《灌溉排水工程学》教学用ppt课件 第三章.ppt

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1、第三章 灌溉系统规划设计,第一节 灌区总体规划,基本任务：论证建设农田灌溉设施的可行性，确定规划原则，通过技术经济论证，选定最优规划方案，以达到重新调整当地水资源在时间和空间的分布，改善农业生产条件的目的。一、灌区总体规划的原则（1）结合实际情况，根据灌溉水源的可供水量进行灌溉工程的总体现划，力求单位水量达到最大的增产效益；（2）灌区总体布置应尽可能兼顾防洪、除涝、排渍、水电、航运和工业、城市供水等各方面的要求；（3）按投资少、效益大的原则，选定灌溉工程方案；（4）灌区总体规划应考虑涉及到的各方面的问题；（5）灌区水资源的开发利用应符合全流域水利规划和保护生态环境原则。,二、灌区总体布置原则：

2、根据旱、涝、洪、渍、碱综合治理和水土资源合理利用的原则。内容：设计灌区防洪工程、布置灌排渠系、选定灌溉方式、规划灌区与居民点相关的设施并绘制灌区总体布置图。1、灌区防洪农田基本建设必须以确保灌区防洪安全为前提，灌区应按照蓄泄兼顾和因地制宜的原则，做好防洪工程设计，并将防洪工程纳入灌区的总体布置。2、灌排渠系布置灌溉和排水两者的布置应协调一致，满足灌和排的要求，有效地控制地下水位，防止土壤盐碱化或沼泽化。,3、灌溉方式灌溉方式的确定：根据作物组成、地形、土壤、水源等条件，结合灌区分区和土壤改良区划，经分析论证后确定。4、灌区道路、林带与居民点的规划布置道路：应尽量与灌排系统的布置相协调。林带：应

3、充分利用渠、沟外坡、塘边、路旁的空地结合防风、防沙种植树木。居民点：应尽量少占耕地，以原有的自然村进行改建。输电线路和通信线路应进行专项设计。 灌区的总体布置，根据当地具体条件和要求，从充分发挥水资源的综合效益和改善生态环境出发，发展城乡供水、航运、水面养殖、水力发电、旅游等。,三、水土资源平衡及环境影响与经济评价1、水土资源平衡灌区水土资源平衡分析，应根据水资源评价成果、土地利用结构、作物种植结构、灌溉制度、灌溉用水量、灌区内城乡和工矿企业用水量等进行综合分析和方案比较，并以此确定灌排工程规模。2、环境影响评价从环境角度论证灌排工程建设的可行性，并对可能产生的不利影响提出相应的对策及环境保护

4、措施。 3、经济评价,国民经济评价财务评价,评价工程的合理性,评价工程项目财务可行性,经济评价,四、灌溉设计标准灌溉设计标准一般以灌溉设计保证率或抗旱天数表示。1、灌溉设计保证率P灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充分满足的机率。采用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率表示，它综合反映了水源供水和灌区用水两方面的情况。即：,灌溉设计保证率的选定，将影响工程建筑物的规模、灌溉面积、工程建设的投资。其选取太高或过低都是不太经济的，应选定一个经济效益最优的保证率作为设计标准。 一般灌溉工程是根据当地水文条件和作物种植状况选用灌溉设计保证率。,2、抗旱天数抗旱天数是指农

5、作物生长期间遇到连续干旱时，灌溉设施能确保用水要求的天数。其反映了灌溉工程的抗旱能力。抗旱天数的两种统计方法：连续无雨日数，即雨量小于2mm或3mm的天数；连续无透雨日数，即两次透雨的间隔天数。确定抗旱天数时应进行经济比较：抗旱天数过高，抗旱能力强，但工程规模大，投资多；抗早天数过低，工程规模小，投资少，农作物易受旱灾。合适的抗旱天数，要根据当地水资源条件、作物种类及经济状况来确定。,第二节 灌溉水源与取水方式,灌溉水源是指天然水资源中可用于灌溉的水体。一、灌溉对水源的基本要求在选择水源时，除考虑水源的位置应尽可能靠近灌区，其地形、地质条件便于引水以外，还应考虑水源的水质、水位和水量。1、灌溉

6、对水质的要求所谓水质，主要指水的化学、物理性状，水中含有物的成分及其含量。其主要包括含沙量、含盐量及水温等。灌溉水应符合作物生长和发育的要求。还要兼顾人畜饮用以及鱼类生长的要求。（1）灌溉水的泥沙。灌溉对水中泥沙的要求主要指泥沙的数量和组成。,粒径大于0.1mm，其不含有任何养分，而且极易沉淀淤积在渠道中，故不允许引进渠道和送入田间。粒径0.0050.1mm的泥沙，粒径较大，可减轻土壤的粘性，改良土壤结构，但肥分价值不高，可少量引入田间。粒径小于0.005mm的泥沙，常具有一定的肥分，是很好的肥源，应适量输入田间。但若引入田间过多，大量淤积就可能会减弱土壤的透水性和通气状况。引入灌溉渠道的河水

