第一章农田水分状况和土壤水分运动.docx

《农田水利学》习题集
第六批一类课程建设

水利水电与建筑学院
2008年6月25日目 录
第一章 农田水分状况和土壤水分运动 3
1．1农田土壤有效含水量的计算 3
1．2土壤入渗水量的计算 5
第二章 作物需水量和灌溉用水量 6
2．1用“以水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量 6
2．2用“以产量为参数的需水系数法”求棉花需水量 7
2．3小麦播前灌水定额计算 8
第三章 灌水方法 11
3．1灌灌水技术要素计算 11
3．2沟灌灌水技术要素计算 11
3．3喷灌强度计算 12
3．4喷灌均匀系数计算 13
3．5喷灌灌溉制度计算 15
3．6固定式喷灌系统规划设计 15
3．7滴灌设计 16
第四章 灌溉渠道系统 17
4．1灌区总体规划 17
4．2渠道水利用系数与渠系水利用系数的计算 17
4．3灌溉渠道工作制度的拟定 18
4．4灌溉渠道系统的流量推算 19
4．5土质渠床渠道断面的水力计算 23
第六章 灌溉水源和取水方式 25
6．1灌溉取水枢纽型式与位置选择(解题示例) 25
6．2灌溉取水枢纽位置的选择 29
6．3无坝取水渠首工程的水力计算 30
第七章 田 间 排 水 32
7．1大田蓄水能力计算 32
7．2干旱地区防盐地下水排水沟深度与间距的确定 33
第九章 排水沟道系统 34
9．1用最大排模经验公式计算排水河道的设计流量 34

第一章 农田水分状况和土壤水分运动
1．1农田土壤有效含水量的计算
基本资料
某冲积平原上的农田，1m深以内土壤质地为壤土，其空隙率为47％，悬着毛管水的最大含水率为30％，凋萎系数为9.5％，（以上各值皆按整个土壤体积的百分数计），土壤容重为1.40t/m³，地下水面在地面以下7m处，土壤计划湿润层厚度定为0.8 m。
要求
计算土壤计划湿润层中有效含水量的上、下限，具体要求有：
（1）分别用m³/亩，m³/ha和mm水深三种单位表示有效含水量的计算结果；
（2）根据所给资料，将含水率转换为以干容重的百分比及用空隙率体积的百分比表示（只用m³/亩表示计算结果）
解：
土壤计划湿润层有效含水量上限θmax=30％，下限θmin=9.5％
当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示时：

=667×0.8×30％=160m³/亩=2401m³/ha=240mm
=667×0.8×9.5％=50.7m³/亩=760m³/ha=76mm
①当土壤含水率以占干土重的百分比表示时：
由且得
所以以占干土重的百分比表示的土壤含水率为
30％/1.4=21.4％
9.5％/1.4=6.8％
②当土壤含水率以占空隙体积的百分比表示时：
由且得
所以以占空隙体积的百分比表示的土壤含水率为
30％/47％=63.8％
9.5％/47％=20.2％
提示：
计算土壤含水量的的方法有：
当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示时

