马清河灌区灌溉系统的规划设计(课程设计)

1、湖南农业大学工学院课程设计说明书课程名称：灌溉排水工程学题目名称：马清河灌区灌溉系统的规划设计班级： 20级 水利水电专业班姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：20年月日马清河灌区灌溉系统的规划设计1. 基本资料1.1 灌区基本情况灌区位于界荣山以南，马清河以北，(20m 等高线以下的 ) 总面积约 12 万亩。气候温和。无霜期长，适宜于农作物生长。年平均气温16.5 ，多年平均蒸发量 1065mm，多年平均降水量 1112mm。灌区人口总数约 8 万，劳动力 1.9 万。申溪以西属兴隆乡，以东属大胜乡。根据农业规划，界荣山上以林、牧、副业为主， 20m等高线以下则以大田作

2、物为主，种植稻，麦，棉，豆等作物。灌区上游土质属中壤， 下游龙尾河一带属轻壤土。 地下水埋深一般为 4 5m, 土壤及地下水的 pH值属中性，无盐碱化威胁。界荣山、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表 5 6m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪均有岩石露头，马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表。吴家沟等沟溪纵坡较大， 下切较深，一般为 7 8m，上游宽 5060m，下游宽 7090m，遇暴雨时易发洪水，近年来已在各沟，溪上游修多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。Q 灌区为马清河流域规划的组成部分，根据规划要求，已在兴隆峪上游20km 处 (图外 )建大型水库一座，坝顶高程林50.2

3、m，正常水位43.0m，兴利库容1.2 108 m3，总库容2.38 3 10 m 。Q 灌区拟在该水库下游 A-A 断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行灌溉。A-A 断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5 m，下为基岩，河道比降 1/100，河底宽 82m，河面宽 120m，水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完全满足灌区用水要求。1.2 气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年(相当于 1972 年)4 11 月水面蒸发量(80cm 口径蒸发皿 )及降水量见表1-1 及表 1-2。表 1-1设计年蒸发量统计月份45678910112蒸发量(mm)97.511

4、8143.7174.9196.5144.7101.175.6表 1-2设计年降水量统计月份日4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.349255.31.210.864.87.9-2.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.920137.52.31412.11.91.915101664.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.620.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2261.5271.1281.53.729307.7313.6月计72

5、.9212.178.339.82537.3103.531.3 种植计划及灌溉经验灌区以种植水稻为主，兼有少量旱作物，各种作物种植比例见表1-3。表 1-3 作物种植比例作物早稻中稻双季晚稻棉花种植比例(%)50305020根据该地区灌溉试验站观测资料，设计年(1972) 早稻及棉花的基本观测数据如表1-4 及表 1-5 所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表1-6。表 1-4 早稻试验基本数据生育复苗分孽前分孽后孕穗抽穗乳熟黄熟全生阶段育期起止25/4-4/5/5-14/515/5-1/2/6-16 17/6-31/7-1112/7-2 25/4-日期56/60/6/70/720/7( 日/月

6、)天数101018151411987模比系数7818252l138100(% )田间允许水层10-30-510-40-820-50-20-5020-50 10-40-湿润深0080-100-9050( mm)渗透强度1.31.31.31.31.31.31.3( mm4/d )附注全生育期需水系数=1.0。表 1-5 棉花试验基本数据表幼苗生育阶段期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期21/4-16/17/6-2821/4-6/1起止日期 ( 日/ 月)6/729/7-26/827/8-6/111模比系数 (%下水补给量占作物需水量的 (%)102022250.4-计划湿润层

7、深 (m)0.50.5-0.60.6-0.70.7注：计划产量 120Kg；需水量系数 K=2.67m3 Kg；土壤孔隙率 48%（占土体的百分数）；土壤适宜含水率上限为70%（占空隙体积的百分数），下限为35%（占空隙 %）；田间最大持水率为 70%（占空隙 %）；播种时，计划层土壤储水量为 72 m3亩；播前灌之前土壤计划润湿层（ 0.4m）内的平均含水率 0=40%（占空隙体积的百分数）。增加的计划润湿层的平均含水率可按50%（占空隙体积的百分数）计。表 1-6 中稻、双季晚稻设计年丰产灌溉制度中稻双季晚稻灌水定灌水定灌水时额灌水时额灌水次间( m3/ 公灌水次间( m3/ 公序(日/月

