灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

1、第四章第四章 灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計 2 第一節(jié)灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃布置第一節(jié)灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃布置 一、任務(wù)一、任務(wù) 1、供水、引水、配水、供水、引水、配水 要求：對水源供水狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)要求：對水源供水狀況進(jìn)行調(diào)節(jié) 對水位、水量有控制，調(diào)節(jié)能力對水位、水量有控制，調(diào)節(jié)能力 控制流速，使渠道達(dá)到防沖，防淤控制流速，使渠道達(dá)到防沖，防淤 3 二、系統(tǒng)分類 1、組成： 1）水源和引水部分： 水源：水庫、湖泊、河流、井、泵 建筑物：要求有調(diào)節(jié)、控制能力（閘、壩、抽水站） 2）輸水配水系統(tǒng)： 把渠道分為五個等級：總干渠、干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠，其中， 總干渠、干渠、支渠輸水；斗渠、農(nóng)渠配水

2、。 3）田間渠道系統(tǒng)：農(nóng)渠、毛渠、灌水畦 通常是：干、支、斗、農(nóng)、毛。大的有總干渠，較小的有灌水畦 4）排水泄水系統(tǒng)：干、支、斗、農(nóng)、毛溝 2、分類： 從結(jié)構(gòu)上分：明渠、暗渠 按建筑材料分：土渠、磚石砌渠、砼渠、水泥管 按開挖方式分：挖方渠道、填方渠道 4 三、渠道系統(tǒng)布置 1、布置原則：總的來說，要求投資少、效益 大、渠線盡可能小，輸水速度快、沿線地質(zhì) 無嚴(yán)重滲漏或坍塌現(xiàn)象 2、平原布置為例，說明其布局原則，見教材 3、布置：田間渠道系統(tǒng)一般為溝、路、 渠相鄰或相間布置。 5 第二節(jié)渠道系統(tǒng)設(shè)計流量的確定第二節(jié)渠道系統(tǒng)設(shè)計流量的確定 渠道設(shè)計流量是渠道所控制灌溉范圍內(nèi)農(nóng)作物的灌溉凈流量 和渠

3、道損失流量之和，即Q設(shè)Q凈+Q損 一、渠道凈流量 1、Q凈 = q次大 A （立方米/秒） q次大 ：灌區(qū)次大灌水率 （米3/秒/萬畝），A：灌溉 面積（萬畝） 2、Q凈=m1A1 + m2A2 +/ 86400t （立方米/秒） 或： 式中：M綜綜合灌溉定額（米3/畝）， t作物允許灌水延續(xù)天數(shù)。 二、渠道損失流量 Ti i i 64. 8 m q t86400 A M Q 綜 凈 6 100 凈 損 QL Q （米 3/秒） L：渠道長度 ：每公里長渠道滲水損失占所通過凈流量的百分比，根據(jù)土壤性質(zhì)確定 m Q D 凈 (、D、m 值見教材) 2、通過測定損失直接確定渠道設(shè)計流量 設(shè) 凈 Q

4、 Q 三、渠道設(shè)計流量 損凈設(shè) QQQ (大型) 或： 凈 設(shè) Q Q (中小型) 7 四、渠道的加大流量和渠道的最小流量 1、加大流量：當(dāng)灌溉區(qū)的灌溉面積擴(kuò)大或出現(xiàn)特 大干旱或上游渠道出現(xiàn)失事情況 Q加大=Q設(shè)(11.3) 2、渠道最小流量：當(dāng)灌溉區(qū)某一種作物需灌溉或 某一支渠需灌溉 Q最小=0.4Q設(shè) 渠道一般都應(yīng)考慮設(shè)計流量、加大流量和最小流量 8 第三節(jié)渠道縱橫斷面設(shè)計第三節(jié)渠道縱橫斷面設(shè)計 一、渠道橫斷面的設(shè)計 (一)斷面形狀 1、按幾何形狀和材料分為：梯形(大多數(shù)土渠)、矩 形(砼渠、石渠)、半圓形(砼渠) 2、按開挖寬深比： 窄深式：挖方省、占地少、滲漏小、但渠床不穩(wěn)，施工 不便

