农田课程设计

1、农田水力学课程设计说明书课程名称：农田水力学 题目名称：灌区灌溉系统的规划设计 学院名称：水 利 学 院 姓 名： 学 号： 指导老师： 一、目的要求通过本设计，要求学生掌握作物灌溉制度的制定；灌水率图的绘制和修正；首部、干渠、支渠及骨干排水沟以及主要渠系建筑物规划设计；典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数的推求；推算其它各支渠渠首及干渠各段的设计流量；干渠纵横断面的设计，使学生初步掌握灌溉系统的规划设计内容和步骤。二、基本资料2.1概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1065

2、mm，多年平均降水量1112mm，灌区地形图见附图。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，马头山以林为主，20m 等高线以下则以大田作物为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。灌区上游土质属重粘壤土，下游龙尾河一带属中粘壤土。地下水埋深一般为45m,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，表土属重粘壤土，地表56m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78m，上游宽5060m，下游宽7090m，遇暴雨时易暴发洪水，近年

3、来已在各沟、溪上游修建多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。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50.2m，正常水位43.0m，兴利库容1.2×1,总库容2.3×1。马清河灌区拟在该水库下游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。断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，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。2.2气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）411月水面蒸

4、发量（80cm口径蒸发皿）及降水量见表1及表2。表1 设计年蒸发量统计月 份4567蒸发量（mm）97.5118.0143.7174.9月 份891011蒸发量（mm）196.5144.7101.175.6表2 设计年降水量统计日月 份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110

5、.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2262271.1281.53.729307.7313.6月计72.9109107.840.525.0381042.3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3。表3 作物种植比例作 物旱稻中稻双季晚稻棉花种植比例（%）50284517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4及表5所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表6。表4 早稻试验基本数据生 育 阶 段复苗分蘖前分蘖后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/44/55/514/515/51

6、/62/616/617/630/61/711/712/720/725/420/7天 数101018151411987模比系数（%）78182521138100田间允许水层深（mm）10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3注：全生育期需水系数a=1.0。表5 棉花试验基本数据生 育 阶 段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期起止日期（日/月）21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11模比系数（%下水补给量占作物

7、需水量的（%）10202225计划湿润层深（m）0.40.50.50.60.60.70.7注：计划产量120kg；需水系数k=2.67m3/kg；土壤空隙率为48%（占土体的%）；土壤适宜含水率上限为88%，下限为61.6%（占空隙%）；田间最大持水率为88%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为102m3/亩3、 设计内容3.1根据基本资料用水量平衡法制定早稻及棉花的灌溉制度3.1.1早稻灌溉制度的制定1.0求水稻全生育期的需水量如下表所示：1) 泡田期灌溉制度泡田定额（已给定）：70 m3/亩2) 生育期灌溉制度由已知：计算出水稻的需水量日蒸发量=蒸发量÷天数 生育期各月蒸发总

8、量=日蒸发量×生育天数生育期总的蒸发量=各月蒸发总量之和×需水系数由表4知道各个月份水稻生育期的天数月 份蒸发量（mm）月天数（d)生育期所占的天数（d)日蒸发量（mm)生育期各月蒸发量总量（mm)497.50 30.00 6.00 3.25 19.50 5118.00 31.00 31.00 3.81 118.00 6143.70 30.00 30.00 4.79 143.70 7174.90 31.00 20.00 5.64 112.84 合计ET=Eo394.04 表6 水稻全生育期需水量计算表注：2.0水稻的逐日耗水量计算如下：由已知：水稻各生育阶段的需水量为：（1

9、-1）日需水量=阶段需水量÷阶段天数 日耗水量=日需水量日渗漏量逐日耗水量计算表7生 育 阶 段复苗分蘖前分蘖后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/720/725/420/7天 数101018151411987全生育期需水量（mm)394.04 莫比系数（%）78182521138100需水量（mm）27.58 31.52 70.93 98.51 82.75 51.23 31.52 394.04 日需水量(mm)2.758 3.152 3.940 6.567 5.911 4.657 3.

