毕业设计——灌区规划设计.docx

目录绪论3第一章 灌区基本资料51.1 项目区简况51.2 自然条件51.3 水文地质条件61.4 土壤61.5 现有水利工程61.6 社会经济条件7第二章 灌区规划92.1 规划标准及原则92.2 工程布局10第三章灌区灌溉制度的拟订113.1 灌溉保证率的选择113.2 作物需水量的计算113.3作物灌溉制度的制定133.4 作物需水量及灌溉用水过程143.5灌区的水资源平衡分析15第四章 农田水利工程设计154.1 工程设计的任务和依据154.2 灌溉工程设计154.3 排涝工程设计24第五章 泵站设计285.1 泵站设计流量的确定285.2 泵站设计扬程的确定295.3 水泵及辅助设备的选择295.4 泵房设计30第六章 工程量估算316.1 工程量计算的基本原则316.2 挖方渠道概算316.3 半挖半填渠道概算316.4 裁弯取直工程量326.5 渠道总工程量32总结33致谢34主要参考文献35绪论根据武隆县近、中期农业的农村经济发展总体规划（1995年2000年）总目标：到2000年，粮食总产量达23296万公斤，农业总产值100008万元，农民人均纯收入1500元。要解决龙坝乡在过去四十年中在土地规划方面存在的问题并达到2010年农业和农村经济发展的总体目标，对隆坝乡灌区的水利规划势在必行。本次设计就是针对龙坝乡灌区在灌区规划方面存在的问题而进行的，以达到充分利用当地水资源的目的。一 选题来源及意义龙坝乡灌区地处重庆涪陵地区四川盆地东南边缘山区，水资源较为丰富，但由于降水时空分布不均，地形地貌复杂、耕地分散、交通不便，经济落后，因而水利工程建设难度大，投资高而效益低。就龙坝乡而言，其灌区规划方面应用价值表现在将统筹灌溉、防洪、发电、航运、供水、养殖等综合效益，注意兴利除害的统一，水资源利用与保护的统一，发挥水资源的社会效益与经济效益，最大限度地满足国民经济各部门和人民生活的需要。就应届本科生来说，毕业设计是教学计划的最后一个环节，毕业设计能使学生充分发挥独立思考能力，解决设计中遇到的问题。本灌区为山区灌区，渠系布置和灌排系统较为复杂，提水泵站也较多，可以提高学生在这方面的能力。本次设计的意义在于使学生巩固所学的基础理论知识和专业知识，并能实际运用于设计施工中，培养独分析问题和解决问题的能力，明确当前社会主义建设的任务，党和政府的有关政策，培养正确的设计思想，熟练运用图表和文字表达设计意图，掌握运用有关参考书籍手册和规范的方法，了解国内最新的成就，并能适当地运用设计中。二 相关领域的发展方向进入21世纪，更多的注意力必须放在提高水资源的利用率和加强水资源的保护。在考虑水资源的利用和可持续发展时应该分析经济效益，生态效益及社会效益，而不仅仅是经济效益，生态效益及社会效益也应该被确保。为了做好21世纪的农业节水工程，工程水管理的概念应该被改为资源与环境的水管理，水资源应该放在国民经济和社会发展的大环境中考虑，仅因为这点，农业节水灌溉的理解和选择就应该跟上时代的发展并走可持续发展的道路。随着总体经济形势的变化，精细农业，机构农业，育种农业，加工农业和旅游农业都反映了现代农业的发展方向；在种植业中作物种结构，饲养结构和种植模式将被大规模地调整在选择节水装置的技术应用时，有必要把从水的运输到水的利用的整个过程分为几个阶段，它既是相对独立又是紧密联系的，这几个阶段分为输水工程，田间工程及作物用水。三 主要研究内容及技术路线本课题研究的主要内容包括：灌区工程布局、灌溉制度的确定、灌溉工程设计、排涝工程设计、单体工程设计、土建工程量估算。采取的主要技术路线为：收集实地水文、地形、经济状况等资料，阅读地形图并测量水旱田地位置和面积，确定各种作物灌溉制度并根据设计灌水率设计灌溉工程，然后设计排涝工程、单体工程，最后进行土建工程量估算。编者2004年5月29日 第一章 灌区基本资料1.1 项目区简况项目区分布在武隆县龙坝乡境内，地处北纬2921至2925，东经10754至11757之间，项目涉及到五星向光后槽等6个村，辖32个农业社，1367户，5133人，人均收入738.19元，土地面积853.91公顷，交通方便。