2) 当土壤含水率以占干土重的百分比表示时

当土壤含水率以占空隙体积的百分比表示时

上列各式中的符号意义如下：
W－土壤含水量，以若干面积上的立方米计，当取亩时，则W之单位为m³/亩；
当取公顷时，则W之单位为m³/ hm²；
－计算面积，一般用亩（667 m²）或公顷（10000 m²），亦可取其他尺寸的面积；
H－土壤计划湿润层深度（m）；
－按体积比计的土壤含水率，即土壤中的水分体积与整个土壤体积的比值；
－按重量比计的土壤含水率，即土壤中的水分重量与干土重量的比值；
－按空隙体积比计的土壤含水率，即土壤中的水分体积与空隙体积的比值；
－土壤容重（t/ m³）;
－水的容重，在一般情况下，纯水的容重为1 t/ m³；
N－土壤孔隙率，即土壤中空隙体积与整个土壤体积之比。
其中：1m³/亩＝15 m³/hm²
1 m³/亩＝1.5 mm
1 m³/ hm²
＝1/15 m³/亩
1 m³/ hm²＝1/10 mm
1mm＝1/1.5 m³/亩
1mm＝10 m³/ hm²
1．2土壤入渗水量的计算
基本资料
某土壤经实验测定，第一分钟末的入渗速度i1=6mm/min，α=0.4。
要求
运用土壤入渗（渗吸）经验公式计算30min内的入渗水量及平均入渗速度，以及第30min末的瞬时入渗速度。
解：由考斯加可夫公式有入渗水量，入渗速度
所以30min内的入渗水量
30min内的平均入渗速度
第30min末的瞬时入渗速度
第二章 作物需水量和灌溉用水量
2．1用“以水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量
基本资料
（1）根据某地气象站观测资料，设计年4月至8月80cm口径蒸发皿的蒸发量（E0）的观测资料见表2-1-1。
表2-1-1 某地蒸发量（E0）的观测资料
月份
4
5
6
7
8
蒸发量E0（mm）
182.6
145.7
178.5
198.8
201.5

（2）水稻个生育阶段的需水系数α值及日渗漏量，见表2-1-2。
表2-1-2 某地蒸发量（E0）的观测资料
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期
月
4 5
5 5 　
5 6
6 6
7 7
7 7
4 7
日
26 3
1 28
29 15
16 30
1 10
11 19
26 19
天数
8
25
18
15
10
9
85
阶段α值
0．784
1．060
1．341
1．178
1．060
1．133

日渗漏量（mm/a)
1．5
1．2
1．0
1．0
0．8
0．8

要求
根据上述资料，推求该地水稻各生育阶段及全生育期的耗水量。
解：
4月份日蒸发量E′04=182.6/30=6.09mm/d
5月份日蒸发量E′04=145.7/31=4.70mm/d
6月份日蒸发量E′04=178.5/30=5.95mm/d
7月份日蒸发量E′04=198.8/31=6.41mm/d

列表计算见下：
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
天数
8
25
18
15
10
9
85

4月5天5月3天
5月25天
5月3天
6月15天
6月15天
7月10天
7月9天

ET0（mm)
44.53
117.50
103.35
89.25
64.13
57.72
476.48
阶段α值
0．784
1．060
1．341
1．178
1．060
1．133

ET（mm)
34.91
124.55
138.59
105.14
67.98
65.39
536.56
渗漏量（mm)
12
30
18
15
8
7.2
90.20
耗水量（mm)
46.91
154.55
156.59
120.14
75.98
72.59
626.76
2．2用“以产量为参数的需水系数法”求棉花需水量
基本资料
（1）棉花计划产量，籽棉300kg/亩。
（2）由相似地区试验资料得，以产量为籽棉300kg/亩时，棉花需水系数K=1.37m³/kg。
（3）棉花各生育阶段的需水模比系数，见表2-2-1。
表2-2-1 棉花各生育阶段的模比系数
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期
月
4 6
6 7
7 8
8 10
4 10
日
11 10
11 6
7 24
25 30
11 30
天数
61
26
49
67
203
模比系数（％）
13
20
49
18
100
要求
计算棉花各生育阶段需水量累计值。
解：
棉花全生育阶段需水量=1.37×300=411 m³/亩
各生育阶段需水量
计算过程见下表
生育阶段
苗期
现蕾
开花结铃
吐絮
全生育期
起止日期
月
4 6
6 7
7 8
8 10
4 10
日
11 10
11 6
7 24
25 30
11 30
天数
61
26
49
67
203
模比系数（％）
13
20
49
18
100
阶段需水量（m³/亩）
53．43
82．20
201．39
73．98
411
累计需水量（m³/亩）
53．43
135．63
337.02
411
411
2．3小麦播前灌水定额计算
播前灌水的目的是使土壤在播种时的含水率适于发芽需要，并供给苗期蒸发蒸腾的需水；同时使最大计划湿润层内储存足够的水分，以便在作物根系深扎后使用。
基本资料
（1）土壤最大计划湿润层H=0.8m。
（2）土壤平均孔隙率n=41.3％(占土体)。
（3）土壤田间持水率θmax=75.0％ (占孔隙体积的百分比)。
（4）播前土壤天然含水率，θ0=48.0％(占孔隙体积的百分比)．
要求
计算播前灌水定额。
解：

