农水专业灌溉排水工程学课程设计说明书

1、农水专业浇灌排水工程学课程设计说明书农水专业浇灌排水工程学课程设计说明书农水专业浇灌排水工程学课程设计说明书灌区浇灌系统规划设计说明书目录第一章灌区基本资料31、大体32、气象33、栽种计划34、土壤4第二章浇灌制度及注水率确实定51、据基本资料用水量平衡法拟定小麦、玉米的浇灌制度52、由浇灌制度确定注水率9第三章渠道设计121、灌区浇灌渠道系统的布置122、浇灌渠道系统设计123、浇灌渠道横断面设计154、干渠的纵断面设计19第四章计算渠道土方量-211、计算挖方量212、计算填方量22附图A小麦浇灌制度设计图附图B玉米浇灌制度设计图附图C灌区渠系布置示意图第一章灌区基本资料一、大体马清河灌

2、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。年平均气温16.5，多年平均蒸发量1265mm，多年平均降水量101.2mm。降雨年内分派极不平均，农作物生产期间的降雨量见表1，其地形见附图。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。土地利用率80%。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，栽种小麦、玉米、杂粮等作物。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。界荣山、龙尾山属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表56m以下为岩层，申溪

3、及吴家沟等沟溪有岩石露头，马头山陈村以南至马清河畔岩石遍布地表。吴家沟等溪沟纵坡较大，下切较深，一般为78m，上游宽5060m，下游宽7990m，遇暴雨时易暴发洪水。近年来，已在各沟、溪上游修筑多处小型水库，山洪已基本获得控制，对灌区无威胁。马清河灌区为马清河流域规划组成部分。根据规划要求，已在兴隆峪上游20km处建大型水库一座，坝顶高程50.2m，正常水位43.0，兴利库容1.2108383m，总库容2.310m。马清河灌区拟在该水库下游AA断面处修筑拦河式取水枢纽，引取水库发电尾水进行浇灌。AA断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，下为基岩，河流比降1100，河底宽82m，河面宽

4、120m。水库所供之水水质优秀，含沙量极微，水量亦能完全知足灌区用水要求。二、气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）农作物生长久间旬降雨量见表1。表1马清河灌区降雨量统计表（设计年）月3456789降雨下上中下上中下上中下上中下上中下上中下量m7.10.6.22.112.19.20.10.12.1m55355917598三、栽种计划灌区以栽种小麦、玉米为主，兼有少量豆类作物，复种指数为1，各样作物栽种比率见表2。表作物栽种比率作物小麦玉米豆类栽种比率（）553015根据该地域浇灌实验站察看资料，设计年（1972）小麦、玉米的基本察看数据如表、。表3小麦试验察看资料日期21

5、96961971929生育期播种拔节拔节抽穗抽穗乳熟乳熟成熟模比系数28.330.828.112.8计划润湿层0.50.60.70.8备注小麦计划产量亩，需水系数.表玉门试验察看资料生育期苗期拔节大喇叭口吐丝成熟日期15417618667772672791016模比系数1525102030计划润湿层0.60.60.70.80.9备注玉米计划产量亩，需水系数.。四、土壤土壤质地为轻壤土，容重.，田间持水量；土壤含水率上限占田间持水率的；含水率下限占田间持水率。地下水埋深，全生育期地下水补给量按亩计；小麦播种时，初始土壤含水率按计。第二章浇灌制度及注水率确实定一、据基本资料用水量平衡法拟定小麦、玉

6、米的浇灌制度（一）、计算田间总需水量。用以产量为参数的需水系数法（K值法）计算田间总需水量E。E=KY米3亩式中：Y计划产量，小麦y1=500kg亩，玉米y2=600kg亩，K需水系数，小麦k1=0.45m3/kg，玉米k2=0.38m3/kg则E1=k1y1=0.45500=225米3亩，E2=k2y2=0.38600=228米3亩。（二）、计算各生育期阶段田间需水量累积曲线纵坐标：根据所给各生育期阶段需水量模比系数累积值（ki）计算各生育阶段需水量累积值，即Ei=kiE如幼苗期小麦需水量累积值为E幼苗=k幼苗E=k幼苗1E1，则对小麦有：E幼苗1=28.3%225=63.675米3亩，对玉

