马清河灌区灌溉系统的规划设计 毕设

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1、马清河灌区灌溉系统的规划设计1.基本资料 1.1灌区基本情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16.5，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，20m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、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表56m以下为岩层，申溪及吴

2、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78m，上游宽5060m，下游宽7090m，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(图外)建大型水库一座，坝顶高程林50.2m，正常水位43.0m，兴利库容1.2108 m3，总库容2.3108m3。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2.5 m，下为基岩，河道比降1/100，河

3、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。1.2气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年(相当于1972年)411月水面蒸发量(80cm口径蒸发皿)及降水量见表2-1及表2-2。1.3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2-1 设计年蒸发量统计月份4567891011蒸发量(mm)97.5118.0143.7174.9196.5144.7101.175.6表2-2 设计年降水量统计日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.3492.055.31.210.864

4、.87.9-2.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.920137.52.31412.11.91.91510.0166.04.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.620.22.53.6231.410.74.52435.47.425 6.2261.5271.1281.53.729307.7313.6月计72.9212.178.339.825.037.3103.5表2-3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

5、基本观测数据如表2-4及表2-5所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表2-6。表2-4 早稻试验基本数据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)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(% )7818252l138100田间允许水层深( mm )10-30-5010-40-8020-50-8020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度( mm/d )1.31.31.31.31.31.31.3附注全生育期需水系数=1.

6、0。表2-5 棉花试验基本数据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(日/月)21/4-16/617/6-28/729/7-26/827/8-6/1121/4-6/11模比系数(%)18302428100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；需水量系数K=2.67m3Kg；土壤孔隙率48%（占土体的百分数）；土壤适宜含水率上限为70%（占空隙体积的百分数），下限为35%（占空隙%）；田间最大持水率为70%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为72 m3亩；播前灌之前土壤计划润湿层

7、（0.4m）内的平均含水率0=40%（占空隙体积的百分数）。增加的计划润湿层的平均含水率可按50%（占空隙体积的百分数）计。表2-6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/公顷)灌水次序灌水时间 (日/月)灌水定额 (m3/公顷)17/550119/750226/525227/71534/62531/825410/62547/820520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8301119/9301230/920灌

8、溉定额320(m3/公顷)灌溉定额335(m3/公顷)2.早稻及棉花的灌溉制度计算2.1早稻的灌溉制度计算日蒸发量=总蒸发量天数阶段水面蒸发量=相应的日蒸发量相应的天数由于 则阶段需水量=阶段水面总蒸发量模比系数阶段渗透量=渗透强度天数阶段耗水量=阶段渗透量阶段需水量逐日耗水量=阶段耗水量天数田间逐日耗水量计算月份4567天数30313031蒸发量mm97.5118143.7174.9日蒸发量mm3.253.814.795.64生育期复苗分蘖前分蘖后孕穗起止月日25/4-4/55/5-14/515/5-1/62/6-16/6天数10101815阶段水面蒸发量（mm）35.2838.0669.5

9、71.85阶段需水系数a1111模比系数（%）781825阶段需水量（mm）27.5831.5270.9398.51渗透强度(mm/d)1.31.31.31.3阶段渗漏量（mm）131323.419.5作物日需水量（mm/d）2.763.153.946.57田间逐日耗水量（mm）4.14.55.27.9田间逐日耗水量计算月份891011天数31303130蒸发量mm196.5144.7101.175.6日蒸发量mm6.344.823.262.52生育期抽穗乳熟黄熟 全生育期起止月日17/6-30/61/7-11/712/7-20/725/4-20/7天数1411987阶段水面蒸发量（mm）67

10、.0662.0650.78214.7阶段需水系数a1111模比系数（%）21138100阶段需水量（mm）82.7551.2331.52228.54渗透强度(mm/d)1.31.31.3阶段渗漏量（mm）18.214.311.7作物日需水量（mm/d）5.914.663.5田间逐日耗水量（mm）7.264.8又知泡田日期为4月13日至4月24日，泡田定额为，。=39即得初始淹灌水层为10.4mm.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。水量平衡方程：WtW0=WrP0KMET。早稻生育期灌溉制度计算列如下表。早稻

