第一章农田水分状况和土壤水分运动

《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 (1)
1．1农田土壤有效含水量的计算 (1)
1．2土壤入渗水量的计算 (3)
第二章作物需水量和灌溉用水量 (4)
2．1用“以水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量 (4)
2．2用“以产量为参数的需水系数法”求棉花需水量 (5)
2．3小麦播前灌水定额计算 (6)
第三章灌水方法 (9)
3．1灌灌水技术要素计算 (9)
3．2沟灌灌水技术要素计算 (9)
3．3喷灌强度计算 (10)
3．4喷灌均匀系数计算 (11)
3．5喷灌灌溉制度计算 (13)
3．6固定式喷灌系统规划设计 (13)
3．7滴灌设计 (14)
第四章灌溉渠道系统 (15)
4．1灌区总体规划 (15)
4．2渠道水利用系数与渠系水利用系数的计算 (15)
4．3灌溉渠道工作制度的拟定 (16)
4．4灌溉渠道系统的流量推算 (17)
4．5土质渠床渠道断面的水力计算 (21)
第六章灌溉水源和取水方式 (23)
6．1灌溉取水枢纽型式与位置选择(解题示例) (23)
6．2灌溉取水枢纽位置的选择 (27)
6．3无坝取水渠首工程的水力计算 (28)
第七章田间排水 (30)
7．1大田蓄水能力计算 (30)
7．2干旱地区防盐地下水排水沟深度与间距的确定 (31)
第九章排水沟道系统 (32)
9．1用最大排模经验公式计算排水河道的设计流量 (32)
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：
θ
ＨＷ＝Ω
max max H W θΩ==667×0.8×30％=160m³/亩=2401m³/ha=240mm
min min H W θΩ==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
/
H θγγ水
土１
Ω=W 且θＨＷ＝Ω得
土水
γγθ
θ=/
所以以占干土重的百分比表示的土壤含水率为
=
=土水
γγθθmax
/max 30％/1.4=21.4％
=
=土水
γγθθmin
/min 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//
H θn W Ω=且θＨＷ＝Ω得
n
θ
θ=
//
所以以占空隙体积的百分比表示的土壤含水率为
=
=
n
max
//max θθ30％/47％=63.8％
=
=
n
min
//min θθ9.5％/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
θ⋅⋅Ω=H W
2) 当土壤含水率以占干土重的百分比表示时
θγγ'
Ω=水
土
1
H W
当土壤含水率以占空隙体积的百分比表示时
θ''ΩHn W ＝
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Ω取亩时，则W 之单位为m³/亩； 当Ω取公顷时，则W 之单位为m³/ hm²；
Ω－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 ）；
θ－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；
θ'－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； θ''－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γ－土壤容重（t/ m³）;
水γ－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
α
α--=
111t i I ，入渗速度α
-=t i i 1
所以30min 内的入渗水量m m t i I 96.76304.0161)4.01(11=⨯-=-=
--αα
30min 内的平均入渗速度
min /565.23096.76mm t I i ===
第30min 末的瞬时入渗速度
min /539.13064.0130mm t i i =⨯==--α
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
（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
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 0ET ET α=
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
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KY
ET==1.37×300=411 m³/亩
各生育阶段需水量
ET
K
100
1
ET
i
i
=
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：
)(6670max θθ-=nH m
=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
表2-5-2 春小麦生育期灌溉制度
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
α
-
=1
t i
m
可以得到
α
-
=1
1
)
(
i
m
t
m=50m³／亩=75mm
灌水时间
h i
m
t25
.0
150
75
)
(5.01
1
1
1
=
=
=-
-）
（
α
（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
83
.5
1000
25
.0
6.3
70
75
6.3
=
⨯
⨯
⨯
=
=
t
ml
q
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
h q mal t 87.110005.06.380
7.0606.3=⨯⨯⨯⨯==
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2
R A π==3.14×182=1017.36m²
平均喷灌强度
145mm/h .336.10178
.041000A 1000q =⨯⨯==
ηρ全
（2）喷头作240°扇形喷洒时
2
240360240R A π=
=240/360×3.14×182=678.24m²
平均喷灌强度
718mm/h
.4678.248
.041000A 1000q 240240
=⨯⨯==η
（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
11.852mm/h 270
8
.041000A 1000q =⨯⨯==
有效矩形ηρ
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
（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
t 10w
ωρ=
列表计算各点的点喷灌强度见下表
雨量筒面积
42
R πω=
=3.14×202/4=314 cm²
（2）计算平均喷灌强度
n
i
∑=
ρ
n=36
所以
h mm n
i
/94.13670
==
=
∑ρ
ρ
（3）计算喷灌均匀系数
n
h
h i
∑∆=
∆
n=36
所以
h mm n
h h i
/52.03661
.18==
∆=
∆∑
喷灌均匀系数4.73)94.152
.00.1(100)0.1(100=-
=∆-
=h
h Cu ％
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）（设min max H θθ-=m =0.6×(30％-21％) =0.054m=54mm 设计灌水周期day e m 10554
