水库灌区灌溉渠系规划布置初设说明书.doc

梅河水库灌区灌溉渠系规划布置初设说明书
一．课程设计目的
灌溉排水工程学课程设计是使学生将所学知识与生产实践有机结合的桥梁，也是培养学生运用本课程理论和技术知识解决实际问题的重要实践性环节。
通过课程设计培养学生运用本课程理论和技术知识解决实际问题，进一步提高运算、制图和使用技术资料的能力。
本课程的教学目的是：
1．采用启发式教学，培养学生独立思考与自我获取知识的能力。通过课程设计实践，培养学生综合运用所学知识的能力。
2．使学生掌握水利工程规划、设计的一般方法与规律。
3．对学生进行灌溉工程规划布置与设计基本技能的训练，提高学生综合使用技术资料（包括基本资料获取、正确使用标准与设计规范、合理选取计算参数、灵活运用计算公式）与综合利用所学知识能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生掌握灌溉（排水）工程设计的方法与步骤。
二. 基本资料
梅河水库是以灌溉、供水结合发电的综合利用工程，总库容1.25亿立米。电站为灌溉期发电的季节性电站，整个灌区利用发电后的尾水进行灌溉。尾水渠`渠底高程为576.5m。
2.1．灌区地貌及水文水资源概况
梅河水库灌区位于梅河以东，大桥河以西，大金河以南的黑屿岭北坡，地形南高北低，海拔500~600m, 地面坡度1/250~1/1000，由于发源于黑屿岭北坡的七条大金河支流的切割作用，使该区从东到西，川原相间，起伏不平。灌区土地面积约39.5万亩, 土地利用系数0.74。
灌区内地表水资源由于受地形，时间和空间的限制，难以全部利用，只能通过可能的工程措施利用一小部分。灌区作物种植情况与1982—1998年降雨资料见附表。
根据水文地质条件，灌区分为河谷阶地和山前洪积扇两种地貌类型；河漫滩潜水埋深10m左右，含水层为砂、沙砾石，厚3~30m, 山前洪积扇潜水埋深20~30m，含水层为含泥的砂砾石层，厚10~20m。地下水质良好，矿化度为0.2~0.5克/升，PH 值为6.5~8, 适于灌溉与人畜用水。
整个灌区大部分在金辉县境内，其中有五个较大的集镇，人口为11万人。
2.2.灌区土壤地质概况
在洪积扇上，地表岩性为冲积、洪积的次生黄土和亚沙土。土层厚度随地形而异，一般为5~15m, 河滩地冲积土层厚度为1m以内，以下为砂石层。沿山坡地带土壤为沙壤土，洪积扇中部土壤为中壤土，河谷川地土壤为重壤土，土壤物理性质见下表：
土壤性质
田间持水量（占土体%）
容重（g/cm3）
沙壤土
17~25
1.5~1.55
中壤土
23~32
1.37~1.49
重壤土
30~42
1.35~1.38
2.3.灌区水文气象概况
梅河王庄站实测多年平均流量9.09m3/s, 最枯流量0.7 m3/s, 年平均含沙量35.2kg/ m3。
大金河多年平均径流量为31.9亿m3, 扣除上游魏家原15.7万亩的灌溉用水。在灌溉季节，下游金辉县境内的河川地灌水也很困难，需从梅河水库供水。
灌区多年平均降雨量为668mm, 65%集中在八、九、十月，年平均气温17°C, 最高为37°C，最低为零下17°C。一般年份最大冻土深度45~65cm, 时间一般在十二月中旬到一月下旬。
2.4.灌溉制度
灌区内的主要作物为冬小麦、夏玉米、猕猴桃及水稻等作物，复种指数160%，渠系有效利用系数0.60, 灌溉保证率p=75%.
三．设计灌水率的计算。
3.1. 对气象资料进行初步处理与整编，确定计算的典型年。
梅河水库灌区降雨量频率计算表
年份
降雨量
序号

由大到小
P=m/(n+1)*100%
(1)
(2)
(3)

