M灌区农田灌溉规划设计

广东水利电力职业技术学院
M灌区灌溉排水
系统的规划设计
班级: 14水利2班
姓名: 陈志聪
页脚内容1
学号: 140321206
目录
第一章基本资料 (1)
第一节自然地理条件 (1)
一.地理位置及范围 (1)
二.地形地貌 (1)
三.水文 (1)
四.气象 (1)
五.土壤 (2)
六.水文地质 (2)
第二节社会经济条件 (2)
一.工农业生产情况 (2)
二.自然灾害 (2)
三.现有水利工程情况 (3)
四.灌区开发要求 (3)
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第三节灌溉排水设计依据的资料 (4)
第四节灌水率设计资料 (7)
第五节排水模数计算资料 (7)
第六节田间水利用系数 (7)
第二章农作物灌溉制度设计 (8)
第一节作物需水量的计算 (8)
第二节有效降雨量 (9)
第三节计算定额 (9)
第四节灌水率 (12)
干渠渠线高程见下表： (21)
干渠渠线高程表 (21)
第四章灌溉渠道流量的计算 (21)
一、计算农渠的设计流量 (22)
二、计算斗渠的设计流量 (23)
三、计算六支渠的设计流量 (23)
第六章渠道纵断面设计 (37)
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第一章基本资料
第一节自然地理条件
一.地理位置及范围
M灌区位于我国北方某地。

灌区范围西起铁路，东至精深公路，南临c河，北连F河。

总面积82km2，约合12.3万亩。

M灌区地形图见附录Ⅰ。

二.地形地貌
灌区属山前冲积扇平原，地形平坦。

总的趋势是西南高东北低，地面坡度一般在1/1500之间。

灌区东北部有一条古河床遗迹，地面上仅残留沙丘。

草桥关附近有一常年积水的湖泊——草泥洼。

三.水文
C河及F河皆发源于西部山区，出山后向东穿过铁路即进入平原。

二河出山口处建有X水库及Y水库，并于C河沿岸修筑了堤防，基本上可控制一般洪水。

经二库调节后，除汛期外，河水位均低于地面，地表水及地下水皆可自流排入二河。

四.气象
M灌区属半干旱半湿润气候。

气温以7月份最高，在25℃以上；1月份最低，在- 2℃左右。

无霜期220天。

春季常有旱风，尤以五六月份的干热风危害最大，风向偏南，风力可达六七级；冬季多西北风，风力最大可达八九级。

多年平均降水量517. 2mm，多集中在七八两月，占全年降水量的78%，冬春雨量极少，多年平均蒸发量1357mm。

干燥度2.62。

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五.土壤
灌区内土壤大部为中壤土，肥力中等，灌区东部有小部分盐渍化现象。

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%。

六.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，地下水流向大致为东北方向。

在古河床、九里牌与四十里铺以西，地下水埋深在2～3m之间，矿化度小于lg/L；以东埋深在1～2m之间，有时小于1m或接近地表，矿化度在1～3g/L之间。

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。

第二节社会经济条件
一.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60%）、棉花（占20%）、春玉米（占20%）及夏玉米（占60%）。

复种指数1.6。

灌区内各村镇的乡镇企业比较发达，有纺织、成衣、粮油加工、陶瓷、酿酒、罐头等轻工业；铁路沿线及西部山区有机械制造、水泥、化肥、塑料制品、农药、冶炼和煤炭等重工业。

西部山区盛产石料，C河河滩盛产砂及卵石。

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。

二.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
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全流域进行治理之后，由于y和X两座水库及堤防的作用，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40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：在靠近铁路的灌区西部一带，极少发生；申部地区涝灾较轻，成灾率在30%～50%之间；东部古河床、九里牌至四十里铺一线以东，涝灾较重，成灾率在40%～70%左右。

盐渍化：灌区东部古河床、九里牌至四十里铺一线以东零星分布有1万亩轻盐渍土，表层土壤含盐量在0. 226～0.4%，作物减产10%。

三.现有水利工程情况
在C河及F河修建的y水库及X水库皆为防洪、灌溉、发电及水产等多目标综合利用水库，水库兴利调节按灌溉、发电要求计算，故水库下泄流量可以满足灌溉要求。