5、 寬淺式：渠床穩(wěn)定，施工容易，水流穩(wěn)定但占地多。 3、按斷面方式分為：單式斷面、復(fù)式斷面 4、按渠道填挖數(shù)量分 ：填方渠道、挖方渠道 9 （二）渠道橫斷面設(shè)計 1、斷面組成： 以梯形渠道為例（圖見教材） m：為渠道邊坡系數(shù)；縱坡比降i 渠堤寬度：渠道堤頂寬度可依據(jù)流量及渠 岸高度的大小或交通要求而定 渠道安全超高：超高設(shè)計水位與堤頂高之 間的高差(見教材) 邊坡系數(shù)見表4-3；比降范圍見教材 10 2、渠道水力計算 明渠均勻流：指渠道斷面形狀、尺寸、渠底坡降、糙率都沿水流 方向不變，則任一斷面的水深 h0，流速v，流速分布都不變，此 種水流流 態(tài)稱明渠均勻流。一般渠道為人工開挖，水流流態(tài)為 明

6、渠均勻流。 明渠均勻流計算公式： 式中： 過水橫斷面積 m2，梯形（b+mh）h，矩形 bh（m2） C流速系數(shù) I縱坡渠道坡降 v流速 米/秒 2 1 3 2 n 1 iRiRCQ （米 3/秒） (V t L t V Q ) 11 曼寧公式： 6 1 1 R n C 巴甫洛夫斯基公式： Y R n C 1 , 其中當(dāng)R1 米時，Y1.5n；當(dāng)R1 米時，Y1.3n。 n粗糙系數(shù)，反映渠道護(hù)面材料粗糙程度 R水力半徑 X W R X濕周 矩形：hbX2 梯形： 2 12mhbX n和R均反映渠道過水能力的大小 Y 2.5 n-0.13-0.75 R（ n-0.10） 式中：b、h表示渠底凈寬

7、和渠道過水深度（米）。 12 3、 最 優(yōu) 水 力 斷 面 2 1 3 2 iRhiRCQ 當(dāng) ，i，n 不 變 ，希 望 Qmax， 則 Rmax； 而 X R ，要 使 水 力 半 徑 R 最 大 ，則 有 濕 周 Xmin。 2 12mhbX（ 以 梯 形 渠 道 為 例 ） ， b 可 以 通 過 公 式hmhb)(， 有mh h b 。 代 入 上 式 得 2 12mhmh h X ， 取 極 值 2 2 12mm hdh dx ， 并 令0 dh dx ； 將hmhb)(代 入 上 式 ， 整 理 得 ： 0m12-m h mhb 2 ， 進(jìn) 一 步 整 理 ， 得 ：)1(2 2

8、 mm h b 所 以 ， 最 優(yōu) 水 力 斷 面 寬 深 比 ：)1(2 2 mm h b ， 或)1(2hb 2 mm， 對 于 矩 形 渠 道 2 h X R 13 4、渠道不沖不淤流速 不沖流速： 1 . 0 KQV 不淤流速：RCV 1 C1與土壤有關(guān)得系數(shù) 泥砂性質(zhì)C1泥砂性質(zhì) C1 粗砂質(zhì)粘土0.650.77細(xì)砂質(zhì)粘土 0.410.54 中砂質(zhì)粘土0.580.64極細(xì)砂質(zhì)粘土 0.370.41 （教材有允許不沖流速表） 14 三、渠道橫斷面設(shè)計 （一）設(shè)計類型 1、渠道已建成 已知：b，h，m，i，n，求渠道通過的流量 2、求渠道通過建筑物時，改變縱坡，減少過 水?dāng)嗝娣e時，校核縱

9、坡i 如渡槽等 3、已知Q，m，i，n，求b，h ，主要設(shè)計類 型 RiCQ 15 （二）采用試算法求渠道的橫斷面 已知：Q3m 3/s，m1.5，n0.025（渠） ，i1/1000 求：b，h 假定：b1m，設(shè)h1m hmhbW)( 2.5 m 2 2 12mhbX4.8 m X W R 0.52，將有關(guān)參數(shù)代入 6 1 1 R n C 或查表得 16 6 1 1 R n C 35.82 i RCQ=2.538.5232.2 1000 0.52 ，重新修訂h，重復(fù)上述步驟。 進(jìn)行試算（三次確定后，可在坐標(biāo)紙上繪圖Qf（h） ，根據(jù)Q確定h） 求得h1.19 流速校核 V不淤=0.25m/s

