農(nóng)田水利學(xué)設(shè)計說明書

1、農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計灌區(qū)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)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(nóng)作物生長。年平均氣 溫16.5C，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(nóng)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(zhì)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45m,土壤及地下水的PH值屬中性，無鹽堿化威脅。

2、界榮山、龍尾山等屬土質(zhì)丘陵，表土屬重粘壤土，地表56m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 78m,上游寬5060m,下游寬7090m,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 X08m3,總庫容2.3 X08m3。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

3、水進(jìn)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(zhì)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(dāng)?shù)貧庀笳举Y料，設(shè)計的中等干旱年（相當(dāng)于1972年） 411 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(shè)計年蒸發(fā)量統(tǒng)計月份4567烝發(fā)量（mm97.5118.0143.7174.9月份891011烝發(fā)量（mm196.5144.7101.175.6表2 設(shè)計年降水量統(tǒng)計日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.

4、210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2262271.1281.53.729307.7313.6月計72.9109107.840.525.0381041.3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作物種植比例作物旱稻中稻雙季晚稻棉花種植比例（%5028

5、4517根據(jù)該地區(qū)灌溉試驗站觀測資料，設(shè)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(chǎn)灌溉制度列于表 6。表4 早稻試驗基本數(shù)據(jù)生育階段復(fù)苗分蘗刖分蘗后孕穗抽穗乳熟黃熟全生育期25/45/5115/52/616/17/631/7112/7225/42起止日期（日/月）4/54/51/660/61/70/70/7天數(shù)101018151411987模比系數(shù)（%）78182521138100田間允許水層深10-30-10-40-20-50-20-50-20-50-10-40-濕潤（mm）5080901009050滲透強度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31

6、.3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)生育階段幼苗期現(xiàn)蕾期開花結(jié)鈴期吐絮期全起止日期（日/月）21/416/617/628/729/726/827/86/1121模比系數(shù)（%）18302428地下水補給量占作物需水量的（%）10202225計劃濕潤層深（m）0.40.50.50.60.60.70.7注：計劃產(chǎn)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(shè)計內(nèi)容2.1根據(jù)基本資料用水量平衡法（

7、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(jìn)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812晝夜；雙季晚稻泡田57晝夜；各類水稻生育內(nèi) 一次灌水的延續(xù)時間35晝夜。棉花生育期內(nèi)一次灌水延續(xù)時間 510 晝夜。表6中稻、雙季晚稻設(shè)計年豐產(chǎn)灌溉制度中稻雙季晚稻灌水次序灌水時間（日 /月）灌水定額（m3/畝）灌水次序灌水時間（日 /月）灌水定額（m3/ 畝）1 （泡田）7/5751 （泡田）21/770226/525

8、227/71534/62531/825410/63047/825520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定額350 （ m3/畝）灌溉定額360 （ m3/畝）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(nóng)級 渠道。2.4推算典型支渠各級渠道的設(shè)計流量及灌溉水利用系數(shù)（田間水利用系數(shù)取

9、0.92）;推算其它各支渠渠首及干渠各段的設(shè)計流量。2.5設(shè)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(shè)計典型斗渠和典型農(nóng)渠橫斷面，斗、農(nóng)渠采用混凝土襯砌矩形斷面。三、設(shè)計成果3.1設(shè)計說明書2030頁（手寫，字體工整）。要求說明設(shè)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(shè)計說明書中包括早稻及棉花的灌溉制度相關(guān)圖表，修正前后的灌水率 圖）。3.2設(shè)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(nóng)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(shè)計一作物灌溉制度和灌水率的制定1. 早稻灌溉制度的

10、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(yīng)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 P m -WC -d = h2式中hi 時段初田面水層深度；h2 時段初田面水層深度；P 時段內(nèi)降雨量；m 時段內(nèi)灌水量；WC 時段內(nèi)田間耗水量；d 時段內(nèi)排水量。式中各數(shù)值均已mm計WC 二 Eg S式中ET日 逐日需水量，mm ；S 稻田逐日滲漏強度，mmET日ETi式中ETi 各生育階段作物需水量，mm ； n各生育階段天數(shù)。1ETKiET100式中Ki