T ==
=
设设
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（ρ）是否小于土壤允许喷灌强度（允ρ）；
（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
）（允h mm /15=ρ
A Q
1000=ρ
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
0.062
3.0
100
4.3
1005.0
=
⨯
=
=
m
n
Q
A
σ
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
915
.0
328
.0
3.0
=
=
=
下毛
下
Q
Q
n
η
（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
0.042
656
.0
100
4.3
1005.0
=
⨯
=
=
m
n
Q
A
σ
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
812
.0
39
7.0
6.0
=
=
=
下毛
下
Q
Q
n
η
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
总农斗田净
农净ωωi
i Q Q =
灌水时间
斗田净
农净农Q Q T i i T
=
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s q Q /315m .035.09.0A 3
=⨯==设支支田净
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
s nk
Q Q /m 02625.0430.315
3=⨯=
=
支田净农田净 农渠的净流量
s Q Q f
/0.0276m 0.95
0.026253
==
=
η农田净
农净
0.07980276.01009
.11004
.0=⨯==
m
n Q A σ
s
L Q Q n g /m 0287.05.00798.01(0276.0)1(3=⨯+⨯=⋅+=）毛毛毛σ
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s q Q /3885m .035.011.1A 3
=⨯==设支支田净
①一斗渠至五斗渠
s
q Q Q f
f
/0.0155m 95
.035.0420.0A 3
=⨯==
=
ηη设
支农田净
农净
0.10070155.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.0157m 15.01007.01(0155.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）毛毛毛σ
②六斗渠
s
q Q Q f
f
/0.0249m 95
.035.07560.0A 3
=⨯=
=
=
ηη设
支农田净
农净
0.08330249.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.0258m 45.00833.01(0249.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）毛毛毛σ
二、斗渠的计算 （1）一支渠
s Q Q /0.1148m 40.028743=⨯==⨯=农毛斗净
0.04521148.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.1187m 75.00452.01(1148.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
（2）二支渠 ①一斗渠至五斗渠
s Q Q /0.0628m 40.015743=⨯==⨯=农毛斗净
0.05750628.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.0647m 525.00575.01(6280.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
②六斗渠
s Q Q /0.1032m 40.025843=⨯==⨯=农毛斗净
0.04710321.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.1068m 75.00471.01(0321.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
三、支渠的计算 （1）一支渠
s Q Q /0.3561m 30.118733=⨯==⨯=斗毛支净
0.02873561.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.3663m 0.10287.01(3561.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）支支支σ
（1）二支渠
s Q /4303m .01068.050647.03=+⨯=支净
0.02663034.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.4475m 5.10266.01(3034.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）支支支σ
四、干渠的计算
（1）8+800—10+400段全长1.6公里
s Q Q /3663m .03==支毛三干净
0.02843663.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.3829m 6.10284.01(3663.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
（2）8+400—8+800段全长0.4公里
s Q Q /8304m .04475.03829.03829.03=+=+=支毛二干净
0.02058304.01009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /0.8372m 4.00205.01(8304.0)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
（3）0+000—8+400段全长8.4公里
s Q Q /2035m .13663.08372.08372.03=+=+=支毛一干净
0.01762035.11009
.11004
.0=⨯==
m n Q A σ
s
L Q Q n g /1.3819m 4.80176.01(2035.1)1(3
=⨯+⨯=⋅+=）斗斗斗σ
五、各支渠的灌溉水利用系数
0.863663
.0315
.031==
=
=支毛支田净Q Q ηη 同理
0.874475
.03885
.02==
=
支毛
支田净Q Q η
全灌区灌溉水利用系数
0.737
3819
.1
3885
.0
315
.0
315
.0
=
+
+
=
η
渠系组成示意图
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 ，
212m h b P ++= P A R =
6/11R n C =
i
Q R AC =算计算断面尺寸
并用公式
05
.0≤-Q
Q Q 算
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
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
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）
见表5-1-3。

