第六章：灌溉渠道系统PPT课件.ppt

第六章灌溉渠道设计 灌溉渠系统是指从水源取水并输送 分配到田间的灌溉工程 主要由渠首工程 灌溉渠系 渠系建筑物和田间工程组成 本章主要介绍灌溉渠系 渠系建筑物两部分内容 1 第一节灌溉渠系规划布置 灌溉渠系组成灌溉渠道按其使用寿命分为固定渠道和临时渠道两种 一般分为 干 支 斗 农渠四级 在地形复杂的大型灌区 固定渠道的级数往往多于四级 在灌溉面积较小的灌区 固定渠道的级数较少 一 灌排渠系组成 2 二 灌排渠系布置原则 尽量使自流灌溉面积最大渠道应布置在灌区的较高地带 局部高地宜采用提水灌溉的方式 工程量和工程费用最少渠线应尽可能短直 以减少占地和工程量 山丘区通过经济比较确定灌溉渠道 排水沟统一规划布置一般先以天然河沟作为骨干排水沟道 布置排水系统 在此基础上 布置灌溉渠系 应避免沟 渠交叉 以减少交叉建筑物 第一节灌溉渠系规划布置 3 安全可靠如 避免深挖高填 便于管理灌溉渠道的位置应参照行政区划确定 尽量使各用水单位都有独立的用水渠道 以利管理 斗 农渠的布置要满足机耕要求 综合利用山区 丘陵区的渠道布置应集中落差 以便发电和进行农副业加工 与其它规划相配合灌溉渠系布置应和土地利用规划 如耕作区 道路 林带 居民点等规划 相配合 以提高土地利用率 方便生产和生活 二 灌排渠系布置原则 第一节灌溉渠系规划布置 4 三 丘陵山区规划布置 山丘区干 支渠特点 渠道高程较高 比降较缓 一般渠线较长 弯曲较多 深挖 高填渠段较多 沿渠交叉建筑物较多 长藤结瓜系统针对以上特点 规划时关键在于合理地确定干渠位置 第一节灌溉渠系规划布置 5 南京市六合区金牛山水库联合运行网络图 6 三 丘陵山区规划布置 布置形式 干渠一般沿灌区上沿布置 大体上与等高线平行 支渠沿两溪间的分水岭布置 下图 如果灌区内有主要冈岭横贯中部 则干渠可布置于冈脊上 支渠于干渠两侧分出 控制冈岭两侧坡地 7 四 平原地区灌排渠系规划布置 这类灌区大多位于河流中下游地区的冲积平原 地形平坦开阔 耕地集中连片 这些地区的渠系规划具有类似的特点 干渠多沿等高线布置 支渠垂直等高线布置 第一节灌溉渠系规划布置 8 五 圩区的干 支渠布置规划布置 分布在沿江 滨湖低洼地区的圩垸区 地势平坦低洼 河湖港汊密布 洪水位高于地面 必须依靠筑堤圈圩才能保证正常的生产和生活 一般没有常年自流排灌的条件 普遍采用机电排灌站进行提排 提灌 面积较大的圩垸 往往一圩多站 分区灌溉或排涝 圩内地形一般是周围高 中间低 灌溉干渠多沿圩堤布置 灌溉渠系通常只有干 支两级 第一节灌溉渠系规划布置 9 第一节灌溉渠系规划布置 10 五 圩区的干 支渠布置规划布置 圩区排水系统一般不只有排水功能 还有蓄水 引水 航运 养殖等功能 因此是一种综合利用的排水系统 在江苏一般称为河网 江苏治圩办法 原则 以排为主 兼顾灌溉 灌排分开 各成系统 一圩多站 分区灌溉 统一排涝 方法 四分开 高低片 内外河 灌排渠 水旱田 两控制 内河水位 地下水位 第一节灌溉渠系规划布置 11 第二节渠系建筑物规划布置 渠系建筑物是指与渠道配套的闸 涵 桥 渡槽 倒虹吸 陡坡等各种建筑物 按其作用的不同 可分为引水 配水 交叉 衔接 泄水 量水等几种类型 一 选型和布置原则1 满足使用要求 2 尽量联合枢纽形式 3 采用定型设计和成熟的施工技术条件 4 方案的经济比较 12 二 建筑物规划布置 一 控制建筑物1 进水闸 引水闸 布置干渠进口处 2 分水闸 布置于支渠 斗渠 