某灌区灌溉工程规划设计_课程设计

TS灌区灌溉工程规划设计CONCEPTUAL DESIGN OF IRRIGATION PROJECT ON TS
IRRIGATION DISTRICT
目录
前言.................................................................................................................... １1 灌区基本概况................................................................................................ １
1.1 自然概况.............................................................................................. ２
1.2 社会经济概况...................................................................................... ３
2 灌区建设的必要性和可行性........................................................................ ５
2.1 必要性.................................................................................................. ５
2.2 可行性.................................................................................................. ６
3 灌区总体规划布置........................................................................................ ８
3.1灌区总体规划布置原则....................................................................... ８
3.2 总体规划设计指标.............................................................................. ９
3.3 灌区总体规划布置.............................................................................. ９
4 水量供需平衡分析.................................................................................... １１
4.1 可供水资源量分析.......................................................................... １１
4.2 灌溉用水量分析.............................................................................. １１
4.3 水量供需平衡计算.......................................................................... １２
5 典型工程设计............................................................................................ １５
5.1 典型工程范围的选择与布置.......................................................... １５
5.2 灌溉渠道设计流量推算.................................................................. １８
5.3 干渠的纵横断面设计...................................................................... １９结语................................................................................................................ ２３
前言
TS灌区灌溉工程位于我国北方山前平原上，种植旱作。

主要问题是干旱，涝害和盐渍化问题并不突出，本设计重点突出灌溉工程，涝害和盐渍化暂不做不考虑。

本灌区属于山前冲积扇平原，地形平坦，总的趋势是西北高东南低，地面坡度一般在1/1000--1/2000之间，灌区西北部有一水库可满足灌溉需要。

经调查本地区解放前为一多灾低产地区，洪、涝、旱、碱灾害频繁，农业生产水平低下，人民生活困难，贫苦农民过着糠菜半年粮的艰苦岁月。

解放后虽得到相关的治理，但干旱仍是困扰这一地区粮食作物丰产的主要问题。

因此为保证该地区的粮食丰产增收有必要进一步加强本灌区灌溉工程的建设。

按照流域规划的统一安排，水源的分配方案是：地下水主要供各地国有工业、乡镇企业用水、城镇居民生活用水。

灌区内的机井主要供人畜饮用，除特殊情况外，不用来灌溉大田。

水库主要用于灌溉。

农业生产一方面需要具有良好的自然条件，但另一方面也程度不同地存在着各种不利因素，因此兴修农田水利灌溉工程，对于作物的保收增收，对我国的农业生产具有十分重要的意义。

