山地灌溉工程2

山地灌溉工程第一节灌溉水源的取水方式取水枢纽又称为渠首，它的任务是从水源及时取得满足作物灌溉用水需要的水量。按工程措施的不同，取水枢纽可分为无坝取水、有坝取水、抽水取水和水库取水四种形式。（一）无坝取水1、适用条件：水源(河道)的水位和流量均能满足灌溉用水的要求。2枢纽组成：进水闸：控制引水流量（一般不大于枯水流量的30%）冲沙闸：冲走进水闸前泥沙（少沙河流上可不需冲沙闸）导流堤：导流及保证引水，平时导流，枯水时截断河流，保证引水（有些河道要求引水流量不大于河道流量的30%，以保证通航和河道的稳定），从大江大河引水时，不需导流堤。3、引水口位置的选定：一般选在凹岸中部偏下游处（对顺直河流不在存在这一问题），以防止泥沙淤塞进水口和进入渠道。把取水口选在凹岸，不仅引水可靠（靠近主流、水位较高），而且可以防止泥沙入渠。通常把引水口放在弯道中部偏下游的地方，因为在这时环流作用发挥得最充分，又避开了凹岸水流顶冲的部位。如果由于客观条件限制，取水口必须选在凸岸，则应选在凸岸中部偏上游处。该处因环流作用而造成的不利影响较小。（二）有坝取水1、适用条件：河道的流量能满足灌溉要求，但水位略低于渠首的引水要求。2、枢纽组成：壅水坝：抬高水位，满足灌溉引水要求；进水闸，冲沙闸：作用同上；防洪堤：减免或避免上游淹没损失。关于冲沙闸：它是多沙河流低坝引水枢纽中不可缺少的组成部分。冲沙闸的底板高程应低于进水闸底板高程，以保证冲沙效果。（三）扬水取水1、适用条件：河道水量丰富，但灌区位置较高，并且修建其它取水工程困难或不经济时。2、枢纽组成：抽水设备（水泵、动力机、管道、闸阀等）水工建筑物（引水渠、进水池、泵房、出水池等）辅助设施（供电设施、泵房内供排水设施、安装检修设施）（四）水库取水1、适用条件：（1）年或多年总来水量较丰富，但有时水量水位都不能满足灌溉要求；（2）有适当的地形（山谷）。2、组成：大坝（重力坝、拱坝、土石坝等）溢洪道（正槽、侧槽；无闸控制、有闸控制等分类）输水涵洞（涵管式、卧管式）3、优缺点：优点：（1）能调节径流，（2）进入灌区的泥沙很少；缺点：枢纽复杂，投资大；（2）淹没损失大。蓄引提结合灌溉系统：常见的有引提结合、蓄提结合。第二节渠道灌溉系统灌溉系统是指从水源取水并输送分配到田间的灌溉工程。按输水方式的不同可分渠道灌溉系统和管道灌溉系统两大类。一、灌排渠系的组成及布置原则（一）灌排渠系的组成1、灌溉系统:（1）渠首工程（2）灌溉渠道：干、支、斗、农渠等固定渠道（3）渠系建筑物（4）田间渠系工程：毛渠(临时渠道)、灌水沟哇等2、排水系统（1）田间排水工程：毛沟、腰沟、墒沟等（2）排水沟：干、支、斗、农沟（3）排水建筑物：排水闸、涵、站等（4）排水容泄区：大江、大湖、大海等（二）灌排渠系的布置的原则（1）满足作物灌排要求。１）渠道应布置有高处，排水沟应布置在低处。２）渠道和排水沟的长度和间距应当适宜，保证灌得上排得出。（2）灌溉渠道必须与排水沟统一规划布置在规划布置渠道时，必须同时考虑到排水沟的位置，在平原地区、圩区，渠道一般要服从排水沟布置。（3）安全可靠如渠道要避免深挖高填，山丘区渠系上方必须修撇洪沟（截洪沟）。（4）经济合理渠道要尽量短直，以减少土方量；要尽量减少压占耕地；排水沟要尽量利用天然河道。（5）便于管理便于用水管理和工程管理，布置时要考虑行政区划；也要考虑机耕方便；建筑物尽量联合修建，形成枢纽，以便于管理。（6）综合利用如渠道落差较大可布置水电站，较大的渠道或排水沟要考虑通航，水产养殖等。二、丘陵山区灌排渠系的规划布置山丘区的水利特点是：排水比较通畅，但干旱问题比较突出。在山丘区虽然可以修建水库塘坝蓄水灌溉，但是由于其蓄水能力有限，因此干旱问题是山丘区的主要水利问题。因此山丘区灌排渠系的布置，以灌渠道布置为重点。山丘灌溉渠道布置的关键是布置干渠。