渠道灌溉系统陶家俊PPT课件.ppt

渠道灌溉系统 1 水利工程系2012年5月陶家俊 1 任务一 灌溉渠道系统规划 灌溉渠道系统 从水源取水 通过渠道及其附属建筑物输 配水 经由田间工程进行农田灌水的工程系统 水源和渠首工程 输水配水系统 干 支 斗 农渠 固定 田间渠道系统 毛渠 输水垄沟 灌水沟 灌水畦 临时 排水泄水系统 干 支 斗 农 毛沟 灌溉与排水工程 2 灌溉排水系统示意图 3 一 灌溉渠系概述 1 灌溉渠系的组成 灌溉渠系由各级灌溉渠道和退 泄 水渠道组成 灌溉渠道按其使用寿命分为固定渠道和临时渠道两种 固定渠道 多年使用的永久性渠道 临时渠道 使用寿命小于一年的季节性渠道 灌溉与排水工程 临时渠道 4 按控制面积大小和水量分配层次又可把灌溉渠道分为若干等级 大 中型灌区的固定渠道一般分为干渠 支渠 斗渠 农渠四级 农渠以下的小渠道一般为季节性的临时渠道 1 灌溉渠系的组成 灌溉与排水工程 一 灌溉渠系概述 支渠 5 1 灌溉渠系的组成 灌溉与排水工程 一 灌溉渠系概述 退 泄水渠道包括渠首排沙渠 中途泄水渠和渠尾退水渠 主要作用 定期冲刷和排放渠首段的淤沙 排泄入渠洪水 退泄渠道剩余水量及下游出现工程事故时断流排水等 达到调节渠道流量 保证渠道及建筑物安全运行的目的 中途退水设施一般布置在重要建筑物和险工渠段的上游 干 支渠的末端应设退水渠道 6 2 灌溉渠道的规划原则 灌溉与排水工程 一 灌溉渠系概述 干渠应布置在灌区的较高地带 其他各级渠道亦应布置在各自控制范围内的较高地带 使工程量和工程费用最小 一般来说 渠线应尽可能短直 以减少占地和工程量 灌溉渠道的位置应参照行政区划确定 尽可能使各用水单位都有独立的用水渠道 以利管理 7 2 灌溉渠道的规划原则 灌溉与排水工程 一 灌溉渠系概述 斗 农渠的布置要满足机耕要求 要考虑综合利用 灌溉渠系规划应和排水系统规划结合进行 应避免沟 渠交叉 以减少交叉建筑物 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 8 二 干 支渠的规划布置形式 干 支渠的布置形式主要取决于地形条件 1 山区 丘陵区灌区的干 支渠布置一般需要从河流上游引水灌溉 输水距离较长 干 支渠道的特点是 渠道高程较高 比降平缓 渠线较长而且弯曲较多 深挖 高填渠段较多 沿渠交叉建筑物较多 渠道常和沿途的塘坝 水库相联 形成长藤结瓜式水利系统 以求增强水资源的调蓄利用能力和提高灌溉工程的利用率 灌溉与排水工程 9 山丘 丘陵区的干渠一般沿灌区上部边缘布置 大体上和等高线平行 支渠沿两溪间的分水岭布置 在丘陵地区 如灌区内有主要岗岭横贯中部 干渠可布置在岗脊上 大体和等高线垂直 干渠比降视地面坡度而定 支渠自干渠两侧分出 控制岗岭两侧的坡地 1 山区 丘陵区灌区的干 支渠布置 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 10 1 山区 丘陵区灌区的干 支渠布置 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 11 平原区灌区的干 支渠布置 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 山前洪积冲积扇 除地面坡度较大外 也具有平原地区的其他持征 河谷阶地位于河流两侧 呈狭长地带 地面坡度倾向河流 高处地面坡度较大 河流附近坡度平缓 水文地质条件和土地利用等情况和平原地区相似 这些地区的渠系规划具有类似的特点 可归为一类 干渠多沿等高线布置 支渠垂直等高线布置 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 12 平原区灌区的干 支渠布置 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 13 3 圩垸区灌区的干 支渠布置 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 支两极 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 14 3 圩垸区灌区的干 支渠布置 灌溉与排水工程 二 干 支渠的规划布置形式 15 三 斗 农渠的规划布置 1 斗 农渠的规划要求 适应农业生产管理和机械耕作要求 便于配水和灌水 有利于提高灌水工作效率 有利于灌水和耕作的密切配合 土地平整工程量较少 