11、灌溉制度初步计算日 期生育期设计淹灌水层逐日耗水量逐日降雨量淹灌水层变化mm灌水量排水量月 4日 2410425复苗10-30-504.135.930264.131.8274.127.7284.11.525.1294.121304.116.9514.112.824.18.734.13.4844.1925045.95分蘖前10-40-804.51.246.764.57.950.174.528.574.184.569.694.565.1104.560.6114.52.558.6124.56.460.5134.556144.551.515分蘖后20-50-905.246.3165.2647.1175

12、.224.566.4185.261.2195.256205.250.8215.245.6225.210.651235.210.756.5245.251.3255.246.1265.240.9275.21.136.8285.23.735.3295.230.1305.224.9315.219.7615.217.431.92孕穗20-50-1007.91.925.937.9584047.950.157.942.267.934.377.926.487.958.54097.950.6107.942.7117.934.8127.966.940137.959147.91.953157.945.1167.93

13、7.217抽穗20-50-907.230187.222.8197.255.640207.248.4217.241.2227.249.283.2237.276247.235.49014.2257.282.8267.21.577.1277.269.9287.262.7297.255.5307.248.371乳熟10-40-50642.32636.33630.34624.35618.36612.37646.3408640.39634.310628.311622.312黄熟湿润13141510164.117181920464.930723060.1校核：与7月11日淹灌水层相符，计算无误。由上表可得早

14、稻生育期设计灌溉制度，如下表。早稻灌溉制度灌水次序灌水时间（月/日）灌水定额（m3/亩）1(泡田)4.147024.253036.34046.84056.124066.194077.740灌水定额3002.2棉花的灌溉制度计算2.2.1棉花净耗水量水量的计算全生育期的需水量即其各生育阶段的需水量为各生育阶段地下水补给量为由于计划湿润层增加而增加的水量净耗水量=-整理数据得下表 生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐紊期全生育期模比系数（%）18302428100阶段需水量57.6796.1276.89689.712320.4地下水补给量占作物需水量（%）10202225地下水补给量5.7719.22

15、16.9222.43WT0161616净耗水量51.9060.8943.9751.28降雨入渗量处理：有效降雨为。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，为0；当一次降雨在550mm时，取为1.0；当一次降雨大于50mm时，取为0.8。由此可得入渗的有效降雨量如下表。 有效降雨量生育阶段起止日期PP0幼苗月（日）mmm3/ 亩4.21-4.305.35.35.1-5.10133106.45.11-5.205342.45.21-5.3121.321.36.1-6.1019.319.36.11-6.1600现蕾6.17-6.2000

16、6.21-6.3055.655.67.1-7.10007.11-7.2014.114.17.21-7.2814.414.4开花结铃7.29-7.3111.311.38.1-8.1010.810.88.11-8.2014.214.28.21-8.2600吐絮8.27-8.31009.1-9.107.37.39.11-9.20009.21-9.3022.122.110.1-10.1048.348.310.11-10.2044.344.310.21-10.316.26.211.1-11.600最初土壤计划湿润层内的蓄水量为，根据水量平衡方程：可依次推出棉花各生育期内土壤计划湿润层内的蓄水量，当所得小

17、于或接近该生育期内的最小蓄水量时，则需进行灌水；当大于最大蓄水量时，则需排水。其中计划湿润层的最大、最小蓄水量：根据数据列出下表生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐紊期Wmin44.8256.0367.2378.44Wmax89.64112.06134.47156.88播前灌水定额由此得灌水率计算表如下：灌水率计算表日 期天数生育期设计储水量净耗水量逐旬耗水量逐旬入渗量实际储水量灌水量4.2724.21-4.3010幼苗期44.8289.6451.99.275.388.03205.1-5.101051.99.27106.489.645.11-5.201051.99.2742.489.645.21-