10、503 日渗漏量（mm)1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 日耗水量4.1 4.5 5.2 7.9 7.2 6.0 4.8 463.92田间允许水深（mm)10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润3.0确定水稻的灌溉制度早稻生育期灌溉制度用水量平衡方程计算，列表以1为时段逐日计算时段末的水层深度，计算完成后进行水量校核，校核无误后，给出灌溉制度汇总表及总灌溉定额由 水量平很方程（1-2）算表8 结果如下表所示灌区设计年早稻生育期灌溉制度计算表 单位：mm日期生育期设计淹灌水层逐日耗水量

11、逐日降雨淹溉水层变化灌水量排水量月日12345678424复苗10-30-504.1202515.92611.82727.720281.525.129213016.95112.8228.72033.4284925065.95分蘖前10-40-804.51.246.767.950.1728.574.1869.6965.11060.6112.558.6126.460.513561451.515分蘖后20-50-905.246.316647.1172566.91861.71956.52051.32146.12210.651.52310.7572451.82546.62641.4271.137.328

12、3.735.82930.63025.43120.26145302孕穗20-50-1007.917.454.531.948.5440.6532.7624.8746.930839931.11023.21145.3301237.41329.5141.923.51545.6301637.717抽穗20-50-907.230.51823.31946.1302038.92131.72249.273.72366.52435.4904.72582.826277.62770.42863.229563048.871乳熟10-40-50642.8236.8330.8424.8518.8612.8736.830830

13、.8924.81018.81112.812黄熟湿润4.813141510164.817181920合计464.92308.322070.6校核：（1-3） 20+308.3-70.6+220-464.9=12.8mm与7月11号淹灌水层相符，则计算无误4.0若泡田定额为70m3/亩 （1-4）=70+216.74=286.74m3/亩（1-5） 表9灌区早稻生育期设计灌溉制度表灌水次数灌水日期灌水定额mmm3/亩1 4 105 70.0 2 4 20 13.3 3 5 20 13.3 4 6 30 20.0 5 7 30 20.0 6 6 30 20.0 7 6 30 20.0 8 6 30

14、20.0 9 8 30 20.0 合计325216.743.1.2棉花的灌溉制度的制定1.0有效降雨量的求解 由公式可以求出有效降雨量，若连续降雨则看做是一天，若有间断，则按降雨时间求解 表10的取值表降雨量（mm)<55-50>50的取值01.0-0.80.7-0.8所以，降雨量小于5mm时，取0，降雨量在5-50之间时取0.9，当降雨量大于50mm时取0.75 表11棉花有效降雨量的统计表生育阶段月份旬起止日期P0mmm3/亩幼苗期4下旬4.21-4.304.773.185上旬5.1-5.1099.7566.53中旬5.11-5.2035.9123.95下旬5.21-5.311

15、9.1712.796上旬6.1-6.1017.3711.59中旬6.11-6.1600.00现蕾期下旬6.17-6.3076.1450.797上旬7.1-7.1000.00中旬7.11-7.2012.968.64下旬7.20-7.2800.00开花结铃期8上旬7.29-8.1019.8913.27中旬8.11-8.2012.788.52下旬8.21-8.2600.00吐絮期9上旬8.27-9.107.24.80中旬9.11-9.2000.00下旬9.20-9.3019.8913.2710上旬10.1-1.1052.4735.00中旬10.11-10.2052.234.82下旬10.21-10.

16、315.583.7211上旬11.1-11.600.002.0确定棉花的灌溉制度1) 棉花播前灌。播前灌水定额（1-6）2) 生育期灌溉制度棉花生育期的需水量：=2.67×120=320.4（1-7）各生育阶段需水量：（1-8）各地下水的补给量：（1-9）计划湿润层增加而增加的水量为（1-10）各个旬的用水量=（1-11）以旬为单位进行灌溉制度的计算，而计划湿润层最大、最小蓄水量为： （1-13 （1-14）棉花各生育阶段耗水量计算表 单位：m3/亩生 育 阶 段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期起止日期（日/月）21/416/617/628/729/726/827/86/1121

17、/46/11天数57422972200总蓄水量320.4模比系数（%段需水量57.67 96.12 76.90 89.71 320.40 每日需水量1.01 2.29 2.65 1.25 地下水补给量占作物需水量的（%）10202225地下水的补给5.77 19.22 16.92 22.43 每日地下水的补给量0.10 0.46 0.58 0.31 计划湿润层深（m）0.40.50.50.60.60.70.7计划湿润层增加而增加的水量（WT)16.00816.00816.00816.008每天增加的水量0.2810.3810.5520.222棉花各生育阶段耗水量计算表

