灌溉排水工程课程设计

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第一章Q灌区工程设计概况

第二章

1.1灌区地形资料

灌区属南方丘陵山间川地，地面坡度较大，沟系发达，无洪、涝之虞。气候

湿润，但雨量分布不均，位于界荣山以南，马请河以北，（20m等高线以下的）

总面积约8000公顷。气候温和，无霜期长，适宜于农作物生长0年平均气温16.5

℃,多年平均蒸发雨量1065mm。

灌区人口总数约8万，劳动力1.9万。申溪以西属大胜乡。根据农业规划，

界荣山上以林、牧、副业为主，马头山以林为主，20nl等高线以下则以大田作物

为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。

灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为4-

5叫土壤及地下水的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。

吴家沟等沟溪纵坡比较大，下切较深，一般为7-8m,上游宽50—60m,下游宽

70-90m,遇暴雨时易发生洪水，近年来均在各沟、溪上修建多处小型水库，山

洪基本得到了控制，对灌区无威胁。

界荣山、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表5—6口以下为岩层，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7〜8nb上游宽50〜60nb下游宽70〜90m,

遇暴雨是易暴发洪水，近年来已在各沟、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。

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

处建大型水库一座，坝顶高程50.2nb正常水位43.0m,兴利容1.2X10*nf,总

库容2.3X10'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，

引导水库水发电则利用尾水进行灌溉。A-A断面处河底高程30nb砂、卵石覆盖

层厚2.5m,下为基岩，河道比降1/100,河宽底82nb河面宽120m。水库所供之

水水质良好，含沙量极微，水量以能完全满足灌区用水要求。

1.2多年典型气候

根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）4〜1

月水面蒸发量（80cm口径蒸发皿）及降水量表1-1及表1-20

表1-1

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1-2

设计年降雨昼统计

月份

日-

45678910

17.64.6

212.717.418.5

33.41.97.3

492.0

55.31.210.8

64.87.92.8

78.628.5

82.5

919.1

103.6

112.52.1

121.96.4

137.52.3

1412.11.91.9

1510.0

166.04.13.532.8

1724.5

181.3

191.6

204.312.611.5

211.818.5

222.110.649.22.53.6

231.41(1.74.5

2435.47.4

256.2

261.5

271.1

281.53.7

29

307.7

313.6

月计72.9103.5107.339.825.037.3103.5

1.3早稻及棉花的基本资料

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l-3o

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l-6o

表1-4

早稻试验基木数据

生育阶

复苗分分前分篥后孕穗推穗乳熟黄熟全生育期

段

起止日期

25/4"4/55/5~：4/515/5^1/62/6~16/617/6^30/61/7"11/712/7^20/725/4^20/7

（印月）

天数101018151411987

模比系数

78182521138100

（%）

田间允许

水层深10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润

(mm)

渗透强度

1°J1.31.31.31.31.31.3

(mni/d)

附注全生育期需水系数。=1.0。

表1.5

棉花试验基本数据

生育阶段幼苗期现帝期开花结铃期吐絮期全生育期

起止日期（日/

21/4^16/617/6^28/729/7^6/827/8^6/1121/4^6/11

月）

模比系数（％/p>

地卜.水补给量

占作物需水量10202225

的（％）

计划湿润层深

0.4~0.50.5飞.60.6飞.70.7

（m）

附注①计划产量1800kg/hn/籽棉

②需水系数K=2.67m3/kg

③土壤空隙率为48%（占土体的5）

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1530m7hm2

表1-6

中稻、双季晚稻设计年丰产灌溉制度

中稻双季晚稻

灌水时间灌水定额灌水时间灌水定额

灌水次序灌水次序

（日/月）(m3/hm2)（日/月）(mVhm2)