7、米有：E幼苗2=15%228=34.2米3亩，余者类推。计算结果见计算成就表第10行。（三）、计算渗入土壤内的降雨量累积曲线。将所给之渗入土壤内的降雨量加以整理，其中旬降雨量小于5mm者略而不计，将其换算成米3亩（1mm=0.667m3亩），并逐旬累积得计算结果如下表。月三四五六月七八月九月月月月月日期旬下中上上下中上下上中下渗入土壤内的毫米7.510.56.322.51512.919.05.20.710.512.918降雨量P0米35.07.04.215.010.08.612.713.87.08.612.0亩P0累积值5.012.016.231.241.249.862.576.383.391

8、.9103.9（四）、计算计划润湿层加深所增加的水量及累积值：用公式WT0.0667(H2H1)A1。由于进行了播前灌，式中可取其等于田。如果拔节期小麦由H1=0.5增至H2=0.6米，则WT10.0667(0.60.5)100米1.34亩。2余者3类推，2计1算.结8果见4计算成就表之第11行，其累积值见同表第12行。（五）、计算计划润湿层适宜含水量上、下限：由公式Wmax0.0667H100max，Wmin0.0667H100min，式中：max取其等于田间持水量的95%，即max95%23%，21min.取8其5等于%田间持水量的50%，即min50%23%11.5%，则Wmax0.06

9、67H1001.421.85204.04H，Wmin0.0667H1001.411.5107.387H，按此公式计算得不同H情况下的Wmax及Wmin，见计算成就表中第7及第8列。（六）、地下水补给量累积值的计算因为该灌区地下水埋深为45m，故必须考虑地下水补给量。全生育期地下水补给量可按45米3亩来计算，则我们能够先计算作物的总生育期时间。以小麦为例进行计算，大体地有下表：生育阶段日期天数该阶段地下水补地下水补给量累（起止）给量（m3亩）积值K（m3亩）播种拔节2132056020.7720.77拔节抽穗20596206.9227.69抽穗乳熟961974013.8541.54乳熟成熟197

10、297103.4645第二行第三列的计算公式为456020.77，余者类推。将K值填入计算成就表中第13列。60204010同理可得玉米的地下水补给量累积值，计算结果见计算成就表。（七）、计算播前注水定额：按下式计算，M10.0667H100(max）播前，则对小麦有M10.0667H100(max播前）0.81001.4(21.85）米3亩，=0.066719=21.3玉米M10.0667H100(max）米3亩播前=0.06670.91001.4(21.8519=23.95小麦在3月21日播种，据经验播种时使土壤含水率为65%75%时出苗最好，故播前灌的日期可在3月10日左右进行，以使表层

11、土壤含水率在播种时降到适宜出苗的含水率。如假定注水后到播种时土壤表层（0.5m）的含水率下降了10%，则播种时土壤含水率0=90%max=0.921.85%=19.67%，此时土壤计划润湿层相应的储水量W00.0667H1000=0.06670.51001.419.67=91.84，此W0即为进行浇灌制度设计时，计算计划润湿层储水量变化曲线之起算点。同理可算得玉米的起算点W00.0667H1000=0.06670.61001.419.67=110.21米3亩。（八）、计算成就表小麦计算成就表地计划润湿层加3下（EWTK）最适含水量（m3水日期（日最适含水率需水量深所增水量（m3补生月）计划湿（

12、%）亩）亩累积值）给亩）量（米3亩）育润层深（阶度米段（米）数需需水量上下上下水累积值阶段累积起止累限限限限积模3值值比值（m系亩）1234567891011121314播种21200.521.8511.5102.0253.6928.363.6750020.7742.91拔35节拔节2090.621.8511.5122.4264.4359.1132.9821.4821.4827.6983.81抽56穗抽穗9190.721.8511.5142.8375.1787.2196.221.4842.9641.54111.7乳67熟乳熟19290.821.8511.5163.2385.9110022521

13、.4864.4445115.56成77熟玉米计算成就表3计划润湿层加地日期（日最适含水率最适含水量（m下需水量深所增水量水生月）计划湿（%）亩）（m3亩）补（EWTK）育润层深给量阶度（累积值段（米）需水量米（米3亩）数需3上下上下水累积值阶段累积累亩起止模限限限限积3值值）比值（m系亩）1234567891011121314苗15170.621.8511.5122.4264.431534.2001816.2期46拔1860.621.8511.5122.4264.434091.2002467.2节67大726喇0.721.8511.5142.8375.175011421.4821.483062