7、含沙量不应大于渠道的输沙能力。避免渠道淤沙的措施：控制灌溉水的含沙量； 合理设计引水口；设置沉沙池； 适当加大引水渠道坡降。汛期引洪淤灌，将肥沃的浑水引入田间，改造土壤。,(2)灌溉水的盐类。主要是从含盐量和有害盐类的含量两方面来考虑。灌溉水中可溶性盐类的总含量称矿化度。矿化度5g/L的水，一般不宜灌溉。允许矿化度的高低与土壤状况、盐类成分和农业技术及灌水方法有关。灌溉水中无害盐类的含量不应超过允许的浓度，更不可含对作物有害的盐类。以钠盐危害最大。,含量严格限制,含量限制较宽,干涸的湖泊地面覆盖了一层白色的盐碱,1、眉山芒硝水灌溉返硝2、露天堆放的芒硝矿渣3、矿渣水流过的农田,1,3,2,(3

8、)灌溉水中的有害物质含量。污水中含的有毒无机物，有的可直接使作物或牲畜、鱼类中毒；有的可经过食物链的生物放大作用，造成慢性累积中毒。污水中含有的有机化合物在微生物的作用下最终分解成简单的无机物质。其消耗氧的数量称为生物化学需氧量，水中溶解氧的含量是一定的。水中有机化合物过多，势必造成缺氧以致脱氧，用于灌溉就会对作物生长以至鱼类的正常生活产生不良影响。适宜的灌溉水质对有机物的含量有一定限制。灌溉回归水在流返河流过程中淋溶了一定数量的可溶性盐类、化肥和农药，使水的矿化度提高，可根据具体含量直接使用、掺混好水使用或净化后使用。(4)灌溉水的温度灌溉水的要求GB508492农田灌溉水质标准。,2、灌溉

9、对水源的要求水位：要求：应保证灌溉所需要的控制高程；自然现状：水源水位通常较低；解决办法：修建水库、拦水坝、抽水站来提高水位。水量：要求：满足不同时期的用水需求；自然现状：未经调蓄的水源与灌溉用水经常不协调；解决办法：修建水库、拦水坝以调蓄自然水流；采用节水灌溉技术，以变动灌溉对水源水量提出的要求。,二、灌溉取水方式1、河流水源的取水：天然河道的水位、流量和含沙量等随时间变化大，难以满足农田灌溉的需求。故必须修建用以调节水源状况的的综合取水建筑物，即取水枢纽。取水枢纽位于灌溉渠道的首部，故又称渠首工程。,水源决定不同灌溉取水方式,山区丘陵地区：修建塘坝、水库蓄水,各个地区：打井取水,有河流地区

10、,无坝取水有坝取水抽水取水水库取水,（1）无坝取水：灌区附近的河流水源丰富，河道枯水期的水位和流量均能满足灌溉要求时，可在河岸上选择适宜的地点作为取水口，修建取水建筑物，从河流侧面引水。优点：工程简单、投资省、施工易、工期短、收效快；缺点：不能控制河道水位，常受河水涨落、泥沙运动以及河床变迁等的影响。无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。设在河岸坚固、河床较稳定、河流弯道的凹岸。取水口宜设在凹岸中点的偏下游处，其距离弯道凹岸顶点的距离为,式中：L 为引水口至弯道段凹岸顶点的距离(弧长，m)；K为系数，K0.61.0，一般取0.8；B为弯道水面宽度(m

11、)；R为弯道段河槽中心线的曲率半径(m)。,河槽主流在凹岸；弯道处横向环流使其表层为清流；避开凹岸水流顶冲取水口。,无坝取水口布置平面图,横向环流：,引水角，即引水渠轴线与河道水流所形成的夹角，应为锐角，通常采用3045 。若灌区位置及地形条件限制，无法把渠首布置在凹岸而必须放在凸岸时，可把渠首放在凸岸中点的偏上游处。,无坝渠首的组 成,进水闸：控制入渠流量,冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙,导流堤：平时导流引水、防沙，枯水期截断水流,都江堰全景图,（2）有坝取水：当河流水源较丰富，而水位较低，不能满足引水灌溉要求时，在河床上修拦河坝(又称壅水坝、溢流坝或滚水坝)，抬高水位，以便自流引水灌溉。

12、这种引水方式叫有坝(或低坝)取水，所建工程称有坝渠首。,拦水坝,优点：引水口距灌区较近，缩短了干渠长度；缺点：增加了拦河坝(闸)工程；无坝渠首位置的选择： 一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。,有坝取水的组成,拦河坝：壅水、泄水双重作用,进水闸：控制入渠流量，闸底高程比河床高0.51.0m,冲沙闸：冲刷留在闸前的淤泥、砂石到下游河道，闸底高程比进水闸闸底低0.51.0m，比下游河床高。,其他功能性建筑物：船闸、鱼道、电站等。,有坝渠首的布置形式根据对泥沙处理的不同，有如下两种：,正面排沙、侧面引水优点：布置和构造简单 施工方便，造价低 缺点：防沙效果差,正面引水、侧面

13、排沙 优点：防沙效果好,（3）抽水取水：河流水量丰富，但灌区位置较高，修建自流引水工程困难或不经济时，可采取抽水取水方式。优点：干渠工程量小；缺点：增加了机电设备和管理费用。（4）水库取水：当河流来水与灌溉用水不相适应，其流量、水位均不能满足灌溉要求，必须在河流的适当地点修建水库进行径流调节，以解决来水和用水间的矛盾。实现途径：修建大坝，用来蓄水、提高水位。优点：能充分利用河流资源；缺点：工程量大，有库区淹没。 上述几种取水方式，即可单独使用，也能综合地使用多种取水方式，引取多种水源，形成蓄、引、提相结合的灌溉系统。,2、地下水的利用：埋藏在地面下的地层空隙中的重力水，统称为地下水。优点：地下

