灌溉渠道系统规划设计

灌溉渠道系统规划设计
第一节灌溉渠道系统规划布置
一、任务
1、供水、引水、配水
要求：对水源供水状况进行调节
对水位、水量有控制，调节能力
控制流速，使渠道达到防冲，防淤
二、系统分类
1、组成：1）水源和引水部分：
水源：水库、湖泊、河流、井、泵
建筑物：要求有调节、控制能力（闸、坝、抽水站）
2）输水配水系统：
把渠道分为五个等级：总干渠、干渠、支渠、斗渠、农渠，
其中，总干渠、干渠、支渠输水；斗渠、农渠配水。

3）田间渠道系统：农渠、毛渠、灌水畦[qí]
通常是：干、支、斗、农、毛。

大的有总干渠，较小的有灌水畦
4）排水泄水系统：干、支、斗、农、毛沟
2、分类：从结构上分：明渠、暗渠
按建筑材料分：土渠、砖石砌渠、砼渠、水泥管
按开挖方式分：挖方渠道、填方渠道
三、渠道系统布置
1、布置原则：总的来说，要求投资少、效益大、渠线尽可能小，输水速度快、
沿线地质无严重渗漏或坍塌现象
2、平原布置为例，说明其布局原则，见教材
3、布置：田间渠道系统一般为沟、路、渠相邻或相间布置。

第二节渠道系统设计流量的确定
渠道设计流量是渠道所控制灌溉范围内农作物的灌溉净流量和渠道损失流量之和，即：
Q设＝Q净+Q损
一、渠道净流量
1、Q 净 = q 次大 A （立方米/秒）
q 次大 ：灌区次大灌水率 （米3/秒/万亩）， A ：灌溉面积（万亩）
2 、Q 净= m1A1 + m2A2 +…/ 86400t （立方米/秒）
或： 式中：M 综—综合灌溉定额（米3/亩）， T —作物允许灌水延续天数。

二、渠道损失流量
四、渠道的加大流量和渠道的最小流量
1、加大流量：当灌溉区的灌溉面积扩大或出现特大干旱或上游渠道出现失事情况
Q 加大=Q 设(1~1.3)
2、渠道最小流量：当灌溉区某一种作物需灌溉或某一支渠需灌溉 Q 最小=0.4Q 设
渠道一般都应考虑设计流量、加大流量和最小流量 第三节 渠道纵横断面设计 一、渠道横断面的设计
100
净
损Q L Q ⨯⨯=
σ （米3/秒）
L ：渠道长度
σ：每公里长渠道渗水损失占所通过净流量的百分比，根据土壤性质确定
m
Q D
净
＝
σ (σ、D 、m 值见教材) 2、通过测定损失直接确定渠道设计流量 设
净＝
Q Q η
三、渠道设计流量
损净设＝Q Q Q + (大型) 或：η
净
设＝
Q Q (中小型)
t
86400⋅⋅A M Q 综
净
＝
T i i i 64.8m q ⋅α＝
(一) 断面形状
1、按几何形状和材料分为：梯形(大多数土渠)、矩形(砼渠、石渠)、半圆形(砼渠)
2、按开挖宽深比：窄深式：挖方省、占地少、渗漏小、但渠床不稳，施工不便
宽浅式：渠床稳定，施工容易，水流稳定但占地多。

3、按断面方式分为：单式断面、复式断面
4、按渠道填挖数量分 ：填方渠道、挖方渠道 （二）渠道横断面设计 1、断面组成： 以梯形渠道为例
m ：为渠道边坡系数； 纵坡比降i
渠堤宽度：渠道堤顶宽度可依据流量及渠岸高度的大小或交通要求而定 渠道安全超高：超高设计水位与堤顶高之间的高差 边坡系数见表4-3；
比降范围：干支渠：1/500～1/2500;
斗 渠：1/200～1/1500; 引 渠：按地形和流量确定。

2、渠道水力计算
明渠均匀流：指渠道断面形状、尺寸、渠底坡降、糙率都沿水流方向不变，则
任一断面的水深 h 0 ，流速v ，流速分布都不变，此种水流流 态称明渠均匀流。

一般渠道为人工开挖，水流流态为明渠均匀流。

明渠均匀流计算公式：
式中：ω —过水横断面积 m 2，梯形ω＝（b+mh ）h ，矩形 ω＝bh （m 2） C —流速系数 I —纵坡渠道坡降 v —流速 米/秒
21
32n 1
i R i R C Q ⋅⋅=⋅⋅=ωω （米3/秒）
(V t
L t V Q ⋅=⋅==
ωω)
3、最优水力断面 2
13
2i
R
h i R C
Q ⋅⋅⋅=⋅⋅=ωω
当ω，i ，n 不变，希望Qmax ，则Rmax ；而X
R ω
=，要使水力半径R 最大 ，则有湿周
Xmin 。