18、 单位：m3/亩 表12制定灌水计划是，当遇到降雨时要加入有效降雨量P0，得实际土壤蓄水量，当W趋近与Wmin时，灌水，当大于额定值时，进行排水，灌水定额应该控制在最小灌水定额和最大灌水定额之间，如此推算出全生育期的灌水制定时段t内土壤计划湿润层内储水量的变化满足： （1-15）由上试计算得结果如下表所示灌区设计年棉花生育期灌溉制度计算表13消耗量降雨量生育期日期日期天数计划湿润层储水量上限（m3/亩储水量下限（m3/亩逐旬需水量ET(m3/亩)计划湿润层增加而获得的水量Wt(m3/亩）地下水补给量K（m3/亩）净消耗量ET-Wt-K(m3/亩)逐旬有效降雨（mm)逐旬有效降雨（m3/亩）实际

19、储水量（m3/亩）灌水量（m3/亩）排水量（m3/亩）月旬1234567891011121314播前4.20.4102幼苗期4下旬4.21-4.30100.5140.870498.6092810.122.811.016.34.773.1898.885上旬5.1-5.101010.122.811.016.399.7566.53140.8718.21中旬5.11-5.201010.122.811.016.335.9123.95140.8717.65下旬5.21-5.311111.1323.0911.1116.9319.1712.79140.875.866上旬6.1-6.101010.122.811

20、.016.317.3711.59140.875.29中旬6.11-6.1666.071.6860.6063.77800137.092现蕾期下旬6.17-6.30140.6169.04448118.33113632.0465.3346.41220.376.1450.79167.5827上旬7.1-7.101022.893.814.5814.596159.082中旬7.11-7.201022.893.814.5814.512.968.64153.222下旬7.20-7.28818.3123.0483.66411.600141.622开花结铃期8上旬7.29-8.10130.7197.2185613

21、8.05299234.4767.1767.57919.72119.8913.27135.171中旬8.11-8.201026.525.525.8315.1712.788.52188.52160下旬8.21-8.26615.9123.3123.4989.10200179.419吐絮期9上旬8.27-9.10150.7197.21856138.05299218.693.334.6810.687.24.8173.539中旬9.11-9.201012.462.223.127.1200166.419下旬9.20-9.301012.462.223.127.1219.8913.27172.56910上旬10

22、.1-1.101012.462.223.127.1252.4735200.449中旬10.11-10.201012.462.223.127.1252.234.82228.149下旬10.21-10.311113.7062.4423.4327.8325.583.72224.03711上旬11.1-11.667.4761.3321.8724.27200219.765合计192.065296.876047.01表14 灌区设计棉花生育期设计灌溉制度表灌水次数灌水日期灌水定额mmm3/亩1播前灌4.216.0438.4228.119060灌溉定额106.0498.423.1.3灌水率计算m3/(s.万

23、亩）（1-16） 灌水延续时间根据规范如下 表15万亩以上灌区延续时间（d）作物播前生育期水稻5-15（泡田）3-5冬小麦10-207-10棉花10-205-10玉米7-155-10双季晚稻5-155-7表16修正前灌水率计算表作物作物所占面积(%)灌水次数灌水定额（m3/亩）灌水时间（日/月）灌水延续时间（d)灌水率m3/(s.万亩）始终中间日早稻501 70.0 4/134/244/19120.34 2 13.3 4/274/304/2940.19 3 13.3 5/25/55/440.19 4 20.0 6/16/46/340.29 5 20.0 6/76/106/940.29 6 20

24、.0 6/116/146/1340.29 7 20.0 6/156/186/1740.29 8 20.0 6/196/226/2140.29 9 20.0 7/77/107/940.29 中稻281（泡田）755/75/185/13120.20 2255/265/305/2850.16 3256/46/76/640.20 4306/106/136/1240.24 5306/206/236/2240.24 6307/27/57/440.24 7307/87/117/1040.24 8307/147/177/1640.24 9307/227/257/2440.24 10257/298/17/314

25、0.20 11208/108/138/1240.16 双季晚稻451（泡田）707/218/17/27120.30 2157/277/317/2950.16 3258/18/58/350.26 4258/78/128/960.22 5258/128/168/1450.26 6308/238/278/2550.31 7308/278/318/2950.31 8308/319/49/250.31 9309/69/109/850.31 10309/129/169/1450.31 11309/199/249/2160.26 12209/3010/410/250.21 棉花171播前灌38.424/24