10、 Q V =0.726m/sV不沖=0.8m/s （滿足要求） 渠深=設(shè)計水深+安全高=1.19+0.41=1.6米 （一般要求安全高大于0.2米） 加大流量校核 經(jīng)計算水深不超堤頂高1.6米 17 （三）圖解法 根據(jù)iRCQ 令RCK,得iKQ， i Q K =94.9 1000 1 3 然后查圖，得出相同結(jié)果但精度沒有試算法高。圖見教材 （四）查表法（小型渠道）見教材 18 四、渠道縱斷面設(shè)計 (一)設(shè)計內(nèi)容 1、圖上選線(地形圖) 根據(jù)灌區(qū)地形圖。在圖上選線，即確 定其走向和縱坡 原則：確定走向：一般是和等高線平行 確定縱坡：根據(jù)等高線走向、土質(zhì)情況、灌溉要求、水的流量 綜合確定 2、確

11、定渠系建筑物類型、數(shù)量 如渠水遇道路，不管是從路上走還是路下走都要修建筑物 3、按渠線(縱斷面中心線)確定各樁點(diǎn)的渠底高程、渠頂高程、 水位高程 水位高程 h = 渠底高程 h：設(shè)計水深 水位高程 + a = 渠頂高程 a：渠道水位超高 重點(diǎn)是確定渠道縱斷面水位高程 19 (二)各分水口水位高程的推算 B分 = A0 + h +li + 其中：B分：分水口水位高程 A0：典型點(diǎn)地面高程，一般為灌區(qū)最遠(yuǎn)較高點(diǎn)的地 面高程 h：要求的灌溉水渠，一般為0.150.2米 li：表示各級渠道的長度和坡降 ：通過渠系建筑物水位降（水頭損失） 舉例說明（見教材） 20 (三)討論 1、選擇典型點(diǎn)，要求代表性

12、高，一般最遠(yuǎn)、較高， 90%達(dá)到自流灌溉，個別的地段采用提水灌溉。若 全部為自流灌溉則大多數(shù)為填方渠道，不穩(wěn)定，占 地較大 2、各級渠道的聯(lián)接 中游渠道：支渠和干渠，渠底平齊 上游渠道：支渠略高于干渠渠底 下游渠道：支渠略低于干 渠渠底 這樣才配水均勻 3、建筑物布置，建筑物會產(chǎn)生局部水頭損失，盡 量少布置，但必不可少 21 五、渠道縱橫斷面設(shè)計整理 (一)文字、數(shù)據(jù)整理 1、規(guī)劃設(shè)計說明書 概況 ：地理位置、行政區(qū)劃、人口、灌溉面積、水源情況、灌溉設(shè) 計保證率等 選線、建筑物布置選型 渠道橫斷面設(shè)計：應(yīng)有設(shè)計計算依據(jù)和計算過程、結(jié)論。 渠道縱斷面設(shè)計：同樣應(yīng)有設(shè)計計算依據(jù)和計算過程、結(jié)論。

13、設(shè)計成果說明 工程量計算：分類分項(xiàng)計算和統(tǒng)計工程量。 預(yù)算造價：按預(yù)算編制辦法進(jìn)行編制工程預(yù)算書。 (二)圖紙 1、總體平面布置圖：渠道走向，干、支、斗、農(nóng)、毛渠布置，建筑 物布置類型、名稱、位置。 2、設(shè)計縱斷面圖（分段繪制） 3、設(shè)計橫斷面圖標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：各中心樁橫斷面。 4、建筑物施工圖（平面、立面、剖面、大樣圖、并附單位工程量 表。） 22 第四節(jié)第四節(jié) 渠系建筑物渠系建筑物 一、概述 1、為什么要研究渠系建筑物 a、數(shù)量多、工程量大； b、造價高、投資量大； c、類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大。 二、分類 按作用分：控制水位和水量的建筑物-水閘 交叉建筑物：渠道與其它的一些障礙建筑物交叉

