水工程，主要拦蓄当地地面径流。一般有山塘和平塘两种。在坡地上或山冲间筑坝蓄水所形成的塘称山塘。在平缓地带挖坑筑堤蓄水所形成的塘称平塘。,2019/11/12,9,（一）大口井 1、大口井定义及适用条件 2、大口井类型 3、大口井构造,二、提水工程,2019/11/12,10,3.1 大口井下部结构 3.1.1 钢筋混凝土结构大口井构造 井筒、进水部分、滤料、刃脚 和底盘。 3.1.2 砖石结构大口井构造 井筒壁、井壁进水结构、滤料等。 3.2 大口井上部结构 井台、井沿、栏杆等。,2019/11/12,11,钢筋混凝土结构,井筒厚度： 井径小于4米时，井筒壁上部250mm，下部为350400mm; 井径大于4米时，井筒壁上部250300mm，下部为400500mm。,刃脚结构,2019/11/12,12,钢筋混凝土结构大口井剖面图,2019/11/12,13,2019/11/12,14,2019/11/12,15,采用沉井法施工，井筒壁厚可按经验数值选用。 砖石加钢筋砌筑的井筒，井径小于5m时，井筒壁厚上部为240370mm，下部为 470500mm。 井筒材料强度等级应采用：砖大于M7.5 。,2019/11/12,16,2019/11/12,17,2019/11/12,18,砌石结构大口井,基本结构： 1、井壁、井底同时进水； 2、上部浆砌石封井； 3、井壁进水部分及井底按照级配做滤料； 4、进水结构为干砌石预留缝； 5、每4米做一道混凝土圈梁。,2019/11/12,19,（二）管井 1、管井类型 2、管井构造 3、管井设计 4、管井成井工艺,2019/11/12,20,2019/11/12,21,2019/11/12,22,2019/11/12,23,管井及井房剖面图,管井一般结构：包括井口、井壁管（亦称实管）、滤水管（亦称花管）和沉淀管等几部分。,管井种类 （1）潜水井 （2）承压水井 （3）完整井 （4）不完整井,管井设计出水量与降深，应采用抽水实验资料确定。资料不足时，可采用探采结合井的实测资料或根据附近同类条件的机井资料确定 。,2019/11/12,24,2019/11/12,25,各种过滤器的适用条件及适用管材表,井壁管和滤水管根据井深、水质、技术和经济条件等，选用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管、塑料管、混凝土管、无砂混凝土管等管材。各种管材的适宜深度按下表规定取值。,各种管材适宜深度表,2019/11/12,26,3*3m砖混井房施工图,2019/11/12,27,图1,2019/11/12,28,图2,2019/11/12,29,图3,2019/11/12,30,图4,2019/11/12,31,5*4m轻钢彩板井房施工图,2019/11/12,32,图1,2019/11/12,33,图2,2019/11/12,34,图4,2019/11/12,35,图5,2019/11/12,36,（三）井群规划与布置,1、井位的选定,2、井网的布置,2019/11/12,37,2、井网的布置,2019/11/12,38,1、设计标准 2、工程布局 3、流量确定 4、设计扬程 5、水泵类型及选型 6、泵房 7、进、出水建筑物设计,（四）泵站,泵站按照用途分：灌溉泵站 排水泵站,2019/11/12,39,（一）设计标准,排灌泵站分等指标,泵站建筑物级别划分,2019/11/12,40,泵站建筑物的防洪标准,（二）泵站工程规划布局,1、灌溉泵站规划布局,2、排水泵站规划布局,2019/11/12,41,一区一级供水,二区一级供水,一区三级供水,分区分级供水,提水灌区分区分级的种类,2019/11/12,42,一级排水方式,二级排水方式,一级、二级排水结合方式,排水分区分级的种类,2019/11/12,43,（三） 泵站设计流量 1、灌溉泵站设计流量 （1）按照灌水定额计算,（2）按照灌水率计算,2019/11/12,44,2、排水泵站设计流量 排水泵站设计流量：Q=qA,(1)排涝模数(平均排除法) 1）平原区旱地设计排涝模数:,2）平原区水田设计排涝模数:,2019/11/12,45,（四）泵站设计扬程,泵站总扬程为出水池和进水池的设计水位之 差，进、出水池的水力损失，进、出水流道或 进、出水管道损失（包括局部损失和沿程损失） 之和。