农田水利学5-(1)灌溉渠道规划.ppt

第五章灌溉渠道系统规划设计 一 第一节 灌区总体规划概述 灌区组成 1水源2输 配水系统3排水系统4灌排建筑物5承泄区 灌排系统 一 灌区总体规划的原则根据灌区农业生产的特点 布局和发展要求以及灌溉水源的可供水量进行灌溉工程的总体规划 1 力求单位水量达到最大效益 2 兼顾防洪 除涝 排渍 水电 航运和工业 城市供水等各方面的要求 切实做到旱 涝 碱综合治理 3 区域水土资源平衡和效益分析的基础上 选定适宜的灌溉工程方案 4 灌区水资源的开发利用应在符合全流域水利规划和保护生态环境原则的基础上 根据当地具体条件分别采取地表水 地下水并用 大 中 小并重 蓄 引 排相结合 渠 沟 井 塘 库联合运用以及其它合理的方式 充分利用当地水资源 包括回归水 提高水的利用率 5 全面安排 分期实施 统筹兼顾 综合开发 因地制宜 保证实效 二 灌区总体规划内容灌区总体布置应根据旱 涝 洪 渍 碱综合治理和水土资源合理利用的原则 对灌区水源工程 灌排渠系 灌排建筑物 承泄区 道路 林带 居民点 输电线路 通信线路 管理设施等进行合理布置 绘制灌区总体布置图 1 灌区防洪规划灌区防洪工程是灌区总体布置的重要组成部分 灌区应按照蓄泄兼筹和因地制宜的原则 选定防洪标准 做好防洪工程设计 并将防洪工程纳入灌区的总体布置 2 灌排渠系规划灌溉系统和排水系统的布置应协调一致 满足灌溉和排涝要求 有效地控制地下水位 防止土壤盐碱化或沼泽化 3 灌溉方式确定适宜的灌溉方式不仅可以保证田间灌水均匀 而且可以节约用水 有利于保持土壤结构和肥力 正确选用灌溉方式是进行合理灌溉 保证作物高产的重要环节 各种灌溉方式都有一定的适用范围 应区分不同的情况合理选定 4 灌区道路 林带与居民点的规划布置灌区道路的规划布置应尽量与灌排系统的布置相协调 与田间工程的规划布置相一致 灌区林带的规划布置 应充分利用渠 沟外坡 塘边 路旁的一切空地种植树木 绿化环境 但不应在渠 沟内坡上植树 灌区居民点的规划布置 应服从灌区总体规划要求 选择在地基坚实 地势较高 水源条件较好和交通方便的地点 居民点宜按原有的自然村进行改建 灌区的输电线路和通信线路选线布置应符合灌区总体布置的需要 三 水土资源平衡及环境影响与经济评价1 水土资源平衡 balanceofsoilandwaterresources 灌区水土资源平衡分析应根据水资源评价成果 土地利用结构 作物种植结构 灌溉制度 灌溉用水量 灌区内城乡和工矿企业用水量等进行综合分析和方案比较 择优选用 并以此确定灌排工程规模 井渠结合灌区引用地表水和开采地下水的比例 应符合水土资源平衡要求并满足地下水动态平衡和防治土壤盐碱化 沼泽化的要求 2 环境影响评价 environmentalevaluation 从环境角度论证灌排工程建设的可行性 并对可能产生的不利影响提出相应的对策及环境保护措施 3 经济评价 economicevaluation 灌排工程的经济评价应包括国民经济评价和财务评价 国民经济评价应在估算灌区工程投资费用和效益的基础上 提出经济评价指标计算成果 评价工程的合理性 财务评价应在估算财务投资 年运行费用和财务效益的基础上 提出财务评价指标计算成果 测算财务盈利能力和还贷能力 评价工程项目财务可行性 并根据国家的农业水费政策 进行水费核算 提出水费计收的管理办法 四 灌溉设计标准 irrigationdesigningcriteria 灌溉设计标准以灌溉设计保证率或抗旱天数进行设计 1 灌溉设计保证率 