=667×41.3％×0.8×（75.0％-48.0％）
=59.5 m³/亩
2．4水量平衡方程式估算冬小麦全生育期的灌溉定额
基本资料
某灌区冬小麦全生育期田间需水量E=380m³／亩，设计降雨量P=150mm，降雨有效利用系数σ=0.8，全生育期地下水补给量K=30m³／亩。生育初期土壤计划湿润层的深度取0.3m，生育后期取0.8m。土壤孔隙率n=48％(占土体)，田间持水率θ田=70％(占孔隙体积的百分数)。在冬小麦播前进行灌溉，灌后使土壤最大计划湿润层范围内的含水率皆达到田间持水率，收割时可使土壤含水率降至田间持水率的80％。
要求
用水量平衡法，估算冬小麦全生育期的灌溉定额M²。
解：
根据水量平衡方程 Wt-W0=Wr+P0+K+M²-ET
式中ET=380 m³／亩，K=30m³／亩
P0=σP =150×0.8/1.5=80 m³／亩
Wr=667×(0.8-0.3) ×48％×70％=112.056 m³／亩
Wt-W0=667×0.8×48％×56％-667×0.3×48％×70％
=76.20m³／亩
M²=Wt-W0-Wr-P0-K+ET=76.20-112.056-80-30+380
=234.14208 m³／亩
2．5北干旱地区春小麦灌溉制度设计图解法
春小麦是一种小麦类型，春种夏收。我国春小麦主要在长城以北、六盘山以西地区种植，占全国麦田面积的1／5～1／6。
基本资料
西北内陆某地，气候干旱，降雨量少，平均年降雨量117mm，其中3～7月降雨量65.2mm，每次降雨量多属微雨(5mm)或小雨(10mm)且历时短；灌区地下水埋藏深度大于3m，且矿化度大，麦田需水全靠灌溉。土壤为轻，中壤土，土壤干容重为1.48t／m³，田见持水量为28％(干土重的百分数计)。春小麦地在年前进行秋冬灌溉，开春解冻后进行抢墒播种。春小麦各生育阶段的田间需水量，计划湿润层深度、计划湿润层增深土层平均含水率及允许最大，最小含水率(田间持水量百分数计)，如表2-5-1所列。0据农民的生产经验，春小麦亩产达300～350kg时，生育期内需灌水5—6次，灌水定额为50～60m³／亩。抢墒播种时的土壤含水宰为75％(田间持水量百分数计)。
要求
用图解法制定春小麦灌溉制度。
表2-5-1 春小麦灌溉制度设计资料表
生育阶段
播种～分蘖
分蘖～拔节
拔节～抽穗
抽穗～成熟
日期（日/月）
21/3～30/4
1/5～20/5
21/5～8/6
9/6～14/7
天数（d）
41
20
19
36
需水量（m³/亩）
24
81
83
112
允许最大含水率（%）
100
100
100
90
允许最小含水率（%）
55
55
60
55
计划湿润层深度（m）
0.4
0.4～0.6
0.6
0.6
计划湿润层增深土层平均含水率（%）

