农田水利学优秀课程设计.doc

课程设计说明书

课程名称：农田水利学
题目名称：Q灌区浇灌系统计划设计
姓名：
学号：
指导老师：

《农田水利学》课程设计 灌区浇灌系统任务书
一、目标要求
经过本设计，要求学生掌握作物浇灌制度制订；灌水率图绘制和修正；首部、干渠、支渠及骨干排水沟和关键渠系建筑物计划设计；经典支渠各级渠道设计流量及浇灌水利用系数推求；推算其它各支渠渠首及干渠各段设计流量；干渠纵横断面设计，使学生初步掌握浇灌系统计划设计内容和步骤。
二、基础资料
2.1概况
灌区在界荣山以南，马清河以北，（20m等高线以下）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℃，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量1112mm，灌区地形图见附图。
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。依据农业计划，界荣山上以林、牧、副业为主，马头山以林为主，20m 等高线以下则以大田作物为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。
灌区上游土质属重粘壤土，下游龙尾河一带属中粘壤土。地下水埋深通常为4~5m,土壤及地下水PH值属中性，无盐碱化威胁。
界荣山 、龙尾山等属土质丘陵，表土属重粘壤土，地表5~6m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪全部有岩石露头，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，通常为7~8m，上游宽50~60m，下游宽70~90m，遇暴雨时易暴发洪水，多年来已在各沟、溪上游修建多处小型水库，山洪已基础得到控制，对灌区无威胁。
灌区为马清河流域计划组成部分。依据计划要求，已在兴隆峪上游20km处（图外）建大型水库一座，坝顶高程50.2m，正常水位43.0m，兴利库容1.2×1,总库容2.3×1。马清河灌区拟在该水库下游断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行浇灌。断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，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要求。
2.2气象
依据当地气象站资料，设计中等干旱年（相当于1972年）4~11月水面蒸发量（80cm口径蒸发皿）及降水量见表1及表2。
表1 设计年蒸发量统计
月 份
4
5
6
7
蒸发量（mm）
97.5
118.0
143.7
174.9
月 份
8
9
10
11
蒸发量（mm）
196.5
144.7
101.1
75.6
表2 设计年降水量统计
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

8

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
6.4

13
7.5

2.3

14
12.1

1.9

1.9
15

10.0

16

6.0

4.8

3.5
32.8
17

25

18
1.3

19

1.6

20
4.3

12.6

12
21
1.8

18.5

22
2.1
10.6
49.2
2.5

3.6

23
1.4
10.7

4.5

24

35.4
7.4

25

6.2
26

2

27

1.1

28
1.5
3.7

29

30

7.7

31

3.6

月计
72.9
109
107.8
40.5
25.0
38
104
2.3种植计划及浇灌经验
灌区以种植水稻为主，兼有少许旱作物，多种作物种植百分比见表3。
表3 作物种植百分比
作 物
旱稻
中稻
双季晚稻
棉花
种植百分比（%）
50
28
45
17
依据该地域浇灌试验站观察资料，设计年（1972）早稻及棉花基础观察数据如表4及表5所表示；中稻及晚稻丰产浇灌制度列于表6。
表4 早稻试验基础数据
生 育 阶 段
复苗
分蘖前
分蘖后
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
21
13
8
100
田间许可水层深（mm）
10-30-50
10-40-80
20-50-90
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

注：全生育期需水系数a=1.0。
表5 棉花试验基础数据
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（%）
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；需水系数k=2.67m3/kg；土壤空隙率为48%（占土体%）；土壤适宜含水率上限为88%，下限为61.6%（占空隙%）；田间最大持水率为88%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为102m3/亩。
三、设计内容
3.1依据基础资料用水量平衡法（列表计算）制订早稻及棉花浇灌制度，提议编程计算或利用Excel计算。
3.2依据所制订早稻及棉花浇灌制度和表6所给出中稻及双季晚稻浇灌制度资料，编制全灌区灌水率图，并进行修正，使其符合要求。在制订灌水率图时，提议采取一次灌水延续时间以下：早、中稻泡田8~12昼夜；双季晚稻泡田5~7昼夜；各类水稻生育内一次灌水延续时间3~5昼夜。棉花生育期内一次灌水延续时间5~10昼夜。
表6 中稻、双季晚稻设计年丰产浇灌制度
中稻
双季晚稻
灌水次序
灌水时间
（日/月）
灌水定额
（/亩）
灌水次序
灌水时间
（日/月）
灌水定额
（/亩）
1（泡田）
7/5
75
1（泡田）
21/7
70
2
26/5
25
2
27/7
15
3
4/6
25
3
1/8
25
4
10/6
30
4
7/8
25
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
20
11
19/9
30