dependabilityofirrigationdesigning 灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充分满足的机率 一般用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率表示 即设水源供给灌溉用水的数量大于或等于灌区灌溉用水量的年份为m年 计算系列的总年数为n 灌溉保证率可用下列公式计算 一般灌溉工程是根据当地水文条件和作物种植状况拟定 作物的需水主要有两部分来源 一是降雨 二是灌溉 即 ET设 w引设 p雨设在一定的需水量情况下 灌溉引水与降雨是互为消长的 即降雨越多 引水就越少 在设计灌溉保证率一定的情况下 引水的多少就取决于降雨的多少 而降雨的多少是与设计降雨的频率有关 频率越高 对应的降雨量越小 需要引水就越多 在工程规模确定以后 设计引水能力就一定 此时的灌溉保证率就等于设计降雨频率 因此 设计灌溉保证率可按设计降雨频率确定 灌溉保证率与引水量 降雨频率的关系 保证率越高 需引用的水越多 工程量越大 灌溉设计保证率标准参考值 2 抗旱天数 daysofdroughtresistance 抗旱天数是中国灌溉工程设计标准的表达方式之一 它反映了灌溉工程的抗旱能力 抗旱天数是指农作物生长期间遇到连续干旱时 灌溉设施能确保用水要求的天数 这种灌溉工程设计标准适用于我国南方丘陵水稻区以当地水源为主的小型灌区 以抗旱天数为标准设计灌溉工程时 旱作物和单季稻灌区抗旱天数可为30 50d 双季稻灌区抗旱天数可为50 70d 抗旱天数有两种不同的统计方法 一是指连续无雨日数 有些省规定日雨量小于2mm或3mm为无雨日 有的省则以日降雨量小于5mm为无雨日 二是指连续无透雨日数 即两次透雨的间隔日数 第二节 水源与灌溉取水方式 灌溉取水方式 随水源类型 水位和水量的状况而定 利用地面径流灌溉 可以有各种不同的取水方式 如无坝引水 有坝引水 抽水取水 水库取水等 利用地下水灌溉 则需打井或修建其它集水工程 一 无坝引水 应用条件 河流流量 水位均满足灌区取水要求 即 Q1 30 Q0 H1 H0 Q1 H1分别为渠首取水流量和设计水位 Q0 H0分别为河流流量和水位 一 地表水取水方式 组成 进水闸 冲沙闸 导流堤 有坝引水枢纽主要由拦河坝 闸 进水闸 冲沙闸及防洪堤等建筑物组成 二 有坝 低坝 引水 都江堰工程示意图 三 抽水取水 四 水库取水 由于不同地区地质 地貌和水文地质条件不同 地下水开采利用的方式和取水建筑物的形式也不相同 根据不同的开采条件 大致可分为垂直取水建筑物 水平取水建筑物和双向取水建筑物三大类 二 地下水取水建筑物 一 垂直取水建筑物 1 管井 管井既可以开采承压水 也可以开采浅层水 井径多取200 300mm 也有300 500mm的管井 井深为50 200m 2 筒井 筒井多用于开采浅层水 其深度为6 50m 井经为1 2m 也有3 4m的井经 二 水平采水工程 2 截潜流工程 三 双向取水建筑物 辐射井 第三节 灌溉渠道系统的规划布置一 灌溉渠系的组成灌溉系统是从水源取水并将其输送 分配到田间的工程设施 一个完整的灌溉系统主要包括渠首取水建筑物 各级输水和配水渠道 渠系建筑物和田间渠系工程 本节主要介绍灌溉渠道的规划布置 排水工程在其它部分介绍 这里只是涉及到时讲一下 1 输 配水渠道系统渠系一般分干 支 斗 农四级固定渠道 灌区复杂时可加分为总干 分干 分支等 灌区较小时也可少于四级 干渠主要是起输水作用 