农田水利课设说明书

农田水利课设说明书

1.基本资料1.1设计地区的地理位置及流域概况设计地区位于太子河左岸，全部面积为7千多公顷。其中大部分分布在M－B公路以西。为4千多公顷。公路以东为2千多公顷。地区内地形平坦。一般高程为150～160m。东北高西南低，地面平均坡度约1/2000。地区内部北侧和南侧都略高于中部而呈簸箕形。太子河位于地区北面，过去常因洪水泛滥造成地区内部严重洪水灾害。由于在地区北部修建了堤防。已基本消除了洪水威胁。地区中央有柳壕河自东北向西南流过，将地区分为南北两部分，承担了区内全部排水任务。柳壕河河长近14公里，在阳家河滩地处流入太子河。本区属水分不稳定地区，年内雨量分布极不均匀。春季雨量少。又加上正是大风季节，蒸发量大，故常发生春旱现象，特别是在地区南北两侧和东部地势较高地块春旱更为严重。而在六、七、八月雨量集中。本地区以发展农业为主，无可开采之矿藏和动力资源。区内交通方便，主要交通线路有H－D公路。H市与D市联络公路。南北穿过该地区。为地区向其他城市的交通要道。地区另一公路为M－B公路。为乡镇通向县城之交通要道。另外在地区内有很多乡路沟通各大小村庄。1.2水文气象条件1.2.1农业气候特点该区年平均气温为3.3度，7月份最高气温为39.1度，1月份最低为零下41.4度，仅7、8两个月平均气温在20℃以上，5～9月份农作物生长期之平均气温分别为13.9℃、19.9℃、23.2℃、21.6℃、14.3℃结冻日期一般从11月初开始，区内最大冻深为1.0m，解冻日期从3月末开始，二月末积雪即开始融化，随后地表土壤白天开化，夜间冻结，形成融交替作用，使土壤自然疏松，对改善土壤的通透性有一定的促进作用。n表1-1该区历年各月最高、最低及平均气温统计表月1234567最高温度(℃)1.412.319.329.65.63939.1平均温度(℃)-20-15.8-65.713.919.923.2最低温度(℃)-41.4-39.4-29.1-14-5.73.89.6月89101112—全年最高温度(℃)37.83218.818.86.1—39.1平均温度(℃)21.614.3-6.4-6.4-16.4—3.3最低温度(℃)6-3-31.6-31.6-35.6—-39.41.2.2降水与蒸发平均年降水量为582.1毫米，但分布不均匀，在6、7、8三个月内降雨量占全年降水量的66﹪，其余34﹪分布在其他月份，该地区降雨量资料统计结果如下：表1-2地区历年降水量各月平均值月份1234567降水量(mm)4.65.511.523.442.699.8168.6月份89101112—∑降水量(mm)117.660.830.911.85—582.1从表1-2中数据可以看出：4月多年平均降水量为23.4毫米，5月份为42.6毫米，6月份为99.8毫米，春季降水偏少，容易出现干旱现象。根据资料统计，作物生育期5～9月的多年平均降雨量为489.4mm，。表1-3地区部分年5～9月份降水量资料单位㎜年份56789合计降水日降水量降水日降水量降水日降水量降水日降水量降水日降水量1955118.3611.82125.6819.5151425.61530.72221.31721.6210.61918.12528.52738.12530.937312.61957118.11826.4430.8321.5116195.82310827.6930.7217.42917.81715.11814.62511.82124.7278.31964189.2114.81023.4128.7428.8218.61531.1426.51016.1n1721.61914.61721.61113.22618.93119.2310.81976116.7423.4331.3425.8310.71117.8927.5510.648.92621.52531.91927.8552726.5275.4198879513.4126.1223.6410.71512.2820.7637.21119.71011.82021.81719.81748.32521.92422.2318.4200163.8419.8330.4521.8481123.41047.8837.667.52317.31918.62025.42518.9280.3年平均蒸发量为1167.1毫米，为全年降水量的二倍强。除7月份外各月的蒸发量都大于降水量。尤以四、五两个月达339.8毫米，为同时期降水量66毫米的5倍。正值播种发芽时期，使土壤失去大量水分，再加之风的影响。即形成了比较严重的旱象。地区历年各月平均蒸发量如下表：表1-4地区历年各月平均蒸发量月份1234567蒸发量(mm)17.22564.9137.5202.3179.4163月份89101112—∑蒸发量(mm)141.3100.977.539.418.7—1167.11.2.3风力风向风向多为西南风，年平均风速为4.8m/s，每年4、5两个月风速最大，其速度平均达24.3m/s。