11、需水量模比系數(shù)；ET 全生育階段需水量，mm。ET »E0式中Eo 全生育期水面蒸發(fā)量,mm。根據(jù)設(shè)計年蒸發(fā)量統(tǒng)計表以及生育期時間可算出表1逐日耗水量計算表生育階段復(fù)苗分蘗前分蘗后孕穗抽穗乳熟黃熟P全生育期起止日期（日/月）:25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/720/725/420/7天數(shù)101018151411987模比系數(shù)（%）78182521138100滲透強度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3階段需水量（mm0 127.631.570.998.582.751.231.5394階段滲漏量（mm）131

12、323.419.518.214.311.7113.1階段田間耗水量（mm）40.644.594.3118.0100.965.543.2507.1翌日耗水量（mm）4.14.55.27.97.26.04.8本灌溉制度計算表取設(shè)計初始淹灌水層深度為20 mm，具體做法是：當(dāng)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(shè)計灌水，當(dāng)大于最大田間允許水層深度則設(shè)計排水，計算過程見表2。表2早稻生育期灌溉制度計算表日期生育期設(shè)計淹灌 層逐日耗水 量逐日降 雨淹灌水層變 化灌水量排水量月日42420525復(fù)苗10-30-504.115.92611.82727.720281.52

13、5.1292130116.912.8228.72033.4284925065.95分蘗前10-40-804.51.246.767.950.1728.574.1869.6965.11060.6112.558.6126.460.513561451.515分蘗后20-50-905.246.316647.1172566.91861.71956.52051.32146.12210.651.52310.7572451.82546.62641.4271.137.3283.735.82930.63025.43120.26145302孕穗20-50-1007.917.454.531.948.5440.6532.

14、7624.8746.930839931.11023.21145.3301237.41329.5141.923.51545.6301637.717抽穗20-50-907.230.51823.31946.1302038.92131.72249.273.72366.52435.4904.72582.826277.62770.42863.229563048.871乳熟10-40-50642.8236.8330.8424.8518.8612.8736.830830.8924.81018.81112.812黃熟濕潤4.81314151617181920464.9308.322070.6校核：h始 '

15、; P ' d 八 m 一、WC 二 h20 308.3 - 70.6 220 - 464.9 二 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。表3早稻生育期設(shè)計灌溉制度表灌水次數(shù)灌水日期灌水定額mmm3/畝14.272013.325.22013.336.1302046.7302056.11302066.15302076.17302087.730202. 棉花灌溉制度的制定1）根據(jù)水量平衡方程 Wt -W。二Wr Po K M - ET式中W。，Wt 時段初和時段末時的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量;Wr 由于計劃濕潤層增加而增加的水量；Po 保存在土壤計劃濕潤層內(nèi)有效

16、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。全生育期的需水量一用以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法ET 二 KY =2.67 120 = 320.4m3/畝各生育階段田間需水量ETi =KjET地下水補給量K 二-ET由于計劃濕潤層增加而增加的水量Wr =667(H2 - Hi)n(m3/畝)近似取v - 80%二 667nH二有效雨量保存在土壤計劃濕潤層內(nèi)有效雨量= 667nH%降雨量<55-50>500(0Po 二:Pa的選取按下表計：濕潤層最大，最小儲水量max棉花播前的灌水定額88% 亠 61 6%M =667H(Sax - ) n =667 0.1

17、 (88%-一% ) 0.48=17m3/畝2表4棉花有效雨量計算表月 份生育階段旬起止日期降雨量(mm)有效雨量(mm有效雨量(m3/畝)4幼苗期下:5.34.83.25上13399.866.6中39.935.9:23.9下:21.319.212.86上19.317.411.6中00 0.0現(xiàn)雷期下:84.676.150.87上000.0中14.812.78.5下;14.412.78.58開花結(jié)雷 期上22.119.913.3中14.212.88.5下;000.09吐絮期上87.24.8中000.0下;22.119.913.310上48.343.529.0中44.840.326.9下6.25