其四至范围分别为：东接龙坝的五一和黄昔乡的锣鹰村；南和龙坝乡的支丰村相连；西与火炉镇的南泥向前二村接壤；北连龙坝新田和火炉鲁家村。1.2 自然条件1.2.1 地形地势 项目区属低山丘陵区，地势较低，海拔高程在340米至510米之间，相对高差170米左右。区内为向斜发育而成的细长台地，逆向平行岭谷地貌。山丘较多，地下水丰富，但水源地较低，无法直接自流灌溉。1.2.2 气温项目区属亚热带湿润季风气候区，其特点是气侯温和，降雨充沛四季分明光照不足霜雪少春暖夏热多伏旱，秋凉多绵雨，冬冷无酷寒，立体气候较为明显。区内多年平均气温18.5C,极端最高气温41.7C,极端最低气温-1C.年均积温6351度，年均日照小时数1121小时，年均太阳辐射热73千卡/平方厘米，无霜期296天，多年平均降雨量1094.4毫米，最大降雨量为1470毫米。相对湿度为78%。1.2.3降雨量降雨量在空间上的分布呈现先随高程增加而增加，其最大降水高度为海拔11001600米，其后则随高程递增而递减。低山丘陵区多年降水为11001400毫米。降雨量的时程分配，受季风环流控制而呈现明显差异。降水量年季差达50%65%，下半年降水（510月）约占全年降水的四分之三，具有雨热同季的特点。根据19591980年系列降雨量资料，按经验频率公式P=100%计算，保证率为75%的年份1974年。因此，确定1974年为典型年。设计典型年（1974年）月降雨量分配见表1-1：表1-1 设计典型年（1974年）月降水量分配表月份123456789101112全年降水量（mm）10.110.960.783.2187.9102.995.2288.3100.1100.520.88.61070.9比例（%）0.91.05.77.817.69.68.926.99.49.41.90.9100资料来源：四川省涪陵地区水资源调查与水利区划（附表），涪陵地区水利电力局编制，1993年4月，附表3-2。1.2.3 蒸发量武隆县多年平均蒸发量资料如表1-3所示：表1-2 武隆县平均蒸发量统计表月份123456全年折算系数年蒸发量（mm）蒸发量（mm）42.138.063.498.7125.0123.4月份789101112蒸发量（mm）90.8160.5125.069.047.737.21120.80.8896.6资料来源：四川省涪陵地区水资源调查与水利区划（附表），涪陵地区水利电力局编制，1993年4月，附表4。蒸发资料的折算，为折算成60mm蒸发皿的蒸发量。1.3 水文地质条件灌区属武隆山褶皱地带，地质构造为新华夏系次级沉降带，属新华夏系构造体系，占主导地位的显著构造是北东向褶皱及其伴生断裂。地层以前震旦系变质岩为基底，出露地层为元古蜀震旦系灰岩。灌区构造强烈，断裂及岩溶发育，地下径流条件好，碳酸盐岩裂隙溶洞水丰富，出露较多，易于开发利用。1.4 土壤灌区土壤为暗紫壤土，土壤质地为粘重，渗水性强，另有少量的黄壤土。土壤适宜多种农作物生长。表1-3 项目区土壤普查简表土壤名称深度（cm）颜色质地容重（g/cm）孔隙度（%）暗紫泥田023暗紫轻粘土1.3549.402370暗紫轻粘土1.3748.74注：资料由武隆县农业局提供，土壤取样地点位于项目区的车坝村。灌区无过境径流，无外来客水量可供利用，但灌区地下水丰富，且出露量较大。灌区为四周高，中间低的盆地地形，碳酸岩裂隙溶洞水出露形成梦冲塘、象口子、干洞三个较大的天然水源（枯水期流量分别为0.4/s、0.2/s、0.1/s）和很多小的山泉水源。这三个大的水源、众多的小水源的汇流，以及地下基流的岸坡侧渗形成了贯穿灌区西东的一条小河流，河流下游流量为1.3/s左右。1.5 现有水利工程灌区主要有梦冲塘、象口子等多处水源，由于水源较低，只能满足灌区部分的人畜饮水和灌溉。灌区无水利拦蓄工程，6条灌排两用渠道，主要作用是排除山洪，旱季时基本不能实施灌溉。1条灌溉渠道引取梦冲塘出露地下水自流灌溉，控制面积很小（约300亩）。