灌溉排水工程课程设计.doc

湖南农业大学工学院
课程设计说明书

课程名称：灌溉排水工程学
题目名称：马清河灌区灌溉系统的规划设计
班 级：2023 级 水利水电 专业 01 班
姓 名： 陶 仕 平
学 号：
指导教师： 王 辉
评估成绩：
教师评语：

指导老师署名：
20 年 月 日

马清河灌区灌溉系统的规划设计
1.基本资料
1.1灌区基本情况
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℃，数年平均蒸发量1065mm，数年平均降水量1112mm。
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，20m等高线以下则以大田作物为主，种植稻，麦，棉，豆等作物。
灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻壤土。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，表土属中粘壤土，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，遇暴雨时易发洪水，近年来已在各沟，溪上游修多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。
Q灌区为马清河流域规划的组成部分，根据规划规定，已在兴隆峪上游20km处(图外)建大型水库一座，坝顶高程林50.2m，正常水位43.0m，兴利库容1.2×108 m3，总库容2.3×108m3。Q灌区拟在该水库下游A-A断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则运用尾水进行灌溉。A-A断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5 m，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规定。
1.2气象
根据本地气象站资料，设计的中档干旱年(相称于1972年)4～11月水面蒸发量(80cm口径蒸发皿)及降水量见表2-1及表2-2。
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1-3。
表2-1 设计年蒸发量记录
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
蒸发量(mm)
97.5
118.0
143.7
174.9
196.5
144.7
101.1
75.6

表2-2 设计年降水量记录
日
月份
4
5
6
7
8
9
10
1
7.6

4.6
2
12.7

17.4

18.5
3

3.4
1.9

7.3

4

92.0

5
5.3
1.2

10.8

6
4.8
7.9

-

2.8
7
8.6
28.5

8

2.5

9

19.1
10

3.6
11

2.5

2.1

12
1.9
20

13
7.5

2.3

14
12.1

1.9

1.9
15

10.0

16

6.0

4.1

3.5
32.8
17

24.5

18
1.3

19

1.6

20
4.3

12.6

11.5
21
1.8

18.5

22
2.1
10.6
20.2
2.5

3.6

23
1.4
10.7

4.5

24

35.4
7.4

25

6.2
26

1.5

27

1.1

28
1.5
3.7

29

30

7.7

31

3.6

月计
72.9
212.1
107.3
39.8
25.0
37.3
103.5

表2-3作物种植比例
作物
早稻
中稻
双季晚稻
棉花
种植比例(%)
50
30
50
20

根据该地区灌溉实验站观测资料，设计年(1972)早稻及棉花的基本观测数据如表2-4及表2-5所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表2-6。
表2-4 早稻实验基本数据
生育阶段
复苗
分孽前
分孽后
孕穗
抽穗
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期(日/月)
25/4-4/5
5/5-14/5
15/5-1/6
2/6-16/6
17/6-30/6
1/7-11/7
12/7-20/7
25/4-20/7
天数
10
10
18
15
14
11
9
87
模比系数(% )
7
8
18
25
2l
13
8
100
田间允许水层深( mm )
10-30-50
10-40-80
20-50-80
20-50-100
20-50-90
10-40-50
湿润

渗透强度( mm/d )
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3
1.3

附注全生育期需水系数=1.0。
表2-5 棉花实验基本数据
生育阶段
幼苗期
现蕾期
开花结铃期
吐絮期
全生育期
起止日期(日/月)
21/4-16/6
17/6-28/7
29/7-26/8
27/8-6/11
21/4-6/11
模比系数(%)
18
30
24
28
100
地下水补给量占作物需水量的(%)
10
20
22
25

