渠道灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)-灌溉渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)

（二）渠道斷面設(shè)計(jì)中的水位銜接

由于渠段沿途分水，渠道流量逐段減小，渠道過水?dāng)嗝嬉嚯S之減少，為了使水位銜接，可以改變水深或底寬。改變水深h，底寬b不變：h越來(lái)越小，可能水位不滿足要求，則需要抬高下游渠底高程來(lái)維持設(shè)計(jì)水位，抬高高度不大于15-20cm。改變底寬b，水深h不變：b越來(lái)越小，需要修建漸變段，保證水流平順過度。1．不同渠段間的水位銜接灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)2．建筑物前后的水位銜接建筑物前后的水位銜接渠道上的交叉建筑物（渡槽、隧洞、倒虹吸等）一般都有阻水作用，會(huì)產(chǎn)生水頭損失，在渠道縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，必須予以充分考慮。如建筑物較短，可將進(jìn)、出口的局部水頭損失和沿程水頭損失累加起來(lái)，在建筑物的中心位置集中扣除。如建筑物較長(zhǎng)，則應(yīng)按建筑的位置和長(zhǎng)度分別扣除其進(jìn)、出口的局部水頭損失和沿程水頭損失。跌水上、下游水位相差較大，由下落的弧形水舌光滑聯(lián)接。但在縱斷面圖上可以簡(jiǎn)化，只畫出上、下游渠段的渠底和水位，在跌水所在位置處用垂線連接。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)渡槽3．上下級(jí)渠道的水位銜接渠道分水口處的水位銜接有兩種處理方案：

一是按上下級(jí)渠道均通過設(shè)計(jì)流量，依上級(jí)渠道的設(shè)計(jì)水位H設(shè)減去過閘水頭損失來(lái)確定下級(jí)渠道分水口處的水位h設(shè)和渠底高程。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)最小流量通過時(shí)，可能水位滿足不了下級(jí)渠道引水要求的水位，需要修建節(jié)制閘。3．上下級(jí)渠道的水位銜接渠道分水口處的水位銜接有兩種處理方案：

二是按上下級(jí)渠道均通過最小流量，閘前后的水位差為，來(lái)確定下級(jí)渠道的渠底高程。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流量通過時(shí)，可能水位差較大，需用分水閘的不同開度來(lái)控制進(jìn)入下級(jí)渠道的設(shè)計(jì)流量。（三）渠道縱斷面圖的繪制（1）選擇比例尺，建立坐標(biāo)系；（2）繪制地面高程線；（3）繪制渠道設(shè)計(jì)水位線；（4）繪制渠底高程線、最小水位線和堤頂高程線；（5）標(biāo)出建筑物位置和形式；（6）標(biāo)注樁號(hào)和高程；（7）標(biāo)注挖深和填高；（8）標(biāo)注渠道比降。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)沿渠地面高程線堤頂高程線渠道設(shè)計(jì)水位線渠道最小水位線渠底高程線分水口和渠道建筑物的位置與形式等內(nèi)容

灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)（三）渠道縱斷面圖的繪制（1）選擇比例尺，建立坐標(biāo)系；（2）繪制地面高程線；（3）繪制渠道設(shè)計(jì)水位線；（4）繪制渠底高程線、最小水位線和堤頂高程線；（5）標(biāo)出建筑物位置和形式；（6）標(biāo)注樁號(hào)和高程；（7）標(biāo)注挖深和填高；（8）標(biāo)注渠道比降。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)灌溉渠道流量1.渠道設(shè)計(jì)流量

在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件下，為滿足灌溉用水要求，需要渠道輸送的最大流量，也稱正常流量?！糜诖_定渠道的斷面尺寸（渠底寬度b、邊坡系數(shù)m）渠道流量是渠道和渠系建筑物設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，通常用渠道設(shè)計(jì)流量、最小流量、加大流量3種特征流量涵蓋渠道運(yùn)用中流量變化范圍。3.渠道最小流量

在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)條件下，渠道在正常工作中輸送的最小灌溉流量?！：藢?duì)下一級(jí)渠道的水位控制條件和不淤流速，并確定節(jié)制閘的位置。2.渠道加大流量