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，高产稳产的粮棉生产基地。

1 灌区基本概况
1.1自然概况
1．1.1 地理位置及范围
TS灌区位于我国北方某地。

灌区总面积15万亩。

1.1.2 地形地貌
灌区属山前冲积扇平原，地形平坦，总的趋势是西北高东南低，地面坡度一般在1/1000—1/2000之间。

1.1.3 水文
灌区西北部有一水库，兴利库容为2000万m3。

灌区内地下水充足，一般地下水位埋深在8－10m之间，矿化度小于lg／L，单井涌水量达50-100m3/h，水源有保证。

1.1.4 气象
TS灌区属北温带季风型大陆性气候区，四季分明，春冬两季少雨多风而夏秋两季高温湿热且降雨集中，春旱夏涝现象比较突出。

多年平均降雨量为654.6mm，但年际变化较大且时空分布不均，其中汛期6-9月份降雨量占全年的72-75％。

年平均蒸发量高达1234.5mm，大大高于降雨量。

全市多年平均气温约12.9℃，年变差达28.9℃，>10℃积温为4368度，光照资源较为丰富。

无霜期平均为190天，最大冻土深达50cm。

风力一般较低，为二至三级，主风向以南北风为主，风速在3.5m/s左右。

干燥度2.62。

1.1.5 土壤
灌区内土壤大部为中壤土，肥力中等。

经测定：灌区土壤0—80cm 平均容重1.51t/m3，空隙率41.3％(占土体的％)，田间持水率为空隙体积的75％。

1.1.6 水文地质
灌区不透水层顶板埋深为20m，含水层渗透系数K=3m／d，灌溉季节深层渗漏的灌溉水对地下水的补给强度ε=lmm／d。

地下水等水位线大致与地面等高线平行，地下水流向大致为西南方向。

地下水的补给来源在汛期是降雨，旱季是灌溉；地下水的消耗主要是蒸发。

地下水动态类型为降雨(灌溉)—蒸发型，主要是垂直运动。

1.2 社会经济概况
1.2.1 工农业生产情况
灌区是以粮棉为主的农业地区，主要作物有小麦(种植比占70％)、棉花(种植比占10％)、春玉米(占20％)及夏玉米(占60％)。

复种指数1.6。

灌区位于城郊，经济条件交好，西部山区盛产石料，河滩盛产砂及卵石。

灌区内人口较稠密，劳动力充足，建筑业熟练的技术工人较多。

1.2.2自然灾害
本地区解放前为一多灾低产地区，洪、涝、旱、碱灾害频繁，农业生产水平低下，人民生活困难，贫苦农民过着糠菜半年粮的艰苦岁月。

解放后，特别是在全流域进行治理之后，一般洪水得到了控制，不致成灾。

各地亦修建了一些小型水利工程。

旱涝灾害已趋缓和。

据解放后50年统计和调查，各种自然灾害的情况如下：
旱灾：在灌区内普遍存在，以春旱为主，秋旱次之，成灾率在
50％～70％左右。

涝灾：极少发生。

盐渍化：已经得到治理。

1.2.3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，高产稳产的粮棉生产基地。

按照流域规划的统一安排，水源的分配方案是：地下水主要供各地国有工业、乡镇企业用水、城镇居民生活用水。

灌区内的机井主要供人畜饮用，除特殊情况外，不用来灌溉大田。

水库主要用于灌溉。

灌区开发以灌溉为主。

2 灌区建设的必要性和可行性
2.1 必要性
本灌区属于北温带季风性大陆气候，四季分明春冬两季少雨多风而夏秋两季高温湿热且降雨集中，春旱夏涝现象比较突出。

多年平均降雨量为654.6mm，但年际变化较大且时空分布不均，其中汛期6-9月份降雨量占全年的72-75％。

年平均蒸发量高达1234.5mm，大大高于降雨量。

地区的降雨在作物需水期远不能满足要求，致使作物经常减产欠收。

由于粮食作物的生产是当地百姓主要的经济收入来源，当灌区一旦因为缺水致使作物减产甚至不收将直接影响当地百姓的经济收入。

由于干旱而使当地农业生产水平低下，是百姓苦不堪言，修建相关农田水利工程，保证作物需水期水源供应已成为当地百姓迫切的愿望。

目前，灌区内农田水利设施已运行几十年之久，灌区水利工程在早期抗旱排涝中，保障灌区农业丰收发挥了巨大的作用，但由于受当时条件制约，灌区原水利工程建设标准普遍较低，加之后期缺少工程维护资金支持，因此灌区渠系工程一直没有得到相应的改造，工程老化严重，经过多年的运行暴露出灌溉保证率低、渠系水利用率低、设施老化和管理体制工落后等一系列问题，严重制约了当地社会经济发展。

为此，需要进行灌区灌溉工程规划，通过优化灌区水资源配置、开辟水源工程、实施渠系节水改造和田间节水措施、改革灌区管理体制等，实现灌区经营管理良性循环，推动当地经济发展。

灌区的干旱问题同样牵动着当地政府的心，修建农田灌溉工程，解决当地的干旱问题很早就被提上日程。

由于当地农田需水期的干旱致使作物减产，直接影响了当地百姓的经济收入，并进一步影响到了当地经济的发展，这引起当地政府的高度重视，修好灌溉工程为百姓谋取福利早已成为政府施政的重要项目之一。

