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1、农田水利学课程设计说明书G农场灌溉渠系的规划设计农田水利学课程设计说明书1设计题目西北某地山麓洪积冲积扇处G农场灌溉渠系的规划设计。2基本资料分析G农场的基本资料如下：2.1地理位置G农场位于我国西北某地，有可垦荒地和耕地约5万亩。场区范围东起G河引水渠，西至叉路口（Z公路与W公路的交叉处），南依高山，北抵Z公路北边的北场界。G农场地形图见附录。2.2地形地貌农场处于G河及附近冲沟形成的洪积冲积扇上，地势南高北低，地面坡度较陡。在扇形地带上部，起伏较大，冲沟较多，土层薄而不均，多有卵砾石外露，故不宜作为耕作农田；在扇形地带中、下部，基本平坦，冲沟较少，土层较深厚，部分已开垦为农田。2.3气象条
2、件年平均降水量161.2mm，其中作物生育期（49月）降水量106.4mm，年平均蒸发量1733mm。年平均气温7.3，极端最高气温39.9，最低-30.1。410月平均风速2.6ms,最大风速11.8ms，常风向NW,其次为E。初霜期在9月上旬，晚霜期在4月上旬。结冻期在11月上旬，解冻期在3月中旬，最大冻土深度91cm。2.4土壤和水文地质土壤属灰棕色荒漠土，质地为轻壤。在扇形地带上、中部，潜水埋深大于10cm,含水层为沙砾石，地下径流通畅，水质良好。在扇缘地带（Z公路以北）潜水埋深35cm，含水层颗粒较细，地下径流弱，矿化度较高。G河（在图外）是G农场与T乡的共有水源。发源于山区，主要由
3、融雪、降水补给。河长约35Km，砂卵石河床，沿程水量渗透较多，故流出山口后主要河槽逐渐消失，变为散射状冲沟。该河丰水期（68月份）洪峰流量2060m3s;枯水期（113月份）仅有0.20.3。2.5水源和场外水利工程场外引水工程已全部建成。G河以水渠全长9.5Km，梯形渠道，干砌石灌浆防冲防渗护面。在引水渠8+000，9+000及9+500桩号处在设计流量为4.6 m3s时的设计水位为747.5，715.8，及702.0m。引水渠渠首处G河各月平均流量见表设5-1。表设51 G河各月平均流量表月份123456789101112流量0.30.30.30.41.84.03.02.00.40.30.
4、20.2G河引水工程由氺权双方共同使用，分水比例：G农场占70%，T乡占30%。2.6社会经济情况G农场现有人口580人，其中劳动力285人，主要从事农业，其次是畜牧业，已是耕地约10000亩，种植作物有小麦及杂粮等，地块零星分散，耕作粗放，无正规水利设施，仅有一些临时性渠沟，可堵引冲沟洪水灌溉，产量低且无保证，当地称之为“闯田”。牲畜包括牛380头，马400匹，羊8000只，骆驼33峰。W公路及Z公路穿过本场，交通方便。农场以南15Km有水泥厂，货源充足。附近盛产砂、石。2.7灌溉制度资料在进行灌溉渠系规划时，要适应场内土地规划的需要，以便建成机械化的农牧业生产基地。农场土地开发规模必须按照
5、“灌溉农业”特点以水定地，做到水土平衡。农场实行以粮为主，农牧并重，适当发展多种经营活跃城乡经济的方针，据此建议作物种植比例为：冬小麦 20%，春小麦 15%，玉米、豆类 10%，油 菜 8%，苜 蓿 32%，谷子 12%，瓜 菜 3%。2.8开发规模与经营方针经调查，本场附近灌区的作物灌溉制度见表设5-2。田间水利用系数=0.92由于本区地形较陡，故需加大平整土地的力度，灌水方法尽量采用沟灌或者是畦灌，加之当地降雨资源稀少，蒸发能力较大，水资源极为宝贵，故应加大节约用水的力度，减少渗漏。结合已经建成的场外引水工程，应规划引水自流灌溉系统。当地生产力水平较低，且主要以农业为生，经济水平不高，故