水库的水质良好，下泄之水无泥沙，水温适中，含盐量小于0.001%。

y水库放水洞最低水位（干渠渠首设计水位）为68m。

灌区内机井较多。

四.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，灌溉水源的分配方案是：X水库提供F河以西以北的灌溉水源；y水库提供M灌区的灌溉水源。

地下水主要供各地国有工业、乡镇企业用水、城镇居民生活用水及铁路以西高地的农田灌溉用水。

灌区内的机井主要供人畜饮用及零星菜地的灌溉，除特殊情况外，不用来灌溉大田。

灌区开发以灌溉为主，同时解决涝渍问题；对于盐渍化土壤采取排水改良措施，不考虑冲洗改良。

表1-1 冬小麦各生育阶段计划湿润层深度及需水模系数
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第三节灌溉排水设计依据的资料
(1)典型年（中早年）冬小麦灌溉制度设计资料。

冬小麦生育期从10月1日至次年6月16日。

根据试验资料分析，当冬小麦计划产量为300kg/亩时，相应的需水系数K=1.0m3/kg。

各生育阶段计划湿润层及需水模系数如表设1-1。

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24日）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，其土壤含水量按田间持水率的90%计。

设计降雨保证率采用75%，经分析设计年小麦生育期逐句有效降雨量如表1-2。

表1-2 典型年（中旱年）冬小麦生育期逐句有效降雨量(单位：mm)
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地下水利用量从偏于安全考虑，可以忽略不计。

在进行播前灌的情况下，播种时土骧含水率按田间持水率的90%计。

(2)典型年（中旱年）其它作物灌溉制度，可根据经验拟定，如表设3所示。

表1-3 典型年（中旱年）棉花、玉米的灌溉制度
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页脚内容6
页脚内容7 第四节灌水率设计资料
主要作物各次灌水的灌水延续时间大致如下（可供参考）。

小麦：播前灌10～20昼夜，拔节后灌水10～15昼夜。

棉花：苗期、花铃期灌8～12昼夜，吐絮期灌8～15昼夜。

玉米：拔节、抽穗期灌10～15昼夜，开花期灌8～13昼夜。

第五节排水模数计算资料
按地区排模经验公式计算最大排模
0.930.3332max 0.041/()Q R F m s km -=•
设计暴雨采用10年一遇最大1日暴雨147mm 。

从暴雨推求径流深R 的方法可参看[习题9-2]的附录。

按平均排除法计算地面平均排模时，耐淹历时取1昼夜。

地下排模取0. 03m 3/(s ·km 2)。

第六节田间水利用系数
η田，可取0. 95。

第二章农作物灌溉制度设计
第一节作物需水量的计算
以产量为参数的需水量系数法进行直接计算：
研究资料可知当冬小麦计划产量为300kg/亩，相应的需水系数K=1m3/kg 则得ET=KY=1×300
再根据表设1的冬小麦各生育期的需水模系数的累计值求出各生育期的需水量计算过程如下：
ET i=K i ET
幼苗期：ET1=3.5%×300=10.5 m3/亩
分蘖期：ET2=（11%-3.5%）×300=22.5 m3/亩
越冬期：ET3=（14%-11%）×300=9 m3/亩
返青期：ET4=（24%-14%）×300=30 m3/亩
拔节期：ET5=（55%-24%）×300=93 m3/亩
抽穗开花期：ET6=（68%-55%）×300=39 m3/亩
乳熟期：ET7=（86%-68%）×300=54 m3/亩
黄熟期：ET8=（100%-86%）×300=42 m3/亩
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第二节有效降雨量
由资料可知典型年（中旱年）冬小麦生育期逐句有效降雨量数据，即可按平均计算配到各个生育期。

例：幼苗期(10.1~11.5)的有效降雨量
()230/5.251010
5
.0hm m P =⨯⨯=
以此可计算其它时期的有效降雨量，计算结果见表2-1
第三节计算定额
根据资料可知灌区土壤的平均容重为1.51t/m 3，空隙率41.3%（占土体的%），田间持水率为空隙体积的75%，而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%，播前灌以前天然土壤含水率为48%。

根据旱作物灌溉制度的制定原理分别计算冬小麦播前灌水定额M 0和各生育期的灌溉定额M i ，计算过程如下：
播前灌水定额
()
41max max 43210()
10 1.510.641.3%(75%48%)1010.28/M H m hm γωω=-=⨯⨯⨯⨯-=
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各生育期灌溉定额：
)(002S k W W W P ET M ----=
其中地下水利用量从偏安全考虑，忽略不计。