1（泡田）7/57501(泡BE)19/7750

226/5375227/7225

34/637531/8375

410/637547/8300

520/6450512/8375

62/7450623/8450

78/7450727/8450

814/7450831/8450

922/745096/9450

1029/73751012/9450

1110/73001119/9450

1230/9300

灌水定额4800（mVhm2）灌水定额5025（in7hm2）

附注早稻泡田日期为4月13日，定额为1050m7hm2o

1.4灌区设计要求

1.根据资料用水量平衡法（列表计算或图解分析）制定早稻及棉花的灌溉制

度O

2.根据所制定的早稻及棉花的灌溉制度以及表设3-6所给出的中稻及双季晚

稻的灌溉制度资料，编制全灌区的灌水率图，并进行修正，使其符合要求。在制

定灌水率图时，建议采用的一次灌水延续时间如下：早、中稻泡田5—7昼夜；

各类水稻生育期内一次灌水的延续时间3—5昼夜。棉花生育期内一次灌水延续

时间5—10昼夜。

3.确定渠首枢纽的位置及型式。在1/25000地形图上布置引水干渠、支渠及

骨干排水沟，并布置主要干道，以及主要渠系建筑物。在灌区中部一条支渠布置

斗、农级渠道。

4.推算典型支渠各级渠道的设计流量及渠系水利用系数；推算其它各支渠渠

首及干渠各段的设计流量。

5.设计干渠各段的纵横断面图及典型支渠首段的纵横断面图。

6.渠首土方量计算。

第三章早稻与棉花的灌溉制度设计内容

2.1早稻的灌溉制度

1.早稻的灌溉制度设计图表

早稻的灌溉制度与作物需水量、灌水定额、田间允许水层深、渗透强度、降

雨量和蒸发量等有关，其这些因素的变化对早稻的灌溉制度影响比较大

⑴作物需水量计算

以水面蒸发为参数的需水量计算法(间称“a值法或称蒸发皿法”)

ET=aEo(2-1)

式中：ET为某时段内的作物需水量，以水层深度mm计；

Eo为与ET同时段的水面蒸发量，以水层深度mm计，E。一般采用80cm

口径蒸发皿的蒸发值；

a为需水系数，在设计中我们取a=L0

⑵根据当地的气象站的资料，我们可以知道4—11月份的水面蒸发量E。以及早

稻的每天的蒸发量c如表2-1

表2-1

月份4567891011

蒸发量97.5118.0143.7174.9196.5144.7101.3.2675.6

Eo(mm)

日蒸发3.253.814.795.646.344.823.262.52

量e

(mm)

由资料表设1-4可以查知渗透强度和田间允许水层深，由表设1-2可知设计年降

雨量

⑶灌水定额的确定

在水稻生育期中任何一个事端(t)内，农田水分的变化都可以用下列水量平衡

方程表示：

h14-P+m-E-c=h2(2-2)

式中：hl为时段初田面水层深度；

h2为时段末田面水层深度；

P为时段内降雨量；c为时段内排水量；

m为时段内的灌水量；

E为时段内田间耗水量。式中各式均以mm计。

ni=hmax-hniin(2-3)

式中：hmax为时段初农田水分适宜水层上限；

hmin为时段末水分适宜下限。

如在时段初点，水田应该按着水量的消耗慢慢向着水分适宜下限移动，当到达下

限时便要进行灌溉；但是在消耗的过程中如有降两量P,则需加上降雨量P补充

给土壤的水分；如降雨量P很大，超过了降雨量的最大蓄水深度，多余的部分

则需要排除，排水量为c,然后在按水分上限进行消耗水量。

根据上述的原理，我们可以确定出早稻的灌溉制度如表2-3

计算过程如表2-2

表2-2___________________________________________

日/月S~~zk~~量灌zKW

c(m3/hm2)m(m3/hin2)

13/401050

5/5151.90

6/527.90

7/5233.90

1/60300

10/60300

16/60300

21/60300

22/6310

24/6232.20

7/70300

11/70300

表2-3

早稻的灌溉制度表

灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（m3/hm2）

1泡田13/41050

21/645()

310/6450

416/6450

521/6450

67/745()