由于春季干旱，风速大引起跑土现象又很严重。表1-5地区各月平均风速、最大风速表单位m/s月份123456789101112全年平均4.54.55.265.64.64.23.95.15.24.64.24.8最大15.715.716.324.322.117.713.812.21316.316.715.724.3n1.2.4降雨入渗系数表1-6降雨入渗系数降水量(mm)<55～5050～100降雨入渗系数α01.0～0.80.8～0.7[注]：对水稻一次降雨小于100mm时，全部为有效雨量。1.3土壤及地质条件该地区土壤概况：1、耕层土壤为中壤质黑钙土，土壤肥沃适于灌溉。2、耕层下部土壤类型为砂壤土，土壤透水性较强，A=3.4，m=0.5。3、春季土壤播前含水量一般占土壤孔隙的45﹪，土壤孔隙率为50﹪(体积﹪)。4、土壤水分的物理特征、土壤含盐率以及土壤渗漏量如下表如示：表1-7土壤水分的物理特征土壤深度(㎝)土壤干容重（t/m3）空隙率(﹪)最大含水量﹪体积空隙最小含水量﹪体积空隙0～401.3503570214240～801.35035702142表1-8区内土壤含盐率标本深度含盐率CL﹪SO﹪10～200.01030.0090.013220～600.0230.010.014360～1000.0340.0150.014100～1200.0570.030.025120～1500.090.0350.0186150～1850.1250.040.0127185～2300.130.0360.0138230～2600.1180.0320.0459260～3000.110.0250.04410300～4000.0980.0280.037n表1-9土壤渗漏量统计表月56789日平均上中下上中下上中下上中下上中下渗漏量(mm/d)4.54.54.54444444444445、地下水位东北部旱田区地势较高，地下水埋藏深度距地表平均为30m；西南部及柳壕河下游低洼处，地下水位较高，一般距地表为10～20m之间，每当汛期水位较高，甚至接近地面。6、地下水流向与地表坡度一致。7、地下水的水质可溶性盐类总量为0.1%，pH值=7.1。1.4水源情况1、太子河多年平均流量统计值为表1-10典型年径流分配(年内)月份123456789101112分配%22.84.2168122016863.21.82、水质太子河水pH值为7.1，可溶性盐类总量为0.04﹪。含沙量在最大时为0.6kg/m3，砂质分析结果粒径0.05㎜，不需作处理可作为灌溉用水。泥沙平均颗粒沉降速度为ω=1.2mm/s。3、河流水面比降0～4号断面为1/400，4号以下为1/500～1/400，4号断面水位为156.0米。4、河床在0～4号断面间地质情况河床处有一3m厚沙卵石，下为沙岩，两岸为岩岸，有沙壤土覆盖层厚3～4米。1.5社会经济情况1、行政区界规划范围包括三个乡镇及行政区，以MB公路和柳壕河为界。MB公路以东为Ⅰ区，路西河南为Ⅱ区，路西河北为Ⅲ区。三个区共有耕地7000多公顷。n因本区地势平坦，土壤肥沃，又近城市，是今后农业技术改造的重点。因此，必须考虑机耕对渠系布置、结构的要求。2、地区实行一年一作的耕作制度。3、水旱灾害情况春季土壤水分不足，又碰上西伯利亚的旱风，所以蒸发量大，春旱现象严重。在六七八月份，降雨集中，雨量大。区内地形平坦，又缺少排水沟道。所以径流缓慢、排水不畅，常常造成严重的内涝灾害。2．设计灌溉制度2.1基本资料1、水稻生育期及灌溉水层表2-1水稻生育期及灌溉水层生育期泡田插秧-返青分蘖晒田拔节抽穗抽穗开花乳熟日期5.15-5.295.30-6.106.11-7.87.9-7.137.14-8.28.3-8.178.18-8.31天数1512285191514田面水层hp70800808070hmax203040505040hmin10203030202、需水强度表2-2需水强度表生育阶段泡田返青分蘖晒田拔孕抽开乳熟需水强度mm/d时段水面蒸发46.36.36.85.63.83、田间水利用系数0.95。4、计算逐日耗水量表2-3逐日耗水量计算表单位mm/d生育阶段泡田返青分蘖晒田拔孕抽开乳熟需水强度—46.36.36.85.63.8渗漏强度—331.5333日耗水量—79.37.89.88.66.82.2计算泡田定额1、根据地区部分年5～9月份降水量资料（见表1-3），由资料可知2001年5-9月份降雨量为280.3mm,与典型年要求的降雨量最为接近，选择2001年作为设计参考年。n2、根据灌水经验：水稻泡田期灌水T=7～15昼夜，选泡田天数T=10天，水稻的泡田定额见式（2-1）:（2-1）式中—泡田期间灌溉用水量（/亩）。—插秧时田面所需的水层深度（mm）。本设计取=20mm（生育期的需水下限）。