第四章灌溉渠道系统[]PPT课件.ppt

第四章灌溉渠道系统 1 渠道系统的概念 指从水源取水 通过渠道及其附属建筑物向农田供水 经由田间工程进行农田灌水的工程系统 渠道系统的组成 渠首工程 取水枢纽 输配水工程 渠道 田间工程 2 灌溉排水系统示意图 3 第一节灌溉渠系规划 4 组成 由各级灌溉渠道和退水渠组成按使用时间分类 固定渠道 临时渠道按控制面积大小和水量分配层次分类 干渠 总干渠 分干渠 支渠斗渠农渠毛渠 临时渠道 1 灌溉渠系的组成 一 灌溉渠系概述 临时渠道 5 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 1 灌溉渠系的组成 第一节灌溉渠系规划 1 灌溉渠系的组成 一 灌溉渠系概述 6 1 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 2 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 3 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 2 灌溉渠道的规划原则 一 灌溉渠系概述 7 2 灌溉渠道的规划原则 4 斗 农渠的布置要满足机耕要求 5 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 6 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 2 灌溉渠道的规划原则 一 灌溉渠系概述 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 第一节灌溉渠系规划 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 二 干 支渠的规划布置形式 10 位于分水岭与山溪或河流之间 11 位于浅丘岗地或两沟河之间开阔的缓坡丘陵地 12 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 二 干 支渠的规划布置形式 13 14 3 圩垸区灌区的干 支渠布置 二 干 支渠的规划布置形式 特点 地势低洼 在最高洪水位和最低于洪水位之间 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 排水是主要问题一般中间低 四周高 干 支渠布置 干渠多沿圩堤布置灌溉系统级别较少 通常只有干 支两极 15 16 17 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 支渠 18 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 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 三 斗 农渠的规划布置 19 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 三 斗 农渠的规划布置 20 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 三 斗 农渠的规划布置 21 灌排相邻适用 单一坡向地形 22 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 三 斗 农渠的规划布置 23 灌排相间适用 平坦 或有微起伏 24 四 渠线规划步骤 干 支渠道的渠线规划大致可分为三个步骤 1 查勘2 纸上定线3 定线测量在平原地区和小型灌区 可用比例尺等于或大于万分之一的地形图进行渠线规划 先在图纸上初定渠线 再进行实际调查 修改渠线 然后进行定线测量 一般不测带状地形图 斗 农渠的规划也可参照这个步骤进行 25 五 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 26 五 渠系建筑物的规划布置 渠系建筑物 各级渠道上的建筑物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 27 2 节制闸垂直渠道中心线布置 作用 渠道进水口渠低高程较高 进水困难 在分水口下游设节制闸下级渠道轮灌时 在轮灌组分界处设节制闸在泄水闸和被保护建筑物之间设节制闸 2 配水建筑物 五 渠系建筑物的规划布置 节制闸 28 3 交叉建筑物 五 渠系建筑物的规划布置 作用 穿越山岗 河沟 道路类型 隧洞 穿越山岗渡槽 穿越河沟 道路 渠低高程较高倒虹吸 穿越河沟 道路 渠底高程较低涵洞 与道路相交 渠道水位低于路面且流量较小 与河沟相交 河沟洪水位低 流量小 排洪涵洞桥梁 与道路相交 渠道水位低于路面且流量大 水面宽 29 3 交叉建筑物 五 渠系建筑物的规划布置 渡槽 倒虹吸 30 31 