65

表2-5-2 春小麦生育期灌溉制度
灌水次数
1
2
3
4
5
合计
灌水日期（日/月）
23/4
11/5
23/5
3/6
22/6

灌水定额（m³/亩）
50
50
50
60
60
270
注 播前秋冬灌，抢墒播种
第三章 灌水方法
3．1灌灌水技术要素计算
基本资料
某灌区种植小麦，灌水定额m=50m³／亩，壤透水性中等。由土壤渗吸试验资料得知：第1小时内平均渗吸速度i0=150mm／h，α=0.5，地面坡度(畦田坡方向)为0.002。
要求
（1）计算灌水时间(h)；
（2）选择畦田长度和宽度(m)；
（3）计算入畦单宽流量［L／(s·m)］。
解：
（1）由可以得到
m=50m³／亩=75mm
灌水时间
（2）根据壤透水性中等及地面坡度为0.002，选择畦田长度为70m，宽度为3m。
（3）计算入畦单宽流量［L／(s·m)］。
入畦单宽流量 L／(s·m)

3．2沟灌灌水技术要素计算
基本资料
某地种植玉米，用沟灌法灌溉，土壤透水性中等，顺沟灌方向的地面坡度J=0．003，采用灌水定额m=40 m³／亩。
要求
（1）确定灌水沟的间距、长度与流量；
（2）计算灌水沟的灌水时间。
解：
（1）根据土质及地面坡度，选择灌水沟的间距为0.7m，长度为80m，流量为0.5L/s。
（2）灌水定额m=40 m³／亩=60mm

3．3喷灌强度计算
基本资料
已知某喷头流量为4m³／h，射程为18m，喷灌水利用系数取0.8。
要求
（1）求该喷头作全圆喷洒时的平均喷灌强度；
（2）求该喷头作240°扇形喷洒时的平均喷灌强度；
（3）若各喷头呈矩形布置，支管间距为18m，支管上喷头间距为15m，组合平均喷灌强度又是多少？
解：
（1）喷头作全圆喷洒时=3.14×182=1017.36m²
平均喷灌强度
（2）喷头作240°扇形喷洒时=240/360×3.14×182=678.24m²
平均喷灌强度
（3）若各喷头呈矩形布置，支管间距为18m，支管上喷头间距为15m，组合平均喷灌强度又是多少？
A有效=18×15=270 m²
平均喷灌强度
3．4喷灌均匀系数计算
基本资料
某次喷灌试验，雨量筒36个（6×6），呈方格网形均匀布置。雨量筒承接口直径为20cm。试验持续1h，各雨量筒承接水量，见表表4-2-1。
表3-4-1 各雨量筒承接水量表
雨量筒编号N0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
承接水量W(ml)
46
56
82
84
90
83
66
52
46
雨量筒编号N0
10
11
12
13
14
15
16
17
18
承接水量W(ml)
40
70
86
90
64
52
40
44
53
雨量筒编号N0
19
20
21
22
23
24
25
26
27
承接水量W(ml)
60
82
89
85
60
56
35
30
37
雨量筒编号N0
28
29
30
31
32
33
34
35
36
承接水量W(ml)
40
45
63
70
93
72
57
42
38

（1）列表计算各点的点喷灌强度；
（2）计算平均喷灌强度；
（3）计算喷灌均匀系数。
解：
（1）根据公式 列表计算各点的点喷灌强度见下表
雨量筒面积=3.14×202/4=314 cm²

雨量筒编号N0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
承接水量W(ml)
46
56
82
84
90
83
66
52
46
点喷灌强度（mm/h）
1.46
1.78
2.61
2.68
2.87
2.64
2.10
1.66
1.46

0.48
0.16
0.67
0.73
0.92
0.70
0.16
0.29
0.48
雨量筒编号N0
10
11
12
13
14
15
16
17
18
承接水量W(ml)
40
70
86
90
64
52
40
44
53
点喷灌强度（mm/h）
1.27
2.23
2.74
2.87
2.04
1.66
1.27
1.40
1.69

0.67
0.28
0.79
0.92
0.09
0.29
0.67
0.54
0.26
雨量筒编号N0
19
20
21
22
23
24
25
26
27
承接水量W(ml)
60
82
89
85
60
56
35
30
37
点喷灌强度（mm/h）
1.91
2.61
2.83
2.71
1.91
1.78
1.11
0.96
1.18

