灌排专业课程设计.doc

马清河灌溉系统规划一、 计算小麦玉米需水量。 依照马清河灌区气象资料，运用彭曼-蒙蒂斯公式计算小麦、玉米需水量，公式： Rn地面净辐射蒸发当量（MJ m-2 d）;G土壤热通量（MJ m-2 d）；温度计常数（kPa0C-1）；T平均气温（0C）；V2 2m高风速（ms-1）;Pa饱和水气压(kPa)；Pd实际水气压（kPa）；（Pa-Pd）饱和水气压与实际水气压差额（kPa）；温度-饱和水气压曲线斜率（kPa0C-1）。计算成果如下表：参照作物蒸发蒸腾量月份123456ETo（mm/d)1.131.652.964.645.656.29月份789101112ETo（mm/d)6.005.344.082.691.711.07 作物生育期内需水量由参照作物蒸发蒸腾量和作物自身作物系数综合拟定，计算公式为：ETc=KcETo计算成果如下表：小麦生育期内需水量月份ETo(mm/d）KcETc(mm/d)32.960.2550.7544.640.2921.3555.650.7294.1266.290.9656.0776.001.0056.03玉米生育期内需水量月份ETo(mm/d）KcETc(mm/d)44.640.2080.9655.650.3461.9666.290.6293.9576.000.9765.8585.340.864.5994.080.7393.02 作物需水规律重要受气象因素影响。从一月到十二月，气温不断地升高再逐渐减少，而参照作物蒸发蒸腾量也是不断地升高再逐渐减少，作物作物系数也同样如此。因而，作物需水规律是逐渐升高再逐渐地减少。二、 小麦、玉米灌溉制度。用水量平衡方程来拟定小麦、玉米灌溉制度水量平衡方程为：WtW0=WT+P0+K+MET式中：Wt、W0分别表达时段末和时段初土壤筹划湿润层内储水量；WT为由于筹划湿润层增长而增长水量；P0为土壤筹划湿润层内保存有效水量；K为时段t内地下水补给量。灌水时间为：t =(W0-Wmin)/(e-k)式中：e为单位时间内，作物需水强度，ET=et；k为单位时间内地下水补给量，K=kt。灌水定额为：m =Wmax-Wmin=H(max-min)式中：Wmax、Wmin分别为土壤筹划湿润层内最大储水量和最小储水量；H为筹划湿润层深度；max、min分别为土壤筹划湿润层容许最大体积含水量和最小体积含水量。有效降雨量：P0=*P 为降雨有效运用系数。当P50mm 时，=0.80.7 ；当P5时，=0，当P=550时，=1 。 由于筹划湿润层增长而增长可以用水量：WT=（H2-H1)*0 H1为计算时段初筹划湿润层深度；H2为计算时段末筹划湿润层深度；0为初始土壤体积含水量。马清河灌区有效降雨量如下表：月份降雨量有效降雨量累积降雨mmmmm3/亩m3/亩11.700022.500034.200047.77.75.145.14514.314.39.5414.68616.616.611.0725.75727.527.518.3444.09839.939.926.6170.7926.626.617.7488.441011.911.97.9496.38114.20096.38121.20096.38小麦各项累积数据单位m3/亩日期湿润层深度需水量ETWT累积WminWmax地下水补给ET-WT-K播种拔节3.21-5.20500mm87.6053.69102.0212.7674.84拔节抽穗5.21-6.9600mm154.2617.7464.43122.4217.01119.51抽穗乳熟6.10-7.19700mm315.6335.4875.17142.8225.51254.64乳熟成熟7.20-7.29800mm355.8453.2285.91163.2327.64274.98玉米各项累积数据单位m3/亩日期湿润层深度需水量ETWT累积WminWmax地下水补给ET-WT-K苗期4.15-6.17600mm95.58064.43122.4212.8677.72拔节6.18-7.6600mm153.3064.43122.4217.14136.16大喇叭口7.7-7.26700mm231.3917.7475.17142.8221.43192.22吐丝7.27-8.9800mm278.4835.4885.91163.2324.64218.36成熟8.10-9.16900mm378.0453.2296.65183.6332.14292.68依照数据绘制作物灌溉制度设计示意图：小麦灌溉制度设计示意图玉米灌溉制度设计示意图注：1、作物需水量ET累积曲线；2、渗入土壤有效降雨量累积曲线；3、WT累积曲线；4、K值累积曲线；5、筹划湿润层储水量WT曲线；6、筹划湿润层容许最小储水量Wmin曲线；7、筹划湿润土层容许最大储水量Wmax曲线。