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 跌水 用于跌差较小的陡坎 3m 4 衔接建筑物 跌水 陡坡 32 跌水 陡坡 4 衔接建筑物 33 泄水建筑物 五 渠系建筑物的规划布置 作用 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 进而威胁渠道安全位置 重要建筑物和大填方段的上游山洪入渠处的下游类型 溢流堰 泄水闸 34 五 渠系建筑物的规划布置 6 量水建筑物 作用 控制和量测水量 以维持灌溉工程的正常运行 实施科学的用水管理位置 各级渠道进水口 量测入渠水量末级渠道 量测进入田间水量退水渠 量测退泄水量类型 量水堰 三角形 矩形 梯形薄壁堰 巴歇尔水槽水位 流量流速仪 35 第二节田间工程规划 田间工程 最末一级固定沟 渠范围内的农田建设工程 包括 临时渠系 灌水沟 畦 水稻格田毛沟 腰沟 墒沟 隔水沟田间道路 小型建筑物 土地平整等 36 1 田间工程规划要求 田间工程要有利于调节农田水分状况 培育土壤肥力和实现农业现代化 有完善的田间灌排系统 田面平整 灌水时土壤湿润均匀 排水时田面不留积水田块的形状和大小要适应农业现代化需要 有利于农业机械作业和提高土地利用率 一 田间工程规划要求和规划原则 37 2 田间工程规划原则 一 田间工程规划要求和规划原则 必须在农业发展规划和水利建设规划的基础上进行 必须着眼长远 立足当前 全面规划 分期实施 当年增产必须因地制宜 讲求实效 要有严格的科学态度 注重调查研究 走群众路线 要以治水改土为中心 实行山 水 田 林 路综合治理 创造良好的生态环境 促进农 林 牧 副 渔全面发展 38 条田 末级固定灌溉渠道 农渠 和末级固定沟道 农沟 之间的田块 有的地方称为耕作区 它是进行机械耕作和田间工程建设的基本单元 也是组织田间灌水的基本单元 条田的布置满足排水 机耕和田间用水管理三个方面要求排水要求 农沟间距100 200m 机耕要求 条田长度以400 800m为宜 田间用水管理要求 条田长度不超过500 600m 二 条田规划 39 田间渠系指条田内部的灌溉网 包括毛渠 输水垄沟和灌水沟 畦等 1 纵向布置灌水方向垂直农渠 毛渠与灌水沟 畦平行布置 适用于 土地平整差 地形变化复杂 坡度 i 1 400 较大的条田 三 田间渠系布置 40 2 横向布置灌水方向和农渠平行 毛渠和灌水沟 畦垂直 适用于 坡向一致 坡度较小 i 1 400 的条田 三 田间渠系布置 41 田埂一般高25 30cm 宽30 40cm 坡度1 1农渠直接向格田灌水 每块格田设单独的进排水口格田长边往往沿等高线布置 根据我国南方各省经验 丘陵地区格田面积一般为1 3亩 宽20 30m 长60 80m 平原地区格田面积一般为3 5亩 宽25 40m 长约100m左右 四 稻田区的格田规划 42 五 土地平整 田面平整 符合灌水技术要求工程量小 工作效率高注意保持土壤肥力改良土壤 扩大耕地 一般畦灌地面高差应小于 5cm 水平畦灌地面高差应在 1 5cm 沟灌地面高差应小于 10cm 格田田面高差应不大于 3cm 43 第三节灌溉渠道流量推算 44 流量是指单位时间内通过某一过水断面的水量 常用符号Q表示 单位有m3 s L s m3 h 在灌溉实践中 渠道的流量是在一定范围内变化的 设计渠道的纵横断面时 要考虑流量变化对渠道的影响 一般以设计流量作为确定渠道过水断面的依据 同时考虑非常规情况下的加大流量和最小流量 换算关系 1m3 s 1000L s1L s 3 6m3 h1m3 h 0 278L s 45 2020 2 9 46 设计流量 在灌溉设计标准条件下 为满足灌溉用水要求 需要渠道输送的最大流量 通常是根据设计灌水模数 设计灌水率 和灌溉面积进行计算的 渠道的净流量 需要渠道提供的灌溉流量 渠道的毛流量 计入水量损失后的流量 设计流量是渠道的毛流量 它是设计渠道断面和渠系建筑物尺寸的主要依据 1 设计流量 一 灌溉渠道流量概述 47 最小流量 在灌溉设计标准条件下 渠道在工作过程中输送的最小流量 用修正灌水率图上的最小灌水率值和灌溉面积进行计算 应用渠道最小流量可以校核下一级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的位置等 2 最小流量 一 灌溉渠道流量概述 48 加大流量 考虑到在灌溉工程运行过程中可能出现一些难以准确估计的附加流量 把设计流量适当放大后所得到的安全流量 它是设计渠堤堤顶高程的依据 在灌溉工程运行过程中 可能出现一些和设计情况不一致的变化 要求在设计渠道和建筑物时留有余地 按加大流量校核其输水能力 3 加大流量 一 灌溉渠道流量概述 49 由于渠道在输水过程中有水量损失 就出现了净流量 Qn 毛流量 Qg 损失流量 Ql 这三中既有联系 又有区别的流量 它们之间的关系是 Qg Qn Ql 二 灌溉渠道流量损失 渠道水面蒸发损失 不及渗漏损失的5 