支 斗渠主要分配给用户水量 起配水作用 农渠是最末一级固定渠道 2 田间工程农渠以下的毛渠 灌水沟 畦 分水口及量水设施等均属田间工程 主要发挥调节农田水分状况的作用 排水系统 田间道路 土地平整等也是田间工程 3 灌溉渠系建筑物分水闸 在上下级渠道之间 控制和调节向下级渠道配水 节制闸 建在渠道上 用于抬高上游水位作用 泄水闸 在重要渠段上游设置泄水闸 与节制闸配合使用 排出多余水量 渡槽 用于渠道穿越河沟 道路 或填方工程太大的地段 节制闸 分水闸 跌水 陡坡 当渠道坡度较大时 为防止冲刷 把渠道分成两段设计 中间的衔接建筑物为陡坡或跌水 跌差较小时用跌水 较大时用陡坡 倒虹吸 渠道通过道路或河沟 渠底低于路面 用压力管道代替渠道即为倒虹吸 涵洞 渠道通过道路 流量小 水位低于路面 用管道代替渠道穿越道路 桥梁 渠道与道路交叉 水面低于道路 流量较大时采用桥梁交叉 无压力管道 有压力管道 巴谢尔槽 量水堰 量水建筑物 二 灌溉渠道规划布置原则根据地形 地质 水源及原有设施 遵循以下原则 1 充分利用水土资源 扩大灌溉面积 自流灌溉 2 由土地利用规划和农业区划紧密结合 适当照顾行政区划 可将灌区划分若干分区 并分区规划 与公路 机耕道 林带等统一规划 全面安排 3 与灌区排水沟布置结合 统一布局 灌排分开 各成系统 互不干扰 渠系布置不切断排水出路 尽量不打乱原有天然排水系统 平原区渠道布置往往要服从排水沟的布置 4 尽量使总的工程量和工程费用最小 为此 要对骨干渠道和规模较大的渠系建筑物进行必要的方案比较 从中选优 5 确保渠道安全可靠 尽量选择地质条件好地方布线 在山区 渠道尽量不沿河溪修建 以免洪冲毁 在骨干渠道上修建必要的泄洪闸 防止渠道发生溢流造成渠道毁坏 6 干 支渠道的布置应注意发挥原有的水利设施的作用 山区可以建立蓄 引 提结合的水利系统 干旱 半干旱平原区可发展井渠结合灌溉系统 7 要考虑综合利用 尽量满足其它国民经济部门的要求 航运 居民供水 发电等 三 干 支渠的规划布置 灌排系统的典型布置形式按照地形条件 灌区大致可分为三种类型 山区 丘陵区型灌区平原型灌区圩垸型 滩地 三角洲 灌区 1 山区 丘陵区型灌区特点 地形复杂 岗冲交错 起伏剧烈 坡度较陡 耕地多为坡地或梯田 分布分散 高程较高 须从上游长距离引水灌溉 渠道弯曲 渠线较长 比降平缓 挖填方多 受地形影响大 工程量大 稳定性差 渗漏严重 多与山塘相连 形成长藤结瓜式的水利系统 遵循原则 高水高用低水低用典型模式 长藤结瓜 1 沿等高线布置干渠沿灌区上部的边缘布置 支渠从干渠的一侧引出 为单向控制 这种布置形式的地形条件 一般位于分水岭和山溪或河流之间 呈狭长形 地面等高线大致与河流方向平行 灌区内的山溪 河流常用作排水干 支沟道 平行等高线布置 2 沿分水岭布置干渠沿灌区内的主要地面岗脊线布置 走向大致与等高线垂直 干渠比降视地面坡度而定 支渠从干渠两侧分出 为双向控制 沿分水岭布置 2 平原型灌区特点 多位于河流的中 下游 地形平坦开阔 有大片的耕地 但因地理条件和洪 涝 旱 渍 碱等不同而有不同的灌排布置形式 1 山前平原型 山麓平原 靠近山麓 地势较高 排水较好 渍涝威胁小 干旱突出 地面水源较好时尽量发展地面灌溉 地下水源较好时 也可发展井灌 实行井渠结合 在地下水源有保障 不需要沟渠蓄水时 可进行灌 排分开的自流灌排 模式 井渠结合自流灌排 平行等高线布置 2 冲积平原型 地面坡度平缓 地下水位较高 涝碱威胁较大 如华北 淮北平原 在水源条件好地地区 