∵
212m h b X ++=（以梯形渠道为例），b 可以通过公式h mh b )(+=ω，有mh h
b -=
ω。

代入上式得212m h mh h
X +⋅+-=
ω
，取极值
2212m m h
dh dx +⋅+--=ω
，并令
0dh
dx
＝；将h mh b )(+=ω代入上式，整理得： 0m 12-m h mh
b 2=+++，进一步整理，
得：
)1(22m m h
b
-+= 所以，最优水力断面宽深比：)1(22m m h
b
-+==α，或)1(2h b 2m m -+=，对于矩形渠道2
h X
R =
=
ω
X
W R =
X ——湿周 矩形：h b X 2+= 梯形：
212m h b X ++=
n 和R 均反映渠道过水能力的大小
曼宁公式：61
1
R n C =
巴甫洛夫斯基公式：Y
R n
C 1=,
其中当R ＜1米时，Y ＝1.5n ；当R ＞1米时，Y ＝1.3n 。

n ——粗糙系数，反映渠道护面材料粗糙程度
R ——水力半径
三、渠道横断面设计 （一）设计类型 1、渠道已建成
已知：b ，h ，m ，i ，n ，求渠道通过的流量
2、求渠道通过建筑物时，改变纵坡，减少过水断面积时，校核纵坡i 如渡槽等
3、已知Q ，m ，i ，n ，求b ，h ，主要设计类型
（二）采用试算法求渠道的横断面
已知：Q ＝3m 3/s ，m ＝1.5，n ＝0.025（±渠），i ＝1/1000 求：b ，h
假定：b ＝1m ，设h ＝1m
h mh b W )(+=＝2.5 m 2 212m h b X ++=＝4.8 m
X W R =＝0.52，将有关参数代入61
1
R n
C =或查表得
4、渠道不冲不淤流速 不冲流速：1
.0KQ
V =
不淤流速：R C V 1=
C 1——与土壤有关得系数
Ri
C Q ω=
四、渠道纵断面设计 (一)设计内容
1、图上选线(地形图) 根据灌区地形图。

在图上选线，即确定其走向和纵坡 原则：确定走向：一般是和等高线平行
确定纵坡：根据等高线走向、土质情况、灌溉要求、水的流量综合确定 2、确定渠系建筑物类型、数量
如渠水遇道路，不管是从路上走还是路下走都要修建筑物
3、按渠线(纵断面中心线)确定各桩点的渠底高程、渠顶高程、水位高程 水位高程 – h = 渠底高程 h ：设计水深 水位高程 + a = 渠顶高程 a ：渠道水位超高 重点是确定渠道纵断面水位高程 (二)各分水口水位高程的推算 B 分 = A0 + h +∑li + ∑Φ 其中：B 分 ：分水口水位高程
（三）图解法
根据i R C Q ⋅⋅=ω 令R C K ⋅=ω,得i K Q =，i
Q K =
=
94.91000
13=
然后查图，得出相同结果但精度没有试算法高。

图见教材 （四）查表法（小型渠道）见教材
61
1
R n
C =＝35.82
i ⋅⋅R C Q ω＝=2.5×38.5232.210000.52
〈=，重新修订h ，重复上述步骤。

进行试算（三次确定后，可在坐标纸上绘图Q ～f （h ），根据Q 确定h ） 求得h ＝1.19
流速校核 V 不淤=0.25m/s ＜ω
Q
V =
=0.726m/s ＜V 不冲=0.8m/s （满足要求） 渠深=设计水深+安全高=1.19+0.41=1.6米 （一般要求安全高大于0.2米） 加大流量校核 经计算水深不超堤顶高＜1.6米
A0：典型点地面高程，一般为灌区最远较高点的地面高程
h：要求的灌溉水渠，一般为0.15～0.2米
∑li：表示各级渠道的长度和坡降
∑Φ：通过渠系建筑物水位降（水头损失）
举例说明（见教材）
(三)讨论
1、选择典型点，要求代表性高，一般最远、较高，90%达到自流灌溉，个别的地段采用提水灌溉。