（一）干渠的两种布置形式（1）干渠沿等高线布置（2）干渠垂直于等高线布置（二）支、斗、农渠布置支渠垂直于干渠，其间距由地形条件决定。斗渠间距一般为：400~800m农渠间距一般为：100~200m两种布置形式：（1）灌排相邻适用于单一坡向地形（2）灌排相间适用于平坦，或有微起伏渠系建筑物规划布置渠系建筑物指与渠道或排水沟配套的水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。一、渠系建筑物选型与布置的原则１、满足使用要求如渠道切断了道路，那么该处需设涵洞或桥梁；渠道水位不够则需建节制闸抬高水位。２、尽量采用联合枢纽布置的形式目的是为节省投资和管理方便。如闸与桥常联合修建，分水闸与节制闸常联合修建。３、尽量采用定型设计和装配式建筑物由于渠系建筑物数量很多，同一类建筑物工作条件常相近。采用定型设计和装配式结构，对简化设计，加速施工进度非常有利。４、尽量考虑采用当地材修建如在山丘区建渡槽、农桥可用砌石建筑，在平原地区则宜用钢筋混凝土排架渡槽。５、多作经济比较，选择最优方案选择较经济合理的方案。有时同一建筑物可采用不同的施工方案，这时也可通过经济比较来选择较合理的施工方案。二、渠系建筑物的类型与布置（一）控制建筑物控制流量和水位。１.进水闸：布置在干渠首端。２.分水闸：布置在各支渠、斗渠和农渠渠首。斗首、农首分水闸也叫斗门和农门。３.节制闸：控制渠道水位或流量。布置：（１）在上级渠水位不能保证下级渠正常引水时，需在上级渠建节制闸抬高水位，保证下级渠引水。（２）实行轮灌时，在轮灌组分界处需设节制闸。（３）在重要建筑物或险工渠段前需联合修建节制闸和泄水闸，以防止漫溢，保证建筑物和渠道的安全。（二）交叉建筑物交叉建筑物主要的三种：渡槽、倒虹吸、涵洞。选择方法：（１）不影响交通和航运；（２）技术上可行；（３）进行经济比较，选择最优的型式。（三）泄水建筑物用于排除渠道中余水或入渠洪水。（１）退水闸布置在较大的干支渠末端，以排泄渠中余水（防止滋生杂草和蚊虫）。（２）泄水闸与节制闸联合修建，保护重要建筑物和险工渠段。（四）衔接建筑物渠道经过一陡坎或坡面，时需建跌水或陡坡。１.跌水水位落差小于３ｍ时，宜建跌水。２.陡坡水位落差大于３ｍ时，宜建陡坡。（五）量水建筑物１．利用闸、涵、渡槽等量水。在干支渠上量水一般利用这些渠系建筑物量水。２．利用特设计量水备量水。如三角堰、梯形堰、巴歇尔量水槽、喷嘴等。一般斗、农渠上可采用特设量水设备。第三节灌溉渠道设计一、渠道设计流量概论１．定义：设计年份灌水期间渠道需要通过的最大流量。一般用Ｑ表示。单位为m3/s。或正常条件下渠道需要通过的最大流量，因此设计流量也叫正常流量。２．作用：（１）是确定渠道设计断面主要依据。（２）是确定建筑物规模尺寸的主要依据。３．计算：一般已知渠道的净流量，求设计流量（毛流量）。净流量一般是已知的，因此计算设计流量的关键是计算Ｑ损。二、渠道输水损失的估算输水损失：水面蒸发可以忽略不计漏水损失：加强管理可避免渗水损失：主要的不可避免的输水损失因此下面所讨论的渠道输水损失均指渗水损失。影响渠道输水损失的因素有：土壤性质、地下水位状况和渠道施工质量等。在地下水位较高时，地下水会对渠道渗水产生顶托作用，从而影响渠道渗水，下面先分析在渠道渗水不受到地下水位的顶托时的渗水损失计算方法。１．自由渗流情况下的渗水损失不受地下水位顶托的渠道渗流（地下水位未达到渠底）。发生条件：地下水埋深较深（渗水未到达地下水）或地下水出流较好（渗水到达地下水，但地下水位没有上升到渠底）。２．顶托渗流情况下的渗水损失地下水位到达渠底，影响渗流。发生条件：地下水位较高；地下水出流条件较差。顶托渗漏情况下的渗水损失小于自由渗流条件下的渗水损失。３．采取防渗措施后的渗水损失三、水的利用系数１．渠道水利用系数反映某一渠道的水的利用率。