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農田水利學設計說明書
——灌區(qū)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設計
《農田水利學》課程設計
一、基本資料 1.1概況
灌區(qū)位于界榮山以南，馬清河以北，（20m等高線以下的）總面積約12萬畝。氣候溫和，無霜期長，適宜于農作物生長。年平均氣溫16.5℃，多年平均蒸發(fā)量1065mm，多年平均降水量1112mm，灌區(qū)地形圖見附圖。
灌區(qū)人口總數(shù)約8萬，勞動力1.9萬。申溪以西屬興隆鄉(xiāng)，以東屬大勝鄉(xiāng)。根據(jù)農業(yè)規(guī)劃，界榮山上以林、牧、副業(yè)為主，馬頭山以林為主，20m 等高線以下則以大田作物為主，種植稻、麥、棉、豆
等作物。
灌區(qū)上游土質屬重粘壤土，下游龍尾河一帶屬中粘壤土。地下水埋深一般為4~5m,土壤及地下水的PH值屬中性，無鹽堿化威脅。 界榮山 、龍尾山等屬土質丘陵，表土屬重粘壤土，地表5~6m以下為巖層，申溪及吳家溝等溝溪均有巖石露頭，馬頭山陳村以南至馬清河邊巖石遍布地表。吳家溝等溝溪縱坡較大，下切較深，一般為7~8m，上游寬50~60m，下游寬70~90m，遇暴雨時易暴發(fā)洪水，近年來已在各溝、溪上游修建多處小型水庫，山洪已基本得到控制，對灌區(qū)無威脅。
灌區(qū)為馬清河流域規(guī)劃的組成部分。根據(jù)規(guī)劃要求，已在興隆峪上游20km處（圖外）建大型水庫一座，壩頂高程50.2m，正常水位43.0m，興利庫容1.2×108m3,總庫容2.3×108m3。馬清河灌區(qū)擬在該水庫下游A?A斷面處修建攔河壩式取水樞紐，引取水庫水發(fā)電則利用尾水進行灌溉。A?A斷面處河底高程30m，砂、卵石覆蓋層厚2.5m，下為基巖，河道比降1/100，河底寬82m，河面寬120m。水庫所供之水水質良好，含沙量極微，水量亦能完全滿足灌區(qū)用水要求。 1.2氣象
根據(jù)當?shù)貧庀笳举Y料，設計的中等干旱年（相當于1972年）4~11月水面蒸發(fā)量（80cm口徑蒸發(fā)皿）及降水量見表1及表2。
表1 設計年蒸發(fā)量統(tǒng)計
表2 設計年降水量統(tǒng)計
1.3種植計劃及灌溉經(jīng)驗
灌區(qū)以種植水稻為主，兼有少量旱作物，各種作物種植比例見表3。
表3 作物種植比例
根據(jù)該地區(qū)灌溉試驗站觀測資料，設計年（1972）早稻及棉花的基本觀測數(shù)據(jù)如表4及表5所示；中稻及晚稻的豐產灌溉制度列于表6。
表4 早稻試驗基本數(shù)據(jù)
注：全生育期需水系數(shù)a=1.0。
表5 棉花試驗基本數(shù)據(jù)
注：計劃產量120kg；需水系數(shù)k=2.67m3/kg；土壤空隙率為48%（占土體的%）；土壤適宜含水率上限為88%，下限為61.6%（占空隙%）；田間最大持水率為88%（占空隙%）；播種時，計劃層土壤儲水量為102m3/畝。 2、設計內容
2.1根據(jù)基本資料用水量平衡法（列表計算）制定早稻及棉花的灌溉制度，建議編程計算或利用Excel計算。
2.2根據(jù)所制定的早稻及棉花的灌溉制度以及表6所給出的中稻及雙季晚稻的灌溉制度資料，編制全灌區(qū)的灌水率圖，并進行修正，使其符合要求。在制定灌水率圖時，建議采用的一次灌水延續(xù)時間如下：
早、中稻泡田8~12晝夜；雙季晚稻泡田5~7晝夜；各類水稻生育內一次灌水的延續(xù)時間3~5晝夜。棉花生育期內一次灌水延續(xù)時間5~10晝夜。
表6 中稻、雙季晚稻設計年豐產灌溉制度
附注：早稻泡田日期為4月13日，定額為：80m3/畝。
2.3確定渠首樞紐的位置及形式。在1/25000地形圖上布置引水干渠、支渠，以及主要渠系建筑物。在灌區(qū)中部選擇一條支渠布置斗、農級渠道。
2.4推算典型支渠各級渠道的設計流量及灌溉水利用系數(shù)(田間水利用系數(shù)取0.92)；推算其它各支渠渠首及干渠各段的設計流量。 2.5設計干渠各段的縱橫斷面及典型支渠縱橫斷面，干、支渠采用漿砌石襯砌梯形斷面。
2.6設計典型斗渠和典型農渠橫斷面，斗、農渠采用混凝土襯砌矩形斷面。 三、設計成果
3.1設計說明書20~30頁（手寫，字體工整）。要求說明設計的步驟、依據(jù)的理論、采用的公式或方法，必要時將計算成果列入表格(設計說明書中包括早稻及棉花的灌溉制度相關圖表，修正前后的灌水率圖)。
3.2設計圖紙包括灌溉系統(tǒng)規(guī)劃布置圖。
干渠縱、橫斷面圖，以及支、斗、農渠橫斷面圖（共2張，均為A3圖幅、CAD繪圖）。
馬清河灌區(qū)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設計
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額（已給定）：80m3/畝
2) 生育期灌溉制度早稻生育期灌溉制度用水量平衡方程計算
根據(jù)基本資料及公式可計算出作物相應生長階段的蒸發(fā)量，有效降雨量，蓄水量，繼而可得出逐日耗水量，計算過程見表1。 水量平衡方程h1?P?m?WC?d?h2 式中 h1—時段初田面水層深度；
h2—時段初田面水層深度；
P—時段內降雨量； m—時段內灌水量；
WC—時段內田間耗水量； d—時段內排水量。
式中各數(shù)值均已mm計。
WC?ET日?S
式中 ET日—逐日需水量，mm；
S—稻田逐日滲漏強度，mm。
ET日?