三、 编制灌水率图及其修正。依照作物灌溉制度，绘制灌水率图，灌水率公式如下：qi,k=(imi,k)/(864Ti,k)式中：qi,k为第i种作物第k次灌水灌水率 m3/(s100亩)；i为第i种作物种植比例，其值为该作物灌溉面积与灌区灌溉总面积之比；mi,k为第i种作物第k次灌水灌水定额（m3/亩）；Ti,k为第i种作物第k次灌水灌水延续时间（d）。计算灌水率所需数据如下表：种植比例0.55灌水定额（m3/亩）灌水时间灌水延续时间（d）91次灌水率0.003448.335月8号2次灌水率0.003448.336月1号3次灌水率0.004157.996月21号4次灌水率0.004867.657月5号5次灌水率0.005577.327月24号小麦 种植比例0.3灌水定额（m3/亩）灌水时间灌水延续时间（d）71次灌水率0.002957.996月4号2次灌水率0.002957.997月10号3次灌水率0.003467.658月3号4次灌水率0.003877.328月25号5次灌水率0.004386.989月9号玉米则灌水率图如下：灌水率图修正后灌水率图由上图可得，设计灌水率：qd=0.0043 m3/(s100亩)四、渠系规划与布置1水源与取水口选取 灌区水源重要是以马清河为灌溉水源。马清河上游，水位较高，尚有一座水库水质良好，含沙量极微，灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深普通为45m，土壤及地下水PH值属中性，无盐碱化威胁。 取水口宜取在凹岸中点偏下游处，取水口在这里可加大进流量，有效防止泥沙入渠，此外还可以避免水直接冲击渠道，有助于渠道保护。2各级渠道与沟道布置渠道布置见附录3渠系建筑物布置 渠系建筑物是指与渠道配套水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。一、渠系建筑物选型与布置原则1、尽量采用定型设计和装配式建筑物；2、尽量运用本地材料修建；3、渠系建筑物位置应依照渠系平面布置图、渠道纵横断面图及本地状况合理布局；4、渠系建筑物应满足渠道输水、配水、量水、泄水和防洪等规定，保证渠道正常运营，最大限度地满足作物需水规定；5、渠系建筑物布置尽量集中，联合修建，形成枢纽，减少造价，便于管理；6、布置渠系建筑物应使水流流态稳定，水头损失小。重要渠系建筑物有：1、引水建筑物进水闸：在渠道取水处，调节干渠进水流量，满足灌溉对水位、流量规定。 2、配水建筑物（1）分水闸 布置在各支渠、斗渠和农渠渠首。上级渠道分水闸就是下级渠道进水闸。 分水闸作用是控制和调节向下级渠道配水流量，其构造形式有开敞式和涵洞式两种。（2）节制闸 垂直于渠道中心线布置，其作用是控制渠道水位或流量。下列状况需要设立节制闸：在上级渠水位不能保证下级渠正常引水时，需在上级渠建节制闸抬高水位，保证下级渠引水。实行轮灌时，在轮灌组分界处需设节制闸。在重要建筑物或险工渠段前需联合修建节制闸和泄水闸，以防止漫溢，保证建筑物和渠道安全。3、交叉建筑物 常用交叉建筑物有：隧洞、渡槽、倒虹吸、涵洞、桥梁等。 隧洞 当渠道遇到山岗时，或因石质坚硬，或因开挖工程量过大，往往不能采用深挖方渠道，如沿等高线绕行，渠道线路又过长，工程量依然较大，并且增长了水头损失。在这种状况下，可选取山岗单薄地方凿洞而过。 倒虹吸 渠道穿过河沟、道路时，如果渠道水位高出河沟洪水位，但渠底高程却低于河沟洪水位时；或渠底高程虽高于路面，但净空不能满足交通规定期，就要用压力管道代替渠道，从河沟、道路下面通过，压力管道轴线向下弯曲，形似倒虹。 渡槽 渠道穿过河沟、道路时，如果渠底高于河沟最高洪水位或渠底高于路面净空不不大于行驶车辆规定安全高度时，可架设渡槽；渠道穿越洼地时，如 采用高填方渠道工程量太大，也可采用渡槽。 涵洞 渠道与道路相交，渠道水位低于路面，并且流量较小时，常在路面下面埋设平直管道，叫做涵洞。 桥梁 渠道与道路相交，渠道水位低于路面，并且流量较大，水面较宽时，要在渠道上修建桥梁，满足交通规定。 