(4)
(8)
1961
613.6
1
1983
752.3
2.380952381
1962
530.2
2
1964
730.7
4.761904762
1963
473.2
3
1998
654.9
7.142857143
1964
730.7
4
1981
652.3
9.523809524
1965
645.1
5
1975
648.1
11.9047619
1966
410.7
6
1965
645.1
14.28571429
1967
458.9
7
1988
639.4
16.66666667
1968
587.3
8
1984
638.7
19.04761905
1969
429.6
9
1961
613.6
21.42857143
1970
500.7
10
1996
604.5
23.80952381
1971
542.3
11
1968
587.3
26.19047619
1972
403.2
12
1974
560.5
28.57142857
1973
395.2
13
1985
557.1
30.95238095
1974
560.5
14
1971
542.3
33.33333333
1975
648.1
15
1987
535.4
35.71428571
1976
484.2
16
1962
530.2
38.0952381
1977
372.3
17
1992
520.9
40.47619048
1978
441.5
18
1980
518.2
42.85714286
1979
421.3
19
1989
518.1
45.23809524
1980
518.2
20
1994
512.8
47.61904762
1981
652.3
21
1970
500.7
50
1982
452.3
22
1999
496.8
52.38095238
1983
752.3
23
1976
484.2
54.76190476
1984
638.7
24
1963
473.2
57.14285714
1985
557.1
25
1967
458.9
59.52380952
1986
282.1
26
1982
452.3
61.9047619
1987
535.4
27
1978
441.5
64.28571429
1988
639.4
28
1969
429.6
66.66666667
1989
518.1
29
1993
425.8
69.04761905
1990
407.9
30
1979
421.3
71.42857143
1991
419.8
31
1991
419.8
73.80952381
1992
520.9
32
1966
410.7
76.19047619
1993
425.8
33
1990
407.9
78.57142857
1994
512.8
34
1972
403.2
80.95238095
1995
325
35
1973
395.2
83.33333333
1996
604.5
36
2000
383.5
85.71428571
1997
240.8
37
1977
372.3
88.0952381
1998
654.9
38
1995
325
90.47619048
1999
496.8
39
2001
282.9
92.85714286
2000
383.5
40
1986
282.1
95.23809524
2001
282.9
41
1997
240.8
97.61904762
按设计灌溉保证率p=75%可确定把1966年作为计算的典型年。
1966年的降雨资料如下：
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月降雨量mm
0.9
11
17.4
43.5
15.2
27.8
104.9
57.6
83.3
37.2
11.8
0.1
将该年的月降雨随机分配到各旬，分配如下表：
由于玉米的生育期只在6、7、8、9月，所以只对这四个月的降雨进行分配。
月份
各旬降雨量mm
上旬
中旬
下旬
6
0
0
27.8
7
31
13
45.1+15.8
8
0
36.2
21.4
9
33+16
0
0
3.2.作物需水量的计算。
日、月参考作物需水量（ETo）资料已给出。典型年（1966年）的气象资料如下表：
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
日均ETo
0.85
1.32
1.95
2.70
3.52
5.42
4.19
4.03
2.52
2.00
1.36
0.88
月ETo
26.29
37.07
60.43
81.12
109.21
162.73
129.87
125.00
75.46
62.07
40.75
27.41
玉米的生育期

生育阶段
时间
播种育苗
6月20日-6月25日
出苗-拔节
6月26日-7月12日
拔节-抽穗
7月13日-8月8日
抽穗-成熟
8月9日-9月21日
玉米各生育期作物需水量（ET）计算表：

生育期
时间
天数
ET0日
KC
ETC
播种育苗
6月20日-6月25日
6
5.42
0.511
16.61772
出苗-拔节
6月26-6月30
5
5.42
0.511
13.8481
7月1日-7月12日
12
4.19
1.051
52.84428
拔节-抽穗
7月13-7月31
19
4.19
1.051
83.67011
8月1-8月8
8
4.03
1.434
46.23216
抽穗-成熟
8月9-8月31
23
4.03
1.434
132.91746
9月1-9月21
21
2.52
1.280
67.7376
总计