14、水取用方便，可就地开采利用，无需渠道，投资少，收效快；在地下水位较高的地区，抽取地下水还可以降低地下水位，防治土壤沼泽化与盐碱化。缺点：地下水埋藏较深时，不易勘测；出水量往往不太稳定而且较小，有的矿化度比较高。适用：干旱、半干旱地区。,根据埋藏条件和开采方式，地下水的开发利用与取水建筑物大致可分为垂直取水、水平取水、双向取水建筑物及引泉工程四大类：（1）垂直取水建筑物：垂直钻取地下水的各种类型的井。依井径大小与结构不同，可分为管井和筒井。,井水利用,1）管井：井径小、深度大，一般采用机械提水，又称机井。结构：把井壁管和滤水管连接起来，垂直安装在已打成的井孔中，井壁管安装在隔水层部位和不拟开采的

15、含水层高度范围，滤水管安装在开采的含水层高度范围，管井最下部为沉淀管（沉淀流入井中的泥沙）。在取水的含水层段，井管与井孔的环状间隙中，填入经过筛选的砾石（滤水阻沙）；在填砾石顶部的隔水层或不开采的含水层段，用粘土球止水（防止水质不好的水渗入到井内以破坏水源）。,2）筒井：直径大、形似圆筒的井。优点：结构简单、施工容易、可就地取材；缺点：开采深度不大。筒井由3部分组成：井台：筒井的地上部分，保护井身、安放水泵和生产管理的作用；井筒：含水层以上的部分，视当地岩层的坚固程度，部分或全部予以衬砌加固；进水部分：埋藏在含水层高度范围的部分，又称水筒。地下水通过井壁进入井中。,2007年四川春旱。在四川省

16、中江县春笋村，村民正在打井。这口井已打了3个月，8米多深，仍无法取水。,（2）水平取水建筑物：水平截取地下水的建筑物，如坎儿井和截潜流工程。缺点：只能开采较浅的和能自流引出地面的潜水或层间水。1）坎儿井：开挖水平廊道截取潜流，称取水廊道为坎儿井。其由3部分组成：竖井：是廊道开挖的工作井，用以出土和通风；地下廊道：是截取地下潜流和输水的通道；明渠：输送水到田间。,2)截潜流工程。在间歇河流或干涸断流但有较丰富的潜流的地区、山前溢出带附近潜流集中处，如果地形和坡度适宜，可在河床中修筑截水墙拦截地下水潜流。这种截流的建筑物统称为截潜流工程。,截潜流工程,（3）双向(联合)取水建筑物：主要为垂直取水和

17、水平取水两种型式相结合的取水建筑物，如辐射井。,（4）引泉工程：据泉水出露的特点，引取泉水的建筑物。如泉水的水质和流量合适，就可用于灌溉。,辐射井 ：在大口井的动水位以下，穿透井壁，辐射状地在四周含水层中加钻若干个水平孔的井。由垂直的集水井和辐射状分布的辐射管两部分组成。集水井用于开凿辐射管、汇集辐射管来水和安装水泵。辐射管沿井筒周长均匀分布，其作用在于集地下水。,第三节 灌溉渠道系统规划,灌溉渠道系统是指从水源取水，通过渠道及其附属建筑物输、配水，经由田间工程进行农田灌水的工程系统。其包括灌溉渠道系统和排水沟道系统。,因此一般的灌溉渠道系统，就是灌溉排水系统。,灌溉系统,灌溉系统,排水系统,

18、一、灌溉渠道系统组成灌溉渠道系统一般由输配水渠道系统、田间工程、渠系建筑物，以及退、泄水渠道等4部分组成。1、输配水渠道系统灌溉渠道通常分为干渠、支渠、斗渠、农渠4级固定渠道（即可多年使用的永久性渠道）。排水沟道通常包括干沟、支沟、斗沟、农沟4级固定沟道。干渠、支渠主要起输水作用，称为输水渠道。斗渠、农渠主要起配水作用，称为配水渠道。 2、田间工程末级固定渠道（即农渠）与末级固定沟道（农沟）控制范围内的临时性或永久性灌排设施、田间道路以及土地平整等统称为田间工程。,3、 渠系建筑物渠系建筑物包括分水闸、节制闸、泄洪闸、渡槽、倒虹吸管、跌水、陡坡、农桥、涵洞及量水建筑物等，担负输送和分配水量、控

19、制渠道水位、量测渠道过水流量、渲泄灌区多余水量以及便利交道等任务。,（1）分水闸：建在上级渠道向下级渠道分水的地方。其作用是控制和调节向下级渠道的配水流量。,（2）节制闸节制闸垂直渠道中心线布置。其作用是根据需抬高上游渠道的水位或阻止渠水继续流向下游。下列情况下需要设置节制闸：在下级渠道中，个别渠道进水口处的设计水位和渠底高程较高，当上级渠道的工作流量小于设计流量时，就在分水口设一节制闸，以壅高上游水位。下级渠道实行轮灌，在轮灌组分界处设置节制闸； 在泄水闸与被保护建筑物之间设节制闸。,节制闸改变水流,（3）隧洞。当引水方式采用隧洞比采用渠道线路经济时，可依据地形选择山岗单薄的地方凿洞而过。（

