Q灌区灌溉系统的规划课程设计 王昊

1一、题目类型二、基本资料(一)概况灌区位于界荣山以南，马清河以北，(20m等高线一下的)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，20等高线以下则以大田作物为土壤及地下水的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～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50～60m,下游宽70～90m,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，山洪处(图外)建大型水库一座，坝顶高程林50.2m,正常水位4.30m,兴利库容1.2×10⁸m³,总库容2.3×108m³。Q灌区拟在该水库下游A-A断面处修建拦河坝式卵石覆盖层厚2.5m,下为基岩，河道比降1/100,河底宽82m,河面宽120,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。(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)4～11月水面蒸2发量(80cm口径蒸发皿)及降水量见表1-1及表1-2(三)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1-1设计年蒸发量统计月份456789蒸发量表1-2设计年降水量统计日月份4567891一一一一一2一一一一3一一一一4一一一一一一5一一一一6一一一一7一一一一一8一一一一一一9一一一一一一一一一一一一一一一一一续表1-2设计年降水量统计日月份4567893一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一表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。4生育阶段复苗分孽前分孽后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期(日/月)677天数9模比系数788田间允许水层深湿润渗透强度附注：全生育期需水系数α=1.0。生育阶段复期现蕾期开花节铃期叶絮期全生育期起止日期(日/月)65模比系数(%)地下水补给量占作物需水量的(%)计划湿润层深(m)6②需水系数K=2.67m³/kg。③土壤空隙率为48%(占土体的%)。④土壤适宜含水率上限为88%,下限为61.6%(占空隙%)。⑤田间最大持水率为88%(占空隙%)。⑥播种时，计划层土壤储水量为102m³/亩。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次序灌水时间(日/月)灌水定额(m³/亩)灌水次序灌水时间(日/月)灌水定额(m³/1122334455667788灌溉定额320(m³/亩)灌溉定额335(m³/亩)附注：早稻泡田日期为4月13日，定额70m³/亩。62.早稻及棉花的灌溉制度计算2.1早稻的灌溉制度计算所以可得各生育阶段的需水量ET,=k,ET,继而可得出逐日耗水量。列入生育期起止月日复苗分蘖前分蘖后乳熟全生育期天数阶段需水量阶段渗漏量阶段耗水量7823.4 98又知泡田日期为4月13日至4月24日，泡田定额为m=70m³/亩，S₁=15.6mm。即得初始淹灌水层为80.80mm.日期生育期设计淹灌水层逐日降雨4711334复苗期5597859789分蘖期50.269.860.974.511亿亿分蘖末664.427.566565789孕穗838.144.671321327857856乳熟黄熟湿润6.95与7月11日淹灌水层相等。9可得早稻生育期设计灌溉制度，如下表。灌水日期月(日)m³/亩1234567总计棉花全生育期的需水量为ET=KY=2.67×120=320.4即其各生育阶段的需水量为ET,=k,ET各生育阶段地下水补给量为K=β,·ET,由于计划湿润层增加而增加的水量Wπ=667(H₂-H₁)nθ计划湿润层的最大、最小蓄水量：降雨入渗量处理：有效降雨为P。=αP。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，α为0;当一次降雨在5～50mm时，取α为0.9;当一次降雨大于50mm时，取α为0.75。由此可得入渗的有效降雨量如下表。起止日期m³/亩0 0 现蕾00吐絮0 00 0最初土壤计划湿润层内的蓄水量为w。=72m³/亩，根据水量平衡方程：w,-W。=W,+P+K+M-ET可依次推出棉花各生育期内土壤计划湿润层内的播前灌水定额M₁=667Hn(0m-θ。)=667×0.4×0.4灌水时间播前灌结铃期总计123.1根据所计算得的早稻、棉花及给出的中各次灌水的灌水率为计算过程见下表。灌水率计算表作物所占面积%(m³/亩)灌水时间中间灌水延续时间灌水率m³/(s*万亩)早稻中稻44523671(泡田)234567894.27-4.306.14-6.176.19-6.235.26-5.296.20-6.24 4554544535345534双季晚稻1(泡田)234567897.27-7.298.12-8.168.23-8.258.27-8.308.31-9.4 8344534533541279将所得灌水率绘在方格纸上得初步灌水率图(见附图),后经修正后得最后的灌水率图(附图),选取延续时间较长的最大灌水率值。取修正后的灌水率q为0.43m³/(s*万亩).4.1渠道布置本灌区灌溉渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。