农田水利学设计说明书

农田水利学设计说明书

《农田水利学》课程设计——灌区灌溉系统规划设计一、基本资料1.1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16.5C,多年平均蒸发量1065mm，多年平士降水量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n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4~5m,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。吴家沟等沟溪纵坡较大，下切较深，一般为7~8m,上游宽50~60m,下防I宽70~90m,遇暴雨时易暴发洪水，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。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1.2X08m3,总库容2.3¥08m3。马清河灌区拟在该水库下游a-A断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行灌溉。A-A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。1.1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4567n烝发星（mm97.5118.0143.7174.9月份891011烝发星（mrm196.5144.7101.175.6表2设计年降水量统计日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.3n1412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2262271.1281.53.729307.7313.6月计72.9109107.840.525.038104n1.1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（衿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廉前分廉后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/4~4/55/5~14/515/5~1/62/6~16/617/6~30/61/7~11/712/7~20/725/4~20/7天数101018151411987模比系数（%）78182521138100田间允许水层深（mm）10-305010-408020-509020-5010020-509010-4050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n生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全起止日期（日/月）21/4~16/617/6~28/729/7~26/827/8~6/1121模比系数（%）18302428地下水补给量占作物需水量的（%）10202225计划湿润层深（m）0.4~0.50.5~0.60.6~0.70.7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。2、设计内容2.1根据基本资料用水量平衡法（列表计算）制定早稻及棉花的灌溉制度，建议编程计算或利用Excel计算。2.2根据所制定的早稻及棉花的灌溉制度以及表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：n早、中稻泡田8~12昼夜；双季晚稻泡田5~7昼夜；各类水稻生育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。表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/亩）1（泡田）7/5751（泡田）21/770226/525227/71534/62531/825410/63047/825520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定额350（m3庙）灌溉定额360（m3/亩）n附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为:80m3/亩。2.1确定渠首枢纽的位置及形式。在1/25000地形图上布置引水干渠、支渠，以及主要渠系建筑物。在灌区中部选择一条支渠布置斗、农级渠道。2.2推算典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数（田间水利用系数取0.92）;推算其它各支渠渠首及干渠各段的设计流量。2.3设计干渠各段的纵横断面及典型支渠纵横断面，干、支渠采用浆砌石衬砌梯形断面。2.4设计典型斗渠和典型农渠横断面，斗、农渠采用混凝土衬砌矩形断面。三、设计成果3.1设计说明书20~3。页（手写，字体工整）。要求说明设计的步骤、依据的理论、采用的公式或方法，必要时将计算成果列入表格（设计说明书中包括早稻及棉花的灌溉制度相关图表，修正前后的灌水率图）。3.2设计图纸包括灌溉系统规划布置图。干渠纵、横断面图，以及支、斗、农渠横断面图（共2张，均为A3图幅、CAD绘图）n马清河灌区灌溉系统规划设计一作物灌溉制度和灌水率的制定1.