6、规划为渠系灌溉系统。系统建成后，可保证农业的产量，以便建成机械化的农牧业生产基地，增加社会产值，促进当地经济和社会发展，增加农场收入。3设计成果3.1选定农场保灌及规划面积3.1.1按月计算万亩净灌溉用水量根据作物种植比例，可确定万亩耕地中各作物的种植面积。万亩耕地中冬小麦的种植面积为：万亩耕地中春小麦的种植面积为：万亩耕地中玉米、豆类的种植面积为：万亩耕地中油菜的种植面积为：万亩耕地中苜蓿的种植面积为：万亩耕地中谷子的种植面积为：万亩耕地中瓜菜的种植面积为：根据作物灌溉制度表可分别计算出各月万亩净灌溉用水量如下：4月：5月：6月：7月：8月：9月：10月：取该灌区的灌溉水利用系数为0.7，则
7、可计算各月万亩毛灌溉用水量如下：4月：5月：6月：7月：8月：9月：10月：3.1.2按月计算渠首引水量按G河各月平均流量表可计算出各月渠首引水量如下：4月：5月：6月：7月：8月：9月：10月：3.1.3按分水比例计算各月农场分水量如下：4月：5月：6月：7月：8月：9月：10月：3.1.4计算各月保灌面积如下：4月： 5月：6月：7月：8月：9月：10月：选定保灌面积2.4 万亩，按耕地面积占可利用土地面积的80%初步估算农场规划面积为：2.40.8=3万亩，故在地形图上可大致划定农场规划区域的南部边界为670m等高线，其北部农场总面积约为3万亩。3.2进行灌溉渠系的规划布置根据当地生产队
8、规模、轮作要求以及当地具体地形条件，选定规划谷物生产一队、谷物生产二队、非谷物生产队和场部等四个居民居住区。并在670至680m干渠等高线之间沿等高线布置干渠，下设三个支渠。它们的控制面积分别为3750亩、14000亩、13000亩、灌溉面积为3240亩、10500亩、10260亩、各占总规划灌溉面积的12%、45%、43%。可分别种植谷子、冬春小麦、玉米、豆类、苜蓿、油菜、瓜菜详见附图（其中点划线为各支渠控制范围分界线）。支渠以下各级渠道规划长度、控制面积、农渠和条田数见下表。序 号渠道名称长 度（Km）灌溉面积（亩）控制面积（亩）条田数（个）农渠数（条）1一支渠1.432403700126
9、2一支一斗0.81080/423一支二斗0.81080/424一支三斗0.71080/425二支渠1.4105001400039186二支一斗1.32400/937二支二斗1.31620/638二支三斗1.31620/639二支四斗1.31620/6310二支五斗1.31620/6311二支六斗1.31620/6312三支渠1.41026013000381613三支一斗1.42430/9314三支二斗1.31620/6315三支三斗0.71080/4216三支四斗1.42430/9317三支五斗1.31620/6318三支六斗0.71080/42因该地属大坡地地区，灌水方法采用沟灌和畦灌，其适
10、宜坡度为1/2001/50，取为1/100，而当地地面坡度为1/30左右，故需加大平整土地的力度，设置类似梯田类的条田。条田尺寸为600m300m，垂直等高线布置，农渠沿条田短边布置，固定毛渠平行条田长边布置，用细流沟灌方法灌水（详见附图）。3.3推算各级渠道的设计流量和加大流量3.3.1渠道的工作制度 干、支渠实行续灌制度，斗、农渠实行轮灌制度。3.3.2推算各级渠道的设计流量取二支渠为典型支渠，分为三个轮灌组，一四、二五、三六斗分别为各个轮灌组。再以二支一斗为典型斗渠，一斗渠又分为三个轮灌组，一农渠、二农渠和三农渠各为一个轮灌组。一、三支渠也各分为三个轮灌组，每个农渠为一个轮灌组，轮灌渠道
11、上应按照要求设置节制闸，具体布置见附图。因本地区水资源极为宝贵，在规划中采用了较高的引水率，这就意味着引洪灌溉，就要求采用较大的经验灌水率值来确定干支渠的设计流量，鉴于当地经验设计灌水率为,故选取，则二支渠的田间净流量为：同时工作的斗渠有两条，各工作的斗渠内同时工作的农渠有一条，因一斗和四斗的农渠控制面积不同，故一斗农渠的田间净流量为 四斗农渠的田间净流量为又有田间水利用系数，则一、四斗农渠的净流量分别为该灌区土壤为轻壤土，土壤渗透系数由表查得：A=2.65，m=0.45。则农渠每公里输水损失系数对一斗农渠有，选取离斗渠进水口最远的农渠为典型农渠，则一斗农渠的设计流量为同理可求得四斗农渠有，四