711/7450

灌溉定额3750mVhni2

2.2棉花的灌溉制度

以产量为参数的作物需水量计算法（问称：“K值法”）

ET=KY（2-4）

式中：ET为作物全生育期内总需水量（mm或nV/hnF）；

Y为作物单位面积产量（kg/hm2）m为以产量为指标的需水系数。

过去常习惯采用所谓模比系数法估算作物各生育阶段的需水量，即先确定全生育

期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即

ETi=KiET（2-5）

式中：ETi为某一生育阶段作物需水量；

Ki为某阶段需水模系数

1.旱作物播种前灌水定额（Ml）的确定

M1=H（0max-9o）A（m3/hm2）（2-6）

式中：8。为播种前H土层内的平均含水率，以占孔隙率的％计

2.对于旱作物的灌溉制度，用水量平衡分析制定旱作物的灌溉制度时，通常以作

物主要根系吸水层作为灌水是的土壤计划湿润层，并要求该土层内的储水量能保

持在作物所要求的范围内。

⑴土壤计划湿润层的水量平衡方程。在旱作物整个生育期中任何一个时段t,土

壤计划湿润层（H）内储水量的变化可用下列水量平衡方程表示：

Wt-Wo=Wt+Po+K+M-ET（2-7）

式中：Wo,分别为E寸段初和任一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量（mm

或urVhnr）；

Wt为由于计划湿润层增加而增加的水量（n】m或m3/hnF）；Wt=wt,w为t时

段内平均每昼夜的计划湿润层增加的水量

Po为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（mm或n13/hnF）；

K为t时段内的地下水补给量（min或nV/hnF）,即K=kt,k为时段t内平均每

昼夜地下水补给量；

M为t时段内的灌溉水量（nim或n13/hn】2）；

ET为t时段内的作物田间需水量（mm或rnVhni2）,即ET=et,e为t时段内平

均每昼夜的作物田间需水量。

根据作物正常生长对农田水分状况的要求，任一时段内土壤计划湿润

层内的储水量应不小于作物允许的最小储水量（Wmin）和不大于作物允许的

最大储水量（Wmax）当在某些时段内降雨量很小或没有降雨量时，土壤计划

湿润层内的储水量由于作物消耗而降低至接近于作物允许的最小储水量，即

需进行灌溉，以满足作物正常生长要求。

⑵根据水平衡法拟定灌溉制度，其步郛如下：

①土层内允许储水量上下限的确定

采用公式：

Wmax=AHemax（2-8）

Wmin=AHernin（2-9）

式中：H——计划润湿层深度（m）

2

WTOX一一计划润湿层内允许最大储水量（mVhm）

Wmin——计划润湿层内允许最小储水量（m'/hn?）

erax一一允许最大含水率（%）

0m一—允许最小含水率（的

A为土壤空隙率；

©地下补给量（K）。

K应随灌区地下水动态和个阶段计划湿润层厚度不同而变化

O由于计划湿润层增加而增加的水量（Wt）

Wt=（H2-H1）A0（m3/hin2）（2~10）

式中：H】为计算时段初计划湿润层深度（m）；

H2为计算时段末计划湿润层深度（m）；

A为土壤空隙率；

。为（II2-II1）深度内土层中的平均含水率，以％计；

4有效降雨量（P。）

Po=p-P地-P渗（2-11）

式中：P为设计降雨量；

P地为形成地面径流的降雨量，即地面径流量；

P渗为由于降雨过多造成超出计划湿润土层以为的深层渗漏损失水量,

在实际生产中常采用下列简化方法，即

P。二。P（2-12）

式中：。为降雨有效利用系数，取。二0.8

棉花的灌溉制度计算表见表2-3

表2-3

棉花灌溉制度计算表

生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期

起止日期(日/21/4〜16/617/6〜28/729/7〜26/827/8-6/11

月)

模比系数(％)18302428

地下水补给量

86.5288.2253.8336.4

(K)(m7hm2)

计划湿润层深0.4〜0.50.5〜0.60.6-0.70.7

(m)

ET(m3/hm2)865.11441.81153.41345.7

32

Wr(m/hm)359.04359.04359.040

W皿(m:7hm2)1689.6~2112.2〜2534.4~2956.8

2111.22534.42956.8

32

WM11,(m/hm)1182.7~1478.4~1774.r2069.76

1478.41774.12069.8

2

ET-WT-K(m7hm)419.56794.56540.561009.3

根据以上数据进行作分析表计算，把净耗水量(ET-W.-K)平均分配到每天，

然后进行逐日的计算，从而确定棉花灌溉的日期以及灌水额。当计划润湿层储水量

接近计划润湿层内允许最小储水量时，即进行灌水。播种时，计划层土壤储水量为

1530m7hm2,灌水日在表中标出。计算结果见表2-4：

表匕___________________________________________________________

日/月排水量定额灌溉量

c(mVhm2)(m3/hm2)

4/5133.50

7/5278.70

17/5241.70

23/5126.30

3/6111.90

24/621.90

26/801080

10/1067.50

16/10192.30

20/1035.10

从表2-4得出棉花的灌溉制度，如表2-5所示。

表2-5

棉花的灌溉制度

灌水次序灌水时间(日/月)灌水定额(M/hm?)