0.03
0.67
0.89
0.76
0.03
0.16
0.83
0.99
0.77
雨量筒编号N0
28
29
30
31
32
33
34
35
36
承接水量W(ml)
40
45
63
70
93
72
57
42
38
点喷灌强度（mm/h）
1.27
1.43
2.01
2.23
2.96
2.29
1.82
1.34
1.21

0.67
0.51
0.06
0.28
1.02
0.35
0.13
0.61
0.73

（2）计算平均喷灌强度

n=36
所以
（3）计算喷灌均匀系数

n=36
所以
喷灌均匀系数％

3．5喷灌灌溉制度计算
基本资料
已知某喷灌区种植大田作物，土质属中壤土，土壤适宜含水率的上、下限，分别为田间持水率与田间持水率的70％。田间持水率为30％(占土体积的百分数)，计划湿润层深度为0.6m。据试验，耗水高峰期日平均耗水强度为5mm／d，灌溉期间平均风速小于3.Om／s。
要求
计算大田作物喷灌的设计灌水定额与灌水周期。
解：
设计灌水定额
=0.6×(30％-21％)
=0.054m=54mm
设计灌水周期

3．6固定式喷灌系统规划设计
基本资料
华北某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m，行距6m，正值盛果期。园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。果园由道路分割成为4小区。详见1：2000果园规划图(图3-6-1)。
该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最大供水量60m³/h，动水位距地面20m。该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。
据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mm／d，灌水周期可取5～7天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2．5m／s，且风向多变。该地冻土层深度0．6m。
要求
（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式(包括验核组合平均喷灌强度（）是否小于土壤允许喷灌强度（）；
（2）布置干、支管道系统(包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》)；
（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮灌工作制度；
（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。
解：因为该试验果园土壤为砂壤土，查各类土壤允许喷灌强度值表的砂壤土的

3．7滴灌设计
基本资料
某蔬菜地拟建滴灌系统，已知滴头流量为4L/h，毛管间距为1m，毛管上滴头间距为0.7m，滴灌土壤湿润比为80%，土壤计划湿润层深度为0.3m，土壤有效持水率为15%（占土壤体积的%），需水高峰期日平均耗水强度为6mm/d。
要求
计算滴灌设计灌水定额；
计算设计灌水周期；
计算滴头一次灌水的工作时间。
解：
第四章 灌溉渠道系统
4．1灌区总体规划
基本资料
泥河灌区位于张庄水库以东、泥河以北的丘陵地区，见地形图6-1-1所示。灌区土壤以中壤为主，覆盖着整个浅丘陵。地下水埋深一般在5～7m之间，滨河平地地下水埋深较浅，约2～3m。夏季常降暴雨，造成局部地面淹没。作物以水稻、小麦、棉花、玉米为主。
灌溉水源取自张庄水库。水库水量充足，水质良好，无泥沙沉积渠道之患。水库最高灌溉水位26m，灌溉时保证水位不低于24m。
要求
进行灌区的总体规划，包括：
（1）取水枢纽的位置及型式选择，
（2）干渠及支渠线路的确定(要求干渠比降1：10000布置)，
（3）自流灌区与扬水灌区范围的划分，
（4）主要排水沟道定线。
4．2渠道水利用系数与渠系水利用系数的计算
基本资料
某渠系仅由两级渠道组成。上级渠道长3.Okm。自渠尾分出两条下级渠道，皆长1.5km。下级渠道的净流量为Q下净=0.3m³／s。渠道沿线的土壤透水性较强(A=3.4，m=0.5)地下水埋深为5.5m。
要求
（1）计算下级渠道的毛流量及渠道水利用系数；
（2）计算上级渠道的毛流量及渠系水利用系数。
解：
（1）下级渠道的净流量Q下n =0.3m³／s
下级渠道输水损失系数
下级渠道的损失流量Q下l =σLQn
=0.062×1.5×0.3=0.028 m³／s
Q下毛= Q下n+Q下l=0.3+0.028=0.328 m³／s
渠道水利系数
（2）上级渠道的净流量Q下n =0.328×2=0.656m³／s
上级渠道输水损失系数
下级渠道的损失流量Q下l =σLQn
=0.042×3×0.656= 0.083 m³／s
Q下毛= Q下n+Q下l=0.656+0.083=0.739 m³／s
渠道水利系数