20、4）渡槽。渠道穿过河沟、道路时，在一定的情况下可架设渡槽，让渠道从河沟、道路的上空通过。,名山县建山渡槽,（5）倒虹吸。渠道穿过河沟、道路时，可用压力管道代替渠道，从河沟、道路下面通过，压力管道的轴线向下弯曲，形似倒虹。,（6）涵洞。渠道与道路相交，渠道水位低于路面，而且流量较小，常在公路面下面埋设平直的管道或浇注混凝土通道用于过水，叫做涵洞。,（7）桥梁。渠道与道路相交，依具体情况可在渠道上修建桥梁，满足交通要求。,（8）衔接建筑物。当渠道通过坡度较大的地段时，为了防止渠道冲刷，保持渠道的设计比降，就把渠道分成上、下两段。中间用衔接建筑物联结，这种衔接建筑物常见的有跌水和陡坡。,（9）量水建

21、筑物灌溉工程中用于控制、量测灌水量的建筑物。,4、退、泄水渠道退、泄水渠道有渠道排沙渠、中途泄水渠和渠尾退水渠，主要起调节渠道流量、保证渠道及建筑物安全的目的。,二、灌溉渠道典型布置形式渠系的布置形式取决于地形条件，大致有以下4种类型 1、山区、丘陵区灌区的干、支渠布置遵循“高水高用，低水低用”原则，采用“长藤结瓜”式灌溉系统，排水系统的布置尽可能利用天然河道与沟溪。高水高用，低水低用：山区、丘陵区地形复杂，坡度较陡，耕地分散，位置较高。干、支渠的特点是：渠道高、渠线长、弯多、深挖、高填。长藤结瓜：渠道和沿途塘坝、水库相联，形成长藤结瓜式水利系统，以增强水资源的凋节利用能力和提高灌溉工程的利用

22、率。,山区、丘陵区干渠支渠布置主要有两种形式：,（1）干渠沿等高线布置优点：可控制全部灌溉面积，并可集中水头发电， 山溪、河沟可作排水沟,2、干渠沿主要分水岭布置 优点：干渠与河沟交叉少；缺点：干渠上要修建较多衔接建筑物,干渠顺山脊线,2、平原区灌区的干、支渠布置 干渠多沿等高线布置，支渠垂直等高线布置。,3、圩垸（wei yuan）区灌区的干、支渠布置圩垸水源较丰沛，洪水位高于地面，必须依靠筑堤圈圩才能保证正常的生产和生活，采用机电排灌站进行提排、提灌。其灌排系统按照“内外水分开、高低水分排”，“以排为主、排蓄结合”和“灌排分开，各成系统”原则，分区灌排。灌溉渠道通常只有干渠、支渠两级。,4

23、、滨海感潮灌区滨海感潮灌区的土壤含盐量一般较高。一方面采取防止咸潮入侵的措施；另一方面需引蓄淡水，解决农田灌溉和人畜饮水问题。因此，对滨海感潮灌区，在布置灌排渠系的同时，设置必要的挡潮、防洪海塘、涵闸及引蓄淡水工程，做到拒咸蓄淡，适时灌排。,三、灌溉渠道系统规划布置的原则与选线步骤 1、灌溉渠道的规划布置原则 灌溉渠道的规划布置应做到合理控制、便于管理、保证安全、力求经济等要求。进行具体规划时，遵循以下几点原则：（1）干支渠道的布置应符合总体规划的要求；（2）使工程量和工程费用最小；（3）灌溉渠道的位置应参照行政区别确定；（4）确保渠道工程安全可靠；（5）要考虑综合利用；（6）灌溉渠系规划应和

24、排水系统规划结合进行；（7）灌溉渠系布置和土地利用规划和农业区划密切结合；（8）当渠线必须转弯时，渠线弯道曲率半径不宜太小；（9）处理好山洪与渠道水的关系。,2、渠线规划步骤 渠线的规划大致可分为查勘、纸上定线和定线放样三步：（1）查勘。先在小比例尺地形图按初定的渠道比降，初选渠线位置，然后进行实地查勘，初步确定一个可行的渠线布置方案。（2）纸上定线。对初步确定的渠线测量带状地形图，测量范围为初定的渠道中心线向两侧扩展，宽度为100200m。在带状地形图上准确地布置渠道中心线的曲线要素及渠道断面、比降。平原地区，渠道设计水位一般应高于地面；丘陵地区，按渠道设计水位选择渠道中心线的地面高程。在平

25、面上应使渠线顺直，避免过多的弯曲。（3）定线放样。通过放样，把带状地形图上的渠道中心线各控制点放到地面上去，沿线定木桩，确定出木桩处桩号、相应的各桩号处的挖、填深度和开挖位置。,四、灌溉渠道防洪规划其任务就是要解决被渠道截断的排水区域的洪水出路。1、防洪设汁标准防洪标难，应根据其控制的灌溉面积、渠道设计流量、洪水灾害、政治、经济等的影响综合考虑确定。2 、防洪规划原则（1）尽量采用渠上或渠下的立体交叉排洪方式；（2）若排水块的洪水入渠，视入渠洪水和渠道泄洪能力的大小关系采用不同的工程措施；（3）可在灌区边界布置的排洪沟或截水沟排走。,第四节 田间工程,田间工程通常指最未一级固定灌溉渠道(农渠)