14、.52叭77口吐2790.821.8511.5163.2385.9170159.621.4842.963383.64丝781016成0.921.8511.5183.6396.6510022821.4864.4445118.56熟98（九）、用图解解析法确定浇灌制度取方格纸，定其纵坐标代表水量（需水量、降水量、储水量等），横坐标代表时间，将图纸分红两半，上半部自横轴向上起算绘入水量平衡的收入因素（P0，WT）的累积曲线及支出因素（E）的累积曲线。其中P0累积曲线为阶梯状，应注意将每旬两量绘于旬末；E及WT累积曲线为渐变折线，亦将该线折点绘于该生育阶段末。K值累积曲线为过坐标原点的直线。为简化图解

15、时推算手续，可将E与WT、K相减得（E-K-WT）曲线。图纸之下半部自横轴向下算起，绘入Wmin曲线及Wmax曲线，二曲线之间即为计划润湿层土壤含水量变化之适宜范围。以播种时计划润湿层土壤含水量W0为起算点。土壤含水量因（E-K-WT）之消耗而降低，可自W0点绘制平行于（E-K-WT）曲线。土壤含水量因P0的加入而增加，可于相应时间绘制与该时间P0等长之直线，如此持续下去即可绘出计划润湿层天然情况下土壤储水量变化曲线。如天然储水量变化曲线因支出过多而凑近Wmin，且有向低于Wmin的范围发展之趋势时，即应注水。注水后不应使储水量超过Wmax。注水量亦可像降雨量同样，以直线段绘于图上。查图可知，

16、在5月24日应给小麦注水50米3亩，7月15日给小麦注水55米3亩，8月2日给玉米注水73米3亩。如降雨量过大，使计划润湿层储水量超过Wmax时，其超过部分即为入渗深层土壤的无效降雨量，这部分水量不能被作物吸收利用，不再参加水量平衡计算。在持续绘制土壤储水量变化曲线时，则自该线与Wmax线的交点起绘。按此方法持续绘制计划润湿层土壤含水量变化曲线，直至生育期末。生育期末土壤含水量即为W末。其浇灌制度设计图见附图1、2。根据计算及图解则可得出播前及生育期浇灌制度如下表。小麦浇灌制度注水序次注水日期注水定额（m3亩）播前浇灌M103月10日21.3生育期浇灌M2Mi15月24日5027月15日55玉

17、米浇灌制度注水序次注水日期注水定额（m3亩）播前浇灌M104月5日23.95生育期浇灌M2=Mi18月2日73二、由浇灌制度确定注水率灌区内栽种有各样作物，某一种作物i的栽种面积的百分数为i，各次注水定额分别为mki（k=1，2，3）3Tki(k=1，2，3)昼夜内完成，则各次注水率为：（m亩），要求各次注水在qk.di，Tki，mki分别为第i种作物第k次注水的注水率，注水延续时间（d），注水定额（m3亩。对小麦的第0次注水率计算如下：q1.d11m110.5521.30.00136，余者类推。初步的注水率计算86410864T11结果如下表所示：注水率计算（初步）作物所占面注水次注水定额注

18、水时间（日月）注水延续注水率（m3s100作物（m3积（%）数始终中间日时间（d）亩）亩）021.3103193153100.00136小麦5515024526295100.00318255157247207100.00350023.9554144104100.000803玉米30732811878100.00253关于灌区的规划设计而言，为了确定设计注水率以推算渠首引水流量或浇灌渠道设计流量，必须绘制出注水率图。从图可见，由于各时期作物需水量因气候等多因素的影响相差悬殊，因而各时期的注水率差别较大，不利于管理。为此必须对初步算得的注水率图进行必要的修正，尽可能除去注水率顶峰和短期停水现象。修