8、)顷)序(日/月)顷)7月1917月 5日501日505月 267月272日252日1534月 6日2531月 8日2510月 64日2547月 8日2056月 2030512月 8255日日8月2362月 7日306日308月2778月 7日307日3087月 143088月3130日日7月 229日3096月 9日307月 2912月 910日2510日3010月 89月1911日3011日309月3012日20灌溉定额 320(m3/ 公顷 )灌溉定额 335(m3/ 公顷 )2. 早稻及棉花的灌溉制度计算2.1 早稻的灌溉制度计算早稻田间逐日耗水量计算日蒸发量 =总蒸发量 天数阶段水面

9、蒸发量 =相应的日蒸发量 相应的天数由于1.0 则 ETE0E0阶段需水量 =阶段水面总蒸发量 模比系数阶段渗透量 =渗透强度 天数阶段耗水量 =阶段渗透量 阶段需水量逐日耗水量 =阶段耗水量 天数田间逐日耗水量计算月份4567天数303130316蒸发量 mm97.5118143.7174.9日蒸发量 mm3.253.814.795.64生育期复苗分蘖前分蘖后孕穗起止月日25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/6天数10101815阶段水面蒸发量 （mm）35.2838.0669.571.85阶段需水系数 a1111模比系数（ %）781825阶段需水量（ mm）27.

10、5831.5270.9398.51渗透强度 (mm/d)1.31.31.31.3阶段渗漏量（ mm）131323.419.5作物日需水量（ mm/d）2.763.153.946.57田间逐日耗水量 （mm）4.14.55.27.9田间逐日耗水量计算月份891011天数31303130蒸发量 mm196.5144.7101.175.6日蒸发量 mm6.344.823.262.52生育期抽穗乳熟黄熟全生育期起止月日17/6-30/6 1/7-11/712/7-20/725/4-20/7天数1411987阶段水面蒸发量 （mm）67.0662.0650.78214.7阶段需水系数 a1111模比系数

11、（ %）21138100阶段需水量（ mm）82.7551.2331.52228.54渗透强度 (mm/d)1.31.31.3阶段渗漏量（ mm）18.214.311.7作物日需水量（ mm/d）5.914.663.5田间逐日耗水量 （mm）7.264.87早稻灌水制度设计当淹灌水层减去逐日耗水量， 加上逐日降雨量后若小于最小田间允许最小水层深度则设计灌水，当大于最大田间允许水层深度则设计排水。水量平衡方程：W tW0=WrP0K M ET。已知泡田日期为4 月 13 日至 4 月 24 日，泡田定额为m703/亩，S1 86mm。me1t197.512 =3930M 10.667(h 0S1

12、e1t1 - P1 )0.667(h08639 - 30.5)h0M 1863930.510.4mm0.667即得初始淹灌水层为 10.4mm.早稻生育期灌溉制度计算列如下表。表 2-2 早稻生育期灌溉制度计算表早稻灌溉制度初步计算逐日淹灌水生育设计淹灌逐日耗降雨层变化灌水排水日期期水层水量量mm量量月日42410254.135.930264.131.84274.127.7284.11.525.1294.121304.116.914.112.8524.18.73复苗10-30-504.13.48844.1925045.954.51.246.764.57.950.174.528.574.184.

13、569.694.565.1104.560.6114.52.558.6124.56.460.513分蘖4.55614前10-40-804.551.5155.246.3165.2647.1175.224.566.4185.261.2195.256205.250.8215.245.6225.210.651235.210.756.5245.251.3255.246.1265.240.9275.21.136.8285.23.735.3295.230.1305.224.931分蘖5.219.761后20-50-905.217.431.9927.91.925.937.9584047.950.157.942.