计划湿润层深(m)
0.4-0.5
0.5-0.6
0.6-0.7
0.7

注：计划产量120Kg；需水量系数K=2.67m3／Kg；土壤孔隙率48%（占土体的百分数）；土壤适宜含水率上限为70%（占空隙体积的百分数），下限为35%（占空隙%）；田间最大持水率为70%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为72 m3／亩；播前灌之前土壤计划润湿层（0.4m）内的平均含水率θ0=40%（占空隙体积的百分数）。增长的计划润湿层的平均含水率可按50%（占空隙体积的百分数）计。
表2-6中稻、双季晚稻设计年丰产灌溉制度
中稻
双季晚稻
灌水顺序
灌水时间 (日/月)
灌水定额 (m3/公顷)
灌水顺序
灌水时间 (日/月)
灌水定额 (m3/公顷)
1
7/5
50
1
19/7
50
2
26/5
25
2
27/7
15
3
4/6
25
3
1/8
25
4
10/6
25
4
7/8
20
5
20/6
30
5
12/8
25
6
2/7
30
6
23/8
30
7
8/7
30
7
27/8
30
8
14/7
30
8
31/8
30
9
22/7
30
9
6/9
30
10
29/7
25
10
12/9
30
11
10/8
30
11
19/9
30

12
30/9
20
灌溉定额320(m3/公顷)
灌溉定额335(m3/公顷)

早稻及棉花的灌溉设计
蒸发量
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
年蒸发量（mm）
97.5
118.0
143.7
174.9
196.5
144.7
101.1
75.6
平均日蒸发量(mm)
3.25
3.81
4.79
5.64
6.34
4.82
3.26
2.52

日 期
月 日
生育期
设计淹灌水层（mm）
逐日耗水量（mm）
逐日降雨量(mm)
淹灌水层(mm)
灌水量(mm)
排水量(mm)
4. 13

泡田期

10-30-50

4.55

7.5
37.05
34.1

14
12.1
44．6

15

40.05

16

35.5

17

30.95

18
1.3
27.7

19

23.15

20
4.3
22.9

21
1.8
20.15

22
2.1
17．7

23
1.4
14.55

24

10

25

复苗期

10-30-50

35.45
30

26

30.9

27

26.35

28
1.5
23.3

29

18.75

30

14.2

5 . 01

5.11

29.09
20

02

23.98

03
3.4
22.27

04
92.0
50

59.16
05

分蘖前

10-40-80
1.2
46.09

06
7.9
48.88

07
28.5
72.27

08

67.16

09

62.05

10

56.94

11
2.5
54.33

12
6.4
55.62

13

50.51

14

45.4

15

分蘖后

分蘖后

20-50-90

20-50-90

40.29

16
6.0
41.18

17
24.5
60.57

18

55.46

19

50.35

20

45.24

21

40.13

22
10.6
45.62

23
10.7
51.21

24

46.1

25

40.99

26

35.88

27
1.1
31.87

28
3.7
30.46

29

25.35

30

20.24

31

45.13
30

6 . 01

6.09

39.04

02

孕穗

20-50-100
17.4
50.35

03
1.9
46.16

04

40.07

05

33.98

06

27.89

07

21.8

08

55.71
40

09

49.62

10

43.53

11

37.44

12

31.35

13

25.26

14
1.9
21.07

15

54.98
40

16

48.89

17

抽穗

20-50-90

42.8

18

36.71

19

30.62

20

24.53

21

48.44
30

22
49.2
90

1.55
23

83.91

24
35.4
90

23.22
25

83.91

26
1.5
79.32

27

73.23

28

67.14

29

61.05

30

54.96

7 01

乳熟

乳熟

10-40-50

10-40-50

6.94

48.02

02

41.08

03

34.14

04

27.2

05

20.26

06

13.32

07

36.38
30

08

29.44

09

22.5

10

15.56

11

10
1.38

12

黄熟

湿润

13

14

15
10.0

16
4.1

17

18

19

20

合计

499.35
337.8

255.48
83.93
校核验算：
0+337.8-499.35-83.93+255.48=10故校核满足规定。
泡田日期为4月13日至4月24日，泡田定额为，。

即得初始淹灌水层为10.4mm.