4、衔接建筑物当渠道通过坡度较大地段时，为防止渠道冲刷，保持渠道设计比降，就把渠道提成上、下两段，中间用衔接建筑物联结，常用衔接建筑物有跌水或陡坡。（1）跌水：水位落差不大于时，宜建跌水。（2）陡坡：水位落差不不大于时，宜建陡坡。5、泄水建筑物 用于排除渠道中余水或入渠洪水。（1）退水闸：布置在较大干、支、斗渠末端，以排泄渠中余水（防止滋生杂草和蚊虫）。 （2）泄水闸：与节制闸联合修建，保护重要建筑物和险工渠段。6、量水建筑物（1） 运用闸、涵、渡槽等量水。在干支渠上量水普通运用这些渠系建筑物量水。（2）运用特设计量水设备量水。如三角堰、梯形堰、巴歇尔量水槽、喷嘴等。普通斗、农渠上可采用特设量水设备。 五、渠系设计流量及渠系水运用系数推算 为了各用水单位受益均衡，避免因水量过度集中而导致灌水组织和生产安排困难，干支渠采用续灌，为了缩短各条渠道输水时间，加大输水流量，减少输水损失水量，有助于农业耕作和灌水工作配合，提高灌水工作效率，斗、农渠采用轮灌，且进行集中编组。斗渠分为四个轮灌组，农渠分为三个轮灌组。依照渠道布置型式，推算出支渠长度及灌溉面积。数据如下表：渠别一支二支三志四支共计长度（km）5.55.566.523.5灌溉面积（亩）17300279003310041700101、推求典型支渠（三支渠）及其所属斗、农渠设计流量。、计算农渠设计流量。三支渠田间净流量为：Q三只田净=A三支*qd=331*0.0043=1.4233 (m3/s) 斗渠分四组轮灌同步工作斗渠有4条；农渠分3个轮灌组，同步工作农渠有4条。因此，农渠田间净流量为：Q农田净=Q支田净/（n*k)=1.4233/(4*4)=0.089 (m3/s)取田间水运用系数f=0.90，农渠净流量为Q农净=Q农田净/f=0.089/0.90=0.099 (m3/s) 灌区土壤属于中粘壤土，可查出相应土壤透水性参数；A=1.9，m=0.4。则可计算出农渠每千米输水损失系数：农=A/Qm农净=1.9/0.0990.4=4.79农渠毛流量或设计流量为：Q农毛=Q农净（1+农L农/100）=0.099*（1+4.79*0.4/100）=0.101 (m3/s)、计算斗渠设计流量。由于一条斗渠内同步工作农渠有4条，因此斗渠净流量等于4条农渠毛流量之和：Q斗净=4*Q农毛=4*0.101=0.404 (m3/s) 农渠分三个轮灌组，各组规定斗渠供应净流量相等。但是，一第三轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得斗渠毛流量较大。因而，以第三轮灌灌水时需要斗渠毛流量作物斗渠设计流量。斗渠平均工作长度L斗=1.8km。斗渠每千米输水损失系数为：斗=A/Qm斗净=1.9/0.4040.4=2.73斗渠毛流量或设计流量为： Q斗毛=Q斗净（1+斗*L斗/100）=0.404*（1+2.73*1.8/100）=0.424 (m3/s)、计算第三支渠设计流量。斗渠分四组轮灌，以第4轮灌组规定支渠毛流量作为支渠设计流量。支渠平均长度L支=5.7km。支渠净流量为：Q三支净=4*Q斗毛=4*0.424=1.696 (m3/s)支渠每千米输水损失系数为：三支=A/Qm三支净=1.9/1.6960.4=1.54支渠毛流量为： Q三支毛=Q三支净（1+三支*L支/100）=1.696*（1+1.54*5.7/100）=1.845 (m3/s)2、计算三支渠灌溉水运用系数。三支渠=Q三支田净/Q三支毛=1.4233/1.845=0.773、计算一、二、四支渠设计流量。计算一、二、四支渠田间净流量： Q一支田净=173*0.0043=0.744 (m3/s) Q二支田净=279*0.0043=1.200 (m3/s) Q四支田净=417*0.0043=1.793 (m3/s)、计算一、二、四支渠设计流量：以典型支渠灌溉水运用系数作为扩大指标，来计算其她支渠设计流量。由于一、二、四支渠灌溉面积不同，则一支水=0.79，二支水=0.78，四支水=0.75 。 Q一支毛=Q一支田净/一支水=0.744/0.79=0.942 (m3/s) Q二支毛=Q二支田净/二支水=1.200/0.78=1.538 (m3/s)Q四支毛=Q四支田净/四支水=1.793/0.75=2.391 (m3/s)4、推求干渠各段设计流量。