14、267.934.377.926.487.958.54097.950.6107.942.7117.934.8127.966.940137.959147.91.953157.945.116孕穗20-50-1007.937.2177.230187.222.8197.255.640207.248.4217.241.2227.249.283.2237.276247.235.49014.2257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297.255.530抽穗20-50-907.248.3101642.32636.33630.34624.35618.36612.37646.

15、3408640.39634.310628.3711乳熟10-40-50622.31213141510164.117181920黄熟湿润464.930723060.1校核 ： hPdmWC10307.3464.923060.122.3与 7 月 11 日淹灌水层相符，计算无误。由上表可得早稻生育期设计灌溉制度，如下表。表 2-3 早稻生育期灌溉制度表早稻灌溉制度灌水次序灌水时间（月 / 日）灌水定额（ m3/亩）111( 泡田)4.147024.253036.34046.84056.124066.194077.740灌水定额3002.2 棉花的灌溉制度计算棉花净耗水量水量的计算全生育期的需水量

16、ET KY 2.67120320.4即其各生育阶段的需水量为ETikiET各生育阶段地下水补给量为K iiETi由于计划湿润层增加而增加的水量WTi667( H 2H 1 )n净耗水量 = ETi - WTi - Ki整理数据得下表表 2-4 早棉花净耗水量计算表开花结铃全生育生育阶段幼苗期现蕾期期吐紊期期模比系数（%段需水量57.6796.1276.89689.712320.4地下水补给量占作物需水量（ %）10202225地下水补给5.7719.2216.9222.4312量WT0161616净耗水量51.9060.8943.9751.28有效降雨量计算降雨入渗量

17、处理： 有效降雨为 P0P 。当旬内有接连两天或两天以上的降雨时，看做一次降雨，将其累加，如不是则就为一次降雨。当一次降雨小于5mm时，为 0；当一次降雨在 550mm时，取为 1.0；当一次降雨大于50mm时，取为0.8。由此可得入渗的有效降雨量如下表。表 2-6 有效降雨量计算表有效降雨量生育阶段起止日期PP0月（日）mmm3/ 亩4.21-4.305.35.35.1-5.10133106.4幼苗5.11-5.205342.45.21-5.3121.321.36.1-6.1019.319.36.11-6.16006.17-6.20006.21-6.3055.655.6现蕾7.1-7.100

18、07.11-7.2014.114.17.21-7.2814.414.47.29-7.3111.311.3开花结铃8.1-8.1010.810.88.11-8.2014.214.2138.21-8.26008.27-8.31009.1-9.107.37.39.11-9.20009.21-9.3022.122.1吐絮10.1-10.1048.348.310.11-10.2044.344.310.21-10.316.26.211.1-11.600最大、最小蓄水量计算最初土壤计划湿润层内的蓄水量为W072 3/ 亩 ，根据水量平衡方程：mWtW0WrP0KMET 可依次推出棉花各生育期内土壤计划湿润层

19、内的蓄水量，当所得 Wt 小于或接近该生育期内的最小蓄水量Wmin 时，则需进行灌水；当大于最大蓄水量 Wmax 时，则需排水。其中计划湿润层的最大、最小蓄水量：根据数据列出下表Wmax667nHi maxWmin667nH i min表 2-7棉花最大、最小蓄水量计算表开花结铃生育阶段幼苗期现蕾期期吐紊期Wmin44.8256.0367.2378.44Wmax89.64112.06134.47156.88播前灌水定额 M 1 667Hn( max0 ) 667 0.4 0.48 (70 004000)38.42m3 / 亩由此得灌水率计算表如下：表 2-8 灌水率计算表14灌水率计算表生逐旬

20、逐旬天日期育设计储耗水入渗灌水数期水量净耗水量量量实际储水量量4.24.21-4.301051.99.275.1-5.1010幼51.99.275.11-5.201051.99.27苗5.21-5.311044.8251.99.27期6.1-6.101051.99.276.11-6.16689.6451.95.566.17-6.20460.895.666.21-6.3010现60.8914.167.1-7.1010蕾56.0460.8914.167.11-7.2011期60.8915.587.21-7.288112.0660.8911.337.29-7.313开43.974.558.1-8.1