19、正后的注水率计算成就见下表：注水率计算（改正）作物所注水定注水时间（日月）注水延注水率注水次（m3作物占面积额（m3续时间数始终中间日s100（%）亩）（d）亩）021.310315313360.00227小麦5515024546305120.00265255147257207120.00292玉米30023.9554847440.002081732811878100.00253第三章渠道设计一、灌区浇灌渠道系统的布置（如下列图）干渠取水口设在大型水库下游AA断面处，引取水库发电尾水进行浇灌。在穿过马头山时，选择隧洞过水，然后沿22m等高线布置。在溪沟或许道路处时，采用渡槽引水方式，并且干渠尽

20、量防备穿过乡村。支渠沿干渠一侧引出，尽可能沿道路布置，以方便管理，而且少占耕地。根据灌区实际情况，布置四条支渠，其中支渠一、三为一侧出水，二、四为双侧出水。支渠以下布设斗渠，斗渠下布置农渠，详细见示意图。二、浇灌渠道系统设计据示意图及所示比率尺可得如下资料：支渠长度及浇灌面积渠别一支二支三支四支共计长度（km）3.44.44.78.621.1浇灌面积（百亩）1603601805001200由前修正后的注水率图可确定设计注水模数qd0.00292m3s百亩。（一）、推求典型支渠（四支渠）及所属斗农渠的设计流量1、计算农渠设计流量：Q四支净A四支qd=500.00.00292=1.463四支渠的田

21、间净流量为（ms），浇灌形式斗渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有4条；而农渠分三个轮灌组，同时工作的农渠有3条，则农渠的田间净流量为：Q四支净1.46Q农田净=0.122nk433ms）取田间水利用系数f=0.90，则农渠的净流量为：Q农田净0.1223Q农净=0.135（ms）f0.90灌区土壤属轻壤土，由表3-6中查得相应的土壤透水性系数：A=2.65，m=0.45。据此可计算农渠每千米输水损失系数：农渠的毛流量或设计流量为：（农L农）（6.530.3）0.138Q农毛=Q农净1+=0.1351+=1001003ms）2、设计斗渠的流量。因为一条斗渠内同时工作的农渠有3条，所以斗渠的净流量等于

22、3条农渠的毛流量之和：Q斗净=3Q农毛=30.138=0.4133（ms）农渠分三组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。可是，第三轮组距斗渠进水口较远，输水损失量较多，据此可求得的斗渠毛流量较大。因此，以第三轮灌组注水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=2.3km。斗渠每千米输水损失系数为：斗=A=2.65=3.95m0.45Q斗净0.413斗渠的毛流量或设计流量为：（斗L斗）（3.952.3）0.450Q斗毛=Q斗净1+=0.4131+=1001003ms）3、计算四支渠的设计流量。斗渠分两组轮灌，以第二轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的平均工作长度

23、：L支=8.6km。支渠的净流量为：Q四支净=4Q斗毛=430.450=1.8（ms）支渠每千米输水损失系数为：四支=A=2.65=2.03m0.45Q四支净1.8支渠的毛流量为：（四支L四支）（2.038.6）2.11Q四支毛=Q四支净1+=1.81+=1001003ms）（二）、计算四支渠的浇注水利用系数（三）、计算一、二、三支渠的设计流量。1、计算一、二、三支渠的田间净流量：3Q一支田净=1600.00292=0.467（ms）3Q二支田净=3600.00292=1.051（ms）3Q三支田净=1800.00292=0.526（ms）2、计算一、二、三支渠的设计流量：以典型支渠（四支渠）

24、的浇注水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。Q一支田净Q一支毛=四支水Q二支田净Q二支毛=四支水Q三支田净Q三支毛=四支水0.467=0.691.051=0.690.526=0.693=0.68（ms）3=1.52（ms）3=0.76（ms）（四）、推求干渠各段的设计流量。1、BC段的设计流量：LBC=4.0km3QBC净=Q四支毛+Q三支毛=2.11+0.76=2.87（ms）毛（BCLBC）（1.654.0）3.063（ms）QBC=QBC净1+100=2.871+100=3、AB的设计流量：LAB=3.5km3QAB净=QBC毛+Q二支毛=3.06+1.28=4.34（ms