26、和固定排水沟道(农沟)之间的条田范围的农田基本建设工程。目标：彻底改变农业生产条件，建设早涝保收、高产稳产农田，实现“高产、优质、高效”，适应农业现代化需要。内容：健全和改进田间灌排渠系，对山、水、田、林、路等进行全面规划，实现以治水改土。,一、田间工程的规划原则田间规则应遵循以下基本原则：（1）有完善的田间灌排系统；（2）灌水时土壤湿润均匀，排水时田面不留积水；（3）田块的形状和大小要适应农业现代化需要；（4）必须以农业发展规划和水利建设规划为基础；（5）田间工程规划既要考虑农业观代化发展的要求，又要满足当前农业生产发展的实际需要；（6）田间工程规划必须田地制宜，讲求实效； （7）田间工程规

27、划要以治水改土为中心。,二、条田规划末级固定灌溉渠道（农渠）和末级固定沟道（农沟）之间的田块叫做条田。1、平原和圩区的田间渠系（1）条田规划的基本要求1）排水要求。在平原地区，容易出现地面积水和过高地下水位，常见的排水措施就是开挖排水沟。间距一般为100200m。2）机耕要求。机耕要求条田形状方正，并具有适宜的长度。条田长度以400800m为宜。3）田间用水管理要求。在机械化程度较高的灌区，一般要求一块条田能在12d内灌水完毕。条田长度不超过500600 m为宜。综上所述，条田大小要考虑上述三方面的要求，宽度一般为100200m，长度以400800m为宜。,（2）斗、农渠的规划布置1）斗渠的规

28、划布置。斗渠的长度和控制面积随地形变化很大。斗渠的间距主要根据机耕要求确定，和农渠的长度相适应。2）农渠的规划布置。农渠一般垂直斗渠布置。农渠长度根据机耕要求确定。3）灌溉渠道和排水沟道的配合。灌溉系统和排水系统的规划要互相一体，有以下三种基本形式：灌排相邻 灌排相间、种的优点：有利于控制地下水灌排合渠优点：可又灌又排，减少占地及渠道工作量,（3）田间渠系布置田间渠系指条田内部的灌溉网，包括毛渠、输水垄沟和灌水沟、畦等。有以下两种基本形式： 1)纵向布置毛渠布置与灌水沟的方向一致，灌水方向和农渠垂直。,2）横向布置毛渠布置和灌水沟方向垂直，灌水方向和农渠平行。,纵向布置适用于地形变化较复杂、土

29、地平整较差的条田；横向布置适用于地面坡向一致，坡度较小的条田。 田间渠系布置方式的选择要综合考虑地形、灌水方向以及农渠和灌水方向的相对位置等因素。,（4）灌水沟畦与格田规格1)旱作物灌溉畦田的长度、单宽流量和畦田比降，根据土壤透水性选定。2)水稻区的格田规格由具体地形确定。（5）土地平整是治水、改土、建设高产、稳产农田的一项重要措施。 2、山区、丘陵区的田间渠系山区、丘陵区的田间渠系的布置必须解决旱、涝、渍的危害。山丘区的农田，按其地形部位不同，可分为岗、坡、冲、畈四种类型。山丘区的支斗渠一般沿岗岭脊线布置。农渠垂直等高线，沿坡田短边布置。两田之间有一定高差，采用农渠上修筑跌水衔接。农渠多为双

30、向控制。农渠多是灌排两用，每一个格田都应设单独的进水口与出水口。,垂直等高线布置双向控制,三、井渠结合的田间灌溉网井渠结合是指渠水与井水联合运用的一种灌溉方式。优点：可充分利用水资源，提高灌溉用水保证率，保证作物适时灌溉，利于灌区调控地下水位、防止土壤盐碱化。 1、井渠结合的规划原则（1）要合理开采地下水；（2）做到地面水与地下水资源统筹安排，全局规划；（3）与旱、涝、碱的治理统一规划，坚持浅、中、深结合，优先开发浅层水；（4）注意保护地下水源；（5）井灌与渠灌应为一套系统。,2 、 井渠结合灌溉网的布置形式（1）以渠为主，以井补渠井网以地面田间固定灌溉渠道为骨架，走向与潜水流向垂直或斜交，沿

31、渠道布置；采用梅花形或方格形井位布井。井位设在较高处的四边地角上，利于机耕、便于管理、少占耕地，井灌抽水可以有效地降低地下水位，可以防止土壤盐碱化。,（2）以井为主、以渠补井以开采利用地下水进行井灌为主，以地面水补充地下水之不足。这类灌区的井灌田间渠系一般有两种布置形式：第一种布置形式，井位在灌溉土地的中心，向四周供水；适用于平坦地形或中间高两边低的地形。第二种布置形式，井位在灌溉土地的一侧，向另一侧灌，适用于地面坡度较大并向一侧倾斜的地区。 地下水储量丰富、地下水位较高，并易于补给和开采的富水区，采用以井为主的渠井结合方式；建井条件差、地表以下没有良好的储水构造或地下水质不良的区域，则采用以