本灌区属于小坡度地区。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，三支布置在整个灌区的东面，即整个灌区由三条支渠控制。第三支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠有8条斗渠，斗渠长3000m,取第五斗渠为典型斗渠。每条斗渠有10条农渠，长800m,间距300m,可取五斗二农为典型农渠。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。布置图见附图三。5.1确定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，干渠长为16.5km,各支渠的长度及灌溉面积列入下表。渠别一支二支三支长度(km)灌溉面积(万亩)5.2.1典型支渠(三支渠)及其所属斗、农渠的设计流量A.计算农渠的设计流量因斗、农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有4条，同时工作的农渠有5条，所以，农渠的田间净流量为：取田间水利用系数η,=0.95,农渠的净流量m³/s灌区土壤属中粘壤土，查表得相应的土壤透水性参数：A=1.9m=0.4。因此农渠每公里输水损失系数为：农渠的的设计流量为9ce=Qm(1+0kLa)=0.154×(1+0.04×0.4)=0.156m³/sB.计算斗渠的设计流量因一条斗渠内同时工作的农渠有5条，农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第Ⅱ轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此以第Ⅱ轮灌组的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的工作长度为L=2.3km。斗渠每公里输水损失系数为：C.计算三支渠的设计流量斗渠也是分两组轮灌，以第Ⅱ轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支支渠的净流量为：Q₃冷=4×0.82=3.28m³/s支渠每公里输水损失系数为5.2.2计算三支渠的灌溉水利用系数5.2.3计算一、二支渠的设计流量A.计算一、二支渠的田间净流量21支田=2.72×0.46=1.25m³/sB.计算一、二支渠的设计流量以典型支渠(三支渠)的灌溉水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设5.2.4推求干渠各段的设计流量A.BC段的设计流量QBc毛=Qc(1+σncLne)=3.43×(1+0.012×6.75)=3.71m³/sB.AB段的设计流量QAB毛=QB(1+σBLᴀʙ)=6.1×(1+0.0C.OA段的设计流量Q₀A毛=Qo(1+σoLo)=7.65×(1+0.008426.灌溉渠道的断面设计6.1渠道纵横断面设计由已知资料查表，可取m=1.006.1.1干渠横断面设计采用经济适用断面取α=1.04,所以可校核不冲不淤取C=0.3K=0.62干渠AB、BC段以及典型支渠(三支)皆采用经济适用断面计算，其结果列入下渠别QhbABR3支经校核皆满足v不m<V<V不，说明以上横断面尺寸都符合要求。6.1.2斗、农渠断面设计采用水力最优断面A=(b+mh)h=1.98m²可知，得典型斗渠的断面尺寸为b=0.86m,h=1.04m,符合要求。B.典型农渠：Q农=0.156m³/sB=b+2h√1+m²=2.04m即v不<V<V不神，满足要求，因此得典型农渠横断面尺寸为b=0.46m,6.2渠道纵断面设计纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，包括设计水位、渠底高程、堤顶高程、最小水位等。其中堤顶高程、最小水位的确定需确定最小水深和加大水深。即需确定最小流量与加大流量。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%为宜，在此取Q小=50%Q设，而加大流量为Q,=JQ(当1<Q<5时，取J=1.3;当5<Q<10,取J=1.2)。而为了防止风浪引起渠水漫溢，保证渠道安全运行，挖方渠道的渠岸和填方渠道的堤顶应高于渠道的加大水位，即为安全超高又为了便于管理和保证渠道安全运行，挖方渠道的渠岸和填方的堤顶应有一定的宽度，以满足交通和渠道稳定的需要，即是D=h,+0.3。6.2.1干渠纵断面设计利用迭代法计算。(m=1.00n=0.025)进行迭代，最终得h最小=1.12m,即为最小水深。因Q.=JQ=1.2×7.94=9.53m³/s迭代得h,=1.85m,即为OA段堤顶高程。迭代得h,=1.7m,即为堤顶高程。因此得AB段的堤顶宽度为D=h,+0.3=2m,安全超高选h,=1.4m,则选h,=1.4m,则堤顶宽度D=h,+0.3=1.74m,安全超高D:典型支渠(三支):Q最小=50%Q=0.5×3.43=1.72m³/s初选h最小=0.6m,有,迭代得h最小=0.81m,为最小水深。又因Q₁=JQ=1.3×3.43=4.39m³/s选h,=1.2m,则,迭代得h,=1.41m为堤顶高程。6.2.2典型斗、农渠纵断面设计利用水力最优断面计算。A.典型斗渠：Q最小=50%Q=0.5×0.82=0.42m³/sQ,=JQ=1.33×0.82=1B.典型农渠：Q最小=50%Q=0.5×0.156=0.078m³/sQ.=JQ=1.33×0.156=0.21m³/s6.2.3灌溉渠道的水位计算H进=A₀+△h+∑Li+∑ψ式中：H——渠道进水口处的设计水位，m;△h——控制点地面与附近