26、/174/10120.05 2608/118/208/14100.31 灌水延续时间由GB50288-99灌溉与排水工程设计规范得到，灌水率=（1-16） 修正前灌水率图 修正后的灌水率图由GB50288-99灌溉与排水工程设计规范知道，灌水率图的修正原则如下：1. 与水原供水条件相适应2. 全年灌水率大小应该均匀，已累计30天以上的灌水率最大值为宜，短期峰值不应大于灌溉设计灌水率的140%，最小灌水率不应该小于设计灌水率的30%，3. 应避免经常停水，特别是小于5天的停水4. 提前或推后的灌水时间不应超过三天，若同一作物连续两次时间调整，不应一次提前，一次推后5. 延续时间或推后时间与原定时

27、间不应超过20%6. 灌水定额的调整不应超过原定时间的10%，同一作物不应该两次减小灌水定额7. 当不能满足时，应调整作物组成8. 此题的修正原则：要以不影响作物需水要求为原则，尽量不要改变主要作物关键用水期的各次灌水时间，修正后的灌水率图要比较均匀连续，9. 修正后的灌水率修正计算表17修正后灌水率计算表作物作物所占面积(%)灌水次数灌水定额（m3/亩）灌水时间（日/月）灌水延续时间（d)灌水率m3/(s.万亩）始终中间日早稻501 70.0 4/134/244/19120.34 2 13.3 4/274/304/2940.19 3 13.3 5/25/55/440.19 4 20.0 6/

28、16/46/340.29 5 20.0 6/76/106/940.29 6 20.0 6/116/146/1340.29 7 20.0 6/156/186/1740.29 8 20.0 6/196/226/2140.29 9 20.0 7/77/107/940.29 中稻281（泡田）755/75/185/13120.20 2255/265/305/2850.16 3256/46/76/640.20 4306/106/136/1240.24 5306/206/236/2240.24 6307/27/57/440.24 7307/87/117/1040.24 8307/147/177/1640.

29、24 9307/227/257/2440.24 10257/298/17/3140.20 11208/108/138/1240.16 双季晚稻451（泡田）707/218/17/27120.30 2157/298/37/2950.16 3258/18/58/350.26 4258/78/128/960.22 5258/128/168/1450.26 6308/238/278/2550.31 7308/278/318/2950.31 8308/319/49/250.31 9309/69/109/850.31 10309/129/169/1450.31 11309/199/249/2160.26

30、12209/3010/410/250.21 棉花171播前灌10.74/24/174/10120.05 2608/118/208/14100.31 修正后的灌水率图 3.1.4设计灌水率有上图可知上图可知最大灌水率为0.475m3/s.万亩），折中取设计灌水率为0.32m3/s.万亩）m3/s.万亩）3.2各级灌溉渠道的规划布置3.2.1渠道的布置本灌区灌溉渠道分为四级渠道分别为干、支、斗、农四级固定渠道，灌区属于山区、丘陵区，干渠的布置如下：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，三支布置在小坳与新村连线，四支布置在枯石村与陈留连线，即整个灌区由四条支渠控

31、制。3.2.2水源与取水口选择灌区的水源主要是以水库为灌溉水源。马清河上游，水位较高，还有一座水库水质良好，含沙量极微，灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为45m，土壤及地下水的PH值属中性，无盐碱化威胁。取水口宜取在凹岸中点偏下游处，取水口在这里可加大进流量，有效防止泥沙入渠，另外还可以避免水直接冲击渠道，有利于渠道的保护。具体布置如图所示3.2.3渠系建筑物选择与布置渠系建筑物是指与渠道配套的水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物（1）选择原则：1）、尽量采用定型设计和装配式建筑物；2）、尽量利用当地材料修建；3）、渠系建筑物的位置应根据渠系平面布置图

32、、渠道纵横断面图及当地情况合理布局；4）、渠系建筑物应满足渠道输水、配水、量水、泄水和防洪等要求，保证渠道正常运行，最大限度地满足作物需水要求；5）、渠系建筑物布置尽可能集中，联合修建，形成枢纽，降低造价，便于管理；6）、布置渠系建筑物应使水流流态稳定，水头损失小。（2）组成部分：1）、引水建筑物：主要用进水闸来调节干渠的进水流量，满足灌溉对水位、流量的要求2）、配水建筑物：主要用分水闸和节水闸，用于控制流量，使水量缝补均匀3)、交叉建筑物：主要有隧洞、渡槽、倒虹吸、涵洞、桥梁4)、衔接建筑物：用于衔接两段不同的渠道，主要有跌水和陡水5)、泄水建筑物：主要用于排除多余的水量6)、量水建筑物：主