1(播前)13/4445

226/81080

灌溉定额1525m7hm2)

第三章编制全灌区的灌水率图

3.1灌区的灌水率图

计算灌水率采用公式：

Qk.di-anik>/(864Tki)(2—13)

式中：5.而一一第i种作物第k次灌水的灌水率-100hm2)]

a一一作物种植比

mki------各次灌水定额(m7hnr')

Tki——各次灌水延续天数(d)

计算各种作物的灌水率，如表2-6所示

计算时作物的灌水延续时间为：早、中稻泡川8〜12昼夜；双季晚稻泡

田5〜7昼夜；各类水稻生育期内的延续时间3〜5昼夜。棉花生育期内一次

灌水延续时间5〜10昼夜。

表2-6

作物作物灌水定灌水时间(日/月)灌水延

续时间灌水率

所占额始终中(d)

[m3/(s•100

面积(m7hm2)

(%)hm2)]

10508/417/413/4100.0608

30031/52/61/630.0579

3009/611/610/630.0579

早稻5030015/617/616/630.0579

530020/622/621/630.0579

63006/78/77/730.0579

730010/712/711/730.0579

17502/511/57/5100.026

237524/527/526/540.0326

33753/66/64/640.0326

43758/611/610/640.0326

545019/622/620/640.0391

中稻30645029/63/72/740.0391

74507/710/78/740.0391

845013/716/714/740.0391

945020/723/722/740.0391

1037528/731/729/740.0326

113009/812/810/840.0260

175016/721/719/760.0723

双季晚222526/728/727/730.0434

稻50337531/72/81/830.0723

43006/88/87/830.0579

537511/813/812/830.0723

645022/824/823/830.0868

745026/828/827/830.0868

845030/81/931/830.0868

94505/97/96/930.0868

1045011/913/912/930.0868

1145018/920/919/930.0868

1230029/91/1030/930.0579

144518/422/420/450.021

棉花202108023/830/826/880.0313

全灌区的灌水率图如图3-1

3-1图早稻

棉花

中稻

双季晚稻

3.2灌区修正后的灌水率图

1.修正灌水率

⑴修正灌水率图的原则如下

在不影响作物需水要求的前提下：

1尽量不改变主要作物关键用水期的各次灌水时间。

@若必须移动，以往前移为主，前后移动不超过三天。

3灌水率图应均匀，连续，消除短期停水。

@最小灌水率应大于等于0.4倍的设计灌水率。

2.修正灌水率图

修正后的灌水率如表2-7所示，修正后的灌水率图见图3-2o

作物的灌水率表

作物作物灌水定灌水时间(日/月)灌水延

续时间灌水率

所占额始终中(d)

[m3/(s,100

面积(m3/hm2)

(%)hm2)]

10506/417/413/4120.0507

30031/52/61/630.0579

3006/69/68/640.0434

早稻5030013/615/614/630.0579

530020/622/621/630.0579

63004/78/77/750.0347

730010/712/711/730.0579

17502/511/57/5100.026

237524/527/526/540.0326

33753/66/64/640.0326

43758/611/610/640.0326

545019/622/620/640.0391

中稻30645029/63/72/740.0391

74507/710/78/740.0391

845013/716/714/740.0391

945020/723/722/740.0391

1037528/731/729/740.0326

113009/812/810/840.0260

175016/722/719/770.062

双季晚222526/728/727/730.0434

稻50337530/73/81/850.0434

43006/88/87/830.0579

537510/814/812/850.0434

645023/827/825/850.0521

745029/83/931/850.0521

845029/82/931/850.0521

94504/98/96/950.0521

1045010/914/912/950.0521

1145017/921/919/950.0521

1230029/91/1030/930.0579

144518/422/420/450.021

棉花202108023/830/826/880.0313

■早稻

棉花

0.09-

中稻

0.08-

同双季晚稻

0.07-

中一

上

中

上

上

上

中

下上

下

下

卜

下

4月5月6月7月8月9月10月

修正后灌水率图3-2

由修正后的灌水率图可以看出设计灌水率q<i=0.0834m7(s•100hm2)

第四章渠道的设计

4.1典型渠道的设计流量及渠系水利用系数

Q灌区灌溉面积AmOOOhm；由灌区地形图的渠道设计可以看出，Q灌区有一条干

渠，长6.25km下设3条支渠，各支渠的长度及灌溉面积见下表4T,渠系布置

土及轮灌划分情况见附录m农用水利课程设计3：Q灌区地形图。该灌区位于我

国南方，设计灌水模数q<F0模834nl,/(s-100hm2)

渠别一支二支三支合计

长度(km)1.51.7525.25

灌溉面积(hm::)1500