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1、青 海 大 学Qinghai University灌区灌溉系统的规划设计院 系： 水利电力学院 专 业： 农业水利工程 学 号： 1300308003 指导老师： 石老师 姓 名： 卓越邓 完成日期： 2016年12月8日 1灌区的基本资料1.1概况灌区位于界荣山以南，以北，（20m等高线以下的）总面积约12万亩。气候温和，无霜期长，适宜于农作物生长。年平均气温16.5，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量1112mm，灌区地形图见附图。灌区人口总数约8万，劳动力1.9万。申溪以西属兴隆乡，以东属大胜乡。根据农业规划，界荣山上以林、牧、副业为主，马头山以林为主，20m 等高线以下则以大田
2、作物为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。 灌区上游土质属中壤 ，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为45m,土壤及地下水的PH值属中性，无盐碱化威胁。 界荣山 、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表56m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪均有岩石露头，马头山陈村以南至边岩石遍布地表。吴家沟等沟溪纵坡较大，下切较深，一般为78m，上游宽5060m，下游宽7090m，遇暴雨时易暴发洪水，近年来已在各沟、溪上游修建多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。 灌区为流域规划的组成部分。根据规划要求，已在兴隆峪上游20km处（图外）建大型水库一座，坝顶高程50.2m，正常水位43.0m，兴利库容
3、1.21,总库容2.31。灌区拟在该水库下游断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行灌溉。断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，下为基岩，河道比降1/100，河底宽82m，河面宽120m。水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完全满足灌区用水要求。1.2气象根据当地气象站资料，设计的中等干旱年（相当于1972年）411月水面蒸发量（80cm口径蒸发皿）及降水量见表1及表2。表1 设计年蒸发量统计月 份4567蒸发量（mm）97.5118.0143.7174.9月 份891011蒸发量（mm）196.5144.7101.175.6表2 设计年降水量统计（mm）日月
4、份4567891017.64.6212.717.418.533.41.97.3492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.920137.52.31412.11.91.91510.0166.04.13.532.81724.5181.3191.6204.312.611.5211.818.5222.110.620.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2261.5271.1281.53.729307.7313.6月计72.9212.178.339.825.037.3103.51.3种植计划及灌溉经验
5、灌区以种植水稻为主，兼有少量旱作物，各种作物种植比例见表3。表3 作物种植比例作 物旱稻中稻双季晚稻棉花种植比例（%）50305020根据该地区灌溉试验站观测资料，设计年（1972）早稻及棉花的基本观测数据如表4及表5所示；中稻及晚稻的丰产灌溉制度列于表6。表4 早稻试验基本数据生 育 阶 段复苗分蘖前分蘖后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/720/725/420/7天 数101018151411987模比系数（%）78182521138100田间允许水层深（mm）10-30-5010-40-8
6、020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3注：全生育期需水系数a=1.0。表5 棉花试验基本数据生 育 阶 段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期起止日期（日/月）21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11模比系数（%）18302428100地下水补给量占作物需水量的（%）10202225计划湿润层深（m）0.40.50.50.60.60.70.7注：计划产量120kg；需水系数k=2.67m3/kg；土壤空隙率为48%（占土体的百分数）；土壤适宜含水率上限为70%
7、（占空隙体积的百分数），下限为35%（占空隙%）；田间最大持水率为70%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为72m/亩；播前灌之前土壤计划湿润层（0.4m）内的平均含水率0=40%（占空隙体积的百分数）。增加的计划湿润层的平均含水率可按50%（占空隙体积的百分数）计。表6 中稻、双季晚稻设计年丰产灌溉制度中稻双季晚稻灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（/亩）灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（/亩）1（泡田）7/5501（泡田）19/750226/525227/71534/62531/825410/62547/820520/630512/82562/730623/83078/730727/
8、830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定额 320（/亩）灌溉定额 335（/亩）附注： 早稻泡田日期为4月13日，定额70m3/亩。2早稻及棉花灌溉制度的制定2.1棉花灌溉制度2.1.1以产量为参数的需水量计算法（简称K值法）用作物产量计算作物需水量表达式为： ET=KY式中：ET为作物在全生育期内的总需水量（mm或m3亩），Y为单位面积产量kg亩；K为作物需水系数。已知计划产量Y=120kg亩，需水系数K=2.67m3/kg，则作物总需水量： ET=1202.67=320.4m3亩2.
