农田水利学课程设计 26页

课程设计说明书课程名称：农田水利学题目名称：Q灌区灌溉系统的规划设计姓名：学号：指导教师：第0页共26页第25页共26页n《农田水利学》课程设计灌区灌溉系统的任务书一、目的要求通过本设计，要求学生掌握作物灌溉制度的制定；灌水率图的绘制和修正；首部、干渠、支渠及骨干排水沟以及主要渠系建筑物规划设计；典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数的推求；推算其它各支渠渠首及干渠各段的设计流量；干渠纵横断面的设计，使学生初步掌握灌溉系统的规划设计内容和步骤。二、基本资料2.1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16.5℃，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量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，下游宽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1.2×1,总库容2.3×1。马清河灌区拟在该水库下游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。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。2.2气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）4~11月水面蒸发量（第25页共26页n80cm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4567蒸发量（mm）97.5118.0143.7174.9月份891011蒸发量（mm）196.5144.7101.175.6表2设计年降水量统计日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2第25页共26页n262271.1281.53.729307.7313.6月计72.9109107.840.525.0381042.3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（%）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蘖前分蘖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）10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50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（%）102022250.4~0.50.5~0.60.6~0.70.7第25页共26页n计划湿润层深（m）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。三、设计内容3.1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。3.2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：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（/亩）灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（/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（/亩）灌溉定额360（/亩）附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为：80m3/亩。3.3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。第25页共26页n3.4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。3.5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。3.6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。四、设计成果4.1设计说明书20~30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)。4.2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）。第25页共26页nQ灌区灌溉系统的规划设计计算书一、早稻的灌溉制度制定1、先求出水稻全生育期的需水量日蒸发量=月总蒸发量÷天数算出每个月份占生育期的天数，再由某月的日蒸发量和某月占生育期的天数的乘积，得到全生育期在某月的蒸发量，然后再把各个月份在生育期的蒸发量相加既得整个生育期的蒸发量，由全生育的蒸发量乘以全生育期需水系数α既得全生育期的需水量。2、求出水稻的日耗水量各生育阶段的作物需水量为：第25页共26页n1、确定水稻的灌溉制度Q灌区设计年早稻生育期灌溉制度计算表(单位：mm)日期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月日（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)424　　　　20　　　25复苗10-30-504.1　15.9　0　26　11.8　0　27　27.7200　281.525.1　0　29　21　0　30　16.9　051　12.8　0　2　28.7200　33.428　0　49250　65.9　5分蘖前10-40-804.51.246.7　0　67.950.1　0　728.574.1　0　8　69.6　0　9　65.1　0第25页共26页n　10　60.6　0　112.558.6　0　126.460.5　0　13　56　0　14　51.5　0　15分蘖后20-50-905.2　46.3　0　16647.1　0　1724.566.4　0　18　61.2　0　19　56　0　20　50.8　0　21　45.6　0　2210.651　