早稻设计灌溉制度
灌水次数
灌水时间
灌水定额
mm
m3/亩
1
4.13
34.1
22.7
2
4.25
30
20
3
5.01
20
13.3
4
5.31
30
20
5
6.08
40
26.7
6
6.15
40
26.7
7
6.21
30
20
8
7.07
30
20
9
7.11
1.38
0.9

棉花灌溉制度的制定
WT=100*50%*48%=24（mm）=35.98(m3/亩)
Wo=72023/667=107.9(mm)=161.77(m3/亩)

幼苗期：
现蕾期：
开花结铃期：
叶絮期:

日期
旬
生育期
Wmax
(m3/亩）
Wmin（m3/亩）

H
(m)
ET(m3/亩)

K（m3/亩）

Wt（m3/亩）t
降雨量
（mm）
P0（m3/亩）

时段初水量（m3/亩）
时段末水量（m3/亩）
灌水量（m3/亩）
4下旬
幼苗期
112.7
78.9
0.5
9.6
1.0
2.7
6.8
4.5
72
80.6
10
5上旬
0.5
9.6
1.0
2.7
133
66.5
80.6
112.7
-28.5
中旬
0.5
9.6
1.0
2.7
39.4
26.3
112.7
112.7
-20.4
下旬
0.5
9.6
1.0
2.7
26.1
17.4
112.7
112.7
-11.5
6上旬
0.5
9.6
1.0
2.7
19.3
12.9
112.7
112.7
-7.0
中旬
0.5
9.6
1.0
2.7
1.9
0
112.7
106.8

下旬
现蕾期
140.9
98.6
0.6
24.0
4.8
4.0
86.1
43.1
106.8
128.8

7上旬
0.6
24.0
4.8
4.0
0
0
128.8
113.6

中旬
0.6
24.0
4.8
4.0
14.1
9.4
113.6
107.8

下旬
0.6
24.0
4.8
4.0
25.7
17.1
107.8
109.7

8上旬
开花结铃期
169.0
118.3
0.7
25.6
5.6
5.3
10.8
7.2
109.7
162.2
60.0
中旬
0.7
25.6
5.6
5.3
14.2
9.5
162.2
157

下旬
0.7
25.6
5.6
5.3
0
0
157
142.3

9上旬
吐絮期
197.2
138.1
0.7
12.8
3.2
2.3
7.3
4.9
142.3
139.9

中旬
0.7
12.8
3.2
2.3
7.9
5.3
139.9
137.3

下旬
0.7
12.8
3.2
2.3
22.1
14.7
137.3
144.7

10上旬
0.7
12.8
3.2
2.3
51.1
25.6
144.7
163

中旬
0.7
12.8
3.2
2.3
46.2
30.8
163
186.5

下旬
0.7
12.8
3.2
2.3
6.2
4.1
186.5
183.3

11上旬
0.7
12.8
3.2
2.3

320.0
64.4
64.2

294.8

2.6
校核:Wt -W0=WT+P0+K+M-ET
183.3-72=111.3=64.2+294.8+64.4+2.6-320.0
棉花设计灌溉制度
灌水次数
灌水时间
灌水定额
1
4月21日
10（m3/亩）
2
8月1日
60（m3/亩）

早稻、中稻、双季晚稻、棉花灌水率

作物

作物所占面积（%）

灌水次数

灌水定额（m3/亩）

灌溉时间（日/月）

灌水延续时间（d）
灌水率[m3/（s
万亩

早稻

50
1（泡田）
22.7
4.13
10
0.13
2
20
4.25
4
0.28
3
13.3
5.01
4
0.19
4
20
5.31
4
0.28
5
26.7
6.08
4
0.38
6
26.7
6.15
4
0.38
7
20
6.21
4
0.28
8
20
7.07
4
0.28
9
0.9
7.11
4
0.13