18、.63.711上000.0生育階段幼苗期現(xiàn)雷期開花結(jié)鈴 期吐絮期全生育期起止日期模比系數(shù)（下水補給量占 作物需水量的（%10202225計劃濕潤層深（m）0.7天數(shù)（d）57422972200 :作物田間需水量ET57.6796.1276.9089.71320.4地下水補給量K5.7719.2216.9222.43濕潤層增加而增加的水量Wr25.6125.6125.610.00ET-Wr-K26.2951.2934.3767.28日平均ET-Wr-K0.461.221.190.93表6棉花灌溉制度計算表（m3 /畝）起止日期生育階段天數(shù)（d）PoWmaxWminET-

19、Wr-KW灌水排水102幼苗期103.2140.998.64.6100.61066.6140.998.64.6140.921.71023.9140.998.64.6140.9:19.31112.8140.998.65.1140.97.71011.6140.998.64.6140.97:6 :0140.998.62.8138.2現(xiàn)雷期1450.8169118.317.1169.02.9100169118.312.2156.8:108.5169118.312.2153.188.5169118.39.8151.8開花結(jié)雷 期1313.3197.2138.115.5149.7:10 :8.5197.2

20、138.111.9146.360197.2138.17.1139.1吐絮期154.8197.2138.114.0160.030:100197.2138.19.3150.71013.3197.2138.19.3154.71029197.2138.19.3174.4:1026.9197.2138.19.3192.0113.7197.2138.110.2185.560197.2138.15.6179.9285.4178.93058.6校核：179.9-102 =285.4 30-178.9 -58.6 計算無誤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(nèi)一次灌水的延 續(xù)

21、時間3-5d;棉花生育期內(nèi)一次灌水延續(xù)時間5-10d。amhq 8.64久表7灌水率計算表作物所占比例（%）灌水次 數(shù)灌水定額（m3/畝）灌水日 期延續(xù)時 間灌水率m3/（s萬畝）早稻501 （泡田）804月13日100.46213.34月27日50.153 :13.35月2日50.154206月1日50.235206月7日50.236206月11日50.237206月15日50.238206月17日50.239207月7日r 5 10.23中稻281 （泡田）755月7日10 10.242255月26日50.163256月4日r 5 10.164306月10日50.195306月20日50.

22、196307月2日50.197307月8日50.198307月14日50.199307月22日50.1910257月29日50.1611208月10日50.13雙季晚 稻451 （泡田）707月21日100.362157月27日50.163258月1日50.264258月7日50.265258月12日50.266308月23日50.317308月27日50.318308月31日50.319309月6日50.3110309月12日50.3111309月19日50.3112209月30日50.21棉花171174月15日50.072308月27日50.124.繪制初步灌水率圖通過已知的中稻和晚稻的

23、灌溉制度，得出全灌溉區(qū)的初步灌水率圖如下圖所示:口棉花1.210.80.60.40.20雙季晚稻 幣中稻 早稻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(guān)鍵 用水時間，若要調(diào)整，以向前移動為主，前后移動不超過三天，調(diào)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(guān)稅率不小于最大水率的 40%,修正后的灌水率圖見圖：-棉花雙季晚稻_中稻_早稻從圖中選取最大灌水率作為設(shè)計灌水率，即 q凈二0.65m3/萬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(nóng)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

24、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(nóng)渠，長800m,間距200m， 可取五斗二農(nóng)為典型農(nóng)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(shè)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(nóng)渠輪灌（各兩組）2計算典型支渠設(shè)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。 支渠