0　2310.756.5　0　24　51.3　0　25　46.1　0　26　40.9　0　271.136.8　0　283.735.3　0　29　30.1　0　30　24.9　0　31　49.730061　44.5　0　2孕穗20-50-1007.917.454　0　31.948　0　4　40.1　0　5　32.2　0　6　24.3　0　7　46.4300　8　38.5　0　9　30.6　0　10　22.7　0　11　49.8350　12　41.9　0　13　34　0　141.928　0　15　20.1　0　16　47.2350　17抽穗20-50-907.2　40　0　18　32.8　0　19　25.6　0　20　48.4300　21　41.2　0第25页共26页n　2249.283.2　0　23　76　0　2435.490　14.2　25　82.8　0　261.577.1　0　27　69.9　0　28　62.7　0　29　55.5　0　30　48.3　071乳熟10-40-506　42.3　0　2　36.3　0　3　30.3　0　4　24.3　0　5　18.3　0　6　12.3　0　7　36.3300　8　30.3　0　9　24.3　0　10　18.3　0　11　12.3　0　12黄熟湿润4.8　　　　　13　　　　　14　　　　　1510　　　　164.1　　　　17　　　　　18　　　　　19　　　　　20　　　　464.9307.323080.1（未包括黄熟期耗水）校核：与7月11号淹灌水层相符，计算无误。灌溉制度如下表：第25页共26页nQ灌区设计年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1(泡田)4月13日1057024月27日2013.3335月2日2013.3345月31日3020.0056月7日3020.0066月11日3523.3376月16日3523.3386月20日3020.0097月7日3020.00灌溉定额335223.33一、棉花的灌溉制度制定1、先统计有效降雨量有效降雨为。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5～50mm时，取为0.9；当一次降雨大于50mm时，取为0.75。由此可得入渗的有效降雨量如下表棉花有效降雨量统计生育阶段月份旬起止日期P0mmm3/亩幼苗期4下旬4.21-4.304.773.185上旬5.1-5.1099.7566.5中旬5.11-5.2035.4623.64下旬5.21-5.3119.1712.786上旬6.1-6.1017.3711.58中旬6.11-6.1600现蕾期下旬6.17-6.3076.1450.767上旬7.1-7.1000中旬7.11-7.2012.698.46下旬7.21-7.2823.1315.42开花结铃期8上旬7.29-8.1019.8913.26中旬8.11-8.2012.788.52下旬8.21-8.2600吐絮期9上旬8.27-9.106.574.38中旬9.11-9.2000第25页共26页n下旬9.21-9.3019.8913.2610上旬10.1-10.1043.4728.98中旬10.11-10.2039.8726.58下旬10.21-10.315.583.7211上旬11.1-11.6001、确定棉花的灌溉制度棉花全生育期的需水量为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求出各个阶段每日的需水量，地下水补给量，由于计划湿润层增加而增加的水量，再乘以各个旬的天数，得到各旬的量。再以旬为单位进行灌溉制度的计算。计划湿润层的最大、最小蓄水量：棉花各个生育阶段耗水量计算表生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐蕾期全生育期起止日期21/4～16/617/6～28/729/7～26/827/8～6/1121/4～6/11天数57422972200总需水量ET320.4模比系数18302428100阶段需水量57.67296.1276.89689.712320.4每日需水量1.0122.2892.6521.246　地下水补给量占作物需水量的（%）10202225　地下水补给量5.76719.22416.91722.428　每日地下水补给量0.1010.4580.5830.312　计划湿润层深（m）0.4～0.50.5～0.60.6～0.70.7　第25页共26页n计划湿润层增加而增加的水量(WT)16.00816.00816.00816.008　每天增加的水量0.2810.3810.5520.222　自作物生长初期土壤计划湿润层储水量W0，逐旬减去（ET-WT-K），当遇有降雨时再加上降雨入渗量P0，既得计划湿润层实际储水量（W）。当W接近于Wmin时，即进行灌水。灌水定额大小要适当，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax。如此继续进行就得全生育期的各次灌水定额、灌水时间和灌水次数。第25页共26页nQ灌区设计年棉花生育期灌溉制度计算表生育期日期日期天数计划湿润层储水量上限（m3/亩）储水量下限（m3/亩）消耗降雨实际储水量（m3/亩）灌水量（m3/亩）排水量（m3/亩）逐旬需水量ET（m3/亩）计划湿润层增加而获得的水量WT（m3/亩）地下水补给量K（m3/亩）净消耗量ET-WT-K（m3/亩）逐旬有效降雨（mm）逐旬有效降雨（m3/亩）月旬(2)（1）　　(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)播前　4.20　0.4　　　　　　　　102.000　　