12、斗农渠的设计流量为，一斗渠的设计流量为四斗渠的设计流量为则二支渠的净流量为二支渠的设计流量为采用设计流量取为0.77同理分别求得一、三支渠的设计流量如下， 采用设计流量取为0.24 采用设计流量取为0.76则二、三支渠间的西段干渠设计流量一、 二支渠间的东段干渠设计流量干渠渠首段长度为100m，故可不计其流量损失，则其设计流量为采用设计流量取为1.95，亦即引渠净流量为1.933，则桩号为9+500处引渠的设计流量需要为采用设计流量取为2.0，而此处引渠所能提供的流量为4.670%=3.22.0，故满足要求。全灌区灌溉水利用系数为，与假设基本相符合，满足要求。3.3.3推算各级渠道的加大流量和
13、最小流量因本地区水资源极为宝贵，在规划中采用了较高的引水率，这就意味着引洪灌溉，就要求采用较大的经验灌水率值来确定干支渠的设计流量，故计算加大流量时干渠加大系数取1.30，支渠加大系数取1.35。斗、农渠为轮灌渠道，控制面积较小，轮灌组内各条渠道的输水时间和输水流量可以适当调济，故不考虑其加大流量。另取各级渠道流量的40%为最小流量。最终计算得各级渠道的设计流量、最小流量和加大流量如下表：渠道名称计算设计流量采用设计流量最小流量加大流量干渠渠首段1.9331.950.782.65东段干渠1.6951.70.682.3西段干渠0.8110.820.331.10一支渠0.2380.240.100.
14、33二支渠0.763.0.770.311.05三支渠0.7510.760.311.05二支一斗0.4380.440.18/二支四斗0.2940.300.12/3.4典型渠道纵、横断面设计3.4.1典型渠道的横断面设计干渠横断面设计如下：估计干渠水深在12之间，故取m=1.25 ，i为 ，n为0.025西干 Q设=1.70则按水力最佳段面有=1.189 =1.40m取A=（b+mh）h=(1+1.25P=b+2hmR=0.7 mC=37.69=0.010.05 流量满足要求V=0.45 0.35V0.8 满足不冲淤要求加大水深 =1.189 =1.565 mA=4.627 P=6.01m R=0
15、.770m C=38.29 Q=2.20=0.040.05 流量满足要求V= 满足不冲淤要求采用=1.6m西段 Q设=0.83 =1.4m m=1.25 n=0.025初设=0.6m 则A=（b+mh）h=(0.6+1.25P=5.08m R=0.648m C=37.21 1.4 故应选用相同横断面，求出西段设计水深设=1.0m b=1m m=1.25 n=0.025则 A=2.25 P=4.20m R=0.536 C=36.05 0.02 0.05 流量满足要求 V= 满足不冲淤要求=取1.1m,则A=2.61 P=4.52m R=0.577 C=36.50 1.12 =0.020.05 流
16、量满足要求V= 满足不冲淤要求东干渠安全超高堤宽取D=+0.3=1.6+0.3=1.9m 取2米其横断面图见附图初步估计二支渠设计水深在1米左右，原则上应取1.0m1.25，但支渠要做浆砌卵石衬砌，为简便计算，取m=1.0二支渠横断面设计如下：（二支渠）典型支渠横断面设计按 Q设=0.77初选i= ，m=1, n=0.025则 =1.189 =0.97mb=0.81m R=0.49 m C=35.52A=（b+mh）h=1.73 P=b+2hm0.785 =0.020.05 流量满足要求V=0.45 满足不冲淤要求最后采用=1m， b=0.8m1.05设h=1.2m ，则A=2.4 P=4.1
17、9 m R=0.57m C=36.42 1.2 过大再取h=1.1， 则A=2.09 P=3.91m R=0.535m C=36.04 1.006 过小取h=1.12， 则A=2.15 P=3.97m R=0.54m C=36.1 1.04 =0.010.05 流量满足要求V= 满足不冲淤要求安全超高渠顶宽度 D=+0.3=1.12+0.3=1.42m , 取1.5米二支渠（典型渠）的横断面图见附图典型斗渠横断面设计二支一斗 =0.44 i取= ， n=0.025=1.189 =0.73m=0.730.83=0.6mA=0.97 P=2.66m R=0.365m C=33.81 0.443 =