早稻灌溉制度的制定1）泡田期灌溉制度泡田定额（已给定）：80m3/亩2）生育期灌溉制度早稻生育期灌溉制度用水量平衡方程计算根据基本资料及公式可计算出作物相应生长阶段的蒸发量，有效降雨量，蓄水量，继而可得出逐日耗水量，计算过程见表1。水量平衡方程h1Pm-WC-d=h2式中hi一时段初田面水层深度；h2一时段初田面水层深度；P一时段内降雨量；m一时段内灌水量；WC一时段内田间耗水量；d一时段内排水量。n式中各数值均已mm计WC=ET日S式中E品一逐日需水量，mm;S—稻田逐日渗漏强度，mm。EM=ETin式中ETi—各生育阶段作物需水量，mm;n—各生育阶段天数。1ETi=——KiET100式中Ki—需水量模比系数；ET一全生育阶段需水量,mm。ETfE0式中E。一全生育期水面蒸发量,mm。根据设计年蒸发量统计表以及生育期时间可算出表1逐日耗水量计算表生育阶段川分篥前分篥后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/4~4/55/5~14/515/5~1/62/6~16/617/6~30/61/7~11/712/7~20/725/4~20/7天数101018151411987模比系数（％）78182521138100渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3阶段需水重（mm027.631.570.998.582.751.231.5394阶段渗漏量（mm）131323.419.518.214.311.7113.1阶段田间耗水量（mm）40.644.594.3118.0100.965.543.2507.1翌日耗水量（mm）4.14.55.27.97.26.04.8本灌溉制度计算表取设计初始淹灌水层深度为20mm,具体做法是：当淹灌水层减去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田间允许最小水层深度则设计灌水，当大于最大田间允许水层深度则设计排水，计算过程见表2。表2早稻生育期灌溉制度计算表日期生育期设计淹灌层逐日耗水量逐日降雨淹灌水层变化灌水量排水量月日42420n525复苗10-30-504.115.926[11.82727.720281.525.129:2130116.912.8228.7P2033.4284925065.95分麋前10-40-804.51.246.761P7.950.1728.574.1869.69165.11060.6112.558.612；r6.460.513561451.5151分奠后20-50-905.246.316647.1172566.91861.719―56.52051.32146.1221r10.651.52310.7572451.825146.62641.4271.137.3281r3.735.82930.63025.43120.26145二302孕穗20-50-1007.917.454.531.948.5440.6532.7n624.8746.930839931.11023.21145.3301237.41329.514―1.923.51545.6301637.717抽穗20-50-907.230.51823.31946.1302038.92131.72249.273.72366.524I35.4904.72582.826P277.62770.42863.2295630―48.871乳熟10-40-50642.8236.8330.8424.8518.8612.8736.830830.89]24.810118.81112.812黄熟湿润4.81314151617n181920464.9308.322070.6校核：h始+£P—£d+Zm-ZWC=h20308.3-70.6220-464.9=12.8mm与7月11日灌溉水层相符，计算无误。由表2可得到表3。表3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14.272013.325.22013.336.130204n6.7302056.11302066.15302076.17302087.730201.棉花灌溉制度的制定1）根据水量平衡方程Wt-W0=Wr+P0+K+M-ET式中w,W（一时段初和时段末时的土壤计划湿润层内的储水量;叫一由于计划湿润层增加而增加的水量；F0—保存在土壤计划湿润层内有效雨量；K一时段末的地下水补给量；M一时段末灌溉水量；ET一时段末的作物需水量。全生育期的需水量一用以产量为参数的需水系数法ET=KY=2.67120=320.4m3/亩各生育阶段田间需水量ETi=KiET地下水补给量nK，ET由于计划湿润层增加而增加的水量Wr=667(H2-HjnMm3/亩)近似取三880%有效雨量保存在土壤计划湿润层内有效雨量Po=--Pa的选取按下表计:降雨量<55-50>500£01.0-0.80.7-0.8湿润层最大，最小储水量Wmax=667nH%axWmin=667nH%n棉花播前的灌水定额M=667H(日max—或)n=667父0.1父(88%_88%—%)m0.48=17m3/亩2表4棉花有效雨量计算表月份生育阶段旬起止日期降雨量(mm)后效雨量(mrm后效雨量(m3/亩)4幼苗期下4.21-4.305.34.83.25上5.1-5.1013399.866.6中5.11-5.2039.935.923.9下5.21-5.3121.319.212.86上6.1-6.1019.317.411.6中6.11-6.16000.0现蕾期下6.17-6.3084.676.150.87上7.1-7.10000.0中7.11-7.2014.812.78.5下7.21-7.2814.412.78.58开花结雷期上7.29-8.1022.119.913.3中8.11-8.2014.212.88.5下8.21-8.26000.09吐絮