渠床渗漏损失 与渠床土壤性质 地下水 渠道工程 衬砌等因素有关 闸门漏水 取决于工程质量和管理水平 渠道退水 不计 渠床渗漏损失水量近似地看作总输水损失水量 50 1 用经验公式估算输水损失水量 每公里渠道输水损失系数A 渠床土壤透水系数 m 渠床土壤透水指数 Qn 渠道净流量 m3 s 土壤透水性参数A和m应根据实测资料分析确定 或借用邻近相似灌区的资料 在缺乏实测资料的情况下 可采用下表中的数值 二 灌溉渠道流量损失 51 1 经验公式估算输水损失水量 自由渗流情况下 Ql LQn 灌区地下水位较高 渠道渗漏受地下水壅阻影响 实际渗漏水量比计算结果要小 在这种情况下 就要给以上计算结果的修正系数加以修正 二 灌溉渠道流量损失 渠道净流量 渠道长度 渠道输水损失系数 52 2 经验系数估算输水损失水量 1 渠道水利用系数某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 渠道水利用系数反映一条渠道的水量损失情况 或反映同一级渠道水量损失的平均情况 二 灌溉渠道流量损失 53 2 渠系水利用系数渠系水利用系数 灌溉渠系的净流量与毛流量的比值 渠系水利用系数反映整个渠系的水量损失情况 它不仅反映出灌区的自然条件和工程技术状况 还反映出灌区的管理工作水平 提水灌区的渠系水利用系数稍高于自流灌区 2 经验系数估算输水损失水量 二 灌溉渠道流量损失 54 3 田间水利用系数田间水利用系数 实际灌入田间的有效水量 对旱作农田 指蓄存在计划湿润层中的灌溉水量 对水稻田 指蓄存在格田内的灌溉水量 和末级固定渠道 农渠 放出水量的比值 田间水利用系数是衡量田间工程状况和灌水技术水平的重要指标 2 经验系数估算输水损失水量 二 灌溉渠道流量损失 55 4 灌溉水利用系数灌溉水利用系数 实际灌入农田的有效水量和渠首引入水量的比值 它是评价渠系工作状况 灌水技术水平和灌区管理水平的综合指标 2 经验系数估算输水损失水量 二 灌溉渠道流量损失 56 渠道的工作制度就是渠道的输水工作方式 分为续灌和轮灌两种 1 续灌在一次灌水延续时间内 自始至终连续输水的渠道称为续灌渠道 这种输水工作方式称为续灌 一般灌溉面积较大的灌区 干 支渠多采用续灌 优缺点 尺寸小工程量小 节省占地 投资 但灌水时间长 损失大 三 渠道的工作制度 57 同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水的工作方式叫做轮灌 实行轮灌的渠道称为轮灌渠道 一般较大的灌区 只在斗渠以下实行轮灌 实行轮灌时 渠道分组轮流输水 分组方式可归纳为两种 集中分组插花分组 2 轮灌 同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水的工作方式 特点 缩短了各条渠道的输水时间 加大了输水流量 同时工作的渠道长度较短 从而减少了输水损失水量 有利于农业耕作和灌水工作的配合 有利于提高灌水工作效率 因为轮灌加大了渠道的设计流量 也就增加了渠道的土方量和渠道建筑物的工程量 如果流量过分集中 还会造成劳力紧张 在干旱季节还会影响各用水单位的均衡受益 当水量不足时 支渠可采用轮灌 三 渠道的工作制度 58 2 轮灌 Q Q 三 渠道的工作制度 实行轮灌时 一般为2 3组 一支4 9组为宜 集中编组 插花编组 59 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 轮灌渠道设计流量的推算 四 渠道设计流量推算 60 1 自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量 1 轮灌渠道设计流量的推算 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田间净流量 四 渠道设计流量推算 支渠的灌溉面积 万亩 设计灌水模数m3 s 万亩 组数 61 1 轮灌渠道设计流量的推算 四 渠道设计流量推算 62 2 自下而上推算各级渠道的设计流量 A 用经验公式估算输水损失的计算方法 1 计算农渠的净流量 2 推算各级渠道的设计流量 毛流量 四 渠道设计流量推算 田间水利用系数0 9 0 98 渠道净流量m3 s 最下游一个轮灌组灌水时渠道的平均工作长度km 每公里渠道损失水量与净流量比值 63 2 推算各级渠道的设计流量 毛流量 B 用经验系数估算输水损失 在大 中型灌区 为了简化计算 通常选择一条有代表性的典型支渠按上述方法推算支 斗 农渠的设计流量 计算支渠范围内的灌溉水利用系数 支水 以此作为扩大指标计算其余支渠的设计流量 四 渠道设计流量推算 64 2 续灌渠道设计流量的计算 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 由于渠道水利用系数的经验值是根据渠道全部长度的输水损失情况统计出来的 它反映出不同流量在不同渠段上运行时输水损失的综合情况 