2.2 可行性
TS灌区灌溉工程的建设很早就得到当地政府的高度重视，政府相关规划和准备工作早已落实。

农田水利灌溉工程属于公益性工程，其建设的好坏关系到当地众多百姓的生活质量。

当地政府在认真听取百姓声音的同时积极组织相关水电人员到灌区进行考察调研，充分研究项目的可行性。

经过一段较长时间的调研，已经积累了很多有关灌区农田地形地质方面的资料，为进一步的规划设计奠定了坚实的基础。

就水源条件来看，当地灌区西北部有一水库，兴利库容为2000万m3。

灌区内地下水充足，一般地下水位埋深在8－10m之间，矿化度小于lg／L，单井涌水量达50-100m3/h，有充足的水源未得到开发，水源有保证。

同时农田灌水工程实施后将有效解决当地农业和农村的关键障碍性因素使灌溉地区抵御自然灾害能力显著增强，粮食生产能力稳步提高将达到旱涝保收，稳产高产的目标。

经充分论证灌溉工程项目不会给当地环境产生重大影响，并将有利于当地自然条件资源的改善。

经济方面改革开放以来当地经济取得了突飞猛进的发展，财政收入增加迅速，当地政府已有能力和实力去修建相关农田水利工程为百姓谋取福利。

伴随经济增长的还有日益提高的科技水平，经充分调查知当地的水利技术已日趋成熟，拥有较高资历的水利人员众多，技术
力量雄厚，同时灌区附近的农村劳动力资源丰富，都为当地灌溉工程的建设提供了强有力的支持。

3 灌区总体规划布置
3.1灌区总体规划布置原则
1）对于平原区灌区的干、支渠大多位于河流中、下游地区的冲击平原，地形平坦开阔，耕地集中连片。

山前洪积冲击扇，除地面坡度较大外，也具有平原地区的其他特征。

这类干渠多沿等高线布置，支渠垂直等高线布置。

2）干渠布置在灌区的较高地带，以便自流控制较大的灌溉面积。

其他各级渠道亦应该布置在各自控制范围内的较高地带。

3）为了使工程量和工程费用最小，一般来说，渠线应尽可能短直，以减少占地和工程量。

4）灌溉渠道的位置应参照行政区划确定，尽可能使各用水单位都有独立的用水渠道，以利于管理。

5）斗、农渠的布置要满足机耕要求。

渠道线路要直，上、下级渠道尽可能垂直，斗、农渠的间距要有利于机械耕作。

6）要考虑综合利用。

实现农业灌溉渠道与其他农田水利工程的结合，以便发挥最大的效率。

7）灌溉渠系规划应和排水系统规划结合进行。

由于灌区降水较少此处暂不考虑排水系统的规划设计。

8）灌溉渠系布置应和土地利用规划（如耕作区、道路、林带居民点等规划）相配合，以提高土地利用率，方便生产和生活。

3.2 总体规划设计指标
3.2.1 政策法规
《中华人民共和国水法》
3.2.2规范标准
《灌溉渠道系统量水规范》（GB/T21303-2007）
《农田水利规划导则》（SL462-2012）
《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）
《节水灌溉工程验收规范》（GB/T50769-2012）
《灌溉用水定额编制导则》（GB/T29404-2012）
《山东省主要农作物灌溉定额》（DB37/T1640-2010）
《灌溉排水渠系设计规范》SDJ127-84
3.3 灌区总体规划布置
TS灌区总灌溉面积A净=10万亩，灌区有一条长18Km的干渠，干渠上有6条支渠（详见灌区干、支渠布置示意图，图4-1），均为土渠。

灌水时，干、支渠全部实行续灌,各支渠控制的净灌溉面积分别为:A1、A2皆是1.55万亩; A3、A4皆是1.7万亩; A5、A6皆是1.75万亩。

典型支渠为六支渠，支渠上有6条斗渠，每条斗渠上有8条农渠，农渠的间距150m，长600m。

斗、农渠实行轮灌，斗、农渠各分两个轮灌组。

典型支渠以下的渠系布置图由学生绘制。

干渠渠地比降全部采用1/1000。

干渠渠线高程见下表3-1。

表3-1 干渠渠线高程表
一│三│五│
支│支│支│
│││水┃(0+000) │(6+000) │(12+000) │(18+000)
┣━━━━━┿━━━━━━━━┿━━━━━━━━┥源┃A │B │C │D
│││
二│四│六│
支│支│支│
图4-1 灌区干、支渠布置示意图
4 水量供需平衡分析
4.1 可供水资源量分析
灌区西北部有一水库，兴利库容为2000万m3。