,2019/11/12,46,（五） 水泵类型及选型,1.常用泵型 离心泵、混流泵、轴流泵,2.水泵结构形式,3.水泵选型的方法和步骤,卧式、立式、斜式,2019/11/12,47,（六） 泵房,1、设备布置： 单排与双排布置,2、泵房尺寸的确定,（1）泵房宽度的确定,（2）泵房长度的确定,（3）泵房高度的确定,2019/11/12,48,常规分基型泵房水泵安装图,泵房高度为设备高度与设备起吊高度之和。,2019/11/12,49,3、常用泵房形式 （1）砖混结构 （2）轻钢彩板结构,4、泵房结构 （1）泵房基础 （2）泵房墙面 （3）泵房屋面,2019/11/12,50,2019/11/12,51,2019/11/12,52,2019/11/12,53,2019/11/12,54,结构设计依据 1、【水工混凝土结构设计规范】SL-191-96 2、 【混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图】 03G101 3、【砌体结构设计规范】 GB50003-2001,2019/11/12,55,1、进水池 1）进水池形状和尺寸的确定。 2）进水池喇叭口直径的确定。 3）进水池宽度B的确定。 4）悬空高度P的确定。 5）淹没深度的确定。 6）进水池长度。,2、出水池 1）出水池类型。 2）出水池各部尺寸的确定。 3）出水池底板高程。 4）出水池池顶高程。,（七） 进、出水建筑物,2019/11/12,56,第三节 灌溉输配水系统,1、总体布置 2、各级渠道设计流量 3、灌溉渠道的横断面设计 4、灌溉渠道纵断面设计 5、渠道的放线和施工 6、渠道防渗衬砌 7、灌溉管道系统,2019/11/12,57,（一） 渠系灌排总体布置示意图,2019/11/12,58,一、干渠的布置原则: (1)干渠渠线应选在整个灌区的较高位置,在保证足够的设计纵坡下, 尽量于等高线平行,以控制最大的自流灌溉面积。 （2)干渠渠线应选在地质条件较好，土壤渗透性较小的地段，以增加 渠道岸坡的稳定和减少水量渗漏损失。 （3）干渠的位置应尽可能做到多方利用水源。 （4）为保证干渠和沿线建筑物的安全，在干渠末端及沿线应选择合适位置设退水闸。,二、支渠、斗渠的布置原则: (1)支渠和斗渠的布置应考虑到机械化的发展。因此渠线宜尽量整齐平直， 使田块形状有规则，以利机耕。 (2)斗渠的间距决定了农渠的长度，在平原地区要能满足机耕方面的要求， 其间距最好使田块长度不少于400米，农渠不小于100米。,三、排水系统的布置原则: (1)排水沟宜布置在低洼地带,并尽量利用天然河沟。 （2)13级排水沟线路宜避免高填、深挖和通过淤泥、流沙及 其它地质条件不良地段。 （3）排水线路宜短而直。 （4）13级排水沟之间及其与承泄河道之间的交角宜为3060度。 （5）排水沟出口宜采用自排方式。,2019/11/12,59,灌溉标准,设计灌溉工程时应首先确定灌溉设计保证率。灌溉设计保证率可根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素，按照下表确定。,灌溉设计保证率,2019/11/12,60,（二）各级渠道设计流量,选择轮灌制度，一般干渠、支渠续灌，斗渠、农渠轮灌。 1.轮灌渠道设计流量的推算 （1）自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量 1)计算支渠的设计田间净流量 2)由支渠分配到每条农渠的设计流量 （2）自下而上推算各级渠道的设计流量 1)计算农渠的净流量 2)计算各级渠道的设计流量（毛流量） 2.