9、1.2计算棉花各生育期阶段田间需水量累积ET根据所给生育期阶段需水量模比系数（Ki）计算各生育阶段需水量累计值，即Ei= KiE。幼苗期棉花需水量为E幼苗期= K幼苗期E1=0.18320.4=57.672m3亩；现蕾期棉花需水量为E现蕾期= K现蕾期E2=0.3320.4=96.12m3亩；开花结铃期棉花需水量为E开花结铃= K开花结铃E3=0.24320.4=76.896m3亩；吐絮期棉花需水量为E吐絮期= K吐絮期E4=0.28320.4=89.712m3亩；2.1.3计算渗入土壤内的降雨量累积曲线将所给渗入土壤内的降雨量加以整理（1mm=0.667m3亩），当降雨量P50mm时，降水有
10、效利用系数=0.75；日期月四五六七八九十旬上 中上 中 下上 下中 下上 中上 下上 中 下P0mm34.2 19.6105.4 50.5 21.317.4 55.610 15.110.8 12.67.3 18.537.6 44.3 6.2m3亩22.81 13.0770.30 33.68 14.2011.61 37.096.67 10.077.20 8.404.87 12.3425.08 29.55 4.14降雨量累计值22.81 35.88106.18 139.86 154.06165.67 202.76209.43 219.5226.7 235.1239.97 252.31277.39
11、 306.94 311.08表7 有效降雨量P02.1.4计算计划湿润层加深所增加的水量及累积值 棉花生育阶段不同，所对应的土壤含水量不同，H幼苗期=0.40m，H现蕾期=0.50m，H开花结铃期=0.60m， H吐絮期=0.7m，可利用公式WT=667H2-H1n均，且均=0.5 WT=667H2-H1n均（1） 由幼苗期现蕾期： WT1=667H2-H1n均 =0.50.486670.1 =16.00m3亩（2）由现蕾期开花结铃期： WT2=667H2-H1n均 =0.50.486670.1 =16.00m3亩（3）由开花结铃期吐絮期： WT3=667H2-H1n均 =0.50.48667
12、0.1 =16.00m3亩2.1.5计算计划湿润层适宜含水量上下限制由公式Wmin=667Hnmin与Wmax=667Hnmax式中：min取35%，max取70%。 所以可得棉花不同生育阶段所对应的土壤含水量的上下限： 当H=0.4m时 Wmin=667Hnmin =6670.40.480.35 =44.82m3亩 Wmax=667Hnmin =6670.40.480.70 =89.64m3亩 同理可得：H=0.5m时，Wmin=56.03m3亩，Wmax=112.06m3亩； H=0.6m时，Wmin=67.23m3亩，Wmin=134.47m3亩； H=0.7m时，Wmin=78.44m
13、3亩，Wmin=156.88m3亩；2.1.6地下水补给量K 幼苗期： K1=0.10ET幼苗期=5.78m3亩现蕾期： K2=0.20ET现蕾期=9.61m3亩开花结铃期： K3=0.22ET开花结铃期=16.72m3亩吐絮期： K4=0.25ET吐絮期=22.43m3亩2.1.7计算播前灌水定额播水前往往只进行一次，一般按下式计算： M1=667Hmax-0n =6670.470%-40%0.48 =38.42m3亩2.1.8棉花计算成果表 表8 棉花计算成果表生育阶段日期计划湿润层深度（m）最适含水率（%）最适含水量（m3/亩）需水量计划湿润层所增水量（m3/亩）地下水补给量（m3/亩）
14、ET-WT-K（m3/亩）WminWmax 蓄水模比系数累计值（%）需水量（m3/亩）阶段累积值1234567891011121314幼苗期4月21日6月16日0.40.70.3544.8289.641857.672005.7851.892现蕾期6月17日7月28日0.50.70.3556.03112.0648153.792161615.39122.402开花结铃7月298月26日0.60.70.3567.23134.4772230.688163232.11166.578吐絮期8月27日11月6日0.70.70.3578.44156.88100320.4164854.54217.862.1.8