期上8.27-9.1087.24.8中9.11-9.20000.0下9.21-9.3022.119.913.310上10.1-10.1048.343.529.0中10.11-10.2044.840.326.9下10.21-10.316.25.63.711上11.1-11.6000.0n表5棉花各生育阶段耗水量计算表（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4.21-6.166.17-7.286.17-7.287.29-8.268.27-11.64.21-11.6模比系数（%18302428100地下水补给量占作物需水量的（为10202225计划湿润层深（项0.4-0.50.5-0.60.6-0.70.7天数（d）574229722001作物田间需水量ET57.6796.1276.9089.71320.4地下水补给量K5.7719.2216.9222.43湿润层增加而增加的水量Wr25.6125.6125.610.00ET-Wr-K26.2951.2934.3767.28日平均ET-Wr-K0.461.221.190.93表6棉花灌溉制度计算表（m3/亩）起止日期生育阶段天数（d）PoWmaxWminET-Wr-KW灌水排水1024.21-4.30幼苗期103.2140.998.64.6100.65.1-5.101066.6140.998.64.6140.921.75.11-5.201023.9:140.998.6r4.6140.9r19.35.21-5.311112.8140.998.65.1140.97.76.1-6.101011.6140.998.64.6140.976.11-6.1660:140.998.6:2.8138.26.17-6.30现蕾期1450.8169118.317.1169.02.97.1-7.10100169118.312.2156.87.11-7.20108.51169118.3P12.2153.17.21-7.2888.5169118.3P9.8151.87.29-8.10开花结雷期1313.3197.2138.115.5149.78.11-8.20108.5197.2138.111.9146.38.21-8.2660197.2138.1P7.1139.18.27-9.10吐絮期154.8197.2138.114.0160.0309.11-9.20100197.2138.1r9.3150.79.21-9.301013.31197.2138.1r9.3154.710.1-10.101029197.2138.19.3174.410.11-10.201026.9197.2138.1r9.3192.010.21-10.31113.7197.2138.110.2185.511.1-11.660197.2138.15.6179.9n285.4178.93058.6校核：179.9—102=285.4+30—178.9—58.6计算无误1.灌水率计算早、中稻泡田8-12d,双季晚稻泡田5-7d;各类水稻生育期内一次灌水的延续时间3-5d;棉花生育期内一次灌水延续时间5-104:miq二8.64Ti表7灌水率计算表作物所占比例（%）灌水次数灌水定额（m3/亩）灌水日期延续时问灌水率m3/（s万亩）早稻501（泡田）804月13日100.46213.34月27日50.153：13.35月2日50.154206月1日50.235206月7日50.236206月11日50.237206月15日50.238206月17日50.2391207月7日「510.23中稻281（泡田）755月7日1010.242255月26日50.163256月4日r5：0.164306月10日50.195306月20日50.196307月2日50.197307月8日50.198307月14日50.199307月22日50.1910257月29日50.1611208月10日50.13双季晚稻451（泡田）707月21日100.362157月27日50.163258月1日50.264258月7日50.265258月12日50.26n6308月23日50.31n7308月27日50.318308月31日50.319309月6日50.3110309月12日50.3111309月19日50.3112209月30日50.21棉花171174月15日50.072308月27日50.121.绘制初步灌水率图通过已知的中稻和晚稻的灌溉制度，得出全灌溉区的初步灌水率图如下图所示:工棉花2.修正灌水率图修正原则：不影响主要作物的需水要求为原则，尽量不改变主要作物的关键用水时间，若要调整，以向前移动为主，前后移动不超过三天，调整其他各次灌水问问时，要使修正后的灌水率图连续、均匀，且最小关税率不小于最大水率的40%,修正后的灌水率图见图：n日棉花一双季晚稻］从图中选取最大灌水率作为设计灌水率，即4净=0.65m3/万亩二灌溉渠系的布置规划渠道布置：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中溪之间，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，斗渠间距800m,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200m,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问及刘家湾和中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。1.确定灌溉工作制度干支渠续灌，斗农渠轮灌（各两组）2.计算典型支渠设计流量灌区总面积约为12万亩，干渠长为16.5km,各支渠的长度及灌溉面积列入下表。