在短時(shí)增加輸水的情況下，渠道需要通過的最大灌溉流量→設(shè)計(jì)渠道堤頂高程，校核渠道輸水能力和不沖流速。（圖1：渠道設(shè)計(jì)流量）（圖2：渠道加大流量）Qmin插入圖3：渠道最小流量圖4：渠道最小流量節(jié)制閘第三節(jié)灌溉渠道流量推求1.渠道凈流量Q凈：渠道、渠段末處的流量。

2.渠道毛流量Q毛：渠道引水口處、段首處的流量。

3.渠道損失流量Q損：渠道在輸水過程中損失掉的流量。

渠道流量計(jì)算中用到的3個(gè)流量值。渠道田間凈流量Q田凈：

渠道應(yīng)該送到田間的流量，也就是田間實(shí)際需要的渠道流量。Q凈Q毛Q損=+Q田凈=A·q設(shè)渠道插入圖5：渠道流量灌溉渠道流量推求Q干凈Q干毛Q田凈1=A1·q設(shè)Q1支毛Q2支毛Q3支毛Q田凈2=A2·q設(shè)Q田凈3=A3·q設(shè)Q損渠系插入圖6：渠系流量三個(gè)特征流量值：設(shè)計(jì)流量Q設(shè)加大流量Qmax最小流量Qmin計(jì)算用到：毛流量Q毛凈流量Q凈損失流量Q損Q田凈=A·q設(shè)灌溉渠道流量總結(jié)渠道縱、橫斷面設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)用、安全和經(jīng)濟(jì)的原則，對(duì)渠道斷面設(shè)計(jì)的要求是：有足夠的輸水能力，以滿足作物的需水要求；有足夠的水位高程，各級(jí)渠道之間和渠道各分段之間以及重要建筑物上、下游水面銜接要平順，以滿足自流灌溉對(duì)水位的要求；流速適宜，不沖不淤或周期性沖淤平衡；邊坡穩(wěn)定，不坍塌、不滑坡、不發(fā)生凍脹破壞；滲漏損失小，灌溉水利用系數(shù)高；適當(dāng)滿足綜合利用要求；占地少，工程量小，總投資少；施工容易，管理方便。

渠道橫斷面設(shè)計(jì)大型渠道（干支）山丘區(qū)渠道中小型渠道（斗農(nóng)）渠道的縱斷面和橫斷面設(shè)計(jì)是相互聯(lián)系、互為條件的。

在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，不能把他們截然分開，而要統(tǒng)盤考慮、交替進(jìn)行、反復(fù)調(diào)整，最后確定合理的設(shè)計(jì)方案。渠道橫斷面設(shè)計(jì)

灌溉渠道一般都是正坡明渠。明渠均勻流的基本公式是：Q——渠道設(shè)計(jì)流量，m3/s；A——渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C——謝才系數(shù)，m0.5/s，用曼寧公式來(lái)計(jì)算：R——水力半徑，m；i——渠底比降；n——渠床糙率系數(shù)。

大型渠道（干支）山丘區(qū)渠道中小型渠道（斗農(nóng)）梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)

hmhmh過水?dāng)嗝婷娣e：謝才系數(shù)：水力半徑：

故：

梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)

梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)1、先選i、n、m。

1）渠底比降i指單位渠長(zhǎng)的渠底降落值。當(dāng)渠道流量一定時(shí)，渠底比降大，過水?dāng)嗝婷娣e小，工程量小。但比降大，渠道水位降落大，控制灌溉面積減少，而且流速大，還可能引起渠道沖刷。反之，情況相反。須慎重選擇確定。選擇比降的一般原則：（1）渠底比降應(yīng)盡量接近地面比降，以避免深挖高填。（2）流量大的渠道，比降應(yīng)小些；流量小的渠道，比降可大些。（3）渠床土質(zhì)松散易沖時(shí)，比降應(yīng)小些；反之可大些。（4）渠水含沙量大時(shí)，為防止淤積，比降應(yīng)大些；反之應(yīng)小些。

（5）水庫(kù)灌區(qū)和揚(yáng)水灌區(qū)，比降應(yīng)盡量小些；自流灌區(qū)，可大些。

梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)

干渠及較大支渠，上、下游渠段流量變化較大時(shí)，可分段選擇比降，而且下游段的比降應(yīng)大些。支渠以下的渠道一般一條渠道只采用一個(gè)比降。在滿足渠道不沖不淤的條件下，宜采用較緩的渠底比降。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)2）渠床糙率n反映渠床粗糙程度的指標(biāo)。n值小，渠道過水能力大；反之，則過水能力小。必須合理選定n值，盡量使選用的n值和實(shí)際的n值大致相近。