灌区丰富的降水不能得到充分的利用。1.6 社会经济条件1.6.1 当地材料及劳动力资源灌区属山区，距郁江15公里，砂石料资源较为丰富。灌区有劳动力5133个，邻乡、村的劳动力可以大量支援，劳动力充足。武隆县经过10多年水利技术人员培训和接收各水利院校的专业人才，有一支过硬的、经验丰富的水利工程技术队伍。1.6.2 土地面积及利用情况灌区内有水田、旱地、林地、草地、居民地、水塘等，水田大部分分布在北部地区，大面积的旱地主要分布在南部，北部也有零星分布，用米格纸法计算得出，旱地面积为6818.67亩，水田面积为1868.78亩。根据退耕还林规范，坡度为25以上的土地要退耕还林。用米格纸法算得，需退耕还林的土地面积为233.40亩，因此，旱地的灌溉面积为6585.27亩。1.6.3 农业生产情况灌区农作物生长季节较长，积温较高，雨量较为充沛，能满足粮食一年两熟的要求，比较适宜于水稻、小麦、玉米、油菜等农作物的生长要求。进行灌溉制度的设计时，旱地和水田都采用一年两熟制，且都是单作的种植制度。基本农田整理项目区作物种植类型及播种面积表1-4 单位：亩村别水稻玉米油菜红苕蔬菜面积单产（kg/亩）面积单产（kg/亩）面积单产（kg/亩）面积单产（kg/亩）面积单产（kg/亩）车坝767.54349.21023.5300.3753.82100.25833.52878.6537.24433.33后槽0297.7352.7105.33200872.7381.9435.3五屋702.93351.2758.64302.5478.5108.57633.65875.5628.73445.3向光268.19351.21795.33300.7452.77107.5653.67877.3684.25419.5回龙457.78350.31632.72297.4385.4106.22621.76875.44324.77428.1石桥村549.25348.1928.73301.4437.21117.3778.06872.8692.75438.5合计2745.695091.42860.393720.663249.641.6.4 电力设施状况2000年7月到2001年6月，在西部大开发的政策下，龙坝乡先后进行了农网改造，灌区有十千伏高压线通过，电源充足，电压稳定，电力设施较为齐全，这为灌区施工和项目建设后区内水泵、电动机等设备的运行提供了便利的电力条件。1.6.5 交通设施状况武隆-桐梓的县级沿龙坝乡西北而至，区内90%的村社已通公路，交通方便，但区内道路基本为土质路面，路况较差。1.6.6 灌区开发要求根据国民经济发展规划及流域规划，拟将本灌区建成旱涝保收、高产稳产的作物生产基地。灌溉水源有梦冲塘、象口子、干洞三个较大的天然水源和很多小的山泉水源，北部的水田基本上可以自流灌溉，南部的旱地地势较高，要修建提水泵站，然后进行灌溉。同时，龙坝小学右侧小河道，有500米S形弯道，不利排水，淤积严重。干沟旁边及上游均为水稻田，每遇暴雨，此河段过流不畅，造成上游近2000亩农田受灾，给当地群众的生命财产安全造成了不小的损失。灌区开发以灌溉为主，同时解决排涝问题，兼顾排渍。表1-5 武隆县龙坝乡基本农田整理项目区社会状况表村名户人口纯收入（元/人）净耕地面积（亩）车坝村206773801.282109.81后槽村186710689.721193.00五星村2911003755.11757.43向光村217789712.81376.61回龙村2641025744.71395.68石桥村203833725.551791.85合计13675133/9624.38武隆县1974年逐日降雨量统计表表1-6 单位：毫米 