中稻

30
1（泡田）
50
5.07
12
0.14
2
25
5.26
4
0.21
3
25
6.04
4
0.21
4
25
6.10
4
0.21
5
30
6.20
4
0.26
6
30
7.02
4
0.26
7
30
7.08
4
0.26
8
30
7.14
4
0.26
9
30
7.22
4
0.26
10
25
7.29
4
0.21
11
20
8.10
4
0.17

双季晚稻

50
1（泡田）
50
7.19
12
0.24
2
15
7.27
4
0.21
3
25
8.01
4
0.36
4
20
8.07
4
0.28
5
25
8.12
4
0.36
6
30
8.23
4
0.43
7
30
8.27
4
0.43
8
30
8.31
4
0.43
9
30
9.06
4
0.43
10
30
9.12
4
0.43
11
30
9.19
4
0.43
12
20
9.30
4
0.28
棉花
20
1
10
4.21
5
0.46
2
60
8.01
10
0.13

修正后的灌水率计算表
作物
作物所占面积（%）

灌水次数
灌水定额（m3/亩）
灌溉时间（日/月）
灌水延续时间（d）
灌水率[m3/（s
万亩

早稻

早稻

50

50
1（泡田）

4.13
7
0.19
2

4.25
4
0.28
3

4.29
4
0.19
4

5.30
4
0.28
5

6.07
4
0.38
6

6.15
4
0.38
7

6.23
4
0.28
8

7.06
4
0.28
9

7.10
4
0.13

中稻

30
1（泡田）

5.03
8
0.21
2

5.26
4
0.21
3

6.03
4
0.21
4

6.11
4
0.21
5

6.19
4
0.26
6

7.02
4
0.26
7

7.14
4
0.26
8

7.22
4
0.26
9

7.29
4
0.21
10

8.10
4
0.17

双季晚稻

50
1（泡田）

7.10
4
0.26
2

7.18
7
0.24
3

7.26
4
0.45
4

8.02
4
0.36
5

8.06
4
0.28
6

8.10
4
0.26
7

8.27
16
0.43
8

9.19
4
0.43
9

9.30
4
0.28
棉花
20
1

4.20
5
0.46
2

8.01
10
0.13
取修正后的灌水率为0.43m3/(s*万亩).
灌溉渠系规划布置
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，三支布置在申溪东侧，四支布置在炒米店西侧，八户东侧。第三支渠灌溉面积适中，可作为典型支渠，该支渠有6条斗渠，斗渠长3500m，取第六斗渠为典型斗渠。每条斗渠有6条农渠，长800m,间距750m，可取六斗二农为典型农渠。
渠道设计流量计算
拟定工作制度
干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。
典型支渠设计流量计算
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。
支渠长度及灌溉面积
渠别
一支
二支
三支
四支
合计
长度（km）
4.51
4.12
4.25
4.36
10.2
灌溉面积（万亩）
2.43
4.38
2.52
2.67
12
5.2.1典型支渠（三支渠）及其所属斗、农渠的设计流量
A．计算农渠的设计流量
三支渠的田间净流量为
因斗、农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条，同时工作的农渠有3条，所以，农渠的田间净流量为：
取田间水运用系数，农渠的净流量
灌区土壤属中粘壤土，查表得相应的土壤透水性参数： 。
因此农渠每公里输水损失系数为：
取农渠的计算长度为：
农渠的设计流量为
B．计算斗渠的设计流量
因一条斗渠内同时工作的农渠有3条，
即斗渠的流量为：
农渠分两组轮灌，各组规定斗渠供应的净流量相等。但是，第Ⅱ轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此以第Ⅱ轮灌组的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的工作长度为。
斗渠每公里输水损失系数为：
斗渠设计流量为：。
C.计算三支渠的设计流量
斗渠也是分两组轮灌，以第Ⅱ轮灌组规定的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的工作长度取：。
支渠的净流量为：
支渠每公里输水损失系数为
支渠设计流量为
5.2.2计算三支渠的灌溉水运用系数