413.86743
3.3作物（玉米）灌溉制度的确定。
用水量平衡方程分析玉米的灌溉制度，公式如下：

Wt和W0分别为时段初和时段末土壤计划湿润层内的储水量。
收集整理公式中各项参数如下：
1）。土壤计划湿润层H。
根据有关规定和经验取玉米各生育期计划湿润层深度如下表：
生育阶段
计划湿润层深度mm
播种育苗
35
出苗-拔节
45
拔节-抽穗
55
抽穗-成熟
70
2）。土壤最大最小含水率。
允许最大含水率取田间持水率=，最小含水率取0.6。=30%。则玉米各生育期最大最小含水率如下表：
生育阶段
（占土体%）
（占土体%）
播种育苗
30
18
出苗-拔节
30
18
拔节-抽穗
30
18
抽穗-成熟
30
18
3）。有效降雨量P0
P0= P P为设计降雨量。取0.8。
4）。地下水补给量K。
在这里地下水补给很少，可以认为各生育阶段的K=0.
5）。由于计划湿润层增加而增加的水量WT。
WT的计算可采用下公式：
WT=（H2-H1）A H1和 H2分别为时段初和末的计划湿润层的深度。
则可计算初玉米各生育期的WT，结果如下表：
生育阶段
计划湿润层深度㎜
A%
%
%
%
△H㎜
WT(㎜)
播种育苗
35
1
30
18
24
0
0
出苗-拔节
45
1
30
18
24
100
24
拔节-抽穗
55
1
30
18
24
100
24
抽穗-成熟
70
1
30
18
24
150
36
6）。灌水定额M。
m为灌水定额，计算公式为：m=Wmax-Wmin=AH（）。
当时段末计划湿润层内的储水量Wt接近或小于该时段内的最小含水量Wmin时就需要进行灌水，灌水定额按照上公式计算。
7）。作物需水量ET。
玉米生育期平均日蒸发蒸腾量e计算如下表：
生育阶段
时间
天数（d）
ET(㎜)
e(㎜)
播种育苗
6月20日-6月25日
6
16.62
2.77
出苗-拔节
6月26日-7月12日
17
66.69
3.92
拔节-抽穗
7月13日-8月8日
27
129.9
4.81
抽穗-成熟
8月9日-9月21日
44
200.66
4.56
8)。玉米灌溉制度计算表。
生育阶段
Wt
㎜
W0
㎜
WT
㎜
P0
㎜
K
㎜
M
㎜
ET
㎜
灌水日期
延续时间d
播种育苗
84.34
78.5
0
22.24
0
0
16.62

出苗-拔节
135
108.37
24
0
0
54
27.44
7月2日
8
120.6
135
0
24.8
0
0
39.2

拔节-抽穗
165
144.6
24
59.12
0
66
101.01
8月2日
8
136.14
165
0
0
0
0
28.86

抽穗-成熟
210
172.14
26
46.08
0
84
91.2
8月28日
10
160.8
210
0
60.24
0
0
109.44

合计

212.48

204
413.77

3.4.灌水率的计算。
灌水率计算公式为：（k=1，2，3，……）
qk，di、Tki、mki分别为第i种作物第k次灌水的灌水率m3/（s·100hm2）、灌水延续时间d、灌水定额m3/ hm2。
棉花、小麦、谷子、玉米灌水率计算见下表：
灌水率计算
作物
作物所占面积％
灌水次数
灌水定额m3/ hm2
灌水时间（月.日）
延续时间（d）
灌 水 率m3/（s·100hm2）
始
终
中间日
玉米
50
1
540
7.2
7.9
7.5
8
0.0391
2
660
8.2
8.9
8.5
8
0.0477
3
840
8.28
9.6
9.1
10
0.0486
棉花
25
1
825
3.27
4.3
3.1
8
0.03
2
675
5.1
5.8
5.5
8
0.024
3
675
6.2
6.27
6.24
8
0.024
4
675
7.26
8.2
7.30
8
0.024
谷子
25
1
900
4.12
4.21
4.17
10
0.026
2
825
5.3
5.12
5.8
10
0.024
3
750
6.16
6.25
6.21
10
0.021
4
750
7.1
7.19
7.15
10
0.021
小麦
50
1
975
9.16
9.27
9.22
12
0.047
2
750
3.19
3.28
3.24
10
0.044
3
825
4.16
4.25
4.21
10
0.048
4
852
5.6
5.15
5.11
10
0.048
作灌水率图，见附图1.