由各级渠道组成的渠系可以用渠系水利用系数来描述其水的利用率。２．渠系水利用系数渠系：由干、支、斗、农四级固定渠道组成。毛渠是临时渠道，属田间渠系，或田间工程。渠系的净流量为：同时工作的农渠净流量之和。渠系的毛流量为：干渠的毛流量。３．田间水利用系数田间：此处指田间渠系，由毛渠、灌水沟、畦等组成。４．灌溉水利用系数最后我们看反映整个灌区的灌溉水利用系数。四、渠道纵横断面设计横断面设计：确定渠道边坡、底宽、水深等。纵断面设计：确定推算水位、确定渠底线、堤顶高程线等。渠道横断面设计（一）基本公式明渠均匀流公式（二）横断面计算方法计算底宽ｂ和设计水深ｈ（三）设计参数的确定１．渠底比降ｉ指单位渠长的渠底降落值。当Q一定时,i大,则过水断面A小,工程量小,但控制的灌溉面积小。i小,则A大,工程量大,但控制的灌溉面大。取值方法：（１）接近地面比降（２）Ｑ大，则ｉ宜小（防冲剧）（３）平原地区ｉ小，山丘区ｉ大２．渠床糙率ｎ反映渠床粗糙程度。糙率大，则阻水能力大。取值：（１）渠床光滑顺直，ｎ小（２）Ｑ大，则ｎ小３．边坡系数ｍm大,则工程占地多,输水损失大；m小,边坡不稳定取值：（１）土质好（粘重），ｍ小（２）流量大，水深大，则ｍ大４．宽深比b渠底宽与设计水深之比有三种宽深比（１）水力最优断面宽深比特点:断面窄深,适用于小型渠道。（２）满足相对稳定的宽深比相对平稳：不冲不淤或冲淤平稳对于一般渠道：（３）实用经济断面宽深比水力最优断面，虽然过水断面小，但由于其断面比较窄深，对大型渠道并不适用（不易施工，易塌）。为克服最优水力断面的缺点（加大底宽，减小水深），同时又使过水断面面积接近于最优水力断面的断面面积，因而提出实用经济断面宽深比。（四）横断面设计步骤（１）拟定或估算各设计参数（ｉ、ｎ、ｍ、b等）。（２）计算设计水深和底宽（ｈ、ｂ），校核不冲不淤。流量一定时，ｂ大，则ｖ小，ｉ大，则ｖ大（３）计算最小水深和加大水深。（４）确定安全超高、堤顶宽。（５）绘制渠道横断面图。第三节管道灌溉系统管道灌溉分喷灌、微灌、低压管灌等类型。一、喷灌概述（一）什么是喷灌利用机械加压或利用高处自然水头，使水通管道经过喷头射到空中，并分散成水滴洒落到田面上，如同降雨一样湿润土壤的灌水方法。曾叫人工降雨，后来为了与高空撒干冰和碘化银等人工降雨相区别，改称为喷灌。（二）优缺点1.优点：（１）增产灌水均匀度好；能调节田间空气的温度和湿度。（２）节水避免了渠灌的输水损失；可避免田间深层渗漏（旱作）。（３）节地减少了渠道占地。（４）节省田间灌水管理劳力；减少土地平整费用；利用喷灌可以施肥、喷药。（５）保持水土可避免地表径流，防止水土流失（６）适应性强可适用于不平整的土地，坡地。2.缺点:（１）投资和运行费用高（２）受风影响大一般风力大于３级就不宜喷灌。喷灌二、喷灌系统的组成与分类（一）组成（1）水源工程河流、水库、塘坝、水井、渠道等。（2）水泵和动力机离心泵、长轴井泵等；电动机、柴油机（3）管道系统干管、支管、竖管（立管）（4）喷头（5）附属工程或设备如管道上的镇墩、阀门井；控制阀、安全阀、压力表、水表等。（二）喷灌系统的分类根据组成特点的不同，分管道式喷灌系统和机组式喷灌系统，前者以管道为主，后者以机组为主体。1、管道式喷灌系统管道为系统的主体部分（1）固定式机泵、干支管均固定。（2）移动式机泵和干、支管均可移动。（3）半固定式机泵和干管固定，支管可移动。2、机组式喷系统（1）行喷式绞盘式、中心支轴式、平移式、滚移式（2）定喷式单喷头机组、多喷头机组；手抬式、手推车式、拖拉机悬挂。三、喷头的类型与工作原理（一）喷头的类型１、按压力和射程分（1）低压喷头Hp=100~200kPaR=5~14m适用:花卉、苗圃、蔬菜等。（2）中压喷头Hp=200~500kPaR=14~40m适用：一般的果树、经济作物、大田作物