渠道最小流量和加大流量的计算,2019/11/12,61,北方主要旱作物的灌水定额和灌溉定额,2、灌溉制度,主要包括：灌水次数、灌水时间、灌水定额、灌溉定额,大面积水稻灌区（万亩以上）的设计净灌水率： 大面积旱田灌区（万亩以上）的设计净灌水率： 水田、旱田均有的情况加权平均。 灌溉面积较小的斗、农渠（几十几千亩）q净可适当加大。,3、灌水模数,2019/11/12,62,2、渠底比降 山区：一般为1/20001/5000，流量不满1.0立米/秒时，比降可陡些。 平原区：一般为1/50001/10000，支、斗渠可在1/10001/3000。 3、宽深比的选择,4、渠道不冲不淤流速 渠道的设计流速V设应符合以下条件。即： V不淤V设计V不冲,1、渠道横断面尺寸计算 按明渠均匀流量公式计算：,5、安全超高,6、堤顶宽度,加大水深,（三）灌溉渠道的断面设计,2019/11/12,63,灌溉渠道常用形式,2019/11/12,64,1、灌溉渠道的水位推算 2、渠道纵断面图包括： 沿渠地面高程线 渠道设计水位线 渠道最低水位线 渠底高程线 堤顶高程线 分水口位置 渠道建筑物位置及其水头损失等。,（四）灌溉渠道纵断面设计,2019/11/12,65,渠道纵段图,2019/11/12,66,（五）渠道工程施工,1、渠道的放线 2、渠道的施工 3、渠道工程量计算,2019/11/12,67,红线部分表示机械挖土，黑色填充部分表示人工修坡。因此渠道开挖计算工程量时要分两部分，分别计算。,计算渠道挖方时，应采用将设计断面与实测断面相结合的办法来计算工程量。,2019/11/12,68,一、渠道衬砌的类型 二、砌石与混凝土防渗工程施工 （一）砌石防渗工程施工 （二）混凝土防渗工程施工 三、衬砌渠道有关规定,（六）渠道衬砌,2019/11/12,69,渠道防渗衬砌设计应符合国家现行标准： 渠道防渗工程技术规范 SL/T 18的规定,常用渠道防渗形式： 1、块石护砌 2、混凝土板 3、土工膜 4、膜袋混凝土,防渗渠道的断面形式,（a）梯形断面（b）弧形底梯形断面 (c) 弧形坡脚梯形断面 (d) 复合形断面 (e) U形断面(f) 矩形断面 (g) 城门洞形暗渠 (h)(i) 正反拱形暗渠(j) 圆形暗渠,2019/11/12,70,土地开发整理项目常用护砌形式,2019/11/12,71,（七）灌溉管道系统,（一）基本情况 （二）井灌区管灌系统的设计参数 （三）灌溉制度及工作制度 （四）设计流量及管径确定 （五）管网系统布置 （六）设计扬程计算 （七）首部设计 （八）低压管道工程量计算,2019/11/12,72,管网布置,灌溉方式采用半固定式管道灌溉，即埋设干管、支管，支管安装立管，立管安装给水拴，由给水拴临时接引小白龙软管，引水到田间。 管网布置为“丰”字形，由主干管向两侧分水。给水栓横向间距100米，纵向间距100米间。 在水泵的出水口与干管用80钢管连接，并设置电控调压表，以控制管网压力值，干管与支管连接处设阀门井，在每条干管尾部设泄水井。,2019/11/12,73,管道田间给水系统布置形式,2019/11/12,74,管网水力计算,管网水力计算以项目区田块和田块为例 。 （1）灌水定额与灌水周期 （2）干管设计流量 （3）给水拴的数量确定 （4）管径计算 （5）管道水头损失计算 （6）水泵扬程计算与水泵选择,2019/11/12,75,水泵规格性能表,水泵设计扬程计算过程一览表 单位：m,2019/11/12,76,管道系统典型布置图,2019/11/12,77,2019/11/12,78,低压管灌规划成果表,（1）管道挖方计算 底宽B1=D+2b 其中：B1-渠道底宽，米； D-管径，米； b-工作面宽度，米； 顶宽B2=B1+2mh m-边坡系数； h-挖深，米。 一个断面挖方量：,（2）管道长度及管件计算 结合平面布置图、系统图、纵断图计算管道长度及管件。 管道分：干管、支管、立管 管件主要包括：三通、四通、弯头、各种控制阀、给水栓、堵头等。