32、为渠主的渠井结合方式。,四、田、林、路的规划布置从沟、渠、路三者的相对位置来说，一般有沟渠路、沟路渠、路沟渠3种配置形式。 1、沟渠路：道路布置在灌水田块的上端，位于斗渠一侧。优点：农业机械入田耕作比较便利，道路拓宽比较容易。缺点：机耕道要跨过所有的农渠。,2、沟路渠：道路布置在灌水田块的下端，界于灌水渠、排水沟之间。优点：道路与末级固定沟渠不相交；缺点：农业机械进入田间须跨越沟渠，今后拓宽机耕道路也比较困难。,3、路沟渠：道路布置在灌水田块的下端、排水沟的上侧。优点：方便农业机械入地，道路拓宽也比较容易。缺点：道路要与农排相交，影响排水，且雨季易导致田块积水、道路受淹。,第五节 灌溉渠道系统

33、设计,渠道设计流量与渠道所控制的灌溉面积大小、作物组成和作物的灌溉制度以及渠道的工作制度有关。,Q d为渠道设计流量； Q g为渠道毛流量；Q n为渠道净流量； Q 1为渠道输水损失。,净流量,毛流量,一、灌溉渠道的输水损失和设计流量计算 1、渠道输水损失,渠道水面蒸发损失：不及渗漏损失的5%；渠床渗漏损失：与渠床土壤性质、地下水、渠道工程、衬砌等因素有关；闸门漏水：取决于工程质量和管理水平；渠道退水：不计。,渠道渗流过程一般可分为自由渗流和顶托渗流两个阶段：（1）自由渗流阶段：渠道的渗流不受地下水的顶托，在渗流过程中渠道内的水流与地下水不形成连续的水流。自由渗流又可分成两个阶段：,1）湿润渠

34、道下部土层的阶段：这一阶段内，渗流水借重力和毛细管作用湿润自渠底至地下水面之间的土层。,2)渠道下形成地下水峰阶段：当渠道的渗流量Qs大于地下水向两侧的出流量Qc时，就发生地下水峰，逐渐向上扩展。,自由渗流过程中的第一个阶段，往往发生于进行轮灌的渠道或在渠道放水初期；自由渗流中的第二个阶段，往往发生在连续工作的渠道。,地下水峰,（2）顶托渗流阶段：当地下水峰继续上升至渠底，地下水与地面水连接成一片，渗流将受到地下水的顶托影响。（3）用经验公式估算输水损失,式中：Qn 为渠道净流量（m3/s），A为渠床土壤透水系数，m为渠床土壤透水指数，L为渠道的长度（km）,式中： 为地下水顶托修正系数；为采

35、取防渗措施后渠床渗漏水量的折减系数；,（4）用水的有效利用系数来表示各级渠道的输水损失 1）渠道水利用系数。渠道的净流量与毛流量的比值称为该渠道水的利用系数，用符号c表示：从水源或上级渠道引入的流量就是毛流量( Q g ) ，分配给下级各条渠道流量的总和就是它的净流量(Q n)。渠道水利用系数反映一条渠道的水量损失情况。 2）渠系水利用系数。灌溉渠系的净流量与毛流量的比值称为渠系水利用系数，用s表示。农渠向田间供水的流量就是灌溉渠系的净流量，干渠或总干渠从水源引水的流量就是渠系的毛流量。 s=干支斗农渠系水利用系数反映整个渠系的水量损失情况。,3)田间水利用系数。田间水利用系数是实际灌入田间的

36、有效水量和末级固定渠道放水量的比值，用符号f表示：,式中：A农为农渠的灌溉面积(hm2)； m n为净灌水定额(m3hm2)；W农净为农渠供给田间的水量(m3)。田间水利用系数是衡量田间工程状况和灌水技术的指标。4)灌溉水利用系数：是实际灌入农田的有效水量和渠首引入水量的比值，用符号0表示：,它是评价渠系工作状况、灌水技术水平和灌区管理水平的综合指标。,（5）渠道的工作制度：就是渠道的输水工作方式，分为续灌和轮灌两种。1)续灌。在一次灌水时间内自始至终连续输水的工作方式。2)轮灌。同级渠道在一次灌水时间内轮流输水的工作方式。优点：缩短了各条渠道的输水时间，加大了配水流量，同时工作的渠道长度较短

37、，从而减少了输水损失水量。缺点：轮灌加大了渠道的设计流量，也就增加了渠道及其建筑物的工程量。实行轮灌时，渠道分组轮流输水，分组方式有以下3种： 集中轮灌。是将上一级渠道的来水集中供给下级的某一条渠道使用，待这条渠道用水完毕后，再将水集中供给另一条渠道。,优点：流量最集中，同时工作的渠道长度为最短，渠道输水损失小。缺点：下级渠道的断面要大一些。应用范围：上级渠道来水量过小，分散供水会显著降低渠道水利用系数的情况。,分组轮灌。将邻近的几条渠道编为一组。上级渠道按组轮流供水。,分组插花轮灌。将同级渠道按编号的奇数或偶数分别编组，上级渠道按组轮流供水。,轮灌渠道的划分应注意以下几点：各轮灌组的控制而积