12
30/9
20
浇灌定额 350（/亩）
浇灌定额 360（/亩）
附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为：80m3/亩。
3.3确定渠首枢纽位置及形式。在1/25000地形图上部署引水干渠、支渠，和关键渠系建筑物。在灌区中部选择一条支渠部署斗、农级渠道。
3.4推算经典支渠各级渠道设计流量及浇灌水利用系数(田间水利用系数取0.92)；推算其它各支渠渠首及干渠各段设计流量。
3.5设计干渠各段纵横断面及经典支渠纵横断面，干、支渠采取浆砌石衬砌梯形断面。
3.6设计经典斗渠和经典农渠横断面，斗、农渠采取混凝土衬砌矩形断面。
四、设计结果
4.1设计说明书20~30页（手写，字体工整）。要求说明设计步骤、依据理论、采取公式或方法，必需时将计算结果列入表格(设计说明书中包含早稻及棉花浇灌制度相关图表，修正前后灌水率图)。
4.2设计图纸包含浇灌系统计划部署图。
干渠纵、横断面图，和支、斗、农渠横断面图共2张，均为A3图幅、CAD绘图）。

Q灌区浇灌系统计划设计计算书
一、 早稻浇灌制度制订
1、 先求出水稻全生育期需水量

日蒸发量=月总蒸发量÷天数
算出每个月份占生育期天数，再由某月日蒸发量和某月占生育期天数乘积，得到全生育期在某月蒸发量，然后再把各个月份在生育期蒸发量相加既得整个生育期蒸发量，由全生育蒸发量乘以全生育期需水系数α既得全生育期需水量。
2、 求出水稻日耗水量
各生育阶段作物需水量为：

3、 确定水稻浇灌制度
Q灌区设计年早稻生育期浇灌制度计算表(单位：mm)
日期
生育期
设计淹灌水层
逐日耗水量
逐日降雨
淹灌水层改变
灌水量
排水量
月
日
（1）
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
4
24

