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农田水利学设计说明书
——灌区灌溉系统规划设计
《农田水利学》课程设计
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16.5℃，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1.2×108m3,总库容2.3×108m3。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。 1.2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（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
表2 设计年降水量统计
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3。
表3 作物种植比例
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
注：全生育期需水系数a=1.0。
表5 棉花试验基本数据
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：
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
附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为：80m3/亩。
2.3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。
2.4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。 2.5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。
2.6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。 三、设计成果
3.1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)。
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）。
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h1?P?m?WC?d?h2 式中 h1—时段初田面水层深度；
h2—时段初田面水层深度；
P—时段内降雨量； m—时段内灌水量；
WC—时段内田间耗水量； d—时段内排水量。
式中各数值均已mm计。
WC?ET日?S
式中 ET日—逐日需水量，mm；
S—稻田逐日渗漏强度，mm。
ET日?
ETi
n
式中 ETi—各生育阶段作物需水量，mm； n—各生育阶段天数。 1
ETi?KiET
100式中 Ki—需水量模比系数；
ET—全生育阶段需水量，mm。
ET??E0
式中 E0—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。
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。
校核： h始??P??d??m??WC?h
20?308.3?70.6?220?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。
2. 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 W0，Wt—时段初和时段末时的土壤计划湿润层内的储水量； Wr—由于计划湿润层增加而增加的水量； P0—保存在土壤计划湿润层内有效雨量； K—时段末的地下水补给量； M—时段末灌溉水量；
ET—时段末的作物需水量。
全生育期的需水量—用以产量为参数的需水系数法
ET?KY?2.67?120?320.4m3/亩 各生育阶段田间需水量
ETi?KiET 地下水补给量
K??ET
由于计划湿润层增加而增加的水量 Wr?667(H2?H1)n(m3/亩）近似取?80%
有效雨量保存在土壤计划湿润层内有效雨量
P0??P
Wmax?667nH?maxWmin?667nH?min
棉花播前的灌水定额
M?667H(?max??0)n?667?0.1?(88%?
88%?61.6%
)?0.48?17m3/亩
2
表5 棉花各生育阶段耗水量计算表(m3/亩）
表6 棉花灌溉制度计算表(m3/亩）
3.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大学网-10d。
q?
?m1
8.64T1
4. 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：
5. 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，调整其他各次灌水间间时，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:
从图中选取最大灌水率作为设计灌水率，即q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申溪之间，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间及刘家湾和申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。
（1） 计算农渠的设计流量 三支渠的田间径流量为：
Q3支田净?A3支?q设?4.1?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
渠的田间净流量：
Q农田净?
Q3支田净
nk
?
2.665
?0.133m3/s 4?5
取田间水利用系数?f?0.92，则农渠的净流量为：
Q农净?
Q农田净
?f
?
0.133
?0.145m3/s 0.92
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=0.4。根据农渠每公里输水损失系数：
?农?
A1.9
??0.041 m0.4
100Q农净100?0.145
农渠毛流量或设计流量为：
Q农毛?Q农净?1??农L农??0.145?(1?0.041?0.4)?0.15m3/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：
Q斗净?5?Q农毛?5?0.15?0.75m3/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?1.4km。
斗渠每公里输水损失系数为：
?斗?
A1.9
??0.021 m0.4
100Q斗净100?0.75
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：Q
3支净
?4?Q斗毛?3.08m3/s
A1.9
??0.012 m0.4
100Q3支净100?3.08
支渠每公里输水损失系数：?3支?支渠的毛流量为：Q
3支毛
?Q支净?1??支L支??3.20m3/s
2.计算三支渠的灌溉水利用系数为：
?f?
Q3支田净Q3支毛
?0.83
3.计算一二支渠的设计流量
（1）计算一二支渠的田间净流量
Q1支田净?2.8?0.65?1.82m3/s Q2支田净?5.1?0.65?3.315m3/s
（2）计算一二支渠的设计流量 以典型支渠的灌溉用水系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。
Q1支毛?
Q1支田净
?3支水
Q2支田净
?
1.82
?2.19m3/s 0.83
3.315
?3.99m3/s 0.83
Q2支毛?
4.推求干渠各段的设计流量
（1）BC段的设计流量Q
?3支水
?
BC净
?Q3支毛?3.2m3/s
1.9
?0.012
100?3.20.4
3
?BC? AB段的设计流量
QBC毛?QBC净?1??BCLBC??3.2??1?0.012?6.67??3.46m/s
3 Q
AB净?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净?1??ABLAB??7.45??1?0.009?4.13??7.73m/s
OA段的设计流量
3 Q
OA净?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净?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 灌溉渠道断面设计
1.渠道横断面设计
由已知资料查表可得m=1.00，i?
1
n?0.025（浆砌块石护面） 4000
1.1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。
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。
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