4．3灌溉渠道工作制度的拟定
基本资料
某斗渠控制4条农渠，各农渠控制的灌溉面积分别为ω农1=200亩，ω农2=250亩，ω农3=300亩，ω农4=150亩。该斗渠某次灌水的田间净流量为Q斗田净=0.06m³／s，灌水延续时间为9d。
要求
拟定该斗渠及所属各农渠可能采用的各种工作制度，算出每条农渠的田间净流量与灌水时间。
解：
斗渠控制的总面积为ω总=ω农1+ω农2+ω农3+ω农4
=200+250+300+150=900亩
（1）农渠采用的工作制度为续灌时
条农渠的田间净流量
灌水时间
所以Q农净1=0.06×200/900=0.0133 m³／s
T农净1=9×0.0133/0.06=2day
同理得Q农净2= 0.0167m³／s, T农净2=2.5day
Q农净3= 0.02m³／s， T农净1=3day
Q农净4= 0.01m³／s， T农净1=1.5day

4．4灌溉渠道系统的流量推算
基本资料
某灌区渠系组成如图6-6-1所示。灌区面积2.91万亩，自水库取水，水源充足。干渠全长10.4km。在桩号8十400，8十800及10十400处分别为第一，第二和第三支渠的分水口，第一支渠与第三支渠的渠系布置型式、渠道长度、控制面积大小完全相同。
第二支渠所属一至五斗斗渠渠系布置型式、渠道长度、控制面积大小完全相同，仅二支六斗的斗渠渠系与之不同。各条渠道的长度与控制面积如表6-6-1所示。
第二支渠全长3.0km，二支一斗及二支二斗在1.4km处分水，二支三斗及二支四斗在2.2km处分水，二支五斗及二支六斗在3.0km处分水。
灌区土壤透水性中等(A=1.9，m=0.4)，地下水埋深大于5m。
灌区的设计灌水率值为0.35m³／(s·万亩)，灌水延续时间为15d。田间水利用系数采用η田二0.95。
要求
制定各级渠道的工作制度；推求支渠以下各级渠道及干渠各段的设计流量；计算各支渠的灌溉水利用系数及全灌区的灌溉水利用系数。
解：
渠道的工作制度采用续灌。
第一支渠与第二支渠渠系布置形式、各级渠道长度及控制灌溉面积大小完全相同，故二者采用相同的工作制度。所以只计算第一支渠。
一、农渠的计算
（1）一支渠控制灌溉面积9000亩，一支渠下有三条斗渠，而每条斗渠有四条农渠
一支渠设计田间净流量
一支渠有三条斗渠，而每条斗渠有四条农渠
所以每条农渠的田间净流量

农渠的净流量

其中L为最下游轮灌组灌水时渠道的平均工作长度，取农渠长度的一半进行估算。
（2）二支渠控制灌溉面积11000亩，一支渠下有六条斗渠，而
每条斗渠有四条农渠。一斗渠至五斗渠斗渠下每条农渠控制灌溉面积420亩，六斗渠下每条农渠控制灌溉面积675亩。
二支渠设计田间净流量
①一斗渠至五斗渠