采用灌排分开布置 为防止盐碱化 利用排水沟降低地下水位 在水源较差地区 可利用渠道进行蓄水备用 并利用好潜层地下水 发展井渠结合灌溉系统 也可适当引用外来水 模式 深沟蓄排井渠结合 垂直等高线布置 3 圩垸型 滩地 三角洲 灌区分布在沿江沿湖滩地和三角洲地区 地势平坦低洼 多河湖港汊 水网密集 有时汛期外河水位高于两岸农田 无法自流外排 存在外洪内涝威胁 影响作物生长 降雨不均也存在干旱 因防止外江内流 多建有圩堤 形成圩垸 除涝和控制地下水位是主要问题 实行内外水分开 高低水分排 以排为主 兼顾灌溉 排灌分家 各成系统 在北方地区 要结合蓄水 可采用排 灌 蓄相结合的深沟河网系统 在南方地区 采用机排机灌方式 控制地下水位 沿圩堤布置 圩垸地势平整 便于沟渠布置 可考虑机耕和园田化要求 便于管理 典型模式 形成圩垸高水高排低水低排灌排分开 四 斗 农渠的规划布置1 布置要求1 适应农业生产和机械化要求 2 便于配水和灌水 3 有利于灌水和耕作的配合 4 土地平整工程量少 2 斗渠 斗渠长度和控制面积随地形变化很大 山丘区斗渠长度较短 控制面积较小 平原区斗渠较长 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200 350hm2 斗渠的间距主要根据机耕要求确定 和农渠的长度相适应 3 农渠 农渠一般垂直斗渠布置 农渠长度根据机耕要求确定 在平原地区通常为500 1000m 间距为200 400m 丘陵地区长度和控制面积小一些 有地下水控制要求的地区 按农沟的间距要求而定 4 灌溉渠系与排水沟道的配合布置形式主要有三种 灌排相邻布置 灌渠和排水沟相邻平行布置 适合地形有单一坡向 灌排方向一致地区 渠道向一侧灌水 排水沟也只能接纳一边的径流 上灌下排 互相配合 支渠 斗渠 A A 坡形地貌 灌排相间布置 灌渠向两侧灌水 排水沟承接两侧排水 适合于地形平坦 且有一定波浪但起伏不大的地形 渠系布置在高处 排水沟布置在低处 即将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 波浪形地貌 支渠 斗渠 农渠 农沟 斗沟 斗渠 A 灌排结合布置 只有在地势较高 地面有相当坡度的地区或平原区地下水位较低的地区才适用 灌溉和控制地下水不矛盾 可节约占地和工程量 五 渠线规划步骤当灌排渠系布置方案确定之后 就要进行渠道线路选定 一般分为四个步骤 1初步查勘 2复勘 3初测和纸上定线 4定线测量和技术设计 1 初步查勘 一般在1 10000 1 100000的地形图上进行 按渠系布置原则 做出大体布置 并邀请几位熟悉地形的老乡共同确定几条比较线 然后对渠系经过地带进行初步查勘 初步查勘要求用简单仪器测出干渠线路上若干控制点 如渠首 山垭 跨河点 的相对位置和高程 大致确定支渠分水点的位置和渠线方向 调查支渠的控制范围 收益田亩 种植比例 记录沿线土质特征 估计难工和大型建筑物的位置 类型 尺寸 调查灌区社会经济状况 发展前景 人口 交通 建筑物等 从初勘中选1 2条线路进行复勘 2 复勘 复勘包括干渠线路的复勘和主要支渠线路的复勘 在比降很小的渠道上要用视距测量和水准测量把各控制点的相对位置和高程测出来 比较线路间的效益和工程大小 难易程度有无差别 一般经过复勘就能决定取舍 各支渠的初勘 可以只查勘于干渠较难相接的一段 其它留待测量支渠时再查勘 通过干渠线路复勘 渠系布置方案大致可以定下来 可进行初测 3 初测和纸上定线 1 初测 对复堪所定渠线 