幼苗期4下旬4.21-4.30100.5140.87098.60910.122.811.016.34.773.1898.88000.0005上旬5.1-5.101010.122.811.016.399.7566.5140.870018.210中旬5.11-5.201010.122.811.016.335.4623.64140.870017.340下旬5.21-5.311111.1323.0911.1116.9319.1712.78140.87005.850第25页共26页n6上旬6.1-6.101010.122.811.016.317.3711.58140.87005.280中旬6.11-6.1666.0721.6860.6063.7800137.09000.000现蕾期下旬6.17-6.30140.6169.044118.33132.0465.3346.41220.376.1450.76167.55000.0007上旬7.1-7.101022.893.814.5814.500153.05000.000中旬7.11-7.201022.893.814.5814.512.698.46147.01000.000下旬7.21-7.28818.3123.0483.66411.623.1315.42150.83000.000开花结铃期8上旬7.29-8.10130.7197.219138.05334.4766.7867.57920.11119.8913.26143.97900.000中旬8.11-8.201026.525.225.8315.4712.788.52197.030600.000下旬8.21-8.26615.9123.1323.4989.28200187.74800.000吐絮期9上旬8.27-9.10150.7197.219138.05318.693.334.6810.686.574.38181.44800.000中旬9.11-9.201012.462.223.127.1200174.32800.000下旬9.21-9.301012.462.223.127.1219.8913.26180.46800.00010上旬10.1-10.101012.462.223.127.1243.4728.98197.21905.109第25页共26页n中旬10.11-10.201012.462.223.127.1239.8726.58197.219019.460下旬10.21-10.311113.7062.4423.4327.8325.583.72193.10700.00011上旬11.1-11.667.4761.3321.8724.27200188.83500.000合计192.937　291.02　6071.249第25页共26页nQ灌区设计年棉花生育期设计灌溉制度表灌水次数灌水日期灌水定额mmm3/亩1(播前灌)4月20日16.0410.7028月11日90.0060.00灌溉定额106.0470.70一、灌水率的计算第25页共26页n得出修正前的灌水率图：得出修正后的灌水率图：第25页共26页n一、灌溉渠系规划布置本灌区灌溉渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。本灌区属山区、丘陵区灌区。渠道布置如附图所示。第三支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠左右各有10条斗渠，斗渠长1655m。每条斗渠有8条农渠，长500m,间距200m。如图所示。1、渠道设计流量计算1.1确定工作制度干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。1.2典型支渠设计流量计算灌区总面积约为12万亩，各支渠的长度及灌溉面积列入下表。渠别一支二支三支四支合计长度（km）5.735.355.436.1922.7灌溉面积（万亩）1.7334.312（1）计算农渠的设计流量三支渠的田间净流量为：灌溉制度为干支渠续灌，斗农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有10条，同时工作的农渠有8条，所以，农渠的田间净流量为：去田间水利用系数，则农渠的净流量为：第25页共26页n先算3支渠左侧灌溉面积的农渠，斗渠设计流量，右侧的等同于左侧，算3支渠设计流量时只需由左侧算出的支渠设计流量乘以2既得。灌区土壤属于中粘壤土，查得，可计算出农渠每公里输水损失系数：农渠的毛流量或设计流量为：（2）（2）计算斗渠的设计流量因为一条斗渠内同时工作的农渠有4条，所以，斗渠的净流量等于4条农渠的毛流量之和：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，输水损失量较多，据此要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。斗渠的平均工作长度为：斗渠每公里输水损失系数为：斗渠的毛流量或设计流量为：（3）计算三支渠的设计流量斗渠也是分两组轮灌，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为：支渠的净流量为：支渠每公里输水损失系数为：支渠的毛流量为：2、计算3支渠的灌溉水利用系数第25页共26页n3、计算一，二、四支渠的设计流量（1）计算一，二、四支渠的田间净流量（2）计算一，二、四支渠的设计流量以典型支渠（三支渠）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（1）CD段的设计流量（2）BC段的设计流量（2）AB段的设计流量（3）OA段的设计流量第25页共26页n灌溉渠道的断面设计干渠可采用粗糙的混凝土抹面护面，n=0.017。1、求OA段的横断面：由渠道布置图可以得到渠道比降，。采用梯形渠道的水力最优断面：水深为：渠道设计底宽为：断面面积为：流速为：不冲流速为：为了防止渠道长草，影响输水能力，对渠道的最小流速仍有一定的限制，通常要求大型渠道的平均流速不小于0.5m/s，小型渠道的平均流速不小于0.3到0.4m/s，所以满足要求。所以干渠OA段的设计断面尺寸为：再求加大水深：加大流量为：而设计流量为7.83m/s,所以J=1.20-1.25取1.25。所以渠道底宽已经确定，所以可以试算求出加大水深第25页共26页n安全超高堤顶宽度为：干渠AB，BC，CD段都采用梯形水力最优断面计算,算法和OA段一样，其结果列如下表：渠段Q(m3/s)渠道比降ib(m)设计水深(m)加大水深（m）安全超高Δh(m)堤顶宽度D（m）设计流速V(m/s)OA7.830.0011.111.591.760.642.061.60AB6.550.00150.961.371.520.581.821.78BC4.580.00160.831.191.340.541.641.66CD2.660.00070.791.131.270.521.571.06经校核皆满足，说明以上尺寸都满足要求。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．对于干渠：所以：横断面形式如下图所示：第25页共26页n第25页共26页n第25页共26页n第25页共26页