18、0.010.05 流量满足要求V= 满足不冲淤要求因斗渠为轮灌渠道，故不计算加大流量，也不计算加大水深安全超高, 取0.37m渠顶宽度 D=+0.3=1.03m , 取1米其横断面图见附图二支四斗：=0.30 i取= ， n=0.025 m=1=1.189 =0.63m=2=0.630.83=0.52m为与二支一斗统一，也取 b=0.6m设=0.6m则A=0.72 P=2.30m R=0.313m C=32.96 =0.7232.96=0.297 =0.010.05 流量满足要求V= 满足不冲淤要求同二支一斗不计加大流量Q，亦不计算加大水深安全超高, 取0.4m渠顶宽度 D=+0.3=0.9m
19、 , 取1米其横断面图见附图干渠渠道段：=1.95 i取= ， n=0.025 m=1.25 并取b=1则设=1.5m,则A=4.31 P=5.80m R=0.741m C=38.04 1.99 =0.020.05 流量满足要求故=1.5m V= 满足不冲淤要求2.65 设=1.5m,则A=5.31 P=6.44m R=0.82m C=38.70 2.63 =0.010.05 流量满足要求V=0.49 满足不冲淤要求, 取0.7mD=+0.3=2.0m 其横断面图见附图最小流量=0.78初选=0.8m 则A=1.6 P=3.56m R=0.45m C=35.02 0.53 过小再取 =0.8m
20、 则A=2.25 P=4.20m R=0.54m C=35.02 0.53 过小再取 =1m 则A=2.25 P=4.20m R=0.54m C=35.10 0.84 过大再取 =0.95m 则A=2.08 P=4.20m R=4.04m C=35.75 0.75 过小=0.040.05 流量满足要求V=0.38 满足不冲淤要求东干渠，推求=0.68初选=0.9m,则A=1.91 P=3.88m R=0.49m C=35.52 0.67 =0.040.05 流量满足要求V=0.36 满足不冲淤要求由干渠推求=0.6设=0.6m,则A=1.05 P=2.92m R=0.36m C=33.74 0
21、.3 过小取=0.63m,则A=1.13 P=3.02m R=0.37m C=33.89 3.3满足要求=0.010.05 流量满足要求V=0.3 因水为清水，含沙量小，即使水流速达到0.3，也不会淤积，故满足要求。二支渠的确定m=1, n=0.025, i=,b=0.8m初选=0.8m，则A=1.28 P=2.82m R=0.33m C=33.25 0.33 过大选=0.65m,则A=0.95 P=2.76m R=0.33m C=33.25 0.313 过大选=0.63m,则A=0.90 P=2.76m R=0.33m C=33.25 0.313 =0.010.05 流量满足要求V=3.7
22、满足不冲淤要求二支一斗 推算=0.18初选=0.4m,则A=0.4 P=1.73m R=0.23m C=31.31 0.13 过小再选=0.45m,则A=0.47 P=1.87m R=0.25m C=31.75 0.167 过小再选=0.47m,则A=0.50 P=1.93m R=0.26m C=31.96 0.128 过小=0.010.05 流量满足要求V=3.6 满足不冲淤要求二支四斗初选=0.38m,则A=0.37 P=1.67m R=0.22m C=31.08 0.121=0.010.05 流量满足要求V=0.33 满足不冲淤要求求一支渠横断面设计水深=6.2 i取= ， n=0.02