影響n值的主要因素有：渠床狀況、渠道流量、渠水含沙量、渠道彎曲情況、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)情況。大型渠道需先試驗(yàn)確定，一般可查表。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)3）渠道的邊坡系數(shù)m表示渠道邊坡傾斜程度。它的大小關(guān)系到渠道的工程量、占地、輸水損失和穩(wěn)定，m太大，渠道工程量大，占地多，輸水損失大；m太小，邊坡不穩(wěn)定，容易坍塌，不僅管理維修困難，而且影響渠道正常輸水。

挖填方深度大于3m時(shí)，應(yīng)土工試驗(yàn)，經(jīng)穩(wěn)定分析確定。m1梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)2.再選渠道斷面的寬深比指底寬和水深的比值，即，寬深比對(duì)渠道工程量和渠床穩(wěn)定等有較大影響，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重選擇。選擇要考慮以下要求：（1）工程量最小梯形渠道水力最優(yōu)斷面的寬深比按下式計(jì)算：寬淺式：流速慢，易淤積。比降大時(shí)選用。窄深式：開挖深度大，可能受地下水影響，施工困難，勞動(dòng)效率較低，流速過快易沖刷。比降小時(shí)選用。（偏窄深式）梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)（2）斷面穩(wěn)定穩(wěn)定斷面的寬深比應(yīng)滿足渠道不沖、不淤要求，比降小的渠道應(yīng)選較小的寬深比，以增大水力半徑，加快水流速度；比降大的渠道應(yīng)選較大的寬深比，以減小流速，防止渠床沖刷。（3）有利通航有通航要求的渠道，應(yīng)根據(jù)船舶吃水深度、錯(cuò)船所需的水面寬度以及通航的流速要求等確定定渠道的斷面尺寸。

渠道水面寬度＞船舶寬度的2.6倍，船底以下水深≥15～30cm。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)U形渠道斷面：

下部為半圓形，上部為稍向外傾斜的直線段。直線段下切于半圓，外傾角α=5o～20o，隨渠槽加深而增大。

較大的U形渠道采用較寬淺的斷面，深寬比H/B=0.65～0.75，較小的U形渠道則宜窄深一點(diǎn)，深寬比可增大至H/B=1.0。U形渠道橫斷面設(shè)計(jì)U形渠道橫斷面設(shè)計(jì)U形渠道斷面：U形渠道橫斷面設(shè)計(jì)加大流量(m3/s)＜0.50.5～1.01.0～1010～30α1(m)α(m)0.1～0.50.2～0.30.15～0.20.3～0.40.2～0.350.4～0.60.35～0.50.6～0.8U形渠道襯砌超高α1和渠堤超高α參考值

梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)（1）水力最優(yōu)梯形斷面（2）實(shí)用經(jīng)濟(jì)梯形斷面梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)（1）水力最優(yōu)梯形斷面的水力計(jì)算式中：

ho——水力最優(yōu)斷面水深（m）；

n——渠床糙率；

Q——渠道設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

m——渠道內(nèi)邊坡系數(shù)；

i——渠底比降。bo—水力最優(yōu)斷面底寬（m）；

A0——水力最優(yōu)斷面的過水?dāng)嗝婷娣e（m2）;

xo——水力最優(yōu)斷面濕周（m）；

R0——水力最優(yōu)斷面的水力半徑（m）；

V0——水力最優(yōu)斷面流速（m/s）。2）梯形渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的水力計(jì)算梯形渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面與水力最優(yōu)斷面的水力要素關(guān)系式：α——水力最佳斷面流速（或過水?dāng)嗝婷娣e）與實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面流速（或過水?dāng)嗝婷娣e）的比值；h——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面水深（m）；v——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面流速(m/s)；A——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的過水?dāng)嗝婷娣e，m2；b——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面底寬，m；R——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的水力半徑（m）；β——實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面底寬與水深的比值。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：①已知Q、n、m、i，按公式（3-25）計(jì)算h0