15、绘制灌溉制度示意图（见附件A3图纸）2.1.9棉花设计灌溉制度表表9 棉花设计灌溉制度表灌溉次数灌水时间灌水定额（m3/亩）1旱作物播前38.422现蕾期7月28日53.63吐絮期9月14日41.2灌溉定额（m3/亩）M=M1+M2=133.222.2早稻灌溉制度2.2.1田间逐日耗水量计算步骤为：（1）日蒸发量=总蒸发量/天数； （2）阶段水面蒸发量=相应的日蒸发量X相应的天数；（3）ET=E0（=1）；（4）阶段需水量=阶段水面总蒸发量模比系数；（5）阶段渗透量=渗透强度天数；（6）阶段耗水量=阶段渗透量+阶段需水量；（7） 逐日耗水量=阶段耗水量天数；2.2.2以早稻生育期复苗为例 已知
16、：四月蒸发量E4=97.5mm，t=30天，五月蒸发量E5=118.0mm，t=31天，早稻复苗期为4月25日5月4日，T=10天，=1，模比系数K=0.07，渗透强度S=1.3mm/d。 由此可得四月日均蒸发量E4均=3.25mm； 五月日均蒸发量E5均=3.81mm； 苗期为4月25日5月4日蒸发量可得阶段水面蒸发量E复苗=63.25+43.81=34.74mm； 生育期阶段水面蒸发量E生育期=394mm； 复苗阶段需水量m=0.07394=27.58mm； 阶段渗透量S=101.3=13mm； 阶段耗水量=S+m=40.58 逐日耗水量均=4.058mm；2.2.3田间逐日耗水量计算表表
17、10 田间逐日耗水量计算表月份4567天数30313031蒸发量(mm)97.5118143.7174.9日蒸发量(mm)3.253.8064.795.64生育期复苗分蘖前分蘖后孕穗起止月日25/44/55/514/515/51/62/616/6天数10101815阶段水面蒸发量(mm)34.7438.0669.49271.85阶段需水系数1111模比系数(%)781825阶段需水量(mm)27.5831.5270.9298.5渗透强度(mm/d)1.31.31.31.3阶段渗漏量(mm)131323.419.5作物日需水量(mm/d)2.7583.1523.946.567田间逐日耗水量(mm
18、)4.0584.4525.2407.867月份891011天数31303130蒸发量(mm)196.5144.7101.175.6日蒸发量(mm)6.3404.8233.2612.520生育期抽穗乳熟黄熟全生育期起止月日17/630/61/711/712/720/725/420/7天数1411987阶段水面蒸发量(mm)67.0662.0650.76394.02阶段需水系数1111模比系数(%)21138100阶段需水量(mm)82.7451.2231.52394.02渗透强度(mm/d)1.31.31.31.3阶段渗漏量(mm)18.2014.3011.7113.1作物日需水量(mm/d)5
19、.914.673.504.52田间逐日耗水量(mm)7.215.974.805.82已知泡田日期为4月13日至4月24日，泡田定额为m=70m3/亩，S1=86mm。e1t1=97.5/3012=39mm，由M1=1+S1+e1t1-P1公式可得 104.9=1+86+39-P1 1=10.4mm 即可得到初始淹灌水层为10.4mm。当淹灌层减去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田间允许水层深度则设计灌水，当大于最大田间允许深度则设计排水，水量平衡方程：h2=h1+P+m-E-C。2.2.4早稻灌溉数据计算表11 早稻灌溉数据计算表早稻灌溉制度初步拟定表日期（月、日）生育期设计淹灌层逐日耗
20、水量逐日降雨量424泡田期25复苗10-30-504.058264.058274.058284.0581.5294.058304.0585514.05824.05834.0583.444.05892.05分蘖前10-40-804.4521.264.4529.774.45228.584.45294.452104.452114.4522.5124.45220134.452144.45215分蘖后20-50-905.240165.2406.0175.24024.5185.240195.240205.240215.240225.24010.6235.24010.7245.240255.240265.2
21、40275.2401.1285.2403.7295.240305.240315.240615.2402孕穗20-50-1007.86717.437.8671.947.86757.86767.86777.86787.86797.867107.867117.867127.867137.867147.8671.9157.867167.86717抽穗抽穗20-50-9020-50-907.21187.21197.21207.21217.21227.2120.2237.21247.2135.4257.21267.211.5277.21287.21297.21307.2171乳熟10-40-505.972