而不能代表某个具体渠段的水量损失情况 所以 在分段推算续灌渠道设计流量时 一般不用经验系数估算输水损失水量 而用经验公式估算 四 渠道设计流量推算 65 干渠流量推算图 2 续灌渠道设计流量的计算 四 渠道设计流量推算 66 选择轮灌制度 一般干 支渠为续灌 斗 农渠为轮灌 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 计算支渠的田间净流量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计算农渠的净流量计算各级渠道的设计流量 毛流量 2 续灌渠道设计流量的推算 四 渠道设计流量推算 67 作业 某灌区灌溉面积A 2 65万亩 灌区有一条干渠 长5 7km 下设三条支渠 各支渠的长度及灌溉面积见表3 1 全灌区土壤 水文条件和作物种植情况相似 第三支渠灌溉面积适中 可作为典型支渠 该支渠有四条斗渠 斗渠间距600m 长1400m 每条斗渠有八条农渠 农渠间距200m 长600m 干 支渠实行续灌 斗 农渠进行轮灌 渠道布置如图3 2 设计灌水模数q设 0 85m3 s 万亩 灌区土壤为轻质壤土 试计算干 支渠道的设计流量 68 表3 1 69 1 2 A B C 1 2 1 5km 2 4km 1 8km 图3 2 0 70 1 渠道最小流量的计算 以修正灌水率图上的最小灌水率值作为计算渠道最小流量的依据 目前有些灌区规定渠道最小流量以不低于渠道设计流量的40 为宜 也有的灌区规定渠道最低水位等于或大于70 的设计水位 五 渠道最小流量和加大流量的计算 71 2 渠道加大流量计算 渠道加大流量的计算是以设计流量为基础 给设计流量乘以 加大系数 轮灌渠道不考虑加大流量 在抽水灌区 干渠的加大流量按备用机组的抽水能力确定 五 渠道最小流量和加大流量的计算 72 为了设计渠道时计算方便 要求渠道设计流量具有适当的尾数 灌溉排水渠系设计规范 SDJ2l7 84对渠道流量进位作了规定 六 渠道流量进位规定 73 思考题 1 渠道系统设计时 选取的特征流量有几个 作用是什么 2 灌溉渠道水量损失包括什么 如何估算轮灌渠道设计流量 74 第四节灌溉渠道纵横断面设计 75 灌溉渠道断面设计的基本要求 有足够输水能力 有稳定的渠床具有足够的水位 衔接平顺渠道断面设计 横断面设计 确定渠道边坡 底宽 水深等纵断面设计 确定设计水位线 渠底线 堤顶高程线等 灌溉渠道的设计流量 最小流量和加大流量确定以后 就可据此设计渠道的纵横断面 76 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 为叙述方便 把纵 横断面设计方法分别予以介绍 一 渠道纵横断面设计原理 77 因在渠首进水口和第一个分水口之间水流平顺 比降相同 渠道水深 过水断面面积和平均流速沿程不变 所以近似的认为水流状态为明渠均匀流 灌溉渠道按明渠均匀流公式设计 明渠均匀流的基本公式 V 渠道平均流速 m s C 谢才系数 m0 5 si 渠底比降 R 水力半径 m A X 谢才系数用曼宁公式计算 n 渠床糙率系数 渠道设计流量 m3 s 渠道过水断面面积 m3 78 原理 设计渠道时要求工程量小 投资少 即在设计流量Q 比降i 糙率系数n值相同的条件下应使过水断面面积最小 或在过水断面面积A 比降i 糙率系数n值同的条件下 使通过的流量Q最大 符合这些条件的断面称为水力最佳断面 天然土渠修成半圆形是很困难的 也是不稳定的 只能修成接近半圆的梯形断面 二 梯形渠道横断面设计方法 79 一 渠道设计的依据 渠道断面设计水力要素 依据除输水流量外 还有渠底比降 渠床糙率 渠道边坡系数 渠道底宽和设计水深等 80 1 渠底比降 单位渠长的渠底降落值 比降选择是否合理关系到工程造价和控制面积 应根据渠道沿线的地面坡度 下级渠道进水口的水位要求 渠床土质 水源含沙情况 渠道设计流量大小等因素 参考当地灌区管理运用经验 选择适宜的渠底比降 为了减少工程量 应尽可能选用和地面坡度相近的渠底比降 在设计工作中 可参考地面坡度和下级渠道的水位要求先初选一个比降 计算渠道的过水断面尺寸 再按不冲流速 不淤流速进行校核 如不满足要求 再修改比降 重新计算 81 2 渠床糙率系数 n 如果n值选得太大 设计的渠道断面就偏大 不仅增加了工程量 而且会因实际水位低于设计水位而影响下级渠道的进水 如果n值取得太小 设计的渠道断面就偏小 输水能力不足 影响灌溉用水 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 82 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 83 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 1 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