月日12345678910111211.71.77.74.720.910.41.030.24.121.53.141.07.524.92.350.219.76.624.20.160.64.31.60.35.90.21310.970.12.88.60.113.10.514.10.282.32.151.10.444.77.494.52.50.210.91.535.50.18.30.71.9100.42.32.91.00.498.70.63.9110.20.21.00.310.50.30.6120.14.12.1130.43.15.40.80.3140.118.90.6154.50.21.5161.30.80.61.3170.10.20.431.818.91.80.2182.85.319.37.09.118.60.40.2191.737.930.145.91.39.1201.49.749.90.314.6210.37.0220.30.25.30.43.2231.76.21.56.94.93.6240.40.41.52.90.54.7250.1200.70.70.61.3268.81.40.50.36.43.22742.81.40.3280.50.20.4290.316.22.70.20.2304.311.63.01.4310.9合计10.810.760.783.2189.7102.995.2316.2100.1100.520.89.6 第二章 灌区规划2.1 规划标准及原则2.1.1 设计标准的确定 灌溉规划中常采用灌溉保证率法和抗旱天数法确定灌溉设计标准。选用灌溉设计标准时，一般南方稻区比北方旱区为高，提水灌溉区比自流灌区为高，灌溉设计保证率标准如下： 表2-1 灌溉设计保证率地区作物种类灌溉设计保证率（%）缺水地区以旱作物为主以水稻为主50757080丰水地区以旱作物为主以水稻为主70807595由于龙坝灌区属亚热带湿润季风气候，气候温和，降雨充沛。主要种植作物以中稻、小麦为主。故选取设计保证率为75%。2.1.2 按降雨量资料选择设计代表年 以灌区多年降雨量资料进行频率分析，选择降雨频率和灌溉设计保证率相同（或相近）的年份作为设计代表年。但年降水量时段较长，未考虑年降雨量在时间上的差以及对作物灌溉需水的影响，往往出现主要作物生长期降雨频率和灌溉设计保证率相差很大，不宜采用。为避免这种情况，常采用作物生长期降雨资料选择代表年，即按主要作物生长期历年降雨资料进行频率和灌溉设计保证率相同（或相近）的年份作为设计代表年。确定1974年为典型年。1974年武隆县逐日、逐月降水量分配表见第一章基本资料。2.1.3 灌区规划原则渠系由灌溉渠道和排水沟两个系统组成。渠系一般由四级固定渠（沟）组成，即干、支、斗、农渠及相应的排水沟。农渠以下还有毛渠、输水沟、灌水沟、格田、畦等临时性田间工程。本次设计对农渠以下级别的渠系不作规划。2.1.3.1规划的指导思想和原则按照“九五”及2010年水利建设的目标任务，结合山区实际，因地制宜，合理布局，树立大水利观念和立足于水利为全社会服务，全面推进水利产业的快速发展的指导思想在编制水利工程规划中，坚持城乡兼顾，重点突出，分布实施和大中小微型工程相结合，因地制宜办水利的原则，全面提高供水保证率和切实加强水资源的保护。2.1.3.2渠系布置的基本原则灌溉渠道尽量布置在高地和分水岭上，以便控制较多的自流灌溉面积，并尽量减少交叉建筑物和过大的填方、挖方。规划布置渠道时，应同时考虑排水沟的布置，避免相互干扰，尽量不打乱原有排水系统。渠线应尽量避免通过风化岩层和节理发育的破碎带及强透水地带。渠线要尽量做到短（线短）、直（顺直规整）、半（半填半挖），避开难工险段。注意与行政区划相结合，尽量使用单位有独立的引水口，并应考虑机耕，土地规划和用水管理的方便。改造或扩建灌区时，应尽可能利用已有工程，对舍弃的部分应进行充分的方案论证后决定。适当考虑综合利用，在不影响自流灌溉的前提下，可适当布置水力（电）站，尽量做到一水多用，但壅水位不宜过高，以免引起两岸土地盐碱化与沼泽化。对个别需要灌溉的高地，可在渠道上设置提水站。2.2 工程布局按照灌溉渠系的布置原则结合天然河道和原有水利工程，在本灌区内规划四个田块，各个田块面积由“米格纸法”量出。