25、長度及灌溉面積渠別一支二支三支合計長度（km）3.04.03.8:10.8灌溉面積（萬畝）2.85.14.1121.推求典型支渠（三支渠）及其所屬斗、農(nóng)渠的設(shè)計流量:（1）計算農(nóng)渠的設(shè)計流量三支渠的田間徑流量為：Q3支田凈二 A3支 q設(shè)二 4.10.65 = 2.665m3/s因為斗農(nóng)渠分為兩組輪灌，同時工作的斗渠有 4條，農(nóng)渠有5條；所以，農(nóng)渠的田間凈流量:Q農(nóng)田凈Q3支田凈nk2.6654 5= 0.133m3/s取田間水利用系數(shù)f =0.92，則農(nóng)渠的凈流量為:Q農(nóng)凈Q農(nóng)田凈0.1330.92=0.145m3 /s灌區(qū)土壤屬于中粘壤土，查出相應(yīng)的土壤透水性參數(shù)：A=1.9, m=0.4

26、。根據(jù)農(nóng)渠每公里輸水損失系數(shù)：A100Q農(nóng)凈二 0.0411.90"4100 0.145 .農(nóng)渠毛流量或設(shè)計流量為：3Q農(nóng)毛=Q農(nóng)凈 1 二農(nóng) 1農(nóng) 1= 0.145 (10.041 0.4) =0.15m /s(2)計算斗渠的設(shè)計流量斗渠的凈流量等于5條農(nóng)渠的毛流量之和:Q斗凈=5 Q農(nóng)毛=5 0.15 = 0.75m / s農(nóng)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(jìn)水口較遠(yuǎn)，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(shè)計流量。斗渠平均工作長度L斗二 1.4km 0斗渠每公里輸水損失系數(shù)為:匚斗A100

27、Q斗凈1.904100 0.75 二 0.021斗渠的毛流量或設(shè)計流量:“3Q斗毛=Q斗凈1-斗L斗=0.77 m / s(3)計算三支渠的設(shè)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(shè)計流量。支渠的平均工作長度 L支二3.2m支渠的凈流量為：Q3支凈=4 Q斗毛=3.08m彳/ sC3支A支渠每公里輸水損失系數(shù):1.9100 3.080'4-0.012支渠的毛流量為：Q3支毛二Q支凈1二支L支=3.20m'/s100Q3支 凈2.計算三支渠的灌溉水利用系數(shù)為:Q3支田凈f0.83Q3支毛3.計算一二支渠的設(shè)計流量(1)計算一二支渠的田間凈流量3Q1 支田凈

28、= 2.8 0.65 = 1.82m / s3Q2支田凈=5.1 0.65= 3.315m / s(2)計算一二支渠的設(shè)計流量 標(biāo)，用來計算其他支渠的設(shè)計流量。以典型支渠的灌溉用水系數(shù)作為擴(kuò)大指Q1支田凈Q1支毛-3支水旦二 2.19m3/s0.83Q2支田凈Q2支毛二3支水3.3.99m3/s0.834.推求干渠各段的設(shè)計流量BC凈BC段的設(shè)計流量QBC凈=Q3支毛=3.2m3/s匚bc -001.9904=0.012100 3.2QBC毛二 QBC凈 1BC L BC= 3.21 0.012 6.67 = 3.46m3/sAB段的設(shè)計流量3Qab凈二 Qbc毛Q2支毛二 3.46 3.99

29、 二 7.45m / s；AB19 喬=0.009100 7.45QAB毛-QAB凈 1' AB LAB=7.451 0.009 4.13 = 7.73m3/s0A段的設(shè)計流量QOA凈-qab毛Q支毛-7.73 2.19 二 9.92 m / s_1.9oa07 二 0.008100 9.92Qoa毛二 Qoa凈 1' oa Loa-9.921 0.008 5.71= 10.37m3/s渠道的加大流量Qj =JQdJ取2，即 Qj =1.2 10.37 =12.44m3/s三灌溉渠道斷面設(shè)計1渠道橫斷面設(shè)計由已知資料查表可得 m=1.00, i -n =0.0 2 5（漿砌塊石護(hù)面）40001.1干渠橫斷面設(shè)計灌區(qū)上游土質(zhì)屬于重壤土，不沖流速為0.9m/s,不淤流速為0.67m/s。表8渠道斷面計算表流量寬度起始水深糙率底坡邊坡系 數(shù)水深10.372.500.0250.0002513.09091