在其两侧100 200m的狭长地带要进行初测 初测尽量使导线接近将来准备采用的渠道中线 同时还把沿线的土壤地质 下一级渠道的分水口和渠系建筑物的位置 当地建材 交通的情况收集起来 并提出渠系建筑物类型和主要尺寸意见 以上资料均编写在初测报告中 2 纸上定线 根据初测提供的资料结合地形图定出渠道中心线的平面位置和纵断面 步骤为 1 计算渠首到灌区干渠平均纵坡 以便确定各区段的比降及灌区控制范围 2 根据流量大小和渠床的土质条件 大致确定各渠段的纵坡 3 设计各渠段标准断面 4 确定各渠段弯道的最小曲率半径 5 预计渠系建筑物的水头损失 初定干渠纵断面 根据以上数据 在地形图上定出渠道中心线位置 方法有二 1 地势平缓地区 可使渠道水面高出地面 形成半挖半填渠道 并使挖填方大体相当 一般可将渠道中心线定在高程等于 渠道设计水位高程 1 3设计水深 处 半挖半填 减少工程能量 2 在横坡较大的山丘区 为确保渠道稳定 一般取渠道的设计水位高程作为纸上定线的渠道中心线处的地面高程 以上办法当然要灵活应用 不能过于拘泥 确定中心线后 即可进行各渠段的纵断面和横断面设计 初步确定各建筑物的类型和主要尺寸 计算工程量 进行工程概算 编写勘测报告 形成挖方渠道 水位于地面平 保持渠道稳定 4 定线测量和技术设计 1 定线测量 在实地上测设渠道中心线 并且按中心线各桩号测绘纵横断面图 测量中要对沿线的地质情况进行勘探和对溪沟作必要的洪水调查 地质勘探要查明沿渠土壤及地质条件 土石分界线 塌方和漏水可能产生地段 为渠道开挖及渠系建筑物设计提供地质资料 洪水调查主要为溪流的洪水计算提供资料 以确定泄洪建筑物尺寸 2 渠系及建筑物技术设计 以上只是一般工作程序 可根据具体情况进行删减 田间灌溉渠系指末级固定渠道 农渠 及其所包围的田块内部的毛渠 输水沟 毛沟等灌溉渠系而言 田间工程包括田块 田间渠系 路 林等工程 它是以彻底改变农业生产年条件 建立旱涝保收 高产稳产农田 适应现代农业需要为目标 各地自然条件差异很大 田间渠系的组成和布置也不同 要因地制宜 要使经济效益 社会效益 生态效益全面实现 第四节 田间工程规划布置 一 田间工程规划原则1 有完善的田间灌排系统 灌排配套 运用自如 消灭串灌串排 能控制地下水位 防止土壤过湿和产生次生盐渍化现象 达到保水 保土 保肥 2 田面平整 灌水时土壤湿润均匀 排水时田面不留积水 3 田块的形状和大小要适合农业现代化需要 有利于机械作业和提高土地利用率 4 田间规划是农田基本建设的重要内容 要在农业发展规划和水利规划的基础上进行 5 着眼长远 立足当前 既充分考虑农业现代化的发展要求 又满足当前农业生产的实际需要 全面规划 分期实施 当年见效 6 要以改土为中心 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 7 因地制宜 讲求实效 要有科学的态度 注重调查研究 走群总路线 二 条田规划 stripfieldplanning 末级固定灌溉渠道 农渠 和末级固定沟道 农沟 之间的田块叫做条田或方田 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 各地区因自然条件差异 田间灌溉区系的组成和规划布置也有很大差异 要因地制宜地进行 1 条田规划的基本要求a 排水要求 平原区降雨强度超过入渗强度时就产生地面积水 积水深度和时间超过作物允许标准就影响作物生长 影响产量 地下水位过高可产生渍害 也可能形成盐碱化 这些都需要排水 