农渠进口处 斗 农渠上的也叫斗 农门 3 节制闸 截断或抬高水位 抬高水位 保证引水 轮灌时 分组轮灌 保护险工段 修建节制闸 第二节渠系建筑物规划布置 13 二 交叉建筑物1 渡槽 渠道穿过河沟 渠底高于最高灌水位或渠底到河面净空满足通航要求 渠道穿过道路 渠底到路面满足净空要求 渠道穿过洼地 采用高填方不经济 渡槽内景 第二节渠系建筑物规划布置 14 2 倒虹吸渠道越河 路 渠底高于河面或路面 不能采用渡槽或采用之不经济 比较 渡槽 水头损失小 泥沙易处理 可能造价高 倒虹吸 水头损失大 泥砂不易处理 第二节渠系建筑物规划布置 15 3 涵洞道路与渠道相交 渠水位低于路面 且流量较小 或渠道与河沟相交 河沟水位低于渠底且流量不大 则渠采用填方 填方处以涵洞过水 波纹管涵洞 第二节渠系建筑物规划布置 16 4 桥梁道路与较大的沟渠相交 渠道水位低于路面 而且流量较大 水面较宽时 要在渠道上修建桥梁 满足交通要求 第二节渠系建筑物规划布置 17 三 泄水建筑物 略 为了防止由于沿渠坡面径流汇入渠道或因下级 游 渠道事故停水而使渠道水位突然升高 威胁渠道的安全运行 必须在重要建筑物和大填方段的上游以及山洪入渠处的下游修建泄水建筑物 泄水闸 泄放多余的水量 第二节渠系建筑物规划布置 四 量水建筑物量水堰 量水槽等 18 五 衔接建筑物当渠道通过坡度较大的地段时 为了防止渠道冲刷 保持渠道的设计比降 就把渠道分成上 下两段 中间用衔接建筑物联结 这种建筑物常见的有跌水和陡坡 一般当渠道通过跌差较小的陡坎时 可采用水 跌差较大 地形变化均匀时 多采用陡坡 第二节渠系建筑物规划布置 跌水 19 第三节灌溉渠道流量计算 一 流量1 设计流量Q设定义 设计年份灌水期间通过的最大流量 即正常工作条件下通过的流量 因而设计流量也叫正常流量 作用 确定渠道设计断面 纵坡 底宽 边坡 设计水深 和渠系配套建筑物的主要依据 其它 其中 QA 毛流量 QB 净流量 QAB 损失流量 QA QAB QB 20 相对性 其中 QB AB段净流量 同时BC段Q毛 21 2 最小流量定义 当需要对种植面积较小或灌水定额较小的作物供水时或水源水量不足时 渠道通过的最小流量 确定 利用灌水模数图 一般 min 40 50 Q设作用 校核对下一级渠道的控制条件 确定是否需建节制闸 22 3 渠道加大流量 加大 j 定义 考虑到灌区可能扩大种植面积或改变种植计划 要求通过比设计流量更大的流量 确定 j 1 k Q设式中 k为加大系数 取0 1 0 5 作用 确定渠顶高程 一般续灌渠道考虑加大流量 轮灌渠道不考虑 二 输水损失的估算输水损失 水面蒸发 5 可忽略 漏水损失 15 加强管理可避免 渗水损失 80 23 自由渗流条件下输水损失的估算 自由渗流 不受地下水位影响的渠道渗流 或受地下水位影响很小的渗流 发生条件 地下水位较深或地下水出流条件较好 自由渗流 24 自由渗流条件下输水损失的估算 自由渗流条件下输水损失计算方法 按经验公式估算 1 计算每km长渠道输水损失系数 式中 每km长渠道输水损失系数 A m 土壤透水系数 指数 2 计算Q损 式中Q损 渠道输水损失流量 m3 s L 渠道长度 km 25 三 渠道水利用系数和渠系水利用系数 既然存在输水损失 则必然存在水的利用率问题 可从以下几个方面讨论 1 渠道水利用系数 指渠道的净流量与毛流量的比值称为该渠道的渠道水利用系数2 渠系水利用系数 灌溉渠系的净流量与毛流量的比值称为渠系水利用系数 26 3 