灌区内地下水充足，一般地下水位埋深在8－10m之间，矿化度小于lg／L，单井涌水量达50-100m3/h，水源有保证。

4.2 灌溉用水量分析
4.2.1基本资料的收集
1）计划土壤湿润层深度。

土壤计划湿润层深度系指土壤在旱田进行灌溉时，计划调控土壤水分状况的土层深度。

相关资料见表4-1.
2）土壤最大最小含水率。

土壤适宜含水率上限为田间持水率，下限为田间持水率的60％，播前灌(9月)以前天然土壤含水率为48％(占空隙体积％)。

由于计划湿润层增加而增加的土体壤含水量按田间持水率的90％计。

3）降水入渗量。

指降雨减去地面径流损失，详细数值见表4-2.
4）地下水补给量。

在本次设计中，地下水利用量从偏于安全考虑，可以忽略不计。

5）由计划湿润层增加而增加的水量可由以下公式确定。

W T=667(H2-H1)n0
4.2.2旱作物播前灌水定额确定
为保证作物种子发芽和出苗所必须的含水量，或储水于土壤中以
提供作物生长发育后期之用，要进行作物播前供水。

本次灌溉设计根据所提供的资料确定本次灌水定额为40m3/亩，灌水中间日为9月22日。

表4-1 冬小麦各生育阶段计划湿润层深度及需水模系数表
表4-2 典型年冬小麦生育期逐旬有效降雨量
4.2.3 冬小麦灌水定额确定
根据图解法，将相应数据输入excel表格，生成冬小麦灌溉制度设计图，见附图1。

4.2.4 其它作物灌溉设计定额确定
其它作物灌溉设计定额通过设计资料可以查得，详见表4-3。

表4-3 典型年（中旱年）棉花、玉米的灌溉制度
4.3水量供需平衡计算
W毛=(70%*215+10%*145+60%*110+20%*195)*10/0.6=4500万m3<5000万m3
因此满足水库供水要求。

注为保证灌溉用水量以及输水过程中的水量损失，η初步拟定为0.6。

5 典型工程设计
5.1 典型工程范围的选择与布置
5.1.1 初步灌水率设计
为计算灌区渠首的引水流量和灌区渠道的设计流量需要根据灌溉制度计算灌水率，对于某一特定作物，各次灌水所要求的灌水率可由以下公式确定：
q
净=am
1
/8.64T
1
<m3/(s万亩)>
通过excel计算可得作物初步设计的每次灌水率，相关计算表见5-1，同时运用excel生成灌水率初步设计图，见图5-1.
5.1.2 灌水率修正
由初步设计灌水率图可知各时期的灌水率大小相差悬殊，渠道输水断断续续，不利于管理，如利用其中最大的灌水率计算渠道流量，势必偏大不经济，因此必须对初步计算获得的灌水率图进行修正，尽可能的消除灌水率高峰和短期停水现象。

在修正灌水率图时，要以不影响作物需水要求为原则，尽量不改变主要作物关键时期的灌水时间，调整其他各次灌水时要使修正后的灌水率图比较均匀、连续。

此外为了减少输水损失并使渠道工作制度比较平稳，再调整时不应使灌水率数值相差悬殊，修正后的灌水率表见表5-2，灌水率图见图5-2.
表5-1 初步灌水率设计表
图5-1 初步确定灌水率图
图5-2 修正后的灌水率图
表5-2 修正后灌水率
在取值设计渠道用的灌溉率时，应从图中选取延续时间较长的最大灌水率值。

综合图6-2可知设计灌水率取q=0.27 m3/（s*万亩）
5.2 灌溉渠道设计流量推算
5.21 渠道设计流量推算：
选择典型支渠（六支渠）及其所属斗、农的设计流量（1）计算农渠的设计流量
Q
六支田净=A
4
q=0.27*1.75=0.47m3/s
因为斗、农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条，农渠有4条。

