实验三--灌溉渠道工程断面设计

实验三灌溉渠道工程断面设计实验目的

随着科学技术的飞速发展，现代农田水利建设的设计要求科学、规范、合理。工程设计的优劣，直接关系到工程质量、投资、效益。为了更好的实现玉米灌溉节水的利益最大化，我们将合理的设计灌溉渠道。

实验内容

1.设计任务：

（1）根据已知条件确定：渠道设计流量及加大流量。

（2）根据上述设计流量进行渠道水力计算，渠道断面型式按梯形设计，确定渠道断面尺寸（干渠），已知：干渠要求渠水深h=1.6米，渠道沿线土质为粘壤土，渠道平顺，养护一般。

（3）根据渠道系统的布置图，干渠比1/1000，支渠1/1000，高程单位：m，渠道长度单位：m。

2.如何设计

一、确定灌溉面积，求出灌溉净流量

灌溉面积的确定，是渠道设计的首要条件，确定了灌溉面积，掌握这块面积上灌水定额（指单位灌溉面积上，一次灌水的水量），灌水历时，求得某一时期渠道应通过的净流量。

根据公式：

Q净=( m×s)/(3600×T×t)=(666.7×s×h)/(3600×T×t) （立方米/秒）

求出Q净。

式中：m—灌水定额（立方米/秒）

S—灌溉面积（亩）

T—灌水天数

T—每天灌水的小时数

h—灌水层厚度(米)

二、渠道测量、．

渠道测量的主要内容是：踏勘选线、中线测量、纵横断面测量。

1、踏勘选线

踏勘选线的任务，是根据水利工程规划所定的渠线方向，引水高程和灌溉面高程，在实地确定一条既经济又合理的渠道中线位置。沿所定渠道方向布设四等水准路线，进行四等水准测量，每隔1—2km左右设置一个水准点，点位靠近渠道，既要便于日后用来测定渠道高程，又要能够长期保存而不会因施工而遭到破坏。2、中线测量

渠道中线测量的任务主要是在渠道起迄点间进行定线，测定渠线度，用一系列的里程桩标定渠线经过的位置。

从渠道起点开始，朝着终点或转折点方向用花杆和皮卷尺进行定线和量距。按照规定间距（一般50m或100m）打桩标定中线位置，用水准测量测定一下桩位高程，看渠线位置是否偏低或偏高。根据公式：

ＨＡ＝（Ｈ进＋h）-iＤ确定桩位高程。

式中：HA—A点高程

H进—渠道进水底板高程

H—设计渠深（包括水深和安全超高）

i—设计比降，i=h/d=tga

D—A高渠首距离。

3、纵横断面测量

渠道纵横断面测量的目的，是为了了解渠道沿线一定宽度范围内的起伏情况，为渠道设计、施工提供基本资料。

（一）纵断面测量

纵断面测量的任务就是用水准测量的方法测量渠道中线各里程桩和加桩的

地面高程。进行纵断面水准测量时，应利用渠道沿线布置的水准点，将渠线分成许多段，每段分别与邻近两端的水准点组成附合水准路线，然后，从首段开始，逐段进行施测，附和水准路线的长度应不超过2km，高程闭合差应不大于

±40√Lmm(L 为附和路线长，以km计)；闭合差不用调整，但超限时必须反工。；观测和记录应按桩号顺150m在每一个测站上，标尺至水准仪的距离应不超过．序进行，先读取后视转点读数，再依次读取各视点读数，最后读取前视转点读数（转点桩位地面可放置尺垫），采用视线高法计算各点的高程。转点读数和高程计算取至毫米，间视读数和高程计算取至厘米。

（二）横断面测量

横断面测量的任务，是在里程桩和加桩位置上测定垂直于渠线方向的各坡度

变化点对桩位地面的平距和高差。

进行横断面测量，须先用目估法或十字架定与渠线垂直的断面方向，然后从里程桩或加桩起，用两根华杆在此方向按平置法测量相邻两地面点间的平距和高差。高差和平距都取至分米。