值；②按公式（3-26）計(jì)算b0值；③按公式（3-27）～（3-29）計(jì)算A0、X0、R0值；④按公式（3-30）計(jì)算v0

值。⑤由表3-19查出與a=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相應(yīng)的h/h0值，以及與a、m相應(yīng)的β值，并分別計(jì)算相應(yīng)的h和b的值；⑥按公式（3-31）分別計(jì)算與a=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相應(yīng)的v、A和R值；⑦將以上5組a、h/h0、β、h、b、v、A、R值列入下表：梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)⑧根據(jù)表列數(shù)據(jù)繪制和渠道特性曲線；⑨根據(jù)渠段地形、地質(zhì)等條件，由渠道特性曲線圖上選定設(shè)計(jì)所需的h、b、v值；⑩計(jì)算與設(shè)計(jì)選定的h、b值相應(yīng)的A、X、R值。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)4、校核：

渠道的不沖不淤流速：在穩(wěn)定渠道中，允許的最大平均流速稱為臨界不沖流速，簡(jiǎn)稱不沖流速，；允許的最小平均流速稱為臨界不淤流速，簡(jiǎn)稱不淤流速，。渠道通過設(shè)計(jì)流量時(shí)的平均流速（設(shè)計(jì)流速）應(yīng)滿足以下條件：

梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)（1）不沖流速（Vcs）：根據(jù)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)確定。一般渠道可查表。土質(zhì)允許不沖流速（m/s）土質(zhì)允許不沖流速（m/s）輕壤土0.60-0.80重壤土0.70-0.95中壤土0.65-0.85黏土0.75-1.00（2）不淤流速（Vcd）：根據(jù)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)確定。

Fb——渠道岸頂安全超高(m)；

hb——渠道通過加大流量時(shí)的水深(m)。2）堤頂寬度D——渠岸或堤頂寬度，m；hb——渠道的加大水深，m。

如果渠堤與主要交通道路結(jié)合，渠岸或堤頂寬度應(yīng)根據(jù)交通要求確定。梯形渠道橫斷面設(shè)計(jì)確定渠道損失流量:灌溉渠道流量推求（1）經(jīng)驗(yàn)公式推求：

（2）用水的有效利用系數(shù)估算輸水損失

灌溉渠道流量Q凈Q毛Q損=+Q田凈=A·q設(shè)渠道渠系Q干毛Q田凈1=A1·q設(shè)Q1支毛Q2支毛Q3支毛Q田凈2=A2·q設(shè)Q田凈3=A3·q設(shè)Q損

（一）推算輪灌渠道設(shè)計(jì)流量采用自上而下逐級(jí)分配末級(jí)續(xù)灌渠道田間凈流量，再自下而上逐級(jí)加損失流量求毛流量的方法進(jìn)行推算。灌溉渠道流量推求（二）計(jì)算續(xù)灌渠道設(shè)計(jì)流量要求分段推算設(shè)計(jì)流量，以便各渠段設(shè)計(jì)不同的斷面尺寸，以節(jié)省工程量。渠道設(shè)計(jì)流量推求步驟與方法——以干、支渠續(xù)灌，斗、農(nóng)渠輪灌為例灌溉渠道流量推求ABCQ農(nóng)凈OQ田凈輪灌組I輪灌組2輪灌組I輪灌組2干渠一支三支二支四支確定最末一級(jí)續(xù)灌渠道：支渠選擇典型支渠：面積中等，例如二支渠確定最末一級(jí)續(xù)灌渠道的田間凈流量：自上而下分配末級(jí)續(xù)灌渠道的田間凈流量，則：灌溉渠道流量推求

（每條斗渠控制灌溉面積相等，同時(shí)有2條斗渠工作）思考：每條斗渠、農(nóng)渠控制的灌溉面積不相等時(shí)如何計(jì)算？

（每條農(nóng)渠控制灌溉面積相等，同時(shí)有3條農(nóng)渠工作）ABCQ農(nóng)凈OQ田凈輪灌組I輪灌組2輪灌組I輪灌組2干渠一支三支二支四支4.確定農(nóng)渠凈流量：灌溉渠道流量推求

（備注：一般要求旱作區(qū)0.9，稻田0.95）5.推求各級(jí)渠道設(shè)計(jì)流量：

灌溉渠道流量推求ABCQ農(nóng)凈OQ田凈輪灌組I輪灌組2輪灌組I輪灌組2干渠一支三支二支四支

L——最下游的一個(gè)輪灌組灌水時(shí)渠道的平均工作長(zhǎng)度，km。L斗、L支——最遠(yuǎn)一個(gè)輪灌組的中間點(diǎn)到渠首的距離。