Q
农田净=Q
六支田净
/（n
k
）=0.47/（3*4）=0.0392 m3/s
Q
农净=Q
农田净
/η
f
=0.0392/0.95=0.0413 m3/s
灌区土壤属于中壤土，A=1.9，m=0.4. σ农=1.9/[100（Q农净）0.4]=0.0680
Q
农毛=Q
农净
（1+σ
农
L
农
）=0.0413*（1+0.0680*0.3）=0.042 m3/s
（2）计算斗渠的设计流量
因为一条斗渠上同时工作的农渠有4条，斗渠的净流量等于农渠的毛流量之和。

Q
斗净=4*Q
农毛
=4*0.042=0.168 m3/s
σ斗=1.9/[100（Q斗净）0.4]=0.0388
Q
斗毛=Q
斗净
（1+σ
斗
L
斗
）=0.168*（1+0.0388*0.825）=0.173 m3/s
（3）计算六支渠的设计流量
斗渠也是分两组进行轮灌，以第二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=2.4km.
Q
六支净=3*Q
斗毛
=3*0.173=0.519 m/s
σ六支=1.9/[100（Q六支净）0.4]=0.0247
Q
六支毛=Q
六支净
（1+σ
六支
L
六支
）=0.519*（1+0.0247*2.4）=0.55 m3/s
（4）推求干渠的设计流量
计算一、二、三、四、五支渠的设计流量
η六支=Q六支田净/Q六支毛=0.47/0.55=0.85，Q支毛=Aq/η六支
Q
一支毛
=1.55*0.27/0.85=0.492 m3/s
Q
二支毛
=1.55*0.27/0.85=0.492 m3/s
Q
三支毛
=1.7*0.27/0.85=0.540 m3/s
Q
四支毛
=1.7*0.27/0.85=0. 540m3/s
Q
五支毛
=1.75*0.27/0.85=0.550 m3/s CD段的设计流量
Q
CD净=Q
五支毛
+Q
六支毛
=0.550*2=1.10 m3/s
σCD=1.9/[100（Q CD净）0.4]=0.0183
Q
CD毛=Q
CD净
（1+σ
CD
L
CD
）=1.1O*（1+0.0183*6）=1.221 m3/s
BC段的设计流量
Q
BC净=Q
三支毛
+Q
四支毛
+Q
CD毛
=1.221+0.540*2=2.301 m3/s
σBC=1.9/[100（Q BC净）0.4]=0.0136
Q
BC毛=Q
BC净
（1+σ
BC
L
BC
）=2.301*（1+0.0136*6）=2.489 m3/s
AB段的设计流量
Q
AB净=Q
一支毛
+Q
二支毛
+Q
BC毛
=2.489+0.492*2=3.473 m3/s
σAB=1.9/[100（Q AB净）0.4]=0.0115
Q
AB毛=Q
AB净
（1+σ
AB
L
AB
）=3.473*（1+0.0115*6）=3.513 m3/s
5.22 渠道最小流量的的计算
以修正灌水模数图上的最小灌水模数值作为计算渠道最小流量的依据，计算的方法和步骤和设计流量的计算方法相同，由上述方法算得：
对于同一条渠道，其设计流量Q设与最小流量Q最小相差不要过大以防止在用水过程中出现水位不够而产生用水困难，以渠道的最小流量不低于渠道的设计流量的40%为宜。

Q
minab
=2.053 m3/s
Q
minbc
=1.3678 m3/s
Q
mincd
=0.669 m3/s
此处Q
min /Q
d
==0.584,完全满足设计要求。

5.23 渠道加大流量的推算
渠道加大流量的计算以设计流量为基础，给设计流量乘以加大系数J即可
Q J =JQ
d
Q
J
:渠道加大流量
J :渠道流量加大系数
Q
d
:渠道设计流量
相应加大系数见表5-3
5-3 加大流量系数表
有Q
J =JQ
d
得：
Q
abmax
=1.3*3.513=4.5669 m3/s
Q
bcmax
=1.3*2.489=3.2357 m3/s
Q
cdmax
=1.3*1.221=1.5873 m3/s
由于轮灌渠道控制面积较小，轮灌组内各条渠道的输水流量和输水时间可以适当调剂，因此轮灌渠道可以不考虑加大流量。

