灌溉与排水工程学课程设计

1小麦、玉米灌溉制度与灌水率的确定设计年灌区降雨量统计：见表1表格1灌区降雨量统计月3456789降雨量下上中下上中下上中下上中下上中下上中下mm7.510.56.322.51512.919.0520.710.512.9181.1小麦灌溉制度小麦总需水量ETm=KY=0.45*500/666.7*1000=337.5mm各生育期需水量ET=ETmx模比系数全生育期地下水补给总量K=45m3/亩=67.5mm，随计划湿润层增加而增加的水量Wt=（800-500）*0.23*（0.95+0.5）/2=50mm，假定K值与Wt值均随生育期增长而呈线性变化。由此得出小麦各生育期需水情况见表2。表格2小麦各生育期需水情况日期21/3—20/520/5—9/69/6—19/719/7—29/7生育期播—拔节拔节—抽穗抽穗—乳熟乳熟—成熟莫比系数28.330.828.112.8ETm（mm）95.5104.094.843.2ETm累积E（mm）95.5199.5294.3337.5K累积（mm）31.241.562.367.5Wt累积（mm）014.342.950.0E-(K+Wt)（mm）64.3143.7189.1220.0Wmax（mm）109.25131.1152.95174.8Wmin（mm）57.56980.592根据表1、2的数据，绘出小麦灌溉制度，见附图一。1.2玉米灌溉制度ETm=600×0.38÷666.7×1000=342.0mm各生育期需水量ET=ETmx模比系数全生育期地下水补给总量K=45m3/亩=67.5mm，以直线变化按各生育期所占时间比例划分，假定Wt呈直线变化，总量为Wt=（900－600）×0.23×（0.95＋0.5）÷2＝50mm，玉米各生育期需水情况见表3。表格3玉米各生育期需水情况日期15／4－17／618／6－6／77／7－26／727／7－9／810／8－16／9生育期苗期拔节大喇叭吐丝成熟莫比系数1525102030ETm（mm）51.385.534.268.4102.6ETm累积E（mm）51.3136.8171.0239.4342.0K累积（mm）27.936.4545.4550.8567.5Wt累积（mm）008.918.950.0E-(K+Wt)（mm）23.4100.35116.65169.65224.5Wmax（mm）131.1131.1152.95174.8196.65Wmin（mm）696980.592103.5根据表1、表3数据，绘出玉米灌溉制度，见附图一。1.3初步灌水率根据小麦灌溉制度，得出全生育期需对小麦进行三次灌水，时间分别是5月4日，5月30日和7月25日，灌水量分别为59.3mm，67.3mm，20mm。由教材表1-27，小麦生育期灌水延续时间为7—10天，第一次灌水处于小麦拔节期，取T1,1=9d；第二次灌水处于小麦抽穗时期，应当及时满足小麦对水分的需求，取T1,2=7d；最后一次灌水时小麦已即将成熟，灌水量少，取T1,3=5d。单位换算：1mm=10m3/hm2。小麦各次初步灌水率如下：5月4日，T1,1=9d，m1,1=59.3mm，q1,1=0.55×59.3×10864×9=0.042m3/（s·100hm2）5月30日，T1,2=7d，m1,2=67.3mm，q1,2=0.55×67.3×10864×7=0.061m3/（s·100hm2）7月25日，T1,3=5d，m1,3=20mm，q1,3=0.55×20×10864×5=0.025m3/（s·100hm2）玉米全生育期共需灌三次水，苗期5月29日灌水61.6mm，拔节期7月3日70.7mm，吐丝期8月4日89.5,mm。玉米灌水延续时间为5—10天，由玉米灌溉制度得出，拔节期和吐丝期玉米耗水速率较快，苗期较慢，又苗期6月上旬可能有降雨，可取T2,1=10d，拔节期结束时间为7月6日，根据灌水不跨生育期的原则，第二次灌水提前两天至7月1日，取T2,2=5d，吐丝期灌水后可能有降雨，灌水可延续到吐丝期结束，取T2,3=6d。