三、渠道设计

1、渠道的设计流量

渠道过水断面尺寸的大小，主要决定于要求通过的设计流量的大小。渠道的

流量是根据每条渠道控制的灌溉面积决定的。

根据灌溉面积所求出的净流量，考虑到渠系有效利用系数ηc，常取

0.6—0.85。求出设计流量为：

Q设计=Q净/ ηc（立方米/秒）

2、渠道横断面设计

渠道设计流量确定后，需要进一步解决的问题是根据设计流量，通过水力计算，设计出经济合理的渠道断面。

（一）渠道的水力计算

渠道的水力计算用明渠匀流公式进行的。渠道水力计算的任务主要是解决渠道的过水能力问题，即设计渠道的断面尺寸，以保证通过所需的流量，或校核渠道是否满足输水流量要求等。

根据公式：Q=W×V

式中：Q—流量以立方米/秒计；

W—过水断面积以平方米计；

V—水流在断面中的平均流速以米/秒计。

已知设计流量，要进行断面设计，关键在于确定渠道水流的流速。渠道水流的有关，纵坡大，流速快，反之，则慢。对于明渠均匀流的流I与渠道纵坡V速度．速V可用公式计算：

V=C√R×i

式中：c—谢才系数，它与水力半径R和糙率n有关，

可由下式计算： C=1/n×R1/6

式中：n—糙率

R—水力半径

水力半径由过水断面W和湿周X（过水边界的周长）两个因素组成。若过水

断面相同，湿周小的渠道，对水流的阻力小，流速大，过水能力亦大；反之，则阻力大，流速小，过水能力小。即

R=W/X

式中：W—过不断面

X—湿周

根据上述情况，渠道流量Q计算公式韦： Q=W×V=W×C√R×i

(二)计算参数的选用

渠道纵坡i,边坡系数m,糙率n宽深比a=b/h和渠道允许的不冲不淤流速统

称计算参数。参数选用得是否合理，直接关系到工程量的安全和稳定。

（1）渠道比降的选择

渠道的作用是输水，而水是由高出向低处流动的。因此，渠道底部必须有一

定的倾斜度，这个倾斜度称渠道的比降（或称纵坡）常用i字母表示，即

i=h/d=tga

式中：i—比降

H—渠道两端点的高差；

d—两端点的水平距离。

选择比降时考虑几个问题：第一、比降应尽量接近地面坡度，避免挖、填方

过大；第二、当水流中含有泥沙时，应选用适宜比降，使水流挟带泥沙，避免淤积渠道；第三、流量大时，比降应较缓。

2）渠床糙率n的选择

渠道糙率n值是反映渠床表面粗糙程度的，当n值愈大，表面愈粗糙；反之，则光滑。．

（3）渠道断面宽深比（a=b/h）选择

渠道的断面形式是窄深式还是宽浅式，直接关系到工程量的大小，施工的难

易和渠道断面的稳定。按渠道水力最优断面的宽深比进行渠道断面设计，石方量和衬砌工程量最小。

若己知渠道边坡系数m后，由下表查得相应的a最优值。

m 0 0.1 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0

a 2.00 1.81 1.56 1.24 1.00 0.83 0.70 0.61 0.53 0.47

在选用宽深比时，除考虑节省工程量的问题外，还应考虑渠道的断面稳定。

根据经验，当流量Q=1—3m3/s时，a=1—3.

（4）渠道允许的不冲不淤流速

在渠道设计中，必须使设计流速在不冲不淤流速之间。即 V不冲＞V设计＞V不淤

不冲流速值选用参见陕西省水利学校出版《水力学》书中表6—7。 V不淤和渠水中含沙量的大小、泥沙颗粒性质及组成有关。为了防止渠道中滋

生杂草减少过水能力，渠道的设计最小流速，一般不得小于0。4—0。6m/s.对清水渠道，最小流速可以允许降低到0。2 m/s。