5.24 渠道流量的进位规定
为了设计渠道时计算方便，要求设渠道具有适当的位数，为此《灌溉排水渠系设计规范》SDJ127-84对渠道流量进位做了规定，见表5-4
5-4 渠道流量尾数进位表
5.3 干渠的纵横断面设计
5.3．1 渠道横断面设计
根据设计要求干渠渠底比降取1/10000。

由于设计渠道为土渠根据设计流量范围，干渠的糙率系数取0.0225；
渠道的边坡系数取1.25；
（1）计算渠道断面各水力要素
A=(b+mh)h
P=b+2hsqr(1+m^2)
R=A/P
C=1/nR^1/6
（2）计算渠道输水流量
Q计算=ACsqr(Ri)
（3）校核渠道输水能力
）/Q<0.05便符合设计要求
（Q-Q
设
试算结果见表5-5：
5-5 渠道流量试算结果统计表
通过变换渠底宽度和水深来试算设计流量：
（Q
ab -Q
设
）/Q
ab
=(3.513-3.455)/3.513=0.017
（Q
cd -Q
设
）/Q
bc
= (2.489-2.378)/2.489=0.045
（Q
bc -Q
设
）/Q
cd
=(1.221-1.219)/1.221=0.016
得出的结果均小于0.05，符合要求。

渠道横断面设计图详见附图2、3、4。

5.3．2 渠道纵断面设计
渠道纵断面设计按以下步骤绘制：
1）绘地面高程线
2）标绘分水口和建筑物的位置
3）绘渠道设计水位线
4）绘制渠道最小水位线
5）绘制堤顶高程线
6）标注桩号和高程
7）标注渠道比降
渠道纵断面设计图及相应设计数据见附图2、3、4。

结语
TS灌区灌区总面积15万亩，总灌溉面积A
=10万亩。

灌区是以
净
粮棉为主的农业地区，主要作物有小麦(种植比占70％)、棉花(种植比占10％)、春玉米(占20％)及夏玉米(占60％)。

复种指数1.6。

本地区农业自然灾害以旱灾为主，农业生产水平低下，人民生活困难，在全流域进行治理之后，一般洪水得到了控制，不致成灾。

各地虽然修建了一些小型水利工程，旱涝灾害已趋缓和，却难以根治相关旱涝灾害，本次灌溉工程设计设计主要解决作物关键生长时期需水的问题，有效提高灌溉保证率。

在设计方面主要种植作物冬小麦为保证灌溉用水量的科学性，通过结合当地地质、土壤、气候条件由图解法计算出作物的每次灌水量并生成冬小麦灌溉制度设计图，见附图1。

其余春玉米、夏玉米以及棉花等通过查阅北方地区灌溉设计资料得出其相应灌水定额。

在设计灌水率时为消除灌水高峰和短期停水的现象对灌水率图进行了修正，作物各次灌水时间以向前移动为主，使修正后的灌水率图比较均匀连续。

在灌溉渠道系统设计中灌溉渠道分为干、支、农四级，在渠道布置中尽量结合当地地形布置，自流供水。

干渠多布置在较高地带，渠线尽可能平直以减少工程量和工程费用。

渠道横断面设计主要考虑减少工程量和相关工程费用的投入通过合理布置渠线，使得相关横断面统一采用半填半挖的设计形式设计详图参见附图2、3、4；渠道纵断面设计通过结合横断面设计方案，同时考虑渠道内水量及不冲不淤流速的因素合理确定设计水位线、渠底高程、堤顶线、地面线等相关典
型特征线，设计详细参见附图2、3、4。

通过本次灌溉工程设计将主要解决灌区的干旱问题，为作物的丰产增收创造良好的水利条件，有效提高灌区百姓收入，改善灌区百姓生活质量。

（文档写的是定稿版，其实之后还有个梦想版，找不到了，excel也传上去了，也不是最后的定稿，但做的差不多了都，大家需要可以下载，请参照。

还有文档不是A4的，不过没有关心打印室的那群人可以无痕转换。

数据都是自己做的保证未改动，如果你比较感动就大喊一句，谢刚哥！）。