对灌水率图作修正，修正后的灌水率图见附图2.

由修正后的灌水率图查的最大的灌水率为
q=0.048 m3/（s·100hm2）
四.干、支渠道设计流量的计算。
灌区干渠、支渠、斗渠、农渠布置见附图。
干渠各段长度：
渠段名称
OA
AB
BC
CD
DE
EF
渠段长度（1000m）
2.93
6.48
2.4
6.33
6.12
4.49
各支渠控制的灌溉面积：
支渠名称
一支
二支
三支
四支
五支
六支
控制面积100hm2
86.22
38.94
17.14
41.58
22.08
16.03
土地利用系数取0.74。
4.1.推求典型支渠（二支渠）及其所属斗渠、农渠的设计流量。
1).农渠的设计流量。二支渠的田间净流量为：
Q二支田净=A二支×qd=0.74×38.94×0.048=1.38（m3/s）
斗渠分10组轮灌，同时工作的斗渠有2条；而农渠分10组轮灌，同时工作的农渠有2条。
则农渠的田间净流量为：
Q农田净=Q支田净/（n×k）=1.38/（2×2）=0.345（m3/s）
取田间水利用系数=0.90，则农渠的净流量为：
Q农净=Q农田净/=0.245/0.9=0.38（m3/s）
灌区土壤为中壤土，从课本表3-6课查处相应的土壤透水性参数：A=1.9，m=0.4.据此课计算农渠没千米输水损失系数：