田间水利用系数其中 田反映了田间水利用率 取0 9 0 98 4 灌溉水利用系数 27 四 渠道的工作制度 1 确定渠道的配水方式渠道的配水方式有续灌和轮灌两种 所谓续灌即某一级渠道同时向所有下一级渠道配水 轮灌则是某级渠道逐一或分组地向下一级渠道配水 2 轮灌组的划分划分轮灌组的原则是 1 应使各轮灌组的灌溉面积基本相等 以利于配水 2 应使轮灌组内的渠道相对集中 3 尽量使各用水单位受益均衡 4 不致使渠道流量过大 以减少工程量和降低工程造价 5 要照顾农业生产条件和群众用水习惯 6 对已成灌区 还应与渠道的输水能力相适应 28 2020 1 15 29 集中编组将邻近的几条渠道编为一组 上级渠道按组轮流供水 采用这种编组方式 上级渠道的工作长度较短 输水损失水量较小 但相邻几条渠道可能同属一个生产单位 会引起灌水工作紧张 插花编组将同级渠道按编号的奇数或偶数分别编组 上级渠道按组轮流供水 这种编组方式的优缺点恰好和集中编组的优缺点相反 30 五 渠道各级流量的推算 因为轮灌渠道的输水时间小于灌水延续时间 所以 不能直接根据设计灌水模数和灌溉面积自下而上的推算渠道设计流量 常用的方法是 根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配末级续灌渠道 一般为支渠 的田间净流量 再自下而上逐级计入输水损失水量 推算各级渠道的设计流量 1 自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量如图 农水书 图4 16 支渠为末级续灌渠道 斗 农渠的轮灌组划分方式为集中编组 同时工作的斗渠有两条 农渠有四条 为了使讨论具有普遍性 同时工作的斗渠为n条 农渠为k条 干支渠续灌 斗农渠轮灌 设灌水率为q设 面积为A支 31 五 渠道各级流量的推算 1 计算支渠的设计田间净流量 在支渠范围内 不考虑损失水量的设计田间净流量为 即 2 由支渠分配到每条农渠的田间净流量 32 2 自下而上推算该支渠各级渠道的设计流量1 计算农渠的净流量 先由农渠的田间净流量计入田间损失水量 求得田间毛流量 即农渠的净流量 2 推算各级渠道的设计流量 毛流量 1条斗渠下同时工作的农渠数为k条 则 33 1条支渠下同时工作的斗渠数为n 则式中 注 L农取农渠实际长度一半 L支 L斗为最远一个轮灌组中点到引水口距离 34 3 推算支渠灌溉水利用系数4 以上述支渠灌溉水利用系数作为扩大指标 计算其余支渠的设计流量 例 一支渠 同理可推求得到其余支渠毛流量 35 5 推算干渠设计流量续灌渠道一般为干支渠道 渠道流量较大 上下游流量相差悬殊 这就要求分段推算设计流量 各渠段采用不同的断面 另外 各级续灌渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间 可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道的毛流量 所以 续灌渠道设计流量的推算方法是自下而上逐级 逐段进行推算 以下图为例 36 图中表示的渠系有一条干渠和四条支渠 各支渠的毛流量分别为Q1 Q2 Q3 Q4 支渠取水口把干渠分成三段 各段长度分别为L1 L2 L3 各段的设计流量分别为QOA QAB QBC 计算公式如下 具体计算过程参见农水书例题4 1 37 第四节渠道纵横断面设计 渠道流量确定后 就可以进行断面设计 渠道纵断面和横断面的设计是互相联系 互为条件的 