,2019/11/12,79,阀门井结构图,2019/11/12,80,第四节 排水系统,1、排水方式 2、排水规划布置原则 3、排水系统的组成 4、排水标准 5、排水设计流量 6、排水沟横断面设计 7、排水沟纵断面设计,2019/11/12,81,三、设计排涝流量采用平原排除法平原区计算公式计算确定：,二排水标准： 1、排涝标准 2、防渍标准 3、防盐排水标准,一、排水方式 1、自排 2、机排,四、排水沟断面设计 排水沟断面设计主要任务是确定排水沟纵横断面尺寸和水位衔接条件，校核排水沟排涝能力和不冲不淤条件。根据排水沟设计流量并参考当地经验拟定断面尺寸 。,2019/11/12,82,排水沟横剖面图,排水系统的设置应与灌溉渠道系统相对应。排水沟宜布置在低洼地带，并尽量利用天然河沟。排水沟一般布置在田间路、生产路一侧或两侧。,2019/11/12,83,2019/11/12,84,2019/11/12,85,2019/11/12,86,第五节 田间工程,（1）旱田典型设计：田间灌溉灌水沟系统、排水系统、道路、设计高程、林带、配电及建筑物 （2）水田典型设计：田面灌溉格田系统、排水系统、道路、设计高程、林带、配电及建筑物,混凝土护砌水田输水沟,2019/11/12,87,2019/11/12,88,水田格田典型田块示意图,2019/11/12,89,2019/11/12,90,水田格田典型田块,2019/11/12,91,旱田管道灌溉典型地块示意图,PVC干管、支管埋于地下，田面给水栓结合软管灌溉。,2019/11/12,92,旱田沟灌典型田块,2019/11/12,93,旱田管道灌溉典型地块示意图,2019/11/12,94,2019/11/12,95,棚菜区典型设计,2019/11/12,96,梯田典型田块,2019/11/12,97,第六节 灌排建筑物,1、水 闸 2、渡 槽 3、涵 洞 4、跌水与陡坡 5、斜管倒虹,根据项目区的实际情况设计修建灌排建筑物,2019/11/12,98,（一）常用水闸 1、节制闸:与分水闸一起考虑修建。 2、分水闸:分水渠道进口处。 3、泄水闸:在重要建筑物上游。 4、退水闸:在干、支渠末端。,一、水 闸,2019/11/12,99,常用水闸示意图,进水闸与节制闸,分水闸,泄水闸,退水闸,2019/11/12,100,闸剖面图,闸是农田水利工程中最常用的建筑物，在整个灌溉排水体系中承担了重要作用。在进行闸设计时，一定要按照流量、水位来推求各部位尺寸。确保灌排畅通。,2019/11/12,101,平原区水闸枢纽工程分等指标,2019/11/12,102,水闸枢纽建筑物级别划分,平原区水闸洪水标准,2019/11/12,103,（二）水闸结构 1、前铺盖 2、闸室部分（闸底板、闸墩、检修桥、工作 桥及上部结构等） 3、消力池 4、海 漫 5、上、下游连接段 6、闸门及启闭设备,2019/11/12,104,水闸剖面图,止水大样图,消力池,海 漫,闸底板,前铺盖,闸 墩,2019/11/12,105,闸孔总净宽：,2、稳定计算 （1）渗透计算：采用直线法或阻力系数法。计算渗透压力 和扬压力。 （2）稳定计算：滑动、抗倾覆、地基承载力验算。,1、水利计算:,（三）水闸计算:,2019/11/12,106,2019/11/12,107,2019/11/12,108,2019/11/12,109,2019/11/12,110,二、渡 槽,1、渡槽槽身横断面 2、渡槽槽墩和槽架 3、渡槽基础 4、进出口建筑物 5、渡槽的水力计算,2019/11/12,111,渡槽设计,1、槽身比降的确定 一般槽内流速都大于渠道流速，设计流速可控制在12m/s。常用槽身比降为1/5001/1500。,2、槽身断面的确定 槽身高度=槽内设计水深h+超高 一般取0.150.2m。 当槽身长度L小于20倍渠道水深H时，槽身宽度按堰流计算： 当槽身长度L大于20倍渠道水深H时，槽身宽度按明渠均匀流计算：,2019/11/12,112,上游渠道,进口,槽身,出口,下游渠道,渡槽按照槽身断面结构形式来分可分为： 1、矩形断面渡槽 2、U形断面渡槽,土地开发整理项目涉及到的渡槽多为小型渡槽，通常设计成梁式。