38、应基本相等；每一轮灌组渠道的总输水能力与上级渠道供给的流量相适应；同一轮灌组的渠道要比较集中，以便管理；减少渠道同时输水的长度和输水损失；把一个生产单位的渠道划在同一轮灌组内，便于组织灌水。,2、渠道设计流量推算渠道的工作制度不同，设计流量推算方法也不同。（1）支渠以下轮灌渠道设计流量的推算常用的方法是：根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配未级续灌渠道的田间净流量，再自下而上逐级计入输水损失水量，推算各级渠道的设计流量。1）自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量。,支渠为末级灌溉渠道，斗、农渠的轮灌组划分方式为分组轮灌，设同时工 作的斗渠为n条，每条斗渠同时工作的农渠为k条。,计算支渠的设计田间净

39、流量。,式中： Q 支田净为支渠的田间净流量(m3/s)；A支为支渠的灌溉面积(100hm2)；qd为设计灌水模数m3/(s*100hm2)。由支渠分配到每条农渠的田间净流量：,2）自下而上推算各级渠道的设计流量。 计算农渠的净流量。先由农渠的田间净流量加上田间损失水量，求得田间毛流量，即农渠的净流量。,推算各级渠道的设计流量(毛流量)。a.用经验公式估算输水损失。根据渠道净流量、渠床土质和渠道长度计算：,式中 ：Q g为渠道的毛流量(m3/s)；Qn为渠道的净流量(m3/s)；为每千米渠道输水损失占净流量的%；L为最下游一个轮灌组灌水时渠道的平均工作长度(km)。b.用经验系数估算输水损失。

40、根据渠道的净流量和渠道水利用系数计算渠道的毛流量：,农渠的毛流量Q农毛,斗渠的毛流量Q斗毛,支渠的毛流量Q支毛,根据支渠毛流量及支渠田间净流量，求得支渠的渠系水利用系数支水为：,实际常选择一条代表性支渠按上述方法推算支、斗、农渠的设计流量，计算支渠范围内的灌溉水利用系数支水。以此作为扩大指标，用公式计算其余支渠的设计流量：,（2）续灌渠道设计流量的计算。续灌渠道一般为干、支渠道，流量较大， 其设计流量的推算方法是自下而上逐级、逐段推算。在分段推算续灌渠道设计流量时，一般不用经验系数估算输水损失水量，而用经验公式估算。,例 某灌区灌溉面积A=6500hm2，灌区有一条长15km干渠，下设4条支渠

41、，各支渠的长度及灌溉面积如下。渠系布置及轮灌组划分见图。灌区位于我国北方，小麦、玉米轮作，设计灌水模数qd0.0375 m3/(s*100hm2)。灌区土壤为中粘土壤。推求干、支渠道的设计流量。,3、渠道最小流量和加大流量的计算灌区有时需对种植面积较小或灌水定额较小的作物单独供水，此时出现渠道最小流量(Q min)。最小流量用以校核对下一级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的位置，并按最小流量验算渠道不淤条件。（1）渠道最小流量的计算。渠道的设计流量(Q d)与最小流量(Qmin)相差不要过大。（2）渠道加大流量计算加大流量是考虑到今后管理运用中可能出现规划设计未能预料到的变化和短时加大输水的

42、要求，在设计时要注意留有余地。渠道加大流量也是设计堤顶高程的依据。渠堤堤顶高程渠道通过加大流量时的水位+堤顶超高。,式中：Q j为渠道加大流量(m3/s)；J为渠道流量加大系数，Q d为渠道设计流量(m3/s)。,(3)渠道流量计算进位规定为了规范渠道设计，对渠道流量计算中的尾数进行适当的处理。二、灌溉渠道纵横断面设计 设计流量是进行水力计算、确定渠道过水断面尺寸的主要依据，合理的渠道纵、横断面除了满足渠道的输水、配水要求外，还应满足渠床稳定条件，包括纵向稳定和平面稳定两个方面。 纵向稳定要求渠道在设计条件下工作时，不发生冲刷和淤积，或在一定时期内冲淤平衡； 平面稳定要求渠道在设计条件下工作时

43、，渠道水流不发生左右摇摆。,1、渠道横断面设计渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算确定。一般情况下采用明渠均匀流公式计算：,式中：Q为渠道设计流量(m3/s)，A 为渠道过水断面面积(m2)；R为水力半径(m)；i 为渠底比降；C为谢才系数，一般采用曼宁公式 进行计算，其中n为渠床糙率。 当A、n、i 一定时，水力半径最大或湿周最小的断面就是水力最佳断面。在各种几何图形中，以圆形断面的周界最小。所以半圆形断面是水力最佳断面。 渠道设计要考虑输水流量外，还要考虑渠底比降、渠床糙率、渠道边坡系数、稳定渠床的宽深比以及渠道的不冲、不淤流速等因素。,(1)渠底比降i 。在坡度均一的渠段内，两端