在设计实践中 不能把他们截然分开 而要统盘考虑 交替进行 反复调整 最后确定合理的设计方案 渠道断面设计应满足以下要求 满足流量及水位要求 边坡稳定 工程量少 渗漏损失小 施工方便 综合利用 38 一 渠道横断面设计 一 基本公式 明渠均匀流 式中 过水断面面积 c 谢才系数 R 水力半径 渠底比降 对梯形渠道 式中 m 边坡系数 湿周 39 引入宽深比 则计算公式为 上式中有一个 故只需确定 即可得b h 40 二 设计参数确定1 渠底比降考虑因素 应接近地面比降 以免深挖高填 土壤易冲刷 应小 水流含沙量大 应大 大 则i小 一般干 支 斗 农 山丘区大 平原地区小 41 渠床糙率nn与施工质量 有没有衬砌 养护条件等有关 n越大 表示对水阻力越大 边坡系数m考虑因素 土坚实 m减小 反之m增大 h大则m大 反之m减小 填方则m增大 挖方则m减小 42 4 宽深比 或 大则宽浅 小则窄深 小型渠道较窄深 大型渠道较宽浅 1 水力最优断面宽深比水力最优断面 m已定时 通过规定通过设计流量所需的最小断面 此时工程土方量最少 43 2 相对稳定断面宽深比冲淤平衡 对于一般渠道对于多泥沙河道上的渠道 Q 1 5m3 s Q 1 5 50m3 s 3 实用经济断面宽深比同时考虑土方量和施工方便 式中 偏离系数 一般 1 01 1 04 44 4 满足通航要求的 水深要求 船底以下水深大于0 3m 水面宽 大于船宽2 6倍 流速 小于船速 且介于不冲不淤流速之间 5 不冲不淤流速 不冲流速 不淤流速 式中 K 不冲流速系数 C 不淤流速系数 R 水力半径 45 三 渠道水力计算 1 假设b h值为了施工方便 底宽b应取整数 因此 一般先假设一个整数的b值 再选择适当的宽深比a 用公式计算相应的水深值 2 计算渠道过水断面的水力要素根据假设的b h值计算相应的过水断面面积A 湿周 水力半径R和谢才系数C 计算公式如下 46 3 计算渠道流量 4 校核渠道输水能力 5 校核渠道流速 47 6 为减轻计算工作量 可作如下图进行简化求解 48 四 渠道过水断面以上部分的有关尺寸1 渠道加大水深计算的方法步骤和求设计水深的方法相同2 安全超高3 堤顶宽度 D hj 0 3 49 由于渠道过水断面和渠道沿线地面的相对位置不同 渠道断面有挖方断面 填方断面和半挖半填断面三种形式 其结构各不相同 二 渠道横断面结构 挖方渠道横断面 填方渠道横断面 半挖半填渠道横断面 50 三 渠道纵断面设计 一 灌溉渠道的水位推求1 支渠及支渠以下各级渠道水位高程的推求式中 A0 渠道控制范围内的地面参考点高程 m 重点选取确定 h 所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差 l 各级渠道长度 m i 各级渠道的比降 水流通过渠系建筑物的水头损失 51 二 渠道纵断面的水位衔接 1 断面变化时渠段水位的衔接灌溉渠道沿途分水后流量逐段减小 过水断面随之减小 为了使水位衔接 可采取改变底宽或改变水深的办法来解决 衔接位置一般在配水枢纽或输水建筑物处 并修建足够的渐变段 保证水流平顺 52 二 渠道纵断面的水位衔接 2 渠道遇特殊地形时的水位衔接当沿渠地面坡度较大或有突变时 在满足下一级渠道引水高程的前提下 可结合水力发电 水力加工等要求 集中落差布置跌水或陡坡 如果渠道与河流 山岗或道路相遇 需要修建渡槽 隧洞等输水建筑物 其进出口局部水头损失和沿程水头损失在设计渠道水面线时 必须预先留足 如建筑物较