结构简单，施工方便。进出口常做成八字墙与渠系连接。,2019/11/12,113,渡槽剖面图,渡槽槽身横断面图,渡槽槽身配筋图,渡槽工程量计算主要包括: C20混凝土槽身、基础； C15混凝土垫层；浆砌石槽墩； 钢筋、沥青木板；止水。,2019/11/12,114,2019/11/12,115,2019/11/12,116,1、无压涵洞的水力设计 在灌溉渠道中，涵洞设计流量即为灌溉渠道的加大流量。在排水沟道 中，涵洞设计流量即为排水沟的设计流量。 2、有压涵洞的水力设计 有压涵洞有自由出流和淹没出流两种情况。 （1）自由出流 （2）淹没出流,2019/11/12,117,2019/11/12,118,涵洞统计表,内容包括涵洞标号（与规划设计图一致）、所属沟渠、所属道路、规格型号,2019/11/12,119,2019/11/12,120,穿堤涵施工图,2019/11/12,121,2019/11/12,122,涵洞剖面配筋图,2019/11/12,123,2019/11/12,124,涵洞剖面配筋图,2019/11/12,125,2019/11/12,126,截水环剖面配筋图,2019/11/12,127,四、跌水与陡坡,设计渠道时为了满足不冲不淤的 要求，需要维持一定的渠底纵坡，如果 地形较陡就会出现大挖方和大填方，这 时可以通过把渠道分成几段，把水面落 差集中起来，用跌水或陡坡连接上下两 条渠道。水流 成自由抛射形式和下游 连接的叫跌水；水流沿斜坡面流动和下 游连接的叫陡坡。,2019/11/12,128,1、进口：通过渐变段加以连接。 2、跌水口及侧墙：跌水口的形式有矩形和梯形两种。侧墙是挡土墙，有直立式和斜坡式，钢筋混凝土或浆砌石结构。 3、消力池：同水闸。 4、水力 计算：验算过流能力。,跌水与陡坡的布置和构造,2019/11/12,129,渠道(排水沟)经过陡峻的地段时，可设置跌水或陡坡。跌水或陡坡的型式应根据跌差和地形、地质等条件确定。跌差小于或等于5 cm时，采用单级跌水或单级陡坡。不经济时，可采用多级跌水或陡坡。一般由进口、跌水墙、侧墙、消力池和出口等部分组成。,跌水平面、剖面图,2019/11/12,130,陡坡剖面图,陡槽由浆砌石或混凝土做成，纵坡一般为1:31:5，过水断面可以是矩形或梯形，前者边墙做成挡土墙式，后者做成护坡式，护坡厚度0.150.4米，陡槽护底厚度0.30.5米。,出口段,陡槽,消力池,进口段,2019/11/12,131,进口、中间、出口剖面图,2019/11/12,132,五、倒虹吸,（一） 倒虹吸管的型式 布置形式有竖井式、斜坡式。 (二)倒虹吸管的布置 倒虹吸管一般由进口、管身和出口组成。 (三)倒虹吸管的进出口。 (四)管身型式 有矩形和圆形两种。管身材料主要有混凝土管、钢 筋混凝土管、铸铁管和钢管。,2019/11/12,133,水头小于5米，管径小于0.3米时，可采用混凝土管，管壁厚度57厘米。水头为58米，管径小于0.30.5米时，可采用150号混凝土管，每米长度内可配置56圈直径为6毫米的钢筋，沿管长配置911根直径为6毫米的纵向钢筋。,1、斜管式倒虹,2019/11/12,134,2、竖井式倒虹,2019/11/12,135,六、初步设计与施工图设计,1、初步设计 初步设计的目的是为了确定项目设计原则和技术条件，提出在经济、技术上合理的设计方案，主要体现的是单体工程的几何尺寸，满足投资概算的指标要求。初步设计应当通过多个方案的设计比较、优选来实现。严格按照施工规划和施工组织设计，按照合理文件要求进行，并要切实、合理的选用费用指标和经济指标，正确的确定设计概算。经审批后的设计概算限额便是下一步施工祥图设计控制投资的依据。,2、施工图设计 施工图设计阶段是根据批准的初步设计，提出符合生产、施工要求的施工图。目的是为了满足招投标及工程施工的要求，主