玉米各次灌水率如下：5月29日，T2,1=10d，m2,1=61.6mm，q2,1=0.3×61.6×10864×10=0.021m3/（s·100hm2）7月1日，T2,2=5d，m2,1=70.7mm，q2,2=0.3×70.7×10864×5=0.049m3/（s·100hm2）8月4日，T2,3=6d，m2,3=89.5mm，q2,3=0.3×89.5×10864×6=0.052m3/（s·100hm2）根据以上小麦与玉米的灌水情况，绘出灌区初步灌水率图（见附图二）。1.4灌水率修正据初步灌水率图，6月上旬出现灌水峰值，超出平均水平较多，应予以修正；两种作物最后一次灌水时渠道出现为其4天的停水情况，应予以避免。将小麦第二次灌水日期提前3天至5月27日，灌水率较大，不再缩短灌水延续时间；将玉米第一次灌水日期延后3天至6月2日，灌水延续时间缩短为T2,1=5d，q2,1=0.3×61.6×10864×5=0.042m3/（s·100hm2）。初步调整后还是出现灌水较大峰值，可考虑将小麦第二次灌水分两次进行，分别紧挨玉米第一次灌前后，由此此小麦分4次灌水，第一次和最后一次灌水情况不变，取q1,2=0.042m3/（s·100hm2），延续时间从5月27日至6月1日共5天，取T1,3=5d，则q1,3=0.043m3/（s·100hm2），将玉米第二次灌水日期提前1天至6月30日，延续时间延长1天，取T2,2=6d，q2,2=0.041m3/（s·100hm2）。小麦最后一灌水已延续至生育期结束，只能将玉米最后一次灌水时间提前至8月1日以避免渠道短期停水，取灌水延续时间T2,3=8d,q2,3=0.039m3/（s·100hm2）。修正后各次灌水情况如下：5月4日，T1,1=9d，q1,1=0.042m3/（s·100hm2）5月27日，T1,2=5d，q1,2=0.042m3/（s·100hm2）6月7日，T1,3=5d，q1,3=0.043m3/（s·100hm2）7月25日，T1,4=5d，q1,3=0.025m3/（s·100hm2）6月2日，T2,1=5d，q2,1=0.042m3/（s·100hm2）6月30日，T2,2=6d，q2,2=0.041m3/（s·100hm2）8月1日，T2,3=8d，q2,3=0.039m3/（s·100hm2）由此绘出修正后的灌水率图（见附图二）。有修正后的灌水率图，得设计灌水率qd=0.042（s·100hm2）2渠系布置灌区（20m等高线一下）灌溉面积11.7万亩，布置一条干渠，三条支渠，布置详情见灌区地形图。马头山以南岩石裸露，开挖石渠工程投资较大，所以在鞍部修建隧洞。干渠与申溪和吴家沟交汇处修建两渡槽，与道路交汇处修建板桥。田间渠道渠系建筑物采用倒虹吸。各支渠渠长及控制面积见表4。表格4灌区各支渠渠长及其控制面积渠别一支二支三支合计长度（km）54.1615.1灌溉面积（万亩）22.96.811.73设计流量推算三支渠控制面积较大，且各斗渠控制面积几乎相等，故将三支渠作为典型支渠，以推求其他支渠流量。（不考虑输水过程中的蒸发损失）三支渠一下斗农渠布置示意图见图一。原十一斗渠和最后一条斗渠控制面积不完整，合并入十一斗渠计算。图一三支渠斗农渠示意图渠道防渗当地材料，石料：马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表，开采较为容易；吴家沟等沟溪有岩石露头，也可开采，只是沟溪下切较深，需实地考察开采方式及使用去向；界荣山、龙尾山等土质山丘岩石以上覆盖层只有5-6米，也可开采。为充分利用当地材料，可以考虑将干渠和支渠修建成浆砌石防渗渠道，斗农渠则采用混凝土护面防渗渠道。3.1农渠设计流量三支渠净流量Q三支田净=A三支qd=6800015100∗0.042=1.9m3/s斗渠采取分三组轮灌方式，分组一：一、二、三、四斗渠；分组二：五、六、七、八斗渠;分组三：九、十、十一、十二斗渠。