18、5.311051.99.2721.389.646.1-6.101051.99.2719.389.646.11-6.16651.95.56084.086.17-6.204现蕾期56.04112.0660.895.66078.426.21-6.301060.8914.1655.6112.067.1-7.101060.8914.16097.907.11-7.201160.8915.5814.196.427.21-7.28860.8911.3314.499.497.29-7.313开花结铃期67.23134.4743.974.5511.3106.258.1-8.101043.9715.1610.810

19、1.888.11-8.201043.9715.1614.2100.928.21-8.26643.979.10091.828.27-8.315吐絮期78.44156.8851.283.610118.21309.1-9.101051.287.227.3118.299.11-9.201051.287.220111.079.21-9.301051.287.2222.1125.9510.1-10.101051.287.2248.3156.8810.11-10.201051.287.2244.3156.8810.21-10.311051.287.226.2155.8611.1-11.6651.284.33

20、0151.52所以可得棉花灌溉制度为 棉花生育期灌溉制度表生育阶段灌水次数灌水定额灌水时间 播前灌138.424.15幼苗期2205.21吐紊期3308.27 总计88.423.灌水率计算3.1根据所计算得的早稻、棉花及给出的中稻、双季晚稻的灌溉制度以及作物比例分别计算出其灌溉率。各次灌水的灌水率为计算过程见下表。灌水率计算表作物作物所占面积(%)灌水次数灌水定额(m3/亩）灌水时间灌水延续时间（d）灌水率m3/(s*万亩)始终中间日早稻501（泡田）704.13-4.244.18120.34502304.25-4.274.2630.58503406.1-6.66.350.46504406.8

21、-6.116.140.58505406.14-6.176.1540.58506406.19-6.236.2150.46507407.5-7.87.640.58中稻301（泡田）505.7-5.175.13110.16302255.26-5.295.2740.22303256.4-6.86.650.17304256.10-6.126.1130.29305306.20-6.246.2250.21306307.2-7.47.330.35307307.8-7.117.140.26308307.14-7.187.1650.21309307.22-7.267.2450.213010257.29-7.317

22、.330.293011208.10-8.138.1240.17双季晚稻501（泡田）507.16-7.267.22110.26502157.27-7.297.2830.29503258.1-8.48.240.36504208.7-8.108.840.29505258.12-8.168.1450.29506308.23-8.258.2430.58507308.27-8.308.2840.43508308.31-9.49.250.35509309.6-9.89.730.585010309.12-9.149.1330.585011309.19-9.239.2150.355012309.30-10.3

23、10.240.43棉花20138.424.15-4.244.15100.09202205.20-5.265.2350.09203308.25-8.308.2750.14将所得灌水率绘在方格纸上得初步灌水率图及修正后灌水率图取修正后的灌水率为0.38 m3/(s*万亩).（见附图一）四、灌溉渠系规划布置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、四支布置在整个灌区的东面。第二支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠有8条斗渠，斗渠长9150m，取第四斗渠为典型斗渠。每条斗渠有16

24、条农渠，长610m,间距200m，可取四斗七农为典型农渠。本灌区采用明沟排水，主要排水沟与支渠相邻。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。布置图见附图二。五、渠道设计流量计算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10.03km，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三支四支合计长度（km）3.704.824.128.0820.72灌溉面积（万亩）1.922.343.564.18125.2.1（1）典型支渠（二支渠）及其所属斗、农渠的设计流量A计算农

25、渠的设计流量 二支渠的田间净流量为因斗、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8条，所以，农渠的田间净流量为：取田间水利用系数，农渠的净流量灌区土壤属中壤土，查表3-6得相应的土壤透水性参数： 。因此农渠每千米输水损失系数为：取农渠的计算长度为：农渠的毛流量或设计流量为：B计算斗渠的设计流量因一条斗渠内同时工作的农渠有8条，即斗渠的流量为：农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。但是，第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。斗渠每千米输水损失系数为：斗渠毛流量或设计流量为：。C.