=2.8
农渠的毛流量或设计流量为：
L农取0.45km
Q农毛=Q农净（1+0.15L农/100）=0.38（m3/s）
2）。计算斗渠的设计流量。因为一条斗渠内同时工作的农渠有2条，所以斗渠的净流量为2条农渠毛流量之和。
Q斗净=2×Q农毛=0.76（m3/s）
农渠要分10组轮灌，各组要求斗渠供给的流量相等。但是第10轮灌组距斗渠较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大。因此，以第10轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度为L斗 =2.4km
斗渠每千米输水损失系数为：
=2.12
斗渠的毛流量或设计流量为：
Q斗毛=Q斗净（1+0.15L斗/100）=0.77（m3/s）
3）。计算二支渠的设计流量。斗渠分10组轮灌，以第10组轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的平均工作长度L支=6.65km
支渠的净流量为：
Q二支净=2×Q斗净=1.54（m3/s）
支渠每千米输水损失系数为：
=1.60
支渠的毛流量为
Q二支毛= Q二支净（1+0.15L二支/100）=1.56（m3/s）
4.2.二支渠灌溉水利用系数。
=Q二支田净/Q二支毛=1.38/1.77=0.88
4.3.计算1、3、4、5、6支渠的设计流量。
1）。计算1、3、4、5、6支渠的田间净流量
Q一支田净=86.22×0.74×0.048=3.06（m3/s）
Q三支田净=17.14×0.74×0.048=0.6（m3/s）
Q四支田净=41.58×0.74×0.048=1.48（m3/s）
Q五支田净=22.08×0.74×0.048=0.78（m3/s）
Q六支田净=16.03×0.74×0.048=0.57（m3/s）
2）。计算1、3、4、5、6支渠的设计流量
以典型支渠（二支渠）的灌溉水利用系数作为扩大指标用来计算其他支渠的设计流量。
=0.8； =0.91；=0.88；=0.90；=0.93
Q一支毛=3.06/0.8=3.9（m3/s）
Q三支毛=0.6/0.91=0.66（㎡/s）
Q四支毛=1.48/0.88=1.68（㎡/s）
Q五支毛=0.78/0.90=0.87（㎡/s）
Q六支毛=0.57/0.85=0.61（㎡/s）
4.4.推求干渠各段的设计流量。
１）。EF段的设计流量
QEF净= Q六支毛=0.61（m3/s）
=1.9/0.610.4=2.32
QEF毛=0.61（1+0.15×2.32×4.49/100）=0.62（m3/s）
2）DE段的设计流量
QDE净=0.62+0.87=1.49（m3/s）
=1.9/1.490.4=1.62
QDE毛=1.49×(1+0.15×1.62×6.12/100)=1.55（m3/s）
3）CD段的设计流量
QCD净=1.55+1.68=3.3（m3/s）
=1.9/3.30.4=1.18
QCD毛=3.3×(1+0.15×1.18×6.33/100)=3.4（m3/s）
4)BC段的设计流量
QBC净=3.4+0.66=4.1（m3/s）
=1.9/4.10.4=1.08
QBC毛=4.1(1+0.15×1.08×2.4/100)=4.2（m3/s）
5)AB段的设计流量
QＡＢ净=4.2+1.56=5.8（m3/s）
=1.9/5.80.4=0.94
QＡＢ毛=5.8(0.15×0.94×6.48/100+1)=5.9（m3/s）
6)OA段的设计流量
QＯＡ净=5.9+3.9=9.8（m3/s）
=1.9/9.80.4=0.76
QＯＡ毛=9.8(1+0.15×0.76×2.93/100)=11（m3/s）
=0.048×222×0.74/11=0.72
4.5.各渠段加大流量的计算。
渠道的加大流量用下公式计算：
Qj=JQd。 Qj为渠道的加大流量，J为流量加大系数，Qd为渠道设计流量。
各段干渠和典型支渠(二支渠)加大流量计算如下表：
渠段号
OA
AB
BC
CD
DE
EF
典型
Qd（m3/s）
11
5.9
4.2
3.4
1.55
0.62
1.56
J
1.18
1.24
1.26
1.27
1.28
1.32
1.28
Qj（m3/s）
12.98
7.32
5.29
4.32
1.98
0.82
2.00
五。灌溉渠道横纵断面的设计。
从经济性等方面考虑，该灌区干、支灌溉渠道都采用梯形断面。渠道内壁用混凝土衬砌。
5.1.渠道很断面的设计。
1）。梯形渠道最佳水力断面参数选取及计算。
计算结果如下表：
段号
i
n
m
m'
Q
h0
b0
A0
X0
R0
V0
OA
0.0005
0.017
1.25
3.200
11.000
2.050
1.435
8.195
7.995
1.025
1.342
AB
0.0005
0.017
1.25
3.200
5.900
1.620
1.134
5.118
6.318
0.810
1.153
BC
0.0005
0.017
1.25
3.200
4.200
1.430
1.001
3.988
5.577
0.715
1.053
CD
0.0005
0.017
1.25
3.200
3.400
1.320
0.924
3.398
5.148
0.660
1.001
DE
0.0005
0.017
1.25
3.200
1.550
0.980
0.686
1.873
3.822
0.490
0.828
EF
0.0005
0.017
1.25
3.200
0.620
0.700
0.490
0.956
2.730
0.350
0.649
典型
0.001
0.013
1.25
3.200
1.560
0.780
0.546
1.186
3.042
0.390
1.315
上表中i为渠底比降，n为渠床糙率，m为渠道内边坡系数，m'=2，Q为渠道的设计流速，h0、b0、A0、X0、R0、V0分别为最佳水力断面的水深、渠底宽度、过水断面积、湿周长、水力半径、和流速，单位都是米，m。
2）。梯形渠道实用经济断面的水力计算。
计算结果如下表
段号
m
a
l
h/h0
V
A
R
h
b
OA
1.25
1.01
0.823
1.662
1.329
8.277
1.010
3.407
2.804
AB
1.141
5.169
0.800
2.692
2.216
BC
1.043
4.027
0.710
2.377
1.956
CD
0.991
3.432
0.650
2.194
1.806
DE
0.819
1.892
0.480
1.629
1.340
EF
0.642
0.965
0.340
1.163
0.957
典型
1.302
1.198
0.380
1.296
1.067
上表中V、A、R、h、b分别为实用经济断面的流速、过水断面面积、水力半径、水深和底宽，m。
3）。渠道断面稳定分析。
查得无钢筋的混凝土衬砌渠道的流速不超过Vcd=2.5m/s。
由2）计算结果看出V< Vcd=2.5m/s。即流速满足要求。
4）。渠道过水断面以上部分的有关尺寸。
a。渠道的加大水深的计算。
用下公式计算：
hj=1.189[]3/8。 Qj为渠道的加大流量。
段号
i
n
m
m'
Qj
hj
OA
0.0005
0.017
1.25
3.200
12.98
2.18
AB
0.0005
0.017
1.25
3.200
7.32
1.76
BC
0.0005
0.017
1.25
3.200
5.29
1.56
CD
0.0005
0.017
1.25
3.200
4.32
1.45
DE
0.0005
0.017
1.25
3.200
1.98
1.08
EF
0.0005
0.017
1.25
3.200
0.82
0.78
典型
0.001
0.013
1.25
3.200
2.00
0.86