14、的水工建筑物 渡槽、 涵管、倒虹吸 聯(lián)接建筑物：干渠和支渠之間有較大落差時聯(lián)接，也稱落差建筑物 跌水、陡坡 穿山建筑物：隧洞 泄洪建筑物：泄洪閘 量水建筑物：量水堰、量水槽，或用水工建筑物直接量水。 23 二、水閘 一)按閘的用途進(jìn)行分類 進(jìn)水閘：干渠渠首 分水閘：各支渠、斗渠、農(nóng)渠的渠首 節(jié)制閘：各級渠道分水閘閘口上一級渠道的 下游分水閘口處 泄水閘：排水、泄洪閘 24 二) 組成：水閘進(jìn)口段、閘室、下游出口段 導(dǎo)水墻也稱上游翼墻，有八字形、圓弧形、矩形等進(jìn)口形式，起導(dǎo)入水 流作用。 （漿砌石、砼等材料） 進(jìn)口段 鋪蓋即閘前護(hù)底（漿砌石、砼材料） 閘底板 （砼、漿砌石等材料） 閘墩 閘室分孔

15、和安置閘門用 閘室 閘門擋水和控制水量和水位用（木、砼、鑄鐵、鋼閘門） 邊墩擋土和支承閘門 工作橋提升和關(guān)閉閘門工作以及栓修閘門用（一般為砼排架結(jié)構(gòu)） 交通橋公路橋或人行橋，起交通作用 下游翼墻：和上游翼墻形式和作用同 出口段 護(hù)坦：即閘后護(hù)底，有一定坡度 消力池：在護(hù)坦末端降低護(hù)坦形成消力池，起閘后水流消能作用 海漫：消力池與下游渠道連接段，進(jìn)一步消能 三) 進(jìn)口尺寸確定：見教材第六章 25 三、渡槽 使用條件：渠道與道路、河流、山谷等障礙 物交叉而且高差大于等于5米(與河流最高洪 水位)，地質(zhì)條件較好，可采用渡槽直接渡水。 類型： 梁式渡槽，較常見 較大跨度時用拱式，渡槽的斷面型式有：矩

16、形、半圓形、梯形 進(jìn)口尺寸(明渠均勻流) 26 （米3/秒） Q ：設(shè)計流量，一般已知 z：渡槽進(jìn)口的水位降（進(jìn)出口水位差） ：渡槽進(jìn)口側(cè)向收縮系數(shù)，一般0.80.9 b：渡槽的寬度 （米） h：渡槽的過水深度 （米） ：流速系數(shù) 0.80.95 0 gZ2bhQ 27 四、倒虹吸 使用條件：渠道通過障礙物且高差小于5米時用倒 虹吸 型式： 1、豎井式：布置要求：進(jìn)口段要有沉砂措施；上 下游水位差大于0.20.3米；豎井中流速大于1.5米/ 秒；管上覆土厚度大于0.7米，若過公路則厚度大于 1米。出口段應(yīng)有消能措施。 2、橋式或斜坡式：布置要求同上 任何一種倒虹吸管子下部都 有管座，防止土層不

17、均 勻沉降 28 3、水力計算公式：gz2mQ （米 3/秒） 式中：Q通過倒虹吸管的流量（米 3/秒） 倒虹吸管斷面積，圓形： 4 d 2 ，矩形：bh（m2） z上下游水位差，z0.2 米 m流量系數(shù)，包括局部損失和沿程損失，m圓 d p 1 L ， m矩 R L 4 p 1 ,式中： 沿程阻力系數(shù)， 砼管 1/45， 砌石管 1/26， 或 2 g8 C ， C謝才系數(shù)， p進(jìn)出口轉(zhuǎn)彎處局部損失系數(shù)之和，直井式 p2.5，斜坡式 p1.82.1 29 五、跌水 上游建筑物和下游建筑物有一定高差，為了連接水流而設(shè)立 的建筑物。 跌水：水流自跌水口流出后，呈自由拋物狀態(tài)，并落入消力 池 布置位置：一般布置在