44、渠底高差和渠段间距离的比值称为渠底比降i。在设计工作中，可参考地面坡度和下级渠道的水位要求粗选一个比降，计算渠道的过水断面尺寸，再按不冲流速、不淤流速进行校核，如不满足要求，再修改比降重新计算。(2)渠床糙率系数n。渠床糙率系数n是反映渠床粗糙程度的技术参数。糙率系数值的正确选择不仅要考虑渠床土质和施工质量，还要考虑到建成后的管理养护情况。(3)渠道的边坡系数m。渠道的边坡系数m是渠道边坡倾斜程度的指标，其值等于边坡在水平方向的投影长度与垂直方向投影长度的比值(ctg)。m值要根据渠床土壤质地和渠道深度等条件选择适宜的数值。,(4)梯形渠道水力最佳断面的计算公式。在渠道比降和渠床糙率一定的条件

45、下，通过设计流量所需要的最小过水断面称为水力最佳断面。实际设计以梯形渠道断面为水力最佳断面。其水力要素按P131表3-16计算。,水力最优断面具有工程量最小的优点，但其仅仅指输水能力最大的断面，不一定是最经济的断面，渠道设计断面的最佳形式还要根据渠床稳定要求、施工难易等因素确定。(5)梯形渠道实用经济断面的水力计算公式及、h/h0关系,式中：为水力最优断面流速(或过水断面面积)与实用经济断面流速(或过水断面面积)的比值； V、A、R、h分别为实用经济断面流速(m/ s)、过水断面面积(m2)、水力半径(m)和水深(m)；为实用经济断面的宽深比。计算过程：先由P144表3-17计算水力最优断面的

46、水力要素；由P145表3-19计算不同对应的h和b值；由式计算对应的V、A、R 值；绘制b=f(h)和V=f(h)渠道特征曲线；根据渠段地形、地质条件，在渠道特征曲线图上选取所需的h、b、V值。,(6)U型断圆的水力计算U型断面接近水力最优断面。其特征要素见P145图335。,U型断面,U型断面水力计算的任务是根据已知的渠道设计流量Q、渠床糙率系数n和渠道比降i确定断面。,（7）渠道断面稳定分析。稳定断面的宽深比应满足渠道不冲、不淤，与渠道流量、水流含沙情况、渠道比降有关。比降小的渠道应选较小的宽深比，以增大水力半径，加快水流速度；比降大的渠道应选较大的宽深比，以减小流速，防止渠床冲刷。1）从

47、多泥沙河道引水的浑水渠道，设计水深h及宽深比可按下式确定：,2)渠道的不冲不淤流速：在稳定渠道中，允许的最大平均流速称为临界不冲流速，简称不冲流速，用Vcs表示；允许的最小平均流速称为临界不淤流速，简称不淤流速，用Vcd表示。渠道通过设计流量时的平均流速Vd应满足,渠道的不冲流速Vcs：渠道中的水流动时，当流速增加到一定程度，渠床上的土粒就会随水流移动，土粒将要移动而尚未移动时的水流速度就是临界不冲流速或简称不冲流速。土质渠道的不冲流速为：,渠面的处理方式不同，渠道的不冲流速也不同。从渠床的稳定考虑，对能承受较大流速的渠道的不冲流速限制在较小的数值范围内。,渠道的不淤流速：当渠道水流流速小到一

48、定程度时，部分泥沙就开始在渠道内淤积。泥沙将要沉积时的流速就是临界不淤流速。其主要取决于渠道水流的挟沙能力，常用的渠道挟沙能力的计算公式有以下几种：a、在缺乏实际研究成果时，可选用不淤流速经验公式：,C0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变。 b、黄河中、下游地区，采用黄委会水科院渠道挟沙能力公式：,C、黄河下游地区衬砌渠道，采用山东省水利科学研究所公式：,（8）渠道过水断面以上部分的有关尺寸1）渠道加大水深。2）安全超高。为了防止风浪引起渠水漫溢，保证渠道安全运行 ，堤顶应高于渠道的加大水位，要求高出的数值称为渠道的安全超高。,3）堤顶宽度。为了便于管理和保证渠道安全运行，堤顶应有一定的宽

49、度，以满足交通和渠道稳定的需要。渠岸和堤顶的宽度可按下式计算：,4）有利通航。有通航要求的渠道，根据船舶吃水深度，错船所需的水面宽度以及通航的流速要求等确定渠道的断面尺寸。,（9）渠道横断面结构。渠道过水断面和渠道沿线地面的相对位置不同，渠道断面有挖方断面、填方断面和半挖半填断面3种形式，其结构各不相同。1）挖方渠道断面结构。对挖方渠道，要正确选择边坡系数。若渠道挖深过大，应设置平台。第一级平台的高程和渠岸(顶)高程相同。若挖深大于10米，则最好改为隧洞。,2）填方渠道断面结构。填方渠道要认真选择内、外边坡系数，并且设置排水滤体、排水槽等，并预留沉陷高度。,3）半挖半填渠道。半挖半填渠道的挖方

50、部分为筑堤提供土料，填方部分为挖方弃土提供场所。挖填土方相等时的挖方深度x可按下式计算：,半挖半填渠道堤底的宽度B应满足以下条件：,2、渠道的纵断面设计横断面设计通过水力计算确定了能通过设计流量的断面尺寸。纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水位确定渠底高程、堤顶高程、最小水位等。（1）灌溉渠道的水位推算。满足自流灌溉的要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位。,式中：H进为渠道进水口处的设计水位(m)；A0为渠道灌溉范围内控制点的地面高程（m）；h为控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差，一般取0.10.2m；L为渠道的长度(m)