33、要是科学的用水管理常用量水堰3.3各级灌溉渠道的设计流量的推求3.3.1确定工作制度为了各用水单位受益均衡，避免因水量过分集中而造成灌水组织和生产安排的困难，干支渠采用续灌，为了缩短各条渠道的输水时间，加大输水流量，减少输水损失水量，有利于农业耕作和灌水工作的配合，提高灌水工作效率，斗、农渠采用轮灌，且进行集中编组。斗渠、农渠各分两组。3.3.2计算典型支渠设计流量计算步骤：1）、先分别计算出支渠田间净流量、农渠田净流量和农渠净流量；2)、逐级推算农渠、斗渠、支渠的设计流量3）逐段计算、最后计算灌区灌溉水利用系数土壤透水参数表18渠床土壤透水性Am重黏土及黏土弱0.70.3重粘壤土中下1.30

34、.35中黏土壤中等1.90.4轻黏土壤中上2.650.45砂壤土及轻砂壤土强3.40.5灌区总面积12万亩及各渠道长度及面积表19渠别一支二支三支四支合计长度（km）5.965.25.516.1222.45灌溉面积（万亩）1.733.24.112第三支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠有16条斗渠，斗渠长1660m，取第五斗渠为典型斗渠。每条斗渠有8条农渠，长500m,间距200m，可取五斗二农为典型农渠。推求典型支渠（三支渠）及其所属斗、农渠的设计流量3.3.2.1田间净流量及农渠流量的推求因为同时工作的斗渠有八条，农渠有四条所以取田间水利用系数=0.92，灌区土壤属重粘土壤，从表18中

35、可查出相应的土壤透水性系数：A=1.3,m=0.35。据此可计算出农渠每公里输水损失率： 3.3.2.2斗渠的设计流量斗渠的平均工作长度L斗=1.3km3.3.2.3计算三支渠的设计流量支渠的工作长度为：L支=3.90km支渠的净流量为：支渠每公里输水损失系数为支渠的设计流量为所以得到三支渠的灌溉水利用系数3.3.3计算干渠设计流量（1）计算一、二、四支渠的田间净流量（2）计算一、二、四支渠的设计流量。以典型支渠（三支渠）的灌溉水利用系作基数，用来计算其它支渠的设计流量。（3）推求干渠各段的设计流量1) CD段的设计流量。 2) BC段的设计流量。3) AB段的设计流量。 4) OA段的设计流

36、量。 3.4灌溉渠道的断面设计3.4.1各建筑物吧的参照j渠道通过渠系建筑物的水头损失，视不同建筑物而定。（主要包括：进水闸（或分水闸），节制闸，渡槽，倒虹吸，公路桥（穿公路）。各种建筑物的水头损失的最小值参考（农水第三版）表4-17。渠别控制面积（万亩）进水闸节制闸渡槽倒虹吸公路桥干渠10400.10.20.100.150.400.05支渠160.10.20.070.070.300.03斗渠0.30.40.050.150.050.050.200农渠0.05推求结果列表和绘图给出，并按各支渠分水口的位置点绘成图（见如下示意图中各支渠要求的水位），进行下一步。表2-1渠别一支三支四支最高最远最高

37、最远最高最远A02013.52014.519.614.2h0.20.20.20.20.20.2L农70070007000700i农0.001250.001250.001250.001250.001250.00125Li10.8750.87500.87500.875L斗120012001800180018001800i斗0.0010.0010.0010.0010.0010.001Li21.21.21.81.81.81.8L支16350608350001635130i支0.00050.00050.00050.00050.00050.0005Li30.08152.530.04152.50.08152

38、.565li2.15654.6051.84155.1751.88155.240.350.410.350.380.350.38B分22.706518.71522.391520.25522.031520.0222.706522.391522.0315综上所述，干渠各断面的地面高程、正常水位、最高水位、最低水位、堤顶高程、渠底高程的计算结果见下表：表2-2分水点OABCD建筑物进水闸公路桥分水点公路桥、节制闸渡槽分水点、节制闸、公路桥渡槽公路桥、节制闸分水点水头损失0.050.150.150.150.150.15地面高程26.174 25.394 24.866 24.766 24.370 23.814 23.364 22.894 22.032 正常水位26.474 25.694 25.166 25.066 24.670 24.114 23.564 22.994 22.032 最低水位25.943 25.163 24.629 24.529 24.133 23.516 23.066 22.438 21.576 最高水位26.660 25.880 25.341 25.241 24.845 24.172 23.722 23.040 22.178 堤顶高程27.160 26.380 25.841 25.741 25.345 24.672 24.222 23.5