、BC段设计流量： QBC净=Q三支毛+Q四支毛=1.845+2.391=4.236(m3/s) BC=1.9/4.2360.4=1.07 QBC毛=QBC净（1+BC *LBC/100）=4.236*（1+1.07*4.3/100）=4.431 (m3/s)、AB段设计流量： QAB净=Q二支毛+QBC毛=1.538+4.431=5.969 (m3/s) AB=1.9/5.9690.4=0.930 QAB毛=QAB净（1+AB *LAB/100）=5.969*（1+0.93*3.5/100）=6.163 (m3/s)、OA段设计流量： QOA净=QAB毛+Q一支毛=6.163+0.942=7.105(m3/s) OA=1.9/7.1050.4=0.867 QOA毛=QOA净（1+OA *LOA/100）=7.105*（1+0.867*6.0/100）=7.475 (m3/s)干渠设计引水流量：Q0=7.745(m3/s)六、渠道横断面设计1、渠道纵横断面设计原理 灌溉渠道普通为正坡明渠，按明渠均匀流公式设计。其基本公式为：V=式中：V渠道平均流速，m/s； C谢才系数， m0.5 /s； R水力半径，m； i 渠底比降。 谢才系数惯用曼宁公式计算：C= 式中：n 渠床糙率系数。2、渠道设计根据 渠底比降，比降选取与否合理关系到工程造价和控制面积，应依照渠道沿线地面坡度、下级渠道进水口水位规定，渠床土质，水源含沙状况等因素，为了减少工程量，应尽量选用和地面坡度相近渠底比降，普通随着设计流量逐级减小，渠底比降逐级增大 渠床糙率系数：渠床糙率系数与否符合实际，直接影响到设计成果精度，如果n值选太大，渠道设计断面就偏大，不但增长了工程量，并且会因实际水位低于设计水位而影响下级渠道进水，如果n取值太小，设计断面就偏小，输水能力局限性，影响灌溉用水。 渠道边坡系数：边坡系数大小关系到渠坡稳定，要依照渠床土壤质地和渠道深度等条件选取适当数值 渠道断面宽深比：宽深比对渠道工程量和渠床稳定有较大影响，渠道宽深比选取要考虑一下规定工程量最小，采用水力最优断面宽深比可使渠道工程量最小。 断面稳定，渠道断面过于窄深，容易产生冲刷；过于宽浅，又容易淤积，都会使渠床变形。稳定断面宽深比应满足不冲、不淤规定，它与渠道流量、水流含沙状况、渠道比降等因素关于，应在总结本地已成渠道运营经验基本上拟定。 普通比降小渠道应选取较小宽深比，以增大水力半径，加快水流速度；比降大渠道应选取较大宽深比，以减小流速，防止渠床冲刷。 有力通航，有通航规定渠道，应依照船舶吃水深度、错船所需水面宽度以及通航流速规定等拟定渠道断面尺寸。普通规定，渠道水面宽度应不不大于船舶宽度2.6倍，船底如下水深应不不大于1530cm，项目区灌溉系统重要用于灌溉，因此这点可以不用考虑。渠道不冲不淤流速：在稳定渠道中，容许最大平均流速称为临界不冲流速用Vcs表达，容许最小平均流速称为不淤流速，用Vcd表达，为了维持渠床稳定，渠道通过设计流量时平均流速Vd应满足如下条件：VcdVdVcs 渠道均采用土渠，干支渠断面采用经济实用断面，斗农渠采用水力最优断面。3、支干渠横断面设计、干渠设计采用经济实用断面 干渠偏离系数拟定为1.011.04，糙率为0.025，比降为0.0002，干渠边坡比为1.25，支渠比降为0.0005，糙率为0.0225，支渠边坡比为1，依照如下公式和环节算出干支渠断面。（1）拟定偏离系=1.02；（2）计算（3）计算宽深比（4）（5）（6）校核不冲不淤 清水渠取0.30.4 规定计算最低水深迭代法：（1）计算 （2）初拟（或）代入下式 当则计算终结，否则令继续迭代，普通需23次即可。干渠采用分段法设计，采用实用经济断面，各段尺寸设计如下表：渠道名称底宽b（m)水深h(m)边坡系数m渠床糙率n过水断面面积A（m2)湿周X(m)水力半径R(m)流量Q(m3/s)断面流速v(m/s)不淤流速v(m/s)不冲流速v(m/s)OA段5.08 2.31.50.02519.63 13.38 1.47 7.4750.38 0.260.758AB段4.75 2.151.50.02517.15 12.50 1.37 6.1650.36 0.250.745BC段4.20 1.91.50.02513.40 11.05 1.21 4.310.32 0.230.717CD段3.32 1.51.50.0258.35 8.72 0.96 2.3910.29 0.210.676 