安全超高计算公式如下：
段号
OA
AB
BC
CD
DE
EF
典型
hj
2.18
1.76
1.56
1.45
1.08
0.78
0.86

0.75
0.64
0.59
0.56
0.47
0.4
0.42
b。堤顶宽度。
渠岸堤顶的宽度可用下公式计算：
D= hj+0.3。各段堤顶宽度计算见下表：
段号
OA
AB
BC
CD
DE
EF
典型
hj
2.18
1.76
1.56
1.45
1.08
0.78
0.86
D
2.48
2.06
1.86
1.75
1.38
1.08
1.16
5.2.渠道的纵断面设计。
（1）灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求，还要满足水位控制的要求。横断面设计通过水力计算确定了能通过设计流量的断面尺寸，纵断面设计任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水位确定渠底高程、堤顶高程、最小水位等。

段号
渠首
AB
BC
CD
DE
EF
典型
hmin
1.3
1.23
1.1
1.00
0.90
0.84
0.75
h顶
2.6
2.5
2.2
2.0
1.8
1.7
1.5

（2）渠道纵断面的水位衔接
渠道纵断面的水位衔接是处理渠道与建筑物、渠道上下段和上下级之间的水位关系问题。
由于渠段沿途分水、渠道流量逐渐减少，渠道过水断面也随之减少，为了使水位衔接，采用抬高渠底高程或改变底宽的方法。衔接位置一般结合配水枢纽或交叉建筑物，并修建渐变段，保证水流平顺过渡。跌水上、下游水位相差较大，在纵断面图上只画出上、下游的渠底和水位，在跌水所在位置处用垂线连接。
（3）渠道纵断面图的绘制
渠道纵断面图包括：沿渠地面高程线、渠道设计水位线、渠道最低水位线、渠底高程线、堤顶高程线、分水口位置、渠道建筑物位置等。
渠道纵断面图见附图4。（横坐标比例取1/20000,纵坐标比例取1/100，桩号间隔100m.）
六、总结
1、课程设计中的问题：
由于时间的限制，这里没有对于具体的一些结构进行准确的计算。同时，考虑到实际可以利用的资料有限，对于所选用的设计方案不一定是最优的方案。
2、收获
通过本次的课程设计，我加深了对课程的基本概念、理论与方法的理解与融会贯通，提高了自己综合运用自己所学习的知识解决实际工程技术问题的能力。
通过这次的课程设计，我了解到一篇规范的课程设计报告的形式与要求，同时在我进行课程设计过程中，养成了积极运用图书馆的资料以及利用网络查询相关工程的图纸。这使我认识到同类型的工程对于工程规划设计的重要性。
这里我要感谢我们的王老师，利用两周的时间，对于我们的课程设计进行了精心细致的指导。在课程设计过程中，对我们严格的要求同时又积极鼓励我们进行创新设计，同时不断地在课程设计过程中引导我们如何利用资料以进行最优的设计都给予了耐心细致的讲解。