21、010花43.9715.168.11-8.2010结67.2343.9715.168.21-8.266铃期 134.4743.979.108.27-8.31551.283.619.1-9.101051.287.229.11-9.2010吐51.287.229.21-9.301051.287.22絮10.1-10.101051.287.22期10.11-10.201078.4451.287.2210.21-10.311051.287.2211.1-11.66156.8851.284.335.3106.442.421.319.30055.6014.114.411.310.814.2007.3022

22、.148.344.36.207288.032089.6489.6489.6489.6484.0878.42112.0697.9096.4299.49106.25101.88100.9291.82118.2130118.29111.07125.95156.88156.88155.86151.5215所以可得棉花灌溉制度为表 2-9棉花生育期灌溉制度表棉花生育期灌溉制度表生育阶段灌水次数灌水定额灌水时间播前灌138.424.15幼苗期2205.21吐紊期3308.27总计88.423. 灌水率计算各次灌水的灌水率为 qimi 计算过程见下表。8.64Ti表 3-1 灌水率计算表灌水率计算表作物所占

23、灌水灌水定额灌水时间灌水延续灌水率 m3/(s*作物面积 (%)次数(m3/ 亩）始终中间日时间（ d）万亩 )501 （泡704.13-4.244.18120.34田）502304.25-4.274.2630.58503406.1-6.66.350.46早稻504406.8-6.116.140.58505406.14-6.176.1540.58506406.19-6.236.2150.46507407.5-7.87.640.58301 （泡505.7-5.175.13110.16中稻田）302255.26-5.295.2740.2216303256.4-6.86.650.17304256.1

24、0-6.126.1130.29305306.20-6.246.2250.21306307.2-7.47.330.35307307.8-7.117.140.26308307.14-7.187.1650.21309307.22-7.267.2450.213010257.29-7.317.330.293011208.10-8.138.1240.17501 （泡507.16-7.267.22110.26田）502157.27-7.297.2830.29503258.1-8.48.240.36504208.7-8.108.840.29505258.12-8.168.1450.29双季晚稻506308.2

25、3-8.258.2430.58507308.27-8.308.2840.43508308.31-9.49.250.35509309.6-9.89.730.585010309.12-9.149.1330.585011309.19-9.239.2150.355012309.30-10.310.240.4320138.424.15-4.244.15100.09棉花202205.20-5.265.2350.09203308.25-8.308.2750.14将所得灌水率绘在方格纸上得初步灌水率图及修正后灌水率图3取修正后的灌水率q 为 0.39 m /(s* 万亩 ).174. 灌溉渠系规划布置本灌区灌

26、溉渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。由于考虑到灌区面积足够大，故整个灌区由四条支渠控制。一支布置在整个灌区的西面，与等高线成一定的角度。二支布置在吴家沟和申溪之间，三支布置在申溪， 四支布置在龙尾山左侧。第四支渠灌溉面积适中，地势平坦可作为典型支渠，该支渠有6 条斗渠，斗渠长 2.67km，取第三斗渠为典型斗渠。 每条斗渠有 8 条农渠，长 0.63km, 间距0.33km，可取三斗五农为典型农渠。本灌区采用明沟排水， 分别在吴沟和吴家沟之间及刘家湾和申溪之间的洪沟布置排水沟。另外，在每个条田中均设置排水沟，防止因排水不畅，引起地下水抬升，使土壤发生次生盐碱化。5渠道设计流量计算5.1 确定

27、工作制度干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组） 。5.2 典型支渠设计流量计算灌区总面积约为12 万亩，各支渠的长度及灌溉面积列入下表。表 5-1 支渠长度及灌溉面积渠别一支二支三支四支合计长度4.774.834.575.920.07（ km）灌溉面积2.722.82.653.7812（万亩）典型支渠（四支渠）及其所属斗、农渠的设计流量计算农渠的设计流量四支渠的田间净流量为 Q支田净A4支q设3.78 0.39 1.47m3 / s4因斗、农渠分两组轮灌， 同时工作的斗渠有3 条，同时工作的农渠有4 条，所以，18农渠的田间净流量为：Q支田净1.470.1225m3 / sQ农田净nk3 4取田间