各田块控制面积：田块一：旱地1140.0亩（其中退耕还林18.2亩）水田884.4亩田块二：旱地75.0亩 水田570.3亩田块三：旱地1065.8亩（其中退耕还林16.8亩）水田720.5亩田块三：旱地4606.9亩 （其中退耕还林38.2亩）水田360.0亩各田块工程布局见灌区规划总图，其中红色实线表示灌溉渠道，红色虚线表示排水沟道，紫色实线表示压力管道。第三章 灌区灌溉制度的拟订3.1 灌溉保证率的选择灌溉保证率选取75%（具体叙述见说明书2.1）3.2 作物需水量的计算3.2.1种植制度的确定 灌区内日照条件较好，水量充沛，作物一年两熟，以相邻的陕西南部和湖北西部的种植制度作参考。各种种植作物的生育期、生育期时段及各生育期的参数列表见3-1至3-5。本灌区主要种植作物为双季早稻、双季晚稻、中稻、冬小麦、夏玉米、油菜。表3-1 晚稻生育期参数（渗漏2mm/d）生育期起止日期阶段渗漏（mm）阶段需水量（mm）日需水强度（mm）日耗水量（mm）淹灌水层变化（cm）返青期7.28-8.31429.64.26.2204070分蘖期8.4-9.668135.746103080拔节期9.7-9.264077.33.95.9205090抽穗开花9.27-10.62041.64.26.2103050乳熟期10.7-10192643.83.45.4102060黄熟期10.20-10.312435.12.94.9落干表3-2 小麦生育期参数生育期起止日期计划湿润层深度（cm）日耗水量（mm）适宜含水率上限适宜含水率下限幼苗期10.2011.25400.97取田间持水率36.8%20.20%越冬期11.262.21500.9720.20%返青期2.223.19601.720.20%拔节期3.204.15703.422.10%抽穗成熟期4.165.15803.9520.20%表3-2-3 玉米生育期参数生育期起止日期计划湿润层深度（cm）日耗水量（mm）适宜含水率上限适宜含水率下限幼苗期6.26.26402.99取田间持水率36.8%22.08%拔节期6.277.16504.2123.90%抽穗期7.177.30605.1125.80%灌浆期7.318.16803.5525.80%成熟期8.179.3802.422.08%表3-2-4 油菜生育期参数生育期起止日期计划湿润层深度（cm）日耗水量（mm）适宜含水率上限适宜含水率下限苗期11.141.15101.5取田间持水率36.8%18%现蕾期1.163.25201.728%开花期3.264.12401.924%结荚成熟期4.135.10401.522%表3-2-5 早稻生育期参数 （阶段渗漏强度2mm/d）生育期起止日期阶段渗漏（mm）阶段需水量（mm）日需水强度（mm）日耗水量（mm）淹灌水层变化（cm）返青期4.245.21816.81.93.953050分蘖期5.35.2648100.84.26.2205080拔节期5.276.123489.25.27.2306090抽穗开花6.136.2730845.67.6103080乳熟期6.287.61818.92.14.1103060黄熟期7.77.141616.82.14.110203.2.2水量平衡法计算作物需水量 用水量平衡法直接估算作物需水量。由此可得t时段内作物需水量计算式为：对于旱作物： 式中 时段初和任意时段t时的土壤计划湿润层内的储水量 由于计划湿润层增加而增加的水量 保存在土壤计划湿润层内的有效雨量 K时段t内的地下水补量，即K=kt,k为t时段内平均昼夜地下水补给量 M时段t内的灌溉水量 ET时段t内作物田间需水量，即ET=et,e 为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量 （以上各值均以mm, 计）旱作物的总灌溉定额包括播前灌溉定额和生育期内灌溉定额两部分。播前灌溉定额可按下式计算： =667H（）n （） 式中 H土壤计划湿润层深度（m），应根据播前灌水要求决定；n相应于H土层内的土壤孔隙率，以占土壤体积百分数计；一般为田间持水率，以占孔隙的百分数计；播前H土层内的平均灌水率，以占孔隙率的百分数计。 