则，幼苗期：ωmax =75%×41.3%×90%=27.88% ωs =75%×41.3%×94%=26.17%
()
2
34002/0%)]17.26%88.27(6.051.110[05.2155.10)
(hm m W W W P ET M S k =-⨯⨯⨯---⨯=----= 表2-1 各生育期的灌溉定额计算表
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页脚内容12
第四节灌水率
根据公式ik
ik
i ik T m q 864α=
可计算各作物的各次灌水率，计算过程见表2-2、表2-3，
而灌水率图见图2-1、图2-2。

表2-2 各作物各生育期的灌水率（修改前）
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表2-3 各作物各生育期的灌水率（修改后）
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1绪论
页脚内容18
第三章灌区总体规划布置
一、灌区总体规划布置原则
(1)对于平原区灌区的干、支渠大位于河流中、下地区的冲击平原，地势平坦开阔，耕地集中连片。

山前洪积冲积扇，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，进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、下级渠道进可能垂直，斗、弄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。

二、总体规划设计指标
1 政策法规
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《中国人民共和国水法》
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 灌区总体规划布置
M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，均为防渗衬砌渠。

灌水是，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1万亩；A3、A4皆是1.75万亩；A5、A6皆是2.25万亩典型支渠为六支渠，支渠上有4条斗渠，每条斗渠上有4条农渠，两斗渠之间的间距为1000，农渠的间距300m，长500m。

斗、农渠实行轮灌，斗、农渠各分两个轮灌组。

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干渠渠线高程见下表：
干渠渠线高程表
第四章灌溉渠道流量的计算
页脚内容21
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一、计算农渠的设计流量
Q 6支田净=A 六支×q 设=2.25×0.26=0.585m 3/s
现假设斗渠，农渠分两组轮灌，同时工作的斗渠有2条，同时工作的农渠有2条，所以农渠的田间净流量为：
）（支田净农田净s /m 15.02
×2585
.0361==⨯=
k n Q Q
而ηf =0.95，则农渠的净流量为：
)/(15.095
.014625
.03f
1
1s m Q Q ===
η农田净农净
又因为A=1.9，m=0.4 则：
02.41539
.01009
.1Q A
4.0m 1
1=⨯==
农净农σ 所以：
)
/(16.0100/5.00161.4114625.0100
/L 1Q 311s m Q =⨯+⨯=+=）（）（农农农净农毛σ
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二、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，所以斗渠的净流量等于2条农渠的毛流量之和。

Q 斗净1=2×0.157=0.314（m 3/s)
农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。

但是，第二轮轮灌距斗渠进水口较远，输水损失水量较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此，以第二轮轮灌灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。

斗渠的平均长度为L 斗
=0.5km 。

斗渠每公里输水损失系数为：
02.3314
.09
.1Q A
4.0m
1
===
斗净斗σ
所以：
)
/(32.0100/7.002.31314.0100/L 1Q 3s m Q =⨯+⨯=+=）（）
（斗斗斗净斗毛σ
三、计算六支渠的设计流量
斗渠也是分组轮灌，以第二轮灌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=1.5km 。