若全部为自流灌溉则大多数为填方渠道，不稳定，占地较大。

2、各级渠道的联接
上游渠道：支渠略高于干渠渠底
中游渠道：支渠和干渠，渠底平齐
下游渠道：支渠略低于干渠渠底
这样才配水均匀
3、建筑物布置，建筑物会产生局部水头损失，尽量少布置，但必不可少
五、渠道纵横断面设计整理
(一)文字、数据整理
1、规划设计说明书
概况：地理位置、行政区划、人口、灌溉面积、水源情况、灌溉设计保证率等。

选线、建筑物布置选型
渠道横断面设计：应有设计计算依据和计算过程、结论。

渠道纵断面设计：同样应有设计计算依据和计算过程、结论。

设计成果说明
工程量计算：分类分项计算和统计工程量。

预算造价：按预算编制办法进行编制工程预算书。

(二)图纸
1、总体平面布置图：渠道走向，干、支、斗、农、毛渠布置，建筑物布置类型、名称、位置。

2、设计纵断面图（分段绘制）
3、设计横断面图—标准横断面：各中心桩横断面。

4、建筑物施工图（平面、立面、剖面、大样图、并附单位工程量表。

）
第四节渠系建筑物
一、概述
1、为什么要研究渠系建筑物
a、数量多、工程量大；
b、造价高、投资量大；
c、类型多、结构复杂、施工难度大。

二、分类
按作用分：控制水位和水量的建筑物---水闸
交叉建筑物：渠道与其它的一些障碍建筑物交叉的水工建筑物
—渡槽、涵管、倒虹吸
联接建筑物：干渠和支渠之间有较大落差时联接，也称落差建筑
物—跌水、陡坡
穿山建筑物：隧洞
泄洪建筑物：泄洪闸
量水建筑物：量水堰、量水槽，或用水工建筑物直接量水。

二、水闸
一)按闸的用途进行分类
进水闸：干渠渠首
分水闸：各支渠、斗渠、农渠的渠首
节制闸：各级渠道分水闸闸口上一级渠道的下游分水闸口处
泄水闸：排水、泄洪闸
三、渡槽
使用条件：渠道与道路、河流、山谷等障碍物交叉而且高差大于等于5米(与河流最高洪水位)，地质条件较好，可采用渡槽直接渡水。

类型：
梁式渡槽，较常见
较大跨度时用拱式，渡槽的断面型式有：矩形、半圆形、梯形 进口尺寸(明渠均匀流)
m 3
/t
Q ：设计流量，一般已知
z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε ：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b ：渡槽的宽度 （米） h ：渡槽的过水深度 （米） φ ：流速系数 φ＝0.8～0.95
四、倒虹吸
使用条件：渠道通过障碍物且高差小于5米时用倒虹吸 型式：
1、竖井式：布置要求：进口段要有沉砂措施；上下游水位差大于0.2—0.3米；竖井中流速大于1.5米/秒；管上覆土厚度大于0.7米，若过公路则厚度大于1米。

出口段应有消能措施。

2、桥式或斜坡式：布置要求同上
任何一种倒虹吸管子下部都 有管座，防止土层不均匀沉降
3、水力计算公式：gz 2m ω＝Q （米3/秒） 式中：Q —通过倒虹吸管的流量（米3/秒） ω—倒虹吸管断面积，圆形：ω＝4
d
2
π，矩形：ω＝bh （m 2）
z —上下游水位差，z>0.2米
m —流量系数，包括局部损失和沿程损失，m 圆＝
∑+d
p 1
L
λ，
m 矩＝
∑+R
L
4p 1
λ,式中：λ—沿程阻力系数，砼管λ＝1/45，砌石管λ＝1/26，或2
g
8C ＝
λ，C —谢才系数，
Σp —进出口转弯处局部损失系数之和，直井式Σp ＝2.5，斜坡式Σp ＝1.8～2.1
gZ 2bh Q εϕ＝
五、跌水
上游建筑物和下游建筑物有一定高差，为了连接水流而设立的建筑物。

跌水：水流自跌水口流出后，呈自由抛物状态，并落入消力池
布置位置：一般布置在挖方渠道上，尽可能与分水闸、泄水闸一起整体布置。

跌水型 式：单级跌水：一般落差在3-5米
多级跌水：高差超过5米，每3米一跌
组成：进口段、消力池、出口段
如果 高差较大，土质条件很好都 是岩石，可以不作跌水，岩石修整一下，二侧做起侧墙，末端修一消力池， 即为陡坡
跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2
/30g 2H ，
式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；，
B —进口宽度（米）；m —流量系数。