由于左右斗渠控制面积不等，按面积比例分取流量，农渠控制面积相等，故相当于按农渠数量分取斗渠流量，斗渠下农渠分两组轮灌，以保证左右农渠流量相等，左斗渠一次灌4.5条农渠，右斗渠一次灌4条农渠。则同时工作的农渠总数为2*4.5+2*4=17条，农渠的田间净流量为Q农田净=Q支田净2∗4.5+2∗4=1.917=0.112m3/s取田间水利用系数ηf=0.90，农渠净流量为Q农净=Q农支田净0.90=0.1120.90=0.124m3/s灌区土壤为轻壤土，查教材表3-6得相应土壤透水性参数，A=2.65，m=0.45，由此计算农渠每千米输水损失系数，查教材表3-7得单位渠长的输水损失流量S，表3-8查地下水顶托修正系数γ，表3-9查取渗水量折减系数β。农渠工作长度l农=0.5km。S农=7.9，γ农=1，β农=0.15由此计算农渠毛流量Q农毛=Q农净+S农l农γ农β农1000=0.124+7.9∗0.5∗1∗0.151000=0.125m3/s3.2斗渠设计流量左边斗渠同时工作的农渠有4.5条，右边同时工作的农渠有4条，左斗渠净流量Q左斗净=4.5Q农毛=4.5∗0.125=0.563m3/s右斗渠净流量Q右斗净=4Q农毛=4∗0.125=0.50m3/s左右斗渠输水损失计算S左斗=19，γ左斗=1，β左斗=0.15S右斗=17.5，γ右斗=1，β右斗=0.15以斗渠最末一级轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠设计流量，左右斗渠平均工作长度l左斗=3km，l右斗=2.75km左斗渠毛流量Q左斗毛=Q左斗净+l左斗S左斗γ左斗β左斗1000=0.563+3∗19∗1∗0.151000=0.572m3/s右斗渠毛流量Q右斗毛=Q右斗净+l右斗S右斗γ右斗β右斗1000=0.50+2.75∗17.5∗1∗0.151000=0.507m3/s3.3三支渠设计流量斗渠分三组轮灌，以第3轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量，支渠平均工作长度l支=5km支渠净流量Q三支净=2(Q左斗毛+Q右斗毛)=2(0.572+0.507)=2.16三支渠输水损失计算系数S三支=41，γ三支=1，β三支=0.2三支渠设计流量Q三支毛=Q三支净+l支S三支γ三支β三支1000=2.16+5∗41∗1∗0.21000=2.20m3/s三支渠灌溉水利用系数η三支水=Q三支田净Q三支毛=1.92.20=0.863.4一二支渠设计流量一二支渠田间净流量Q一支田净=A一支qd=2000015100∗0.042=0.560m3/sQ二支田净=A二支qd=2900015100∗0.042=0.812m3/s一二支渠设计流量：以典型三支渠的灌溉水利用系数作为扩大指标，一二支渠控制面积较三支渠小，渠道总长短，灌溉水利用系数比三支渠高，取η1,2=0.87计算一支渠毛流量Q一支毛=Q一支田净η1,2=0.5600.87=0.644m3/s二支渠毛流量Q二支毛=Q二支田净η1,2=0.8120.87=0.933m3/s3.5干渠各段设计流量BC段设计流量QBC净=Q三支毛=2.20m3/slBC=6.5km，SBC=41，γBC=0.73，βBC=0.2QBC毛=QBC净+lBCSBCγBCβBC1000=2.20+6.5∗41∗0.73∗0.21000=2.24m3/sAB段设计流量QAB净=QBC毛+Q二支毛=2.24+0.933=3.17m3/slAB=3.75km，SAB=50，γAB=0.82，βAB=0.2QAB毛=QAB净+lABSABγABβAB1000=3.17+3.75∗50∗0.82∗0.21000=3.20m3/sOA段设计流量QOA净=QAB毛+Q一支毛=3.20+0.644=3.84m3/slOA=5.25km，SOA=54，γOA=0.82，βOA=0.2QOA毛=QOA净+lOASOAγOAβOA1000=3.84+5.25∗54∗0.82∗0.21000=3.89m3