5.2.3计算一、二支渠的设计流量
A．计算一、二支渠的田间净流量

B．计算一、二支渠的设计流量
以典型支渠（三支渠）的灌溉水运用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量。

5.2.4推求干渠各段的设计流量
A．BC段的设计流量

B．AB段的设计流量

C．OA段的设计流量

D．QO段的设计流量

6.灌溉渠道的断面设计
6.1渠道横断面设计
由已知资料查表，可取
6．1.1干渠横断面设计
采用经济合用断面
A． QO段：
取，

宽深比

所以可得
校核不冲不淤

取
即有
因此有，满足规定，说明断面尺寸符合规定，即干渠QO段的断面尺寸为：，。
干渠AB、BC段以及典型支渠（三支）皆采用经济合用断面计算，其结果列入下表。

断面尺寸设计
渠别

Q

h

b

A

B

R

OA
4.822
1.315
4.129
7.591
8.337
0.911
0.635
0.286
0.726
AB
2.664
1.052
3.303
4.858
6.669
0.728
0.548
0.256
0.684
BC
1.310
0.806
2.530
2.851
5.109
0.558
0.459
0.224
0.637
3支
1.236
0.789
2.477
2.733
5.001
0.546
0.452
0.222
0.633
经校核皆满足，说明以上横断面尺寸都符合规定。
6.1.2斗、农渠断面设计
采用水力最优断面
A． 典型斗渠：
计算宽深比

可得
因有
可知，得典型斗渠的断面尺寸为，，符合规定。
B．典型农渠：
宽深比

所以
因
即，满足规定，因此得典型农渠横断面尺寸为，。
6.2渠道纵断面设计
纵断面设计的任务是根据灌溉水位规定拟定渠道的空间位置，涉及设计水位、渠底高程、堤顶高程、最小水位等。其中堤顶高程、最小水位的拟定需拟定最小水深和加大水深。即需拟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为宜，在此取，而加大流量为（当时，取；当，取）。而为了防止风浪引起渠水漫溢，保证渠道安全运营，挖方渠道的渠岸和填方渠道的堤顶应高于渠道的加大水位，即为安全超高。又为了便于管理和保证渠道安全运营，挖方渠道的渠岸和填方的堤顶应有一定的宽度，以满足交通和渠道稳定的需要，即是。
6.2.1干渠纵断面设计
运用迭代法计算。（ ）
A． QO段：

初始选，则有
进行迭代，最终得，即为最小水深。
因

初始，则
迭代得，即为OA段堤顶高程。
因此得堤顶宽度为，。
B． OA：

初始选，因，迭代得，即为最小水深。

初始，则
迭代得，即为堤顶高程。
因此得AB段的堤顶宽度为，安全超高。
C：AB:

初选，有，迭代得即为最小水深。
又因

选，则，迭代得，为堤顶高程。
堤顶宽度，安全超高。
D：BC：

初选，有，迭代得，为最小水深。
又因

选，则，迭代得为堤顶高程。
，。

E：典型支渠（三支）：

初选，有，迭代得，为最小水深。
又因

选，则，迭代得为堤顶高程。
，。
6.2.2典型斗、农渠纵断面设计
运用水力最优断面计算。
A． 典型斗渠：

B． 典型农渠：

6.2.3灌溉渠道的水位计算
为了满足自流灌溉的规定，各级渠道入口处都应具有足够的水位。

式中：——渠道进水口处的设计水位，m；
——渠道灌溉范围内控制点的地面高程（m）。
——控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差，取0.1m；
——渠道的长度，m；
——渠道的比降；
——水流通过渠系建筑物的水头损失（m），可查表。
A． 三支：

所以有三支处的设计水位为

B． 三支五斗处：

所以三支五斗处的设计水位为

C． 三支五斗六农处：

所以三支五斗处的设计水位为

6.2.4干渠各段水位计算：
BC段：

所以有
AB段：

所以有
OA段：

所以有
QO段：

所以有