26、计算二支渠的设计流量斗渠也是分两组轮灌，以第轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的工作长度取：。支渠的净流量为：支渠每千米输水损失系数为支渠的毛流量或设计流量为：（2）计算二支渠的灌溉水利用系数（3）计算一、三、四支渠的设计流量A计算一、三、四支渠的田间净流量B计算一、三、四支渠的设计流量以典型支渠（二支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。（4）推求干渠各段的设计流量ABC段的设计流量BAB段的设计流量COA段的设计流量六、灌溉渠道的断面设计6.1干渠及典型支渠断面设计干渠及典型支渠横断面计算由已知资料查表，可取，采用经济适用断面A 干渠及典型支渠横断面计算

27、 OA段：取，宽深比所以可得校核不冲不淤取 即有因此有，满足要求。干渠AB、BC段以及典型支渠（二支）皆采用经济适用断面计算，其结果列入下表。 干渠及典型支渠横断面初步尺寸渠道Q(m3/s)h(m)b(m)A(m2)B(m）R(m)VV（不淤）V（不冲）OA6.111.693.769.198.531.080.660.310.74AB5.031.573.57.957.931.000.630.300.73BC3.801.413.156.447.140.900.590.280.71二支1.10.891.982.544.490.570.430.230.63经校核皆满足，说明以上横断面尺寸都符合要求。B

28、.干渠及典型支渠纵断面计算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为宜，在此取，而加大流量为（当时，取；当，取）。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。（1）加大水深计算 计算OA段干渠加大水深计算

29、 初拟代入下式：依次迭代，当时， ，即为OA段堤顶高程。因此得堤顶宽度为，。干渠AB、BC段以及典型支渠（二支）同理，计算结果如下：干渠及支渠加大水深计算表渠道JQ(m3/s)A(m2)B(m）hj(m)hj(m)堤顶宽度D(m)h(m)堤坝高度h(m)OA7.454.392.831.851.892.150.662.55AB6.143.912.831.741.752.040.642.39BC4.643.32.831.871.872.170.672.54二支1.341.572.830.990.991.280.451.44（2）最小水深计算计算OA段干渠最小水深利用迭代法计算。（ ） 初始选，则有

30、进行迭代，最终得，即为最小水深。干渠AB、BC段以及典型支渠（二支）同理，计算结果如下：干渠及典型支渠最小水深计算表渠道Qmin(m3/s0A(m2)B(m）b(m）hmin（m)hmin(m）OA3.062.582.833.761.141.14AB2.522.292.833.51.051.06BC1.91.942.833.150.950.96二支0.550.922.831.980.60.6 6.2、典型斗、农渠断面设计采用水力最优断面（1）斗、农渠横断面计算A 典型斗渠：计算宽深比可得因有可知，得典型斗渠的断面尺寸为，符合要求。B 典型农渠：宽深比所以因即，满足要求，因此得典型农渠横断面尺寸

31、为，。（2）斗、农渠纵断面计算利用水力最优断面计算。A 典型斗渠：最小水深 初始选，则有进行迭代，最终得，即为最小水深。加大水深 初始选，则有进行迭代，最终得，即为加大水深。B 典型农渠： 最小水深 初始选，则有进行迭代，最终得，即为最小水深。加大水深 初始选，则有进行迭代，最终得，即为加大水深。6.3灌溉渠道的水位计算为了满足自流灌溉的要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位。式中：渠道进水口处的设计水位，m；渠道灌溉范围内控制点的地面高程，m；控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差，取0.1m；渠道的长度，m；渠道的比降；水流通过渠系建筑物的水头损失（m），可查表。A 干渠：所以有B 二支口处：所以有二支处的设计水位为C 二支四斗处：所以二支四斗处的设计水位为可根据以上计算所得数据绘制出干渠的纵横断面图以及典型支渠的横断面图，见附图三。参考文献：1 汪志农主编灌溉排水工程学中国农业出版社出版，2009 2 陈德亮主编水工建筑物中国水利水电出版社出版，2003 4 吴迟恭主编水力学高等教育出版社出版，200827