23、5 m=1.25 并取b=0.则设=0.58m,则A=0.8 P=2.44m R=0.33m C=33.25 0.28 过大=0.5m,则A=0.65 P=2.21m R=0.29m C=32.54 0.21 过小=0.54m,则A=0.72 P=2.33m R=0.31m C=32.91 0.24 =0.0040.05 流量满足要求故=0.54m V= 满足不冲淤要求0.33 设=1.5m,则A=0.94 P=2.82m R=0.33m C=33.25 0.33 故=0.65V=0.35 满足不冲淤要求, 取0.35m顶宽D=+0.3=0.95m , 取1m其横断面图见附图=0.10 设=0
24、.4m A=0.48 P=1.93m R=0.25m C=31.75 0.139 过大再取=0.34m A=0.39 P=1.76m R=0.22m C=31.08 0.103 =0.030.05 流量满足要求V= 流速过小，可在其取水口下游修建节制闸以壅高水位，提高流速，具体方案见后面章节3.4.2典型渠道的纵断面设计二支渠为典型支渠因地面坡度明显大于渠底坡度，故须加大平整土地力度，各块条田间呈梯田布置，使地面坡度在畦灌田地处不大于，沟灌田地处不大于二支渠所控制田地为冬春小麦和玉米豆类等谷物区，灌水方法为细流沟灌或沟灌，故适宜比降取为，也大于渠道渠底比降。干渠纵断面设计如下：由规划图可知，一
25、支渠三斗渠附近的地块高程最大，约为671.3m，最难灌溉，故在计算干渠渠首水位时，应以此处为控制点，则干渠进水口水位为= =671.3+0.2+地面高程673.3m一支渠进水口出口干渠提供的水位为672.7-0.2=672.25m地面高程673.4m二支渠进水口出口干渠提供的水位为672.25-=671.56m地面高程673.1m三支渠进水口出口干渠提供的水位为671.56-=671.03m地面高程671.9m二支渠纵断面设计如下：二支渠控制点取在六斗渠三农渠附近地面高程近高点=669.2m则二支渠进水口所需水位为=669.2+0.2+671.56m故需在二支渠进水闸与三、六都进水口之间设置跌
26、水，水位落差为671.56-670.32=1.93-0.69=1.24m三六斗进水口=671.56-0.2+而二五斗进水口所需水位为=651.2+0.2+671.56m地面高程652.5m 之间设置跌水四个水位落差为669.09-652.3=17.48m分别在桩号0+080，0+200，0+320，0+440和0+560处设置跌水，水位落差分别为4.5m,4.5m,4.5m和3.98m一四斗进水口处支渠所能提供的水位，H=652.3-0.1=651.97m一四斗进水口所需水位=629.1m=629.1+0.2+地面高程630.9m之间需设跌水，水位落差为21.77m，分别在桩号0+860，0+
27、990，1+120和1+250处设置跌水，水位落差分别为5.5m,5.5m,5.5m和5.27m.干渠和二支渠的纵断面见附图各渠道水利要素见下表渠道名称比降渠底宽糙率内边坡系数m设计水深加大水深最小水深安全超高渠道深计算设计流量渠顶宽设计流速干渠首段10.0251.251.51.70.950.72.21.9332.00.49干渠东段10.0251.251.41.60.90.62.21.6952.00.45干渠西段10.0251.251.01.150.630.51.650.8110.8110.37一支渠0.80.02510.540.650.340.351.00.2380.238.0.33二支渠0.80.02511.01.120.630.481.60.7630.7630.45三支渠0.80.02511.01.120.630.481.60.7510.7510.45二支一斗渠0.60.02510.73/0.470.371.10.4380.4380.45二支四斗渠0.60.02510.6/0.380.41.00.2940.2940.41二支一斗农/0.4170.417/二四斗三农/0.2770.277/22