22、5.9735.9745.9755.9765.9775.9785.9795.97105.97115.9712黄熟湿润4.80134.80144.80154.8010164.804.1174.80184.80194.80204.802.2.5早稻生育期灌溉制度示意图（详见附件A3图纸）2.2.6早稻灌溉制度表12 早稻灌溉制度表早稻灌溉制度灌水次数灌水时间灌水定额（m3/亩）14月13日7024月25日2035月2日746月5日2756月10日2766月15日2776月20日2787月6日27灌溉定额2323灌水率计算根据所计算出得到的早稻、棉花及给出的中稻、双季晚稻的灌溉制度以及作物比例分别计算
23、出其管概率，各次灌水的灌水率为qi=mi8.64Ti，其中早稻泡田10个昼夜，生育期灌溉水延续时间4个昼夜；中稻泡田10个昼夜，灌水延续时间4个昼夜；双季晚稻泡田6个昼夜，灌水延续时间4个昼夜；棉花生育期一次灌水8个昼夜。3.1早稻及中稻计算过程式例计算过程早稻为例已知：种植比例=50%，泡田T=10，生育期延续T=4，灌溉制度详见上表。 第一次灌水（泡田期） q1=m1864T1=0.57086410=0.41m3/s万亩 同理可得: q2=0.29，q3=0.1，q4=0.39，q5=0.39，q6=0.39，q7= 0.39，q8=0.39。计算过程中稻为例已知：种植比例=30%，泡田T
24、=10，生育期延续T=4，灌溉制度详见上表。第一次灌水（泡田期） q1=m1864T1 =0.35086410=0.17m3/s万亩同理可得：q2=0.22，q3=0.22，q4=0.22，q5=0.26，q6=0.26，q7=0.26，q8=0.26，q9=0.26，q10=0.22，q11=0.17，3.2灌水率计算表表13 灌水率计算表农作物农作物所占面积灌水次数灌水定额（m3/亩）灌溉时间（日/月）灌水率m3/s万亩早稻50%1（泡田）704/13-4/22 0.412204/25-4/28 0.29375/2-5/50.14276/5-6/8 0.395276/10-6/13 0.3
25、96276/15-6/18 0.397276/20-6/23 0.398277/6-7/9 0.39中稻30%1（泡田）505/7-5/160.172255/26-5/290.223256/4-6/70.224256/10-6/130.225306/20-6/230.266307/2-7/50.267307/8-7/110.268307/14-7/170.269307/22-7/250.2610257/29-8/10.2211208/10-8/130.17双季晚稻50%1（泡田）507/19-7/240.482157/27-7/300.223258/1-8/40.364208/7-8/100.
26、295258/12-8/150.366308/23-8/260.437308/27-8/300.438308/31-9/30.439309/6-9/90.4310309/12-9/150.4311309/19-9/220.4312209/30-10/30.29棉花20%138 4/15-4/220.112547/28-8/40.163419/14-9/210.12将所得灌水率在CAD图纸上绘出灌水率图，并将以修正，得到灌区灌水率修正图（附件A3图纸）在修正灌水率图时，要以不影响作物需水要求为原则，尽量不改变主要作物关键用水期的各次灌水时间，若必须要调整，以往前移动为主，前后移动不超过三天。调整
27、其他各次灌水是，要使修正后的灌水率图比较均匀，连续。此外为减少输水损失，并使渠道工作制度比较稳定，在调整时不应使灌水率值相差悬殊。一般最小灌水率不应小于最大灌水率的40%且短期的峰值不应大于设计灌水率的120%（超过部分可由渠道超高部分）又qmin=0.17，qmax=0.498，因此设计灌水率q设=0.425m3/s万亩。3.3灌水率修正图（详见附件A3图纸）4灌溉渠系规划布置4.1干、支级渠沟的规划布置根据资料，马清河的水量丰富，水质较好，初步确定为灌溉水源，灌水源到引出时，直接将右侧山体开挖成河道，因为其厚度不足以布置隧洞，因此直接开挖。根据要求，取水口初步选择在马头山附近，干渠沿着20