灌溉与排水工程 16 2 斗渠的规划布置 斗渠的长度和控制面积随地形变化很大 山区 丘陵地区的斗渠长度较短 控制面积较小 平原地区的斗渠较长 控制面积较大 灌溉与排水工程 三 斗 农渠的规划布置 我国北方平原地区一些大型自流灌区的斗渠长度一般为3 5km 控制面积为3000 5000亩 斗渠的间距主要根据机耕要求确定 和农渠的长度相适应 17 3 农渠的规划布置 农渠是末级固定渠道 控制范围为一个耕作单元 农渠长度根据机耕要求确定 在平原地区通常为500 100m 间距为200 400m 控制面积为200 600亩 丘陵地区农渠的长度和控制面积较小 在有控制地下水位要求的地区 农渠间距根据农沟间距确定 灌溉与排水工程 三 斗 农渠的规划布置 18 4 灌溉渠道和排水沟道的配合 灌排相邻布置 在地面向一侧倾斜的地区 渠道只能向一侧灌水 排水沟也只能接纳一边的径流 灌溉渠道和排水沟道只能并行 上灌下排 互相配合 灌溉与排水工程 三 斗 农渠的规划布置 19 4 灌溉渠道和排水沟道的配合 灌排相间布置 在地形平坦或有微地形起伏的地区 宜把灌溉渠道和排水沟道交错布置 沟 渠都是两侧控制 工程量较省 灌溉与排水工程 三 斗 农渠的规划布置 20 四 渠系建筑物的规划布置 渠系建筑物 各级渠道上的建筑物1 引水建筑物2 配水建筑物1 分水闸建在上级渠道向下级渠道分水的地方 斗 农渠的进水闸惯称为斗门 农门 结构形式有开敞式和涵洞式两种 灌溉与排水工程 21 2 节制闸垂直渠道中心线布置 作用 抬高上游渠道水位 满足下级渠道的引水要求 下级渠道实行轮灌时 需在轮灌组的分界处设置节制闸 以拦断水流 保护渠道上的重要建筑物或险工渠段 退泄降雨期间汇入上游渠段的降雨径流 2 配水建筑物 灌溉与排水工程 四 渠系建筑物的规划布置 22 渠道穿越山岗 河沟 道路时 需要修建交叉建筑物 常见的交叉建筑物有隧洞 渡槽 倒虹吸 涵洞 桥梁等 4 衔接建筑物当渠道通过坡度较大地段时 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 常见的有跌水和陡坡 3 交叉建筑物 灌溉与排水工程 四 渠系建筑物的规划布置 23 3 交叉建筑物 灌溉与排水工程 四 渠系建筑物的规划布置 渡槽 倒虹吸 24 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 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 泄放多余的水量 4 泄水建筑物 灌溉与排水工程 四 渠系建筑物的规划布置 通常在渠岸上修建溢流堰或泄水闸 从多泥沙河流引水的干渠 常在进水闸后开挖泄水渠 设置泄水闸 为了退泄灌溉余水 干 支 斗渠的末端应设退水闸和退水渠 25 3 交叉建筑物 26 4 衔接建筑物 跌水 陡坡 27 我国渠系水利用系数平均不到0 5 渠道渗透占到了灌溉水总损失量的80 28 渠道防渗的设计 施工管理依据 29 输水过程中的水量损失 渠道渗透渠道漏水建筑物漏水渠道退水或弃水渠道水面蒸发 总损失的80 总损失的5 还有雨水补给 不计 30 渠道防渗好处 提高渠系水利用率提高渠道的抗冲能力减少渠道粗糙程度 增加输水能力缩短输水时间有利于对地下水位的控制减少渠道淤积 31 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 32 渠道防渗主要技术类别 土料压实防渗水泥土护面防渗石料衬砌防渗混凝土衬砌防渗加筋混凝土防渗 钢筋 高分子纤维等 膜料 塑料薄膜等 防渗沥青护面防渗 33 34 35 36 渠道的等级划分 37 土料压实防渗 38 水泥土护面防渗 39 石料衬砌防渗 40 石料衬砌防渗 41 浆砌块石衬砌防渗 碎石垫层 浆砌块石 42 43 混凝土衬砌防渗 44 混凝土衬砌防渗 45 混凝土衬砌防渗 46 2020 1 27 47 混凝土衬砌防渗 48 混凝土板的几种结构 49 加筋混凝土防渗 钢筋混凝土钢纤维混凝土植物纤维混凝土 如竹纤维 高分子材料混凝土 如聚丙烯纤维 较低的弹性模量 可少量的适应变形 不易产生裂缝等优点 要做试验 50 膜料 塑料薄膜等 防渗 51 圆明园湖底防渗膜施工 52 膜料 塑料薄膜等 防渗 53 膜料的铺设方式 54 55 膜料的封顶结构之一 56 膜料的封顶结构之二 57 膜料与建筑物的连接 58 沥青护面防渗 59 防渗结构的细部 60 防渗结构的细部 61 62 63 64 65 