②六斗渠

二、斗渠的计算
（1）一支渠

（2）二支渠
①一斗渠至五斗渠

②六斗渠

三、支渠的计算
（1）一支渠

（1）二支渠

四、干渠的计算
（1）8+800—10+400段全长1.6公里

（2）8+400—8+800段全长0.4公里

（3）0+000—8+400段全长8.4公里

五、各支渠的灌溉水利用系数

同理
全灌区灌溉水利用系数

4．5土质渠床渠道断面的水力计算
基本资料
某渠道设计流量Q=3.0m³/s。灌溉水源取自河流。该河在灌溉季节水流含沙量ρ=0.5kg/m³，泥沙为极细的砂质粘土。加权平均沉降速度为ω2mm/s。渠道沿线土壤为重粘壤土，地面坡度为1：2500左右，渠道按良好的质量施工及良好的养护状况设计。
要求
设计渠道的断面尺寸。
解：
取i=1:2500，m=1，n=0.0225
按公式Ａ＝（b+mh）h，

计算断面尺寸
并用公式
校核渠道输水能力
具体试算过程见下表：
渠道过谁断面水利力要素
b
h
A
P
R
C
Q算
（Q算-Q）/Q
2
1
3
4.828
0.621
41.055
1.942
-0.353
3
2
10
8.657
1.155
45.526
9.786
2.262
3
1
4
5.828
0.686
41.742
2.766
-0.078
3
1.5
6.75
7.243
0.932
43.926
5.725
0.908
3
1.2
5.04
6.394
0.788
42.716
3.823
0.274
3
1.1
4.51
6.111
0.738
42.250
3.274
0.091
3
1.05
4.2525
5.970
0.712
42.001
3.015
0.005
所以设计渠道断面尺寸为b=3m，h=1.05m。
第六章 灌溉水源和取水方式
6．1灌溉取水枢纽型式与位置选择(解题示例)
基本资料
某灌溉区范围如图5-1-1所示。灌区北面靠山，南面临河，地形北高南低，靠近河流断面10处的A点为灌溉区地面最高点。根据灌溉水位控制计算，在A点处的干渠水位为海拔“144.0m即可自流控制全灌区。
表6-1-1 河流来水流量与灌区用水流量表 单位：m³/s
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
河流最小流量
3．5
13
12
15
15
28
23
18
16
12
12
4
灌区用水流量
0
0
3．5
4．5
4．5
4．5
0
0
4．5
2．0
1．5
0
灌区水位取自河流。图上所示河流各个断面间的距离皆为lkm。该河流在10号断面以上婉蜒于山区，河道水面比降为1：1000，两岸皆为高山，渠道只能沿河岸边布置，无其它线路可行。在10号断面以下，进入山麓平原，河道水面比降为1：2500。沿河地质条件无大差异，各处皆可选作坝址。
设计年10号断面处河流最小流量和灌区逐月用水量，见表5-1-1。
在10号断面处，当河流流量为12m³／s时，水位高程为海拔141.Om。
根据灌区土质及水源含沙情况，干渠比降选在1：2000至1：10000范围内渠床皆不发生冲刷和淤积现象。
要求
根据上述资料，在流量分析及水位分析的基础上，选择渠首位置及型式，计算A点以上干渠的长度。如选择有坝取水方式，要求确定拦河坝的壅水高度，如选择抽水取水方式，要求确定抽水扬程。干渠渠首进水闸的水头扭失可按0.2m计算，干渠沿线可按无交叉建筑物考虑，不计集中的水位落差。此题为粗略计算，不要求考虑其他细节。
解：
1、流量分析
根据本题所给出的“设计年灌区逐月用水量及10号断面处河流最小流量”值，已知河流各月的最小流量皆大于灌区用水流量。因此，不需对河流流量进行调节即可满足灌溉用水要求，故排陈了选择有库取水枢纽的必要性。
2、水位分析
在灌溉季节河流最小流量为12m³／s时，10号断面处河流的水位高程为141.0m，在1至10号断面间河流比降为1／1000，据此可推算出各断面处的水位高程，见表5-1-2。
表6-1-2 河流水位高程推算表（10号断面以上）
断面号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