一般是通过排水沟来排水 对排水沟有间距和深度的要求 农沟为末级固定排水沟 间距一般为100 200m b 机耕要求 机耕不仅要求田块方正 还要求田块有一定的长度 太短 机械开行的长度太小 转弯次数多 生产效率低 机械磨损大 消耗燃料多 太长 控制面积过大 不仅增加了平整土地的工作量 而且由于灌溉时间长 灌水和中耕不能紧密结合 土壤蒸发大 深层渗漏多 易造成盐碱 据测定 长度小于300 400m时 效率明显下降 大于800 1200m时 效率提高不明显 因此 长度以400 800m较好 c 田间用水管理要求 旱作区 为了灌水后能及时中耕松土 减少蒸发 防止渗漏 一般一块条天能在1 2天内灌完水较好 其相应长度不超过500 600m 综上所述 田块一般宽为100 200m 长为400 800m较合适 旱地和水田有所不同 平原旱区田块大小参考表 稻田 根据南方各省经验 丘陵区格田一般为1 3亩 宽20 30m 长60 80m 平原区格田一般为2 5亩 宽25m 长100m 上下格田高差不宜过大 否则不便耕作 山丘区要适合地形要求 长边一般平行等高线 格田要有单独的进出水口 消灭串灌串排 2 田间渠系布置田间渠系一般包括灌溉毛渠 输水沟和灌水沟 畦等 在水田区还包括格田和田埂等 根据地形条件 一般有两种基本形式 a 纵向布置毛渠布置与灌水沟 畦的方向一致 灌溉水从毛渠流经输水沟 然后再进入灌水沟 畦 加了一级输水沟 成为 农毛输水沟灌水畦 b 横向布置灌水方向和农渠平行 毛渠布置和灌水沟 畦方向垂直 灌溉水从毛渠直接流人灌水沟畦 农毛灌水畦 3 土地平整在实施地面灌溉的地区 为了保证灌溉质量 必须进行土地平整 以条田或格田为平整单元 通过平整土地 削高填低 连片成方 除改善灌排条件之外 还可以改良土壤 扩大耕地面积 适应机械耕作的需要 平整土地是治水 改土 建设高产稳产田的一项重要措施 土地平整要求 1 田面平整 符合灌水要求 2 精心设计 合理分配土方 就近挖 填平衡 运输路线没有交叉 工程量最小 3 注意保持土壤肥力 要先一走地表熟土 完成挖填方后进行回填熟土 4 改良土壤 扩大耕地 4 井渠结合的田间灌溉网井渠结合是指渠水和井水联合运用的一种灌溉方式 其优点是可以充分利用水资源 提高灌溉用水保证率 适时灌溉 并且有利于灌区调控地下水位 防止盐碱化 20世纪70年代在我国北方就有了很大发展 是充分利用地面水 合理利用地下水以及调控地下水资源的有效方式 1 井渠结合规划原则a 合理开采地下水 在正确评价地下水可开采资源的基础上 进行合理的井灌规划 确定井渠结合面积 b 做到地面水与地下水资源统一调配 总的原则应是充分利用地面水 合理开采地下水 c 地下水开采要坚持浅 中 深结合 合理布局 分层取水 优先开发浅层水 d 保护地下水资源 随时观测地下水动态 对地下水的利用和回补措施要同时考虑 做到采补结合 以维持地下水量的动态平衡 e 井渠结合灌区 井灌与渠灌应结合为一套系统 井水入渠后应统一调配 集中使用 总之 地下水资源条件好时以井灌为主 反之 以渠灌为主 做到分区分片 因地制宜 渠井结合 2 井渠结合灌溉网布置形式a 以渠为主 以井补渠 井网的规划布置 应以地面田间固定灌溉渠道 斗 农渠 为骨架 井网走向应与潜水流向垂直或斜交 沿渠道布置 采用梅花形或方格形布井 井位要靠近沟 渠 路 林布置 设在田边地角 便于机耕 便于管理 少占耕地 为方便输水 井位选在较高处 便于控制灌溉 b 以井为主 以渠补井 以地面水补充地下水之不足 这类灌区 根据地形条件