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Q 支净=2×Q 斗毛=2×0.32=0.64（m 3/s)
则：
27.264
.09.1Q A 4
.0m ===支净支
σ
3
Q 1L /1000.641 2.27 3.1/1000.69(/)
Q m s σ=+=⨯+⨯=支毛支净支支（）
（）
四、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=0.585/0.687=0.85 Q 支毛=A ×q/η六支 Q 一支毛=1×0.26/0.852=0.31m ³/s Q 二支毛=1×0.26/0.852=0.31m ³/s Q 三支毛=1.75×0.26/0.852=0.53m ³/s Q 四支毛=1.75×0.26/0.852=0.53m ³/s Q 五支毛=1×0.26/0.852=0.69m ³/s
CD段的设计流量
Q CD
净=Q
五支毛
+Q
六支毛
=0.69×2=1.54m³/s
σCD=A/(Q CD净0.4）=1.9/（1.540.4）=1.6
Q
损
=Q CD净×σCD×L CD/100=1.54×1.6×6/100=0.15m³/s
Q CD
毛=Q CD
净
+Q
损
=1.54+0.15=1.69m³/s
BC段的设计流量
Q BC
净=Q
三支毛
+Q
四支毛
+Q CD毛=0.54×2+1.69=2.74m³/s
σCD=A/(Q BC净0.4）=1.9/（2.740.4）=1.27
Q
损
=Q BC净×σBC×L BC/100=2.74×1.27×6/100=0.21m³/s
Q BC
毛=Q BC
净
+Q
损
=2.74+0.21=2.96m³/s
AB段的设计流量
Q AB
净=Q
一支毛
+Q
二支毛
+Q BC毛=0.31×2+2.96=3.58m³/s
σAB=A/(Q AB净0.4）=1.9/（3.580.4）=1.14
页脚内容25
Q
损
=Q AB净×σAB×L AB/100=3.58×1.14×6/100=0.24m³/s
Q AB
毛=Q AB
净
+Q
损
=3.58+0.24=3.82m³/s
五、渠道最小流量的计算
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，由上述方法计得：对于同一条渠道，其设计流量Q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 minCD=1.05m³/s
Q minBC=1.46m³/s
Q minAB=1.77m³/s
此处Q minAB/Q AB=0.463，满足要求。

六、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百分数。

因为设计流量在1m³/s～5m³/s内，取加大百分数为25%。

所以：
Q maxCD=1.69×0.25=2.11m³/s
页脚内容26
Q maxBC=2.96×0.25=3.70m³/s
Q maxAB=3.82×0.25=4.77m³/s
综合数据得出干渠各段设计流量表：
第五章干渠的横断面设计
初定渠道形状为梯形，渠道防渗衬砌采用混凝土衬砌，边坡m=1，糙率n=0.014；底宽b=2m,（0+000～6+000）段坡降取i=1/500，（6+000～12+000和12+000-18+000）两段坡降都取i=1/2500。

页脚内容27
1绪 论
页脚内容28
由Ri AC Q 可得渠道的断面面积，计算过程见下表。

运用的公式如下：
页脚内容29
查书本P79表4-17取K不冲流速系数等于0.62（中黏壤土），V
=KQ0.1=0.62×3.820.1=0.71m/s
不冲
页脚内容30
43=
18
⨯
=
s
=
.0
.
C
84
m
v/
R
51
.0
不淤
82
.6/
.3
/=
=
10
=
s
.0
A
m
v/
63
Q
设计
/
.0
63
71
=
/
>
=
>
.0=
51
s
.0
m
s
m
v
v
v/
m
s
流速满足条件，该断面横断面图见横断面设计图。

不淤
设
不冲
页脚内容31
查书本P79表4-17取K不冲流速系数等于0.62（中黏壤土），V
=KQ0.1=0.62×2.960.1=0.69m/s
不冲
页脚内容32
42=
47
⨯
=
s
=
.0
.
C
76
m
v/
R
49
.0
不淤
96
.5/
.2
/=
=
05
=
s
.0
A
m
v/
59
Q
设计
/
.0
59
69
=
/
>
=
>
.0=
49
s
.0
m
s
m
v
v
v/
m
s
流速满足条件，该断面横断面图见横断面设计图。

不淤
设
不冲
页脚内容33
页脚内容34
=KQ0.1=0.62×1.690.1=0.65m/s
查书本P79表4-17取K不冲流速系数等于0.62（中黏壤土），V
不冲
.
93
40=
=
61
=
⨯
.0
R
s
C
m
v/
.0
44
不淤
69
.3/
=
35
=
/=
.1
m
5.0
A
s
Q
v/
设计
/
.0
50
65
>
=
/
=
>
.0=
44
s
.0
m
s
m
v
v
v/
m
s
流速满足条件，该断面横断面图见横断面设计图。

不淤
设
不冲
页脚内容35
由各段干渠水深试算表得到了各段的正常水深、最小水深、最大水深，再根据
/4+0.2
堤顶超高公式：△h=H
加大
+0.3
堤顶宽公式：D=H
加大
算出各段断面的堤顶超高和堤顶宽，具体数值请见下表。

干渠各段断面尺寸表
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第六章渠道纵断面设计
页脚内容37
1绪论
渠道纵断面设计见纵断面设计图。

页脚内容38。