ETi
n
式中 ETi—各生育階段作物需水量，mm； n—各生育階段天數(shù)。 1
ETi?KiET
100式中 Ki—需水量模比系數(shù)；
ET—全生育階段需水量，mm。
ET??E0
式中 E0—全生育期水面蒸發(fā)量，mm。根據(jù)設計年蒸發(fā)量統(tǒng)計表以及生育期時間可算出。
本灌溉制度計算表取設計初始淹灌水層深度為20mm，具體做法是：
當淹灌水層減去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田間允許最小水層深度則 設計灌水，當大于最大田間允許水層深度則設計排水，計算過程見表2。
校核： h始??P??d??m??WC?h
20?308.3?70.6?220?464.9?12.8mm
與7月11日灌溉水層相符，計算無誤。
由表2可得到表3。
2. 棉花灌溉制度的制定
1）根據(jù)水量平衡方程Wt?W0?Wr?P0?K?M?ET
式中 W0，Wt—時段初和時段末時的土壤計劃濕潤層內的儲水量； Wr—由于計劃濕潤層增加而增加的水量； P0—保存在土壤計劃濕潤層內有效雨量； K—時段末的地下水補給量； M—時段末灌溉水量；
ET—時段末的作物需水量。
全生育期的需水量—用以產量為參數(shù)的需水系數(shù)法
ET?KY?2.67?120?320.4m3/畝 各生育階段田間需水量
ETi?KiET 地下水補給量
K??ET
由于計劃濕潤層增加而增加的水量 Wr?667(H2?H1)n(m3/畝）近似取?80%
有效雨量保存在土壤計劃濕潤層內有效雨量
P0??P
Wmax?667nH?maxWmin?667nH?min
棉花播前的灌水定額
M?667H(?max??0)n?667?0.1?(88%?
88%?61.6%
)?0.48?17m3/畝
2
表5 棉花各生育階段耗水量計算表(m3/畝）
表6 棉花灌溉制度計算表(m3/畝）
3.灌水率計算
早、中稻泡田8-12d，雙季晚稻泡田5-7d；各類水稻生育期內一次灌水的延續(xù)時間3-5d；棉花生育期內一次灌水延續(xù)時間5大學網(wǎng)-10d。
q?
?m1
8.64T1
4. 繪制初步灌水率圖
通過已知的中稻和晚稻的灌溉制度，得出全灌溉區(qū)的初步灌水率圖如下圖所示：
5. 修正灌水率圖
修正原則：不影響主要作物的需水要求為原則，盡量不改變主要作物的關鍵用水時間，若要調整，以向前移動為主，前后移動不超過三天，調整其他各次灌水間間時，要使修正后的灌水率圖連續(xù)、均勻，且最小關稅率不小于最大水率的40%，修正后的灌水率圖見圖:
從圖中選取最大灌水率作為設計灌水率，即q凈?0.65m3/萬畝
二 灌溉渠系的布置規(guī)劃
渠道布置：本灌區(qū)灌溉渠道分為干、支、斗、農四級固定渠道。本灌區(qū)屬于小坡度地區(qū)。一支布置在整個灌區(qū)的西面，與等高線成一定的角度。二支布置在吳家溝和申溪之間，三支布置在整個灌區(qū)的東面，即整個灌區(qū)由三條支渠控制。第三支渠灌溉面積適中，可作為典型支渠，該支渠有8條斗渠，斗渠間距800m，長3000m，取第五斗渠為典型斗渠。每條斗渠有10條農渠，長800m,間距200m，可取五斗二農為典型農渠。 本灌區(qū)采用明溝排水，分別在吳溝和吳家溝之間及劉家灣和申溪之間的洪溝布置排水溝。另外，在每個條田中均設置排水溝，防止因排水不暢，引起地下水抬升，使土壤發(fā)生次生鹽堿化。 1.確定灌溉工作制度
干支渠續(xù)灌，斗農渠輪灌（各兩組） 2.計算典型支渠設計流量 灌區(qū)總面積約為12萬畝，干渠長為16.5km，各支渠的長度及灌溉面積列入下表。
（1） 計算農渠的設計流量 三支渠的田間徑流量為：
Q3支田凈?A3支?q設?4.1?0.65?2.665m3/s
因為斗農渠分為兩組輪灌，同時工作的斗渠有4條，農渠有5條；所以，農
渠的田間凈流量：
Q農田凈?