—泡田期渗漏量（mm），即开始泡田到插秧期总渗漏量。—泡田期的日期（d）。选T=15天。—时间内水田田面平均蒸发强度（mm/d），可用水田蒸发强度代替,=202.3/31=6.526.—时间内的降雨量（mm）。=0水稻的泡田定额：=0.667（20+4.5×15+6.526×15-0）=123.66m3/万亩2.3生育期灌溉制度在水稻生育期中的任何一个阶段内，农田水分的变化，决定于该时段内的来水和耗水之间的消长，它们之间的关系，可以用水量平衡方程表示。根据水量平衡方程列表法推求水稻灌溉制度，见式（2-2）：(2-2)式中—时段初田面水层深度（mm）。h—时段末田面水层深度（mm）。P—时段内降雨量（mm）。d—时段内排水量（mm）。m—时段内灌水量（mm）。WC—时段内田间耗水量（mm）。根据水量平衡方程逐日列出水稻生育期灌溉制度计算表，见表2-3。n表2-3生育期灌溉制度计算表日期月日生育期设计淹灌水层逐日耗水量逐日降雨淹灌水层变化灌水量排水量5292030插秧-返青70-30-10713312620611921232520419.837.8530.8623.8716.8829.820922.81015.811分80-40-209.323.429.9n蘖1220.61331.32014221532.7201623.41734.1201824.81935.5202026.22136.9202227.62317.335.62426.32537202627.72738.4202829.12939.8203030.57121.2231.920330.453443.7534.4625.1735.820826.59晒田07.8018.71047.804011-7.812-15.613-23.414拔节抽穗80-50-309.846.88015371647.2201737.41847.6201918.656.42046.62136.82247202337.22447.4202537.62647.82027382848.2202938.43048.6203138.8814920239.23抽穗开80-50-308.630.6n花44220521.855.2646.6738837.667958.41049.81141.21232.61344201435.41546.8201638.21749.62018乳熟70-40-206.842.819362025.454.62147.822412334.22427.42518.939.52632.72725.92839.1202932.33025.53138.720∑803.626162058.7校核公式见（2-3）:(2-3)20+261-58.7+620-803.6=38.7mm计算无误。式中—时段初田面水层深度(mm)。—时段末田面水层深度(mm)。—时段内降雨量(mm)。—时段内排水量(mm)。—时段内灌水量(mm)。—时段内田间耗水量(mm)。至乳熟：与8月31日淹灌水层深相等，计算无误。3、由此求得的水稻生育期设计灌溉制度表见表2-4。表2-4水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15.312013.34n26.32013.3436.82013.3446.132013.3456.152013.3466.172013.3476.192013.3486.212013.3496.252013.34106.272013.34116.292013.34127.22013.34137.72013.34147.148053.36157.162013.34167.182013.34177.222013.34187.242013.34197.262013.34207.282013.34217.302013.34228.12013.34238.42013.34248.132013.34258.152013.34268.172013.34278.282013.34288.312013.34合计620413.54综上所述，水稻田生育期总灌水定额为，则总灌水定额：123.65+413.24=536.89m3/万亩。2.4设计灌水率1、各次灌水的灌水率由作物的各次灌水定额及其延续时间可得到各次灌水的灌水率，见式（2-4）：=m/8.64T(2-4)n式中m—灌水定额(/亩)。T—每次灌水延续的时间(d)。对于自流灌区，每天灌水延续时间一般以24h计；对于抽水灌区，则每天抽灌时间以20～22h计，式中的系数8.64应相应改为7.2～7.92。—某种作物占灌区面积的百分数。灌区内全部种水稻α=1.0。