支渠长度及灌溉面积渠别一支二支二支合计长度（km）3.04.03.810.8灌溉时积（万亩）2.85.14.1121.推求典型支渠（三支渠）及其所属斗、农渠的设计流量:（1）计算农渠的设计流量三支渠的田间径流量为：Q3支田净=4支/设=4.俨0.65=2.665m3/s因为斗农渠分为两组轮灌，同时工作的斗渠有4条，农渠有5条；所以，农n渠的田间净流量:Q农田净Q3支田净一nk2.66545=0.133m3/s取田间水利用系数=0.92,则农渠的净流量为:Q农净Q农田净二T0.1330.92=0.145m3/s灌区土壤属于中粘壤土，查出相应的土壤透水性参数：A=1.9,m=0.4o根据农渠每公里输水损失系数：仃农A100Qm净1.91000.14504=0.041农渠毛流量或设计流量为：3.Q农毛=Q农净(1+c^农L农)=0.145父(1+0.041h0.4)=0.15m/s(2)计算斗渠的设计流量斗渠的净流量等于5条农渠的毛流量之和：3,Q斗净=5父Q农毛=5父0.15=0.75m/s农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失较大，据此求得的斗渠毛流量较大，因此，以第二轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠平均工作长度L斗=1.4km0斗渠每公里输水损失系数为:°■斗A1000m净1.91000.750.4=0.021斗渠的毛流量或设计流量:Q斗毛=Q斗净(1斗L斗)=0.77m3/s(3)计算三支渠的设计流量斗渠也是两组轮灌，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L支=3.2m支渠的净流量为：q3支净=4父0斗毛=3.08m3/s支渠每公里输水损失系数：仃3支=—『=一更'=09121000袅净100M3.08支渠的毛流量为：Q3支毛=Q支净(1+。支L支)=3.20m3/s2.计算三支渠的灌溉水利用系数为:nQ3支田净f==0.83Q3支毛2.计算一二支渠的设计流量(1)计算一二支渠的田间净流量3.Qi支田净=2.80.65=1.82m/s3.Q2支田净=5.1父0.65=3.315m/s(2)计算一二支渠的设计流量标，用来计算其他支渠的设计流量。以典型支渠的灌溉用水系数作为扩大指Q伎田净Q1支毛=不—“3支水08i=2.19m3/sQ2支毛Q2支田净“3支水3.3153,=3.99m/s0.834.推求干渠各段的设计流量(1)BC段的设计流量QBC净3.Q3支毛—3.2m1s1.9:-BC04-0.0121003.2.QBC毛=QBC净(1*仃BCLBC)=3.210.0126.67=3.46m3/sAB段的设计流量3.Qab净=Qbc毛Q2支毛=3.463.99=7.45m/s1.9--AB=0T-0.0091007.45.Qab毛=QAB净1ABLAB=7.4510.0094.13=7.73m3/sOA段的设计流量QOA净=Qab毛+Q伎毛=7.73+2.19=9.92m3/sOA1.907=0.0081009.92Qoa毛=Qoa』1十%aLoa)=9.9210.0085.7)=10.37m3/s渠道的加大流量QJ=JQdJ取12即Qj=i.2M10.37=12.44m3/sn三灌溉渠道断面设计1.渠道横断面设计由已知资料查表可得m=1.00,in=0.025（浆砌块石护面）40001.1干渠横断面设计灌区上游土质属于重壤土，不冲流速为0.9m/s,不淤流速为0.67m/s。表8渠道断面计算表流量宽度起始水深糙率底坡边坡系数水深10.372.500.0250.0002513.090910.372.53.0909021120.0250.0002512.521810.372.52.5218012050.0250.0002512.639310.372.52.6393045810.0250.0002512.614210.372.52.6141904690.0250.0002512.619510.372.52.6195213930.0250.0002512.618410.372.52.6183881290.0250.0002512.618610.372.52.6186289660.0250.0002512.618610.372.52.6185777810.0250.0002512.618610.372.52.6185886590.0250.0002512.618610.372.52.6185863470.0250.0002512.618610.372.52.6185868390.0250.0002512.618610.372.52.6185867340.0250.0002512.618610.372.52.6185867570.0250.0002512.618610.372.52.6185867520.0250.0002512.618610.372.52.6185867530.0250.0002512.618610.372.52.6185867530.0250.0002512.618610.372.52.6185867530.0250.0002512.618610.372.52.6185867530.0250.0002512.6186最优水深2.71最优断面宽深比0.828最优底宽2.24安全超高0.85渠道岸顶超高3.47流速0.77断面尺寸设计渠别最优水深最优底宽安全超高渠岸顶局AB2.42—20.773BC1.791.490.5723支渠1.741.440.562n斗渠10.850.361农渠0.550.460.260.512.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。