灌溉渠道流量推求

故：

7.推求干渠設(shè)計(jì)流量（分段計(jì)算）：

（1）先算BC段：灌溉渠道流量推求ABCQ農(nóng)凈OQ田凈輪灌組I輪灌組2輪灌組I輪灌組2干渠一支三支二支四支

（2）再算AB段：

（3）計(jì)算OA段：

渠道最小流量

灌溉渠道流量推求渠道加大流量

——渠道加大流量，m3/s;——渠道流量加大系數(shù)，見表4-10；

——渠道設(shè)計(jì)流量，m3/s。灌溉渠道斷面設(shè)計(jì)不僅要滿足輸送設(shè)計(jì)流量的要求，還要滿足水位控制的要求，以順利實(shí)現(xiàn)自流灌溉。橫斷面設(shè)計(jì)——滿足輸送設(shè)計(jì)流量要求縱斷面設(shè)計(jì)——滿足水位控制要求（一）灌溉渠道水位推求1.分水口處水位推求各級(jí)渠道入口處都應(yīng)具有足夠的水位,根據(jù)灌溉面積上控制點(diǎn)的高程加上各種水頭損失，自下而上逐級(jí)推算出來(lái)的。水位公式如下：H進(jìn)——渠道進(jìn)水口處的設(shè)計(jì)水位，m；A0——渠道灌溉范圍內(nèi)控制點(diǎn)的地面高程（m）?！鱤——控制點(diǎn)地面與附近末級(jí)固定渠道設(shè)計(jì)水位的高差，

一般取0.1～0.2m；L——渠道的長(zhǎng)度，m；i——渠道的比降；ψ——水流通過渠系建筑物的水頭損失（m），可參考相關(guān)表。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)A0——渠道灌溉范圍內(nèi)控制點(diǎn)的地面高程（m）?？刂泣c(diǎn)：指較難灌到水的地面。在地形均勻變化的地區(qū)，控制點(diǎn)選擇的原則是：

沿渠地面坡度大于渠道比降，渠道進(jìn)水口附近的地面最難控制；

反之，渠尾地面最難控制。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)高程（m）距離（m）i渠底i地面高程（m）距離（m）i渠底i地面三支ABCO干渠一支二支i地面=1/1000i地面=1/4000225226224227四支

三支ABCO干渠一支二支i地面=1/1000i地面=1/4000225226224227A0=225m四支三支ABCO干渠一支二支i地面=1/1000i地面=1/4000225226224227A0=225m灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)2.干渠水位的確定干渠水位應(yīng)滿足各支渠自流引水對(duì)水位的要求。若一條干渠上有4條支渠，當(dāng)各支渠口要求的水位H1、H2、H3和H4確定以后，便可結(jié)合水源水位、干渠沿線地形和土壤條件等分析確定干渠的比降和水位線。灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)距離水源水位一支二支三支四支地面線①H2H4H3H1②灌溉渠道損失流量計(jì)算一、渠道損失流量Q損計(jì)算

渠道輸水損失包括水面蒸發(fā)損失、漏水損失和滲水損失三部分。

Q凈Q毛Q損=+Q田凈=A·q設(shè)水面蒸發(fā)損失一般約占輸水損失的1.5%左右；漏水損失一般約占15%左右；滲水損失一般約占80%左右，是渠道輸水損失的主要部分。1.經(jīng)驗(yàn)公式估算2.水的有效利用系數(shù)估算（一）經(jīng)驗(yàn)公式估算渠道輸水損失流量Q損

其中，L——渠道長(zhǎng)度，km；Q凈——渠末凈流量,m3/s；

σ——渠道單位長(zhǎng)度水量損失率，%/km，根據(jù)渠道滲流條件和渠道襯砌防滲措施分別確定。Q凈Q毛Q損=+L灌溉渠道損失流量計(jì)算σ的取值：

根據(jù)渠道滲流條件和渠道襯砌防滲措施分別確定。渠道滲流過程一般可分為自由滲流和頂托滲流兩個(gè)階段：1）自由滲流階段渠道的滲流不受地下水的頂托，在滲流過程中渠道內(nèi)的水流（地面水）與地下水不形成連續(xù)的水流。（1）濕潤(rùn)渠道下部土層的階段（2）渠道下形成地下水峰階段