由此计算出各次灌水的灌水率见下表2-5：表2-5灌水率计算表灌水次数灌水定额（m³/亩）灌水时间始终灌水持续间（d）灌水率m³/（s*万亩）113.345.306.130.515213.346.26.430.515313.346.76.930.515413.346.126.1430.515513.346.146.1630.515613.346.166.1830.515713.346.186.230.515813.346.26.2230.515913.346.246.2630.5151013.346.266.2830.5151113.346.286.330.5151213.347.17.330.5151313.347.67.830.5151453.367.137.1532.0591513.347.157.1730.5151613.347.177.1930.5151713.347.217.2330.5151813.347.237.2530.5151913.347.257.2730.5152013.347.277.2930.5152113.347.297.3130.5152213.347.318.230.5152313.348.38.530.5152413.348.128.1430.5152513.348.148.1630.5152613.348.168.1830.5152713.348.278.2930.5152813.348.298.3130.515n2、设计灌水率（1）初步灌水率图用A4的坐标纸做。（2）修正灌水率图灌水率图的修正如下：在修正灌水率图时，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用水量，若必须调整移动，以往前移动为主，前后移动不超过三天；调整其他各次灌水时，要使修正后的灌水率图比较均匀、连续。此外，为了减少输水损失，并是渠道工作制度比较平稳，在调整时不应使灌水率数值相差悬殊。一般最小灌水率不应小于最大灌水率的40﹪，设计灌水率一般取20天以上的最大灌水率值。A4坐标纸绘制修正后的灌水率图。由修正后的灌水率图可知：填入修正灌水率图的得到的设计灌水率=0.95m3/万亩.s和最小灌水率=0.51m3/万亩.s。3.灌区总体规划3.1设计依据根据中华人民共和国水利电力部《灌溉与排水渠系设计规范》SDJ-84、《农田水利学》教材进行渠道沟道的规划布置工作。3.2设计原则1、因地制宜、综合治理、全面规划的原则；2、宜农则农、宜牧则牧；3、以地区地形条件为基础，水源条件为前提，经济合理的利用土地资源，充分发挥地区的资源优势，做到经济效益、生态效益和社会效益的三方面统一。4、以经济效益为主要考虑方面，根据灌区特点，结合国民经济的要求和综合治理措施，研究多个可行性方案，选出最优方案。3.3治理标准1、灌溉设计保证率P=80%；n2、排水标准为五年一遇；3、田间水利用系数为0.95。3.4灌区总体方案太子河流经灌区东北面，本地区地形平坦，地面平均坡度约1/2000。一般高程150—160m，总的趋势是东北高西南低。但灌区南北两侧略高于中间而呈浅簸箕形，但靠近太子河上游一角地面略高，坡度较大。柳壕河为太子河支流，流经地区中央，全长14km，该河自东北向西南将地区分为南北两部分，柳壕河承担了本区全部排水任务，但河道弯曲，水流不畅，在汛期雨量集中时常常洪水漫溢柳壕河。故在该河干支流两岸筑有小堤，但堤高堤距极不一致，包有许多断缺，柳壕河在过去无航运之利。灌区规划原则：1、干渠应布置在较高地带。对于面积很小的局部高地宜采用提水灌溉的方式。2、使工程量和工程费用最小。3、灌溉渠道的位置应参照行政区划确定，尽可能使各用水单位都有独立的用水渠道，以利管理。4、斗、农渠的布置要满足机耕要求。5、要考虑综合利用。6、灌溉渠系规划应和排水系统规划结合进行。7、灌溉渠系布置应和土地利用规划（如耕作区、道路、林带、居民点等）相配合，以提高土地利用率。依据以上原则，考虑该地区总的地形趋势及灌溉排水条件，以太子河为灌溉水源，柳壕河为排水内河。该地区的地势总的来说是东北高，西南低且又考虑到行政区划，整个灌区布置南北两条干渠。北干渠沿堤防布置，下设四条支渠；南干渠沿HD公路布置，下设五条支渠。南北干渠交于一点且由一段引渠向其引水。各个支渠控制面积大致相等。平原地区的斗渠较长，控制面积较大。设置斗渠长度一般为n1～3.5km，间距为500m～1200m，同时要满足机耕要求，控制面积为3000～5000亩。农渠间距一般为200m～400m，控制面积为200～600亩。支渠末端水闸后设置退水渠，排入附近河流或排水沟。灌区的渠系规划布置图，见附图1。各干支渠长度及控制面积见表3-1。表3-1各干支渠长度及控制面积渠道名称长度（km）灌溉净面积（万亩）北干一支渠2.090.62北干二支渠2.961.07北干三支渠1.351.15北干渠6.31南干一支渠2.140.30南干二支渠2.670.28南干三支渠4.500.74南干四支渠3.920.83南干渠6.074.