水位（m）
150
149
148
147
146
145
144
143
142
141
10号断面以下河流比降为1／2500，据此可推算出10至13号断面处的水位高程，见表5-1-3。
表6-1-2 河流水位高程推算表（10号断面以下）
断面号
10
11
12
13
水位（m）
141．0
140．6
140．2
138．2
由表中看出在10号断面以下，不宜选作渠首位置。
灌区最高点为A，在A处干渠水位为海拔144m时才能自流灌溉全灌区。初选引水干渠比降为1／2000，1／5000、1／8000及1／lOOOO四个方案。引水干渠终点为A，沿河道布置。
如果首选在10号断面上游，则可按干渠要求推算出1至10号断面处的水位高程，见表6-1-3。
3、渠首位置与型式选择
（1）无坝取水枢纽：从河床地形来看，在干渠沿河而行的左岸，便于利用横向环流作用以取水防沙，可以造作无坝取水枢纽位置的凹岸，但只有3、4、6、8、10号断面可选用，其他皆不适宜。
从水位控制来看，只有在河流水位高于干渠要求水位之处才有可能选作渠首位置。现考虑渠首进水闸水头损失为0.2m，如干渠比降为l／2000，则渠首位置必须选在3号断面处，如干渠比降为1／5000，1／8000及1／10000三种方案，则渠首位置可选在6号断面处。现将无坝取水枢纽的几种方案综合列入表6-1-4中。
可以看出，如渠首位于6号断面，干渠比降为1／5000较为经济。
（2）有坝取水枢纽，10号断面以上河流婉蜒于山区，各断面处皆可作为拦河壅水坝址，10号以下断面则不适宜。
河流的左岸为凹岸，便于利用横向环流作用引水防沙，在此岸适宜的坝址有3、4、6、8、10号断面处，而各断面的取水条件则存在较大差异。其中3号断面处无论干渠比降如何，皆不需筑坝即可自流引水；在4、6号断面处，只有干渠比降为1／2000时才需筑坝；在8号断面处，无论干渠比降如何，皆需筑坝壅高水位后才能自流引水；在10号断面处，不需修建引水干渠，但需筑坝将河水壅高3.2m后才能自流引水。各方案数据，见表6-1-5。
表6-1-3 各断面处干渠要求的水位 单位（m）
干渠比降
断 面 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1/2000
148．5
148．0
147．5
147．0
146．5
146．0
145．5
145．0
144．5
144．0
1/5000
145．8
145．6
145．4
145．2
145．0
144．8
144．6
144．4
144．2
144．0
1/8000
145．125
145．0
144．875
144．75
144．625
144．5
144．375
144．25
144．125
144．0
1/10000
144．0
144．8
144．7
144．6
144．5
144．5
144．3
144．2
144．1
144．0
表6-1-4 无坝取水枢纽方案比较表
方案号数
渠首位置
干渠比降
干渠长度（m）
河流水位（m）
干渠水位（m）
干渠要求的河流水位（m）
Ⅰ
3号断面
1/2000
7000
148
147．5
147．7
Ⅱ
6号断面
1/5000
4000
145
144．8
145．0
Ⅲ
6号断面
1/8000
4000
145
144．5
144．7
Ⅳ
6号断面
1/10000
4000
145
144．4
144．6
表6-1-5 有坝取水枢纽方案比较表
方案号数
渠首位置
干渠比降
干渠长度（m）
河流水位（m）
干渠水位（m）
要求拦河坝抬高的水位（m）
Ⅰ
4号断面
1/2000
6000
147
147
0．2
Ⅱ
6号断面
1/2000
4000
145
146
1．2
Ⅲ
8号断面
1/2000
2000
143
145
2．2
Ⅳ
8号断面
1/5000
2000
143
144．4
1．6
Ⅴ
8号断面
1/8000
2000
143
144．25
1．45
Ⅵ
8号断面
1/10000
2000
143
144．2
1．4
Ⅶ
10号断面
--
0
141
144．0
3．2
(3)扬水取水枢