20

25
复苗
10-30-50
4.1

15.9

0

26

11.8

0

27

27.7
20
0

28
1.5
25.1

0

29

21

0

30

16.9

0
5
1

12.8

0

2

28.7
20
0

3
3.4
28

0

4
92
50

65.9

5
分蘖前
10-40-80
4.5
1.2
46.7

0

6
7.9
50.1

0

7
28.5
74.1

0

8

69.6

0

9

65.1

0

10

60.6

0

11
2.5
58.6

0

12
6.4
60.5

0

13

56

0

14

51.5

0

15
分蘖后
20-50-90
5.2

46.3

0

16
6
47.1

0

17
24.5
66.4

0

18

61.2

0

19

56

0

20

50.8

0

21

45.6

0

22
10.6
51

0

23
10.7
56.5

0

24

51.3

0

25

46.1

0

26

40.9

0

27
1.1
36.8

0

28
3.7
353

0

29

30.1

0

30

24.9

0

31

49.7
30
0
6
1

44.5

0

2
孕穗
20-50-100
7.9
17.4
54

0

3
1.9
48

0

4

40.1

0

5

32.2

0

6

24.3

0

7

46.4
30
0

8

38.5

0

9

30.6

0

10

227

0

11

49.8
35
0

12

41.9

0

13

34

0

14
1.9
28

0

15

20.1

0

16

47.2
35
0

17
抽穗
20-50-90
7.2

40

0

18

32.8

0

19

25.6

0

20

48.4
30
0

21

41.2

0

22
49.2
83.2

0

23

76

0

24
35.4
90

14.2

25

82.8

0

26
1.5
77.1

0

27

69.9

0

28

62.7

0

29

55.5

0

30

48.3

0
7
1
乳熟
10-40-50
6

42.3

0

2

36.3

0

3

30.3

0

4

24.3

0

5

18.3

0

6

12.3

0

7

36.3
30
0

8

30.3

0

9

24.3

0

10

18.3

0

11

12.3

0

12
黄熟
湿润
4.8

13

14

15
10

16
4.1

17

18

19

20

464.9
307.3

230
80.1
（未包含黄熟期耗水）
校核：

和7月11号淹灌水层相符，计算无误。
浇灌制度以下表：

Q灌区设计年早稻生育期设计浇灌制度表
灌水次数
灌水日期
灌水定额
mm
m3/亩
1(泡田)
4月13日
105
70
2
4月27日
20
13.33
3
5月2日
20
13.33
4
5月31日
30
20.00
5
6月7日
30
20.00
6
6月11日
35
23.33
7
6月16日
35
23.33
8
6月20日
30
20.00
9
7月7日
30
20.00
浇灌定额
335
223.33
二、 棉花浇灌制度制订
1、 先统计有效降雨量
有效降雨为。当旬内有接连两天或两天以上降雨时，看做一次降雨，将其累加，如不是则就为一次降雨。当一次降雨小于5mm时，为0；当一次降雨在5～50mm时，取为0.9；当一次降雨大于50mm时，取为0.75。由此可得入渗有效降雨量以下表
棉花有效降雨量统计
生育阶段
月份
旬
起止日期
P0
mm
m3/ 亩
幼苗期
4
下旬
4.21-4.30
4.77
3.18
5
上旬
5.1-5.10
99.75
66.5
中旬
5.11-5.20
35.46
23.64
下旬
5.21-5.31
19.17
12.78
6
上旬
6.1-6.10
17.37
11.58
中旬
6.11-6.16
0
0
现蕾期
下旬
6.17-6.30
76.14
50.76
7
上旬
7.1-7.10
0
0
中旬
7.11-7.20
12.69
8.46
下旬
7.21-7.28
23.13
15.42
开花结铃期
8
上旬
7.29-8.10
19.89
13.26
中旬
8.11-8.20
12.78
8.52
下旬
8.21-8.26
0
0
吐絮期
9
上旬
8.27-9.10
6.57
4.38
中旬
9.11-9.20
0
0
下旬
9.21-9.30
19.89
13.26
10
上旬
10.1-10.10
43.47
28.98
中旬
10.11-10.20
39.87
26.58
下旬
10.21-10.31
5.58
3.72
11
上旬
11.1-11.6
0
0
2、 确定棉花浇灌制度
棉花全生育期需水量为
即其各生育阶段需水量为
各生育阶段地下水补给量为
因为计划湿润层增加而增加水量
求出各个阶段每日需水量，地下水补给量，因为计划湿润层增加而增加水量，再乘以各个旬天数，得到各旬量。再以旬为单位进行浇灌制度计算。
计划湿润层最大、最小蓄水量：

棉花各个生育阶段耗水量计算表
生育阶段
幼苗期
现蕾期
开花结铃期
吐蕾期
全生育期
起止日期
21/4～16/6
17/6～28/7
29/7～26/8
27/8～6/11
21/4～6/11
天数
57
42
29
72
200
总需水量ET
320.4
模比系数
18
30
24
28
100
阶段需水量
57.672
96.12
76896
89.712
320.4
每日需水量
1.012
2.289
2.652
1.246

地下水补给量占作物需水量（%）
10
20
22
25

地下水补给量
5.767
19.224
16.917
22.428

每日地下水补给量
0.101
0.458
0.583
0.312

计划湿润层深（m）
0.4～0.5
0.5～0.6
0.6～0.7
0.7

计划湿润层增加而增加水量(WT)
16.008
16.008
16.008
16.008

天天增加水量
0.281
0.381
0.552
0.222

自作物生长早期土壤计划湿润层储水量W0，逐旬减去（ET-WT-K），当遇有降雨时再加上降雨入渗量P0，既得计划湿润层实际储水量（W）。当W靠近于Wmin时，即进行灌水。灌水定额大小要合适，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax。如此继续进行就得全生育期各次灌水定额、灌水时间和灌水次数。