Q3支田凈
nk
?
2.665
?0.133m3/s 4?5
取田間水利用系數(shù)?f?0.92，則農渠的凈流量為：
Q農凈?
Q農田凈
?f
?
0.133
?0.145m3/s 0.92
灌區(qū)土壤屬于中粘壤土，查出相應的土壤透水性參數(shù)：A=1.9，m=0.4。根據(jù)農渠每公里輸水損失系數(shù)：
?農?
A1.9
??0.041 m0.4
100Q農凈100?0.145
農渠毛流量或設計流量為：
Q農毛?Q農凈?1??農L農??0.145?(1?0.041?0.4)?0.15m3/s
（2） 計算斗渠的設計流量 斗渠的凈流量等于5條農渠的毛流量之和：
Q斗凈?5?Q農毛?5?0.15?0.75m3/s
農渠分兩組輪灌，各組要求斗渠供給的凈流量相等。但是，第二輪灌組距斗渠進水口較遠，輸水損失較大，據(jù)此求得的斗渠毛流量較大，因此，以第二輪灌組灌水時需要的斗渠毛流量作為斗渠的設計流量。斗渠平均工作長度
L斗?1.4km。
斗渠每公里輸水損失系數(shù)為：
?斗?
A1.9
??0.021 m0.4
100Q斗凈100?0.75
斗渠的毛流量或設計流量：
Q斗毛?Q斗凈?1??斗L斗??0.77m3/s
（3） 計算三支渠的設計流量 斗渠也是兩組輪灌，以第二輪灌組要求的支渠毛
流量作為支渠的設計流量。支渠的平均工作長度L支?3.2m 支渠的凈流量為：Q
3支凈
?4?Q斗毛?3.08m3/s
A1.9
??0.012 m0.4
100Q3支凈100?3.08
支渠每公里輸水損失系數(shù)：?3支?支渠的毛流量為：Q
3支毛
?Q支凈?1??支L支??3.20m3/s
2.計算三支渠的灌溉水利用系數(shù)為：
?f?
Q3支田凈Q3支毛
?0.83
3.計算一二支渠的設計流量
（1）計算一二支渠的田間凈流量
Q1支田凈?2.8?0.65?1.82m3/s Q2支田凈?5.1?0.65?3.315m3/s
（2）計算一二支渠的設計流量 以典型支渠的灌溉用水系數(shù)作為擴大指標，用來計算其他支渠的設計流量。
Q1支毛?
Q1支田凈
?3支水
Q2支田凈
?
1.82
?2.19m3/s 0.83
3.315
?3.99m3/s 0.83
Q2支毛?
4.推求干渠各段的設計流量
（1）BC段的設計流量Q
?3支水
?
BC凈
?Q3支毛?3.2m3/s
1.9
?0.012
100?3.20.4
3
?BC? AB段的設計流量
QBC毛?QBC凈?1??BCLBC??3.2??1?0.012?6.67??3.46m/s
3 Q
AB凈?QBC毛?Q2支毛?3.46?3.99?7.45m/s
?AB?
1.9
?0.009 0.4
100?7.45
3
QAB毛?QAB凈?1??ABLAB??7.45??1?0.009?4.13??7.73m/s
OA段的設計流量
3 Q
OA凈?QAB毛?Q1支毛?7.73?2.19?9.92m/s
?OA?
1.9
?0.008 0.4
100?9.92
3
QOA毛?QOA凈?1??OALOA??9.92??1?0.008?5.7??10.37m/s
渠道的加大流量QJ?JQd
J取1.2，即Q?1.2?10.37?12.44m3/s
J
三 灌溉渠道斷面設計
1.渠道橫斷面設計
由已知資料查表可得m=1.00，i?
1
n?0.025（漿砌塊石護面） 4000
1.1干渠橫斷面設計
灌區(qū)上游土質屬于重壤土，不沖流速為0.9m/s，不淤流速為0.67m/s。
縱斷面設計的任務是根據(jù)灌溉水位要求確定渠道的空間位置，包括設計水位、渠底高程、堤頂高程、最小水位等。其中堤頂高程、最小水位的確定需確定最小水深和加大水深。即需確定最小流量與加大流量。為保證對下級渠道正常供水，
目前有些灌區(qū)規(guī)定渠道最小流量以不低于渠道設計流量的40%為宜。
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