渠道防渗的选择 因地制宜实事求是 参考资料 渠道防渗工程技术规范 SL18 2004 灌溉与排水工程设计规范 GB50288 99 节水灌溉技术规范 SL207 98 66 二 渠道横断面结构 U型 梯形 弧底梯形 67 挖方渠道 68 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 填方渠道 半挖半填渠道 69 三 渠道横断面设计原理 一般情况下采用明渠均匀流公式计算 A 过水断面面积 i 渠道比降 渠底纵坡 R 水力半径 R A x x 湿周 C 谢才系数 一般采用曼宁公式计算 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 70 71 1 渠道设计的依据 渠道设计的依据除输水流量外 还有渠底比降 渠床糙率 渠道边坡系数 稳定渠床的宽深比以及渠道的不冲 不淤流速等 1 渠底比降渠底比降 在坡度均一的渠段内 两端渠底高差和渠段长度的比值 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 72 比降选择是否合理关系到工程造价高低和控制面积大小 黄土地区从多泥沙河流引水的渠道 满足不淤条件的渠底比降可参考陕西省水利科学研究所的经验公式确定 1 渠底比降 水流的饱和挟沙量 泥沙平均沉速 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 73 2 渠床糙率系数 渠床糙率系数n是反映渠床粗糙程度的技术参数 该值选择得是否切合实际 直接影响到设计成果的精度 糙率系数值的正确选择不仅要考虑渠床土质和施工质量 还要估计到建成后的管理养护情况 教材130页表3 13渠床糙率系数值可供参考 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 74 75 3 渠道的边坡系数 渠道的边坡系数m是渠道边坡倾斜程度的指标 其值等于边坡在水平方向的投影长度和在垂直方向投影长度的比值 m值的大小关系到渠坡的稳定 要根据渠床土壤质地和渠道深度等条件选择适宜的数值 大型渠道的边被系数应通过土工试验和稳定分析确定 中小型渠道的边坡系数根据经验选定 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 76 77 4 渠道断面的宽深比 渠道断面的宽深比 是渠道底宽b和水深h的比值 渠道宽深比的选择要考虑以下要求 A 工程量最小水力最优断面 在渠道比降和渠床糙率一定的条件下 通过设计流量所需要的最小过水断面 梯形渠道水力最优断面的宽深比 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 78 在稳定渠道中 允许的最大平均流速称为临界不冲流速 简称不冲流速 用vcs表示 允许的最小平均流速称为临界不淤流速 简称不淤流速 用vcd表示 为了维持渠床稳定 渠道通过设计流量时的平均流速 设计流速 vd应满足以下条件 vcd vd vcs 5 渠道的不冲不淤流速 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 79 a 渠道的不冲流速渠道不冲流速和渠床土壤性质 水流含沙情况 渠道断面水力要素等因素有关 具体数值要通过试验研究或总结已成渠道的运用经验而定 一般土渠的不冲流速在0 6 0 9m s之间 美国垦务局建议 无钢筋的混凝土衬砌渠道的流速不应超过2 5m s 5 渠道的不冲不淤流速 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 80 b 渠道的不淤流速渠道不淤流速主要取决于渠道含沙情况和断面水力要素 也应通过试验研究或总结实践经验而定 在缺乏实际研究成果时 可选用有关经验公式进行计算 黄河水利委员会水利科学研究所的不淤流速计算公式 5 渠道的不冲不淤流速 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 81 这是广泛使用的渠道设计方法 根据公式 一般断面的水力计算 2 渠道水力计算 渠道水力计算的任务是根据上述设计依据 通过计算 确定渠道过水断面的水深h和底宽b 用试算法求解渠道的断面尺寸 灌溉排水工程学 第一篇灌溉工程 四 渠道横断面设计方法 82 步骤如下 1 假设b h值 为了施工方便 底宽b应取整数 一般先假设一个整数的b值 再选择适当的宽深比 用