25、）（ABLAB）（1.373.5）4.54QAB毛=QAB净1+=3.8581+=1001003ms）4、OA段的设计流量：LOA=3.8km3QOA净=QAB毛+Q一支毛=4.54+0.57=5.11（ms）OALOA1.273.83（）（）（ms）QOA毛=QOA净1+100=4.5371+100=5.36整个渠道的浇注水利用系数：（五）、渠道最小流量和加大流量的计算。1、渠道最小流量的计算：为保证对下级渠道正常供水，对该灌区可将渠道最小流量取成渠道设计流量的40%，则Qmin=0.435.11=2.044（ms）2、渠道加大流量计算：由公式Qj=JQd可得下表：其中Qj渠道加大流量；J渠

26、道加大系数，其值可查表311;Qd渠道设计流量。流量单位：3ms干渠各渠道段加大流量干渠渠道段设计毛流量加大系数J加大后流量最终加大设计流量值BC3.061.273.8863.9AB4.541.265.7205.7OA5.361.256.716.7三、浇灌渠道横断面设计渠道断面设计除知足渠道输水、配水要求外，还应知足渠床稳定条件。纵向稳定要求不冲不淤，平面稳定要求水流不发生左右摇晃。1、支渠四横断面设计支渠采用U型断面，它凑近水力最优断面，拥有防渗效果好，抗冻膨性能高，输水性能较为理想，挟沙能力强，节俭工地，省工省料，牢固耐用等特点。型断面示意图如下列图所示，下部为半圆形，上部为稍向外倾斜的直

27、线段。直线段下切于半圆，外倾角=52，随渠槽加深而增大。较大的U渠道则采用较宽浅的断面，深宽比H/B=0.650.75，较小的U0型渠道则宜窄深一点，深宽比可增大到HB=1.0。现取外倾角=10，HB=0.7。因为其加大流量为3319查得0.22m，2.7（ms），于是据表D=0.42m。U型渠道的衬砌超高；D渠堤超高。（1）、确定渠道比降i，渠床糙率系数n。地面坡降约为11100，初选支渠渠道比降i=13000，参照表313中的数值，初选n=0.020。（2）、确定圆弧以上的水深h2。圆弧以上水深h2和圆弧半径r有如下经验关系：h2Nr。N直线段外倾角为时的系数；为0时的系数用N0表示。查表

28、3-21，则当10时，N0=0.275，则NN0+sin=0.275+sin10=0.45。3）、求圆弧的半径r。将已知的相关数值代入明渠平均流的基本公式，便可得圆弧的半径计算式。（公式3-38）0.89Q0.3750.892.110.3751.178m（4）、求渠道水深。由公式（3-40）hh1h2h2r(1sin)r(N1sin)可得：h(0.451sin10)r1.276r1.50m（5）、过水断面面积计算。由公式（3-41）可知Ar2（1-）-sin2+h（22rcos+h2tg）290则r23.14（10）-sin（210）（rcos10+0.45rtg10）A1-90+0.45r2

29、2=2.145r2=2.976m2查表320可得U型断面的湿周P的计算式如下：（）2h2=3.705r=3.7051.178=4.364m；则因为水力半径R=A，故，P=r1-+cosP902.145r21.178=0.682mR=0.5789r=0.57893.705r因为题设H=0.7B，则由表中公式：B=2rcos+H-r1-sintg联立解得：B=2.23r，H=0.7B=0.72.23r=1.563r、渠道断面稳定解析。、渠道的不冲流速（Vcs）：查表325可得，当采用混凝土护面现场浇筑时，不冲流速8m3/s、渠道不淤流速（Vcd）:由不淤流速经验公式（3-47）得Vcd=C0Q0.

30、5，式中：C0不淤流速系数，见表3-26；Q渠道设计流量。3=0.4，所以Vcd=C0Q0.5=0.42.110.5=0.581因为QHC三进，故知足水位要求。同理可推得B、A、O的水位，如下表所示：CBAO20.3m22.0m23.4m28.8m19.8m21.2m22.4m取水口AA断面高程为，水位推H进是否大于H进是是是算凑近，故满足因为理论推算高程为28.8m，小于AA断面处河底的实际高程（30m），能知足自流浇灌条件，故说明所选渠底比降i是合适的。2）、渠道纵断面图的绘制。渠道纵断面图按以下步骤绘制:、绘制地面高程线。在方格纸上成立直角坐标系，横坐标表示桩号，纵坐标表示高程。根据渠道中心线的水平测量成就（桩号和地面高程）按一定的比率点绘出地面高程线。、标绘分水口和建筑物的地点。在地面高程