支渠采用实用经济断面，各支渠尺寸如下表：渠道名称底宽b（m)水深h(m)边坡系数m渠床糙率n过水断面面积A（m2)湿周X(m)水力半径R(m)流量Q(m3/s)断面流速v(m/s)不淤流速v(m/s)不冲流速v(m/s)一支1.64 0.9510.02252.46 5.07 0.49 0.9420.38 0.210.616二支1.99 1.1510.02253.61 6.13 0.59 1.5380.43 0.210.647三支2.16 1.2510.02254.26 6.67 0.64 1.8450.43 0.210.659四支2.33 1.3510.02254.97 7.20 0.69 2.3910.48 0.210.676斗农渠断面设计采用水力最优断面，水力最优断面具备工程量最小长处，小型渠道和石方渠道可以采用；大型渠道常采用宽浅断面。 水力最优断面仅仅指输水能力最大断面，不一定是最经济断面，渠道设计断面最佳形式还要依照渠床稳定规定、施工难易等因素拟定。（1）计算宽深比（2） （3）（4）校核不冲不淤 清水渠取0.30.4 规定=渠深A=H(D+m2*H)+D+2b+2*m1*h+m2*(h-H)(h-H)式中：A：挖方渠道横断面积（） H：渠深（m）D：顶宽（m）h：挖深（m） b：渠底宽度（m）m1、m2,：渠道边坡与二台以上边坡系数2.填方渠道：A=（H+h）2b+D+2*m2*H+(H+h)-H(D+H*m2） 式中：h：填方高度（m） m2：填方外坡边坡系数3.半挖半填渠道： 填方面积A =h(D+m2*h) 挖方面积A=2b+m(H-h)(H-h)桩号地面高程渠底高程开挖高度0+00027.224.52.73+00026.5523.752.86+60025.7823.132.658+00025.522.852.6510+10024.8322.532.312+20024.4122.112.314+40023.8121.921.8918+40023.0221.121.9十、马清河灌区工程数量记录1、渠道工程量记录 马清河灌区干渠及支渠采用混凝土进行防渗衬砌，衬砌厚度为4cm。斗渠和农渠不用衬砌。干渠OA干渠AB干渠BC干渠CD一支二支三支四支长度（km)6.63.54.345.55.566.5高(m)3.12.952.62.191.551.751.851.95宽（m）5.084.754.23.321.641.992.162.33湿周（m）16.2415.3713.5611.206.026.947.397.84设计流量（m3/s)7.4756.1654.312.3910.9421.5381.8452.391衬砌厚度（m）0.040.040.040.040.040.040.040.04混凝土数(m3/m)0.650.610.540.450.240.280.300.31混凝土总数（m3）4287.362151.802332.321792.641325.151526.581774.032039.602、 渠系建筑物记录进水闸隧洞分水闸渡槽公路桥跌水设施节制闸11321034十一、总结通过几种星期努力奋战，灌溉排水工程学课程设计终于结束了，在这段时间里，让我学到了诸多东西，不但使我在理论上对灌溉排水工程学这门课程有了全新结识，在实践能力上也得到了提高。同步也结识到国内农业发呈现状，国内是一种农业大国,又是一种水资源局限性、降水时空分布很不均衡、旱涝灾害频繁国家.因而,以在干旱时候灌溉，在洪涝灾害时排水对国内农业生产具备十分重要作用。在这十几天做课程设计时间，让我学到了诸多在课堂上学不到东西，不但使我在理论上有了全新结识，在实践能力上也得到了一定提高，要做到了学以致用，更学到了其他诸多为人处事道理，这些对我来说受益非浅。除此以外，我还学会了如何更好地与别人沟通，如何更好地去陈述自己观点，如何说服别人认同自己观点。亲身感受了所学知识与实际应用，理论与实际相结合，让我大开眼界。这次课程设计对于我后来学习、找工作均有很大协助，在短短十几天让我初步从理性回到感性重新结识，也让我初步结识这个社会，对于后来做人所应把握方向也有所启发！相信这些宝贵经验会成为我此后成功重要基石。在做课程设计同步不但让我对灌溉排水工程学有了进一步结识，尚有对计算机操作、办公软件应用和CAD绘图综合能力有了更进一步提高。在这我非常感谢教师耐心指引，没有她协助，我课程设计是不能完毕。 某某 6月8号