28、水利用系数 f0.95 ，农渠的净流量 Q农净0.12250.129 m3 / sQ农田净f0.95灌区土壤属轻沙土壤，查表得相应的土壤透水性参数：A 2.65m 0.45因此农渠每公里输水损失系数为：A2.656.43农Q农m净0.1290.45取农渠的计算长度为： L农 0.67 / 20.335km农渠的设计流量为：QQ（1L/ 100）0.129 （16.430.335 /100） 0.132m3 / s农毛农净农农计算斗渠的设计流量因一条斗渠内同时工作的农渠有4 条，所以，斗渠的净流量等于4 条农渠的毛流量之和：Q斗净4Q斗毛40.1320.528m3 / s农渠分 2 组轮灌，各组

29、要求斗渠供给的净流量相等。但是，第 2 轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此，以第2 轮灌灌水时时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度L斗 （1.67 2.002.34 2.67）/ 42.17km。斗渠每公里输水损失系数为：A2.653.53斗Q斗净m0.5280 .45斗渠的设计流量为：Q斗毛 Q斗净（1斗 L 斗 /100）0.528 （13.53 2.17 / 100） 0.568m3 / s。C.计算四支渠的设计流量斗渠分两组轮灌，支渠的工作长度取：L支4.72km 。支渠的净流量为： Q4支净 30.5681.70m3 / s支渠每

30、公里输水损失系数为4支A2.652.091.700.45Q4m支净19支渠的设计流量为QQ（1L/100） 1.70(12.094.72 / 100)1.87m 3 / s4 支毛4支净4支4支计算四支渠的灌溉水利用系数4支水Q4支田净1.470.786Q4支毛1.87计算一、二、三支渠的设计流量A计算一、二、三支渠的田间净流量Q1支田净2.770.391.08m3 / sQ2支田净2.800.391.09m3 / sQ支田净2.650.391.03m3 / s3B计算一、二、三支渠的设计流量以典型支渠（四支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。QQ1支田净1.083支

31、毛1.37m / s10.7864支水QQ2支田净1.093支毛1.39m / s20.7864支水Q3支田净1.031.31m3/ sQ3支毛0.7864支水推求干渠各段的设计流量A CD 段的设计流量QCD 净Q4 支毛1.87m3 / s2.65CD1.870.452.00QQ（1L/100） 1.87(12.003.17 /100)1.99m3 / sCD毛CD净CDCDBBC 段的设计流量20QBC 净QCD 毛Q 3支毛1.991.313.30m 3 / s2.65BC3.300.451.553QBC 毛Q BC净（1BC L BC / 100） 3.30 （11.552.01/

32、100） 3.40m / sC. AB 段的设计流量Q AB净Q BC毛Q2支毛3.401.394.79m 3 / s2.65AB4.790.451.273Q AB毛Q AB净（1AB L AB /100） 4.79 （11.314.03 / 100） 5.04m / sD OA 段的设计流量QOA净Q AB毛Q1支毛5.041.376.41m3 / s2.65OA6.410.451.15QOA毛QOA净（1OA L OA /100） 6.41 （11.153.2 /100） 6.65m3 / s渠道最小流量和加大流量的计算为保证对下级渠道正常供水， 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 00 为宜， 在此取 Q最小50 00Q设，而加大流量为 QJJQ设 （当 Q1，取J 1.5；当1Q 5时，取 J1.3；当5Q10，取 J1.25 ）。根据各渠道的设计流量求得最小流量和加大流量见下表。表 6-1 各渠道流量设计表干渠支渠OAABBCCD1234斗渠农渠设计流量6.415.043.41.991.371.391.311.870.5680.132最小流量3.212.521.70.9950.6850.6950.6550.9350.2840.06621最大流量8.016.34.422.591.781.811.