表6-1-2 河流水位高程推算表（10号断面以下）
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）
表6-1-4 无坝取水枢纽方案比较表
表6-1-5 有坝取水枢纽方案比较表
有坝取水枢纽拦河坝壅水高度相同，引水干渠长度亦然。

在10号断面以下各处，虽然都可选做抽水枢纽位置，但越往下游河水水位越低，渠道要求的水位越高，抽水扬程越大，干渠越长，且需填方越多。

故在10号断面以下，越往下游兴建扬水站的可能性就越小。

灌区范围示意图
6．2灌溉取水枢纽位置的选择
基本资料
基本资料同[习题6-1]，与其不同的有以下几点：在10号断面以上，河流比降为1／500；在7号断面处有一险滩，水位集中降落1.5m，灌区最高点为A，在A处当干渠水位为海拔146.3m时，才能自流灌溉全灌区。

要求
取干渠比降为1／1000，渠首进水闸过闸水头损失为0.2m，采用无坝取水枢纽时，试分析渠首位置宜选在何处。

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1／500，在7号断面处有一险滩，水位集中降落1.5m，据此可推算出各断面处的水位高程，见表5-2-2。

表6-2-1 河流水位高程推算表（10号断面以上）
见表6-2-2。

表6-1-2 河流水位高程推算表（10号断面以下）
灌区最高点为A，在A处干渠水位为海拔146.3m时才能自流灌溉全灌区。

取引水干渠比降为1／1000。

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6-2-3。

表6-2-3 各断面处干渠要求的水位单位（m）
（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／1000，则渠首位置必须选在6号断面处。

表6-2-4 无坝取水枢纽方案比较表
6．3无坝取水渠首工程的水力计算
基本资料
某灌区，采用无坝引水渠首工程自河流引水灌溉农田，设计引水流量Q引=32m³／s。

渠首处渠道要求水位为53.82m，渠底高程为51.57m，河流临界期最低水位54.5m,相应流量130.0m³／s。

渠首处河底高程为51.0m，河流水位～流量关系曲线如图5-3-1所示。

当河流流量为lOOm³／s左右时，河流流速为1.1m³／s。

要求：确定取水闸闸前水位及闸孔尺寸。

解：
（1）因引水比较大，考虑取水口河水位的降落影响
取水口前的水位∇要比取水口下游水位2x ∇低Z ∆
g v k k Z 2123x 22
2⋅-⋅=∇-∇=∆
公式中引水比k=Q/Q1=32/130，v2=1.1m³／s 0.03m 8.921.1130/321130/32231.542123x 2
222=⨯⋅-⋅-=⋅-⋅=∇-∇=∆g v k k Z
Q1-Q=130-32=98 m³／s ，查河流水位水位～流量关系曲线图得∇x2=54.05m 所以闸前设计水位m Z 02.5403.005.54x 2=-=∆-∇=∇
（2）上游设计水位取为54.5m ，相应流量为130 m³／s ，
先判别宽顶堰堰流流态
hs=53.82-51.57=2.25 m H=54.5-51.57=2.93 m
72.077.093.225.2>==H h s
所以过闸水流流态为淹没宽顶堰堰流
上游水深H1=2.93m ，假设引水角为90° 所以m H H 93.2cos 29v 21
10=+=δα
77.093.225.2==H h s
查宽顶堰淹没系数σ值表得σ=0.984，此宽顶堰为无坎宽顶堰，故侧收缩系数ε=1.0，流量系数m=0.385 闸孔总净宽m H g m Q B 8.393.28.92385.0984.032
22
/32/30=⨯⨯⨯⨯==
σ
第七章田间排水
7．1大田蓄水能力计算
基本资料
某地区地形平坦，暴雨集中，易发生沥涝。

某次暴雨量为P=280mm，降雨历时为24h。

该次暴雨前地下水埋深为1.3m，雨后年许的地下水最小埋深为0.5m。

经勘察，该地区平均土壤空隙率为50％，平均最大持水率为65％(占空隙体积的百分比)，降雨前地下水位以上土层平均含水率为40％(占空隙体积的百分比)。

经测定，该地区土壤渗吸速度特征为：第一分钟末的渗吸速度=4.5mm/min,a=0.6。

根据该地区农业生产计划，要求田间淹水时间不得超过1.5d。

要求
计算该地区的大田蓄水能力，发生该次暴雨后，在允许的淹水时间内，能渗入土壤的水量为多少?这些水量是否能蓄得下?应从田间排走的水量为多少?如雨前土壤含水率为55％(占空隙体积的百分比)，则又如何?
解：
渗入量
m m
T
t
i
T
t i
P
63
.
297
)
60
24
5.1
60
24
(
6.0
1
5.4
)
(
1
)
(1
1
=
⨯
⨯
+
⨯
-
=
+
-
=
+
=-
-α
α
φα
1、若雨前土壤含水率为40％
蓄水能力Ｖ=H(θmax-θ0)+ H1(θs-θmax)
= 1.3×（65％－40％）50％+0.8×（100％－65％）50％=0.3025m=302.5mm
2、若雨前土壤含水率为55％
蓄水能力Ｖ=H(θmax-θ0)+ H1(θs-θmax)
= 1.3×（65％－55％）50％+0.8×（100％－65％）50％
=0.205m=205mm
因为Pφ＞Ｖ所以需排除的地面水量为C= P-Ｖ=280-205=75mm。