灌溉渠道流量计算4.1设计流量计算nn北n4.2最小流量计算n北n4.3加大流量计算n北：Q加1支毛=1.35×Q1支毛=1.35×0.76=1.05(m3/s)Q加2支毛=1.3×Q2支毛=1.3×1.3=1.70(m3/s)Q加3支毛=1.3×Q3支毛=1.3×1.40=1.80(m3/s)南：Q加1支毛=1.35×Q1支毛=1.35×0.37=0.50(m3/s)Q加2支毛=1.35×Q2支毛=1.35×0.34=0.46(m3/s)Q加3支毛=1.35×Q3支毛=1.35×0.91=1.25(m3/s)Q加4支毛=1.3×Q4支毛=1.3×1.0=1.30(m3/s)4.4渠道流量进位为了设计渠道时计算方便，要求渠道设计流量具有适当的尾数。为此，《灌溉排水渠系设计规范》SDJ217-84对渠道流量进位作了规定，见表2-8。表4-2渠道流量进位规定渠道流量范围(m3/s)进位要求的尾数(m3/s)﹥501.010～500.52～100.1﹤20.05﹤10.01根据以上流量推求方法，计算出本灌区干、支渠道的设计流量、加大流量和最小流量（表4-1）。表4-3各支渠渠道设计流量计算表渠道名称长度（km）灌溉面积(万亩)()()()()北一支渠2.090.620.590.761.050.37北二支渠2.961.071.021.301.700.65n北三支渠1.351.151.101.401.800.69南一支渠2.140.300.290.370.500.45南二支渠2.670.280.270.340.460.17南三支渠4.500.740.710.911.250.45南四支渠3.920.830.791.001.300.50表4-4干渠各渠段渠道设计流量计算表渠道名称长度（km）灌溉面积（万亩）(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)北干渠0+000～0+0600.060.623.83.84.91.950+060～3+0603.01.072.93.03.91.553+060～6+3103.251.151.401.552.00.79南干渠0+000～0+0600.060.302.92.93.81.750+060～1+5501.490.282.52.53.31.301+550～3+8002.250.742.02.12.71.103+800～6+0702.270.831.001.101.430.565.渠道纵横断面设计参考5.1渠道横断面设计原理灌溉渠道一般都是正坡明渠。为了水流平顺和施工方便，在一个渠段内要采用同一过水断面和同一比降，渠床表面要具有相同的糙率。因此，渠道水深、过水断面和平均流速也沿程不变。这种水流状态称为明渠均匀流。因此灌溉渠道可以按明渠均匀流公式设计。公式为：V=式中：V——渠道平均流速，m/s；C——谢才系数，0.5m/s；R——水力半径，m;i——渠底比降。谢才系数常用曼宁公式计算：C=n式中：n——渠床糙率系数。5.2渠道设计的依据1、渠底比降比降选择是否合理关系到工程造价和控制面积，应根据渠道沿线的地面坡度、下级渠道进水口的水位要求，渠床土质，水源含沙情况等因素，为了减少工程量，应尽可能选用和地面坡度相近的渠底比降，一般随着设计流量的逐级减小，渠底比降逐级增大2、渠床的糙率系数渠床的糙率系数是否符合实际，直接影响到设计成果的精度，如果n值选的太大，渠道的设计断面就偏大，不仅增加了工程量，而且会因实际水位低于设计水位而影响下级渠道的进水，如果n取值太小，设计的断面就偏小，输水能力不足，影响灌溉用水。3、渠道的边坡系数边坡系数的大小关系到渠坡的稳定，要根据渠床土壤质地和渠道深度等条件选择适宜的数值4、渠道断面的宽深比宽深比对渠道工程量和渠床稳定有较大影响，渠道宽深比的选择要考虑一下要求（1）工程量最小，采用水力最优断面的宽深比可使渠道工程量最小。（2）断面稳定，渠道断面过于窄深，容易产生冲刷；过于宽浅，又容易淤积，都会使渠床变形。稳定断面的宽深比应满足不冲、不淤要求，它与渠道流量、水流含沙情况、渠道比降等因素有关，应在总结当地已成渠道运行经验的基础上确定。一般比降小的渠道应选择较小的宽深比，以增大水力半径，加快水流速度；比降大的渠道应选择较大的宽深比，以减小流速，防止渠床冲刷。（3）有力通航，有通航要求的渠道，应根据船舶吃水深度、错船所需的水面宽度以及通航的流速要求等确定渠道的断面尺寸。一般要求，渠道水面宽度应大于船舶宽度的2.6倍，船底以下水深应不小于15～30cm，项目区灌溉系统主要用于灌溉，所以这点可以不用考虑。5、渠道的不冲不淤流速在稳定渠道中，允许的最大平均流速称为临界不冲流速用Vcs表示，允许的最小平均流速称为不淤流速，用Vcd表示，为了维持渠床稳定，渠道通过设计流量时的平均流速Vd应满足以下条件：Vcd

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