Q灌区设计年棉花生育期浇灌制度计算表
生育期
日期
日期
天数
计划湿润层
储水量上限（m3/亩）
储水量下限（m3/亩）
消耗
降雨
实际储水量（m3/亩）
灌水量（m3/亩）
排水量（m3/亩）
逐旬需水量ETm3/亩）
计划湿润层增加而取得水量WT（m3/亩）
地下水补给量K（m3/亩）
净消耗量ET-WT-K（m3/亩）
逐旬有效降雨（mm）
逐旬有效降雨（m3/亩）
月
旬
(2)
（1）

(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
播前

4.20

0.4

102.000

幼苗期
4
下旬
4.21-4.30
10
0.5
140.870
98.609
10.12
2.81
1.01
6.3
4.77
3.18
98.880
0
0.000
5
上旬
5.1-5.10
10
10.12
2.81
1.01
6.3
99.75
66.5
140.870
0
18.210
中旬
5.11-5.20
10
10.12
2.81
1.01
6.3
35.46
23.64
140.870
0
17.340
下旬
5.21-5.31
11
11.132
3.091
1.111
6.93
19.17
12.78
140.870
0
5.850
6
上旬
6.1-6.10
10
10.12
2.81
1.01
6.3
17.37
11.58
140.870
0
5.280
中旬
6.11-6.16
6
6.072
1.686
0.606
3.78
0
0
137.090
0
0.000
现蕾期
下旬
6.17-6.30
14
0.6
169.044
118.331
32.046
5.334
6.412
20.3
76.14
50.76
167.550
0
0.000
7
上旬
7.1-7.10
10
22.89
3.81
4.58
14.5
0
0
153.050
0
0.000
中旬
7.11-7.20
10
22.89
3.81
4.58
14.5
12.69
8.46
147.010
0
0.000
下旬
7.21-7.28
8
18.312
3.048
3.664
11.6
23.13
15.42
150.830
0
0.000
开花结铃期
8
上旬
7.29-8.10
13
0.7
197.219
138.053
34.476
6.786
7.579
20.111
19.89
13.26
143.979
0
0.000

中旬
8.11-8.20
10
26.52
5.22
5.83
15.47
12.78
8.52
197.030
60
0.000
下旬
8.21-8.26
6
15.912
3.132
3.498
9.282
0
0
187.748
0
0.000
吐絮期
9
上旬
8.27-9.10
15
0.7
197.219
138.053
18.69
3.33
4.68
10.68
6.57
4.38
181.448
0
0.000
中旬
9.11-9.20
10
12.46
2.22
3.12
7.12
0
0
174.328
0
0.000
下旬
9.21-9.30
10
12.46
2.22
3.12
7.12
19.89
13.26
180.468
0
0.000
10
上旬
10.1-10.10
10
12.46
2.22
3.12
7.12
43.47
28.98
197.219
0
5.109
中旬
10.11-10.20
10
12.46
2.22
3.12
7.12
39.87
26.58
197.219
0
19.460
下旬
10.21-10.31
11
13.706
2.442
3.432
7.832
5.58
3.72
193.107
0
0.000
11
上旬
11.1-11.6
6
7.476
1.332
1.872
4.272
0
0
188.835
0
0.000
累计
192.937

291.02

60
71.249

Q灌区设计年棉花生育期设计浇灌制度表
灌水次数
灌水日期
灌水定额
mm
m3/亩
1(播前灌)
4月20日
16.04
10.70
2
8月11日
90.00
60.00
浇灌定额
106.04
70.70
三、 灌水率计算