为了满足作物正常生长的需要，任意时段内土壤计划湿润层内的储水量必须保持在一定的适宜范围以内，即通常要求不小于作物允许的最小储水量（）和不大于作物的最大储水量（）对于水田作物： 式中 时段初田面水层深度 时段末田面水层深度p 时段内降雨量d 时段内排水量m时段内灌水量WC 时段内田间耗水 (以上各值均以mm计)田间淹灌水层的深度应处于适宜水层上限（）与适宜水层下限（）之间。泡田期的灌溉用水量（泡田定额）由下式计算： =0.667(+)式中 泡田期灌溉用水量， 插秧时田面所需的水层深度，mm泡田期的阶段渗漏量，mm泡田期的日数时期内水田田面平均蒸发强度，mm/d时期内的降雨量，mm3.3 作物灌溉制度的制定3.3.1 参数的说明灌溉制度表种所用的参数：降雨渗入量=P式中 降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。一般一次降雨量小于5mm时，为0；一次降雨量在550mm时，约为1.00.8；当次降雨量大于50mm时，=0.70.8。 地下水补给量K与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。当地下水埋深1.52.5m时，利用量为4080。该灌区地下水埋深2米，利用量约为40。得出平均补给量。3.3.2 灌溉制度结果根据水量平衡原理推算各作物的灌溉制度见附表3-6至3-10。计算结果如下： 双季早稻 泡田期灌水30 。全生育期共灌水5次。共灌水150.1 。 双季晚稻 泡田期灌水40 。全生育期共灌水4次。共灌水140.0。玉米播前灌溉30 。全生育期共灌水1次。共灌水30。小麦播前灌溉50 。全生育期共灌水2次。共灌水80。油菜播前灌溉25 。全生育期共灌水4次。共灌水80。3.4 作物需水量及灌溉用水过程灌溉用水量是灌溉面积上需要水源供给的灌溉水量，它与灌溉面积、作物组成、各种作物的灌溉制度、渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。灌溉用水量可按下试计算： M= 式中 M，M某种作物的某次净灌溉用水量和毛灌溉用水量（）；m某种作物某次灌水的灌水定额（）；A 某种作物的灌溉面积（亩）；灌溉水利用系数，取0.7。对于任何一种作物，在典型年内的灌溉面积，灌溉制度确定后便 推出各次灌水的的净灌溉用水量。由于灌溉制度本身已确定了各次灌水的时期，故在计算各种作物每次灌水的净灌溉水量的同时也旧确定了某年内各种作物 的灌溉用水量的过程线。全灌区任何一个时段内的净灌溉用水量时时该时段内各作物净灌溉用水量之和。按此可求得典型年全灌区净灌溉用水量过程。已知净灌溉用水量后，即可求得毛灌溉用水量。 根据各种作物灌溉制度及耕种面积推算全年各月各种作物用水量及用水总量见表3-11 3-12.。3.5灌区的水资源平衡分析项目区项目区属亚热带湿润季风气候区，虽然降雨充沛，多年平均降水雨量达1167.6mm，但年内分布不均，降水连续最大的4个月（58月）的降水量为714.0mm,占全年降水量的61.2%。而在农作物灌溉用水量较大的3月份，降水量只有12.3mm，年内不同月份间水资源供需情况并差异较大为了提高灌溉保证率，防止山泉水源在灌溉用水季节流量的变小，项目区应修建蓄水池，蓄积降雨，采用长藤结瓜的灌溉模式，保证灌溉用水量的供给。灌区三个较大水源枯水期总流量为0.7，年总水量为7360024365=2207.52万能满足灌溉要求第四章 农田水利工程设计4.1 工程设计的任务和依据农田水利工程设计的任务包括灌水率的设计、渠系布置、灌溉渠道流量设计、灌溉渠道横断面设计、除涝设计标准的确定、排水沟的布置、排涝模数的确定、排水沟横断面设计、河道取直工程设计。设计本着因地制宜、合理布局，充分利用已建工程节省投资的原则，以农田水利学（第三版）和水工设计手册8灌区建筑物为设计标准。4.2 灌溉工程设计4.2.1 灌水率的设计灌水率指灌区单位面积（万亩）上所需灌溉的净流量。利用它计算灌区渠首的引水流量和灌溉渠道的设计流量。 =m/7.29T式中 T灌水延续时间，以d计，对于