得出修正前灌水率图：

得出修正后灌水率图：

四、 浇灌渠系计划部署
本灌区浇灌渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。本灌区属山区、丘陵区灌区。渠道部署如附图所表示。第三支渠浇灌面积适中，可作为经典支渠，该支渠左右各有10条斗渠，斗渠长1655m。每条斗渠有8条农渠，长500m,间距200m。
图所表示。
1、 渠道设计流量计算
1.1 确定工作制度
干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。
1.2 经典支渠设计流量计算
灌区总面积约为12万亩，各支渠长度及浇灌面积列入下表。
渠别
一支
二支
三支
四支
累计
长度（km）
5.73
5.35
5.43
6.19
22.7
浇灌面积（万亩）
1.7
3
3
4.3
12
（1）计算农渠设计流量 三支渠田间净流量为：

浇灌制度为干支渠续灌，斗农渠分两组轮灌，同时工作斗渠有10条，同时工作农渠有8条，所以，农渠田间净流量为：

去田间水利用系数，则农渠净流量为：

先算3支渠左侧浇灌面积农渠，斗渠设计流量，右侧等同于左侧，算3支渠设计流量时只需由左侧算出支渠设计流量乘以2既得。
灌区土壤属于中粘壤土，查得，可计算出农渠每公里输水损失系数：

农渠毛流量或设计流量为：
（2）（2）计算斗渠设计流量 因为一条斗渠内同时工作农渠有4条，所以，斗渠净流量等于4条农渠毛流量之和：

农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给净流量相等。不过，第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失量较多，据此要求得斗渠毛流量较大，所以，以第二轮灌组灌水时需要斗渠毛流量作为斗渠设计流量。斗渠平均工作长度为：

斗渠每公里输水损失系数为：

斗渠毛流量或设计流量为：

（3）计算三支渠设计流量 斗渠也是分两组轮灌，以第二轮灌组要求支渠毛流量作为支渠设计流量。支渠平均工作长度为：

支渠净流量为：

支渠每公里输水损失系数为：

支渠毛流量为：

2、计算3支渠浇灌水利用系数

3、计算一，二、四支渠设计流量
（1）计算一，二、四支渠田间净流量

（2）计算一，二、四支渠设计流量 以经典支渠（三支渠）浇灌水利用系数作为扩大指标，用来计算其它支渠设计流量。

4、推求干渠各段设计流量
（1）CD段设计流量

（2）BC段设计流量

（2）AB段设计流量

（3）OA段设计流量

浇灌渠道断面设计
干渠可采取粗糙混凝土抹面护面，n=0.017。
1、 求OA段横断面：
由渠道部署图能够得到渠道比降，。
采取梯形渠道水力最优断面：
水深为：

渠道设计底宽为

断面面积为：

流速为：

不冲流速为：
为了预防渠道长草，影响输水能力，对渠道最小流速仍有一定限制，通常要求大型渠道平均流速大于0.5m/s，小型渠道平均流速大于0.3到0.4m/s，所以满足要求。
所以干渠OA段设计断面尺寸为：

再求加大水深：
加大流量为：
而设计流量为7.83m/s,所以J=1.20-1.25取1.25。所以
渠道底宽已经确定，所以能够试算求出加大水深
安全超高
堤顶宽度为：
干渠AB，BC，CD段全部采取梯形水力最优断面计算,算法和OA段一样，其结果列以下表：
渠段
Q
(m3/s)
渠道比降i
b(m)
设计水深 (m)
加大水深（m）
安全超高
Δh(m)
堤顶宽度D（m）
设计流速V(m/s)
OA
7.83
0.001
1.11
1.59
1.76
0.64
2.06
1.60
AB
6.55
0.0015
0.96
1.37
1.52
0.58
1.82
1.78
BC
4.58
0.0016
0.83
1.19
1.34
0.54
1.64
1.66
CD
2.66
0.0007
0.79
1.13
1.27
0.52
1.57
1.06
经校核皆满足，说明以上尺寸全部满足要求。
为了满足自流浇灌要求，各级渠道入口处全部应含有足够水位。

式中：——渠道进水口处设计水位，m；
——渠道浇灌范围内控制点地面高程，m；
——控制点地面和周围末级固定渠道设计水位高差，取0.1m；
——渠道长度，m；
——渠道比降；
——水流经过渠系建筑物水头损失（m），可查表。
A． 对于干渠：

所以：
横断面形式以下图所表示：