28、m等高线布置。干渠上设置四条支渠，分别为支1、支2、支3、支4，。支渠垂直于干渠布置，支渠控制面积要基本接近。支1在布置时沿着左侧等高线较低的地方布置，沿线向下可能出现地势略有增高，则开挖下段，填上端，保证渠道沿线一直向下。本灌区灌溉渠道分为干支、斗、农四级固定渠道，属于小坡地地区，一支布置在整个灌区西面，雷店的左侧。二支布置在申溪与吴家沟之间，并先后经过李庄、寨沟，到达马埠。三支布置在申溪东侧，并经过新村。四支杨家湾西侧，并经过陈留。排水承泄区：以天然河道作为排水，还有龙尾沟、丁沟、沙溪与贡河围城的低洼区（图中最右下角），作为池塘，也用于承泄。利用吴家沟、申溪和龙尾河3条天然河道作为排水支沟
29、，并在申溪和龙尾河之间开挖一条人工支沟。支渠与支沟相间平行布置，并保证间距基本相等，这样支渠与支渠间的控制面积相近，而支沟与支沟之间的控制面积也可以相近。4.2典型支渠布置4.2.1支渠布置典型支渠选取支3渠，垂直于干渠布置，长度为5600m，控制面积约3万亩。其上布置16条斗渠，分两边布置，每边8条，每条长平均2100m，间距为700m，斗渠垂直于支渠布置。每条斗渠上布置6条农渠，间距为350m。 4.3农渠、农沟布置由于农渠和农沟大致和等高线垂直，在农渠的灌水方向上，地面几乎没有倾斜，故宜采用灌排相间布置，工程较省，能够很好达到灌排目的。4.4田间工程布置由于在农渠方向上有一定坡降，地形变
30、化比较复杂，土地平整度较差，所以该灌区田间工程布置为纵向布置。4.5渠系建筑物布置表14 干、支渠渠系建筑物统计表干OA支1干AB支2干BC支3干CD支4干DE合计干渠进水闸11支渠分水闸11114节制闸11114泄水闸11114合计121212121134.6灌区枢纽布置图（详见附件A3图纸）5灌溉渠道设计5.1干渠长度数据表表15 干渠长度干渠干OA干AB干BC干CD干DE合计长度(km)1.874.233.814.202.10 16.215.2支渠长度及控制灌溉面积表16 支渠长度及控制灌溉面积支渠支1支2支3支4合计长度(km)4.435.375.60 6.63 21.99灌溉面积(万
31、亩)1.472.743.544.4612.215.3典型支渠的设计流量推算5.3.1渠道轮灌制度渠道工作制度采用轮灌方式，并采用集中编组，16条斗渠每8条一组，6条农渠每,3条一组。 渠道工作制度采用轮灌方式，并采用集中编组，16条斗渠每8条一组，6条农渠每,3条一组。 5.3.2推求支渠设计流量取支3渠为典型支渠，由灌水率图得q设=0.425(m3/s)/万亩。5.3.3计算农渠的设计流量三支渠的田间净流量为Q支3田净=A3支q设=3.540.425=1.50（m3/s)因为斗、农渠分2组轮灌，同时工作的斗渠有8条，同时工作的农渠有3条，所以农渠的田间净流量为：Q农田净=Q支田净nk=1.5
32、083=0.0625（m3/s)查灌溉与排水公称设计规范可知，田间水利用系数，水稻灌区不宜低于 0.95；旱作物灌区不宜低于 0.90，取田间水利用系数f=0.96，则农渠净流量为：Q农净=Q农田净f=0.0651（m3/s）灌区土壤为中粘壤土，查表得土壤透水性参数：A=1.9，m=0.4。据此可计算农渠每公里输水损失系数：农=A100Q农净m=1.90.06510.4=5.67农渠毛流量（L农为农渠的平均工作长度，可取农渠长度的一半）：Q农毛=Q农净1+农L农100=0.06511+5.670.350100=0 .0664（m3/s） 5.3.4计算斗渠的设计流量因为同时工作的农渠有3条，所
33、以斗渠的净流量等于3条农渠的毛流量之和：Q斗净=3Q农毛=0.1992（m3/s）农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的净流量相等。斗渠平均工作长度取L斗=1.750km。斗渠每公里输水损失系数为：斗=AQ斗净m=1.90.19920.4=3.623斗渠毛流量为：Q斗毛=Q斗净1+斗L斗100=0.19921+3.6231.750100=0.212（m3/s） 5.3.5计算支3渠的设计流量斗渠也分两组轮灌。同时工作的斗渠为8条。支渠平均长度取L支3=3.85km。支渠净流量为：Q支3净=8Q斗毛=80.212=1.696（m3/s）支渠每公里输水损失系数为：支3=AQ支3净m=1.91.6960.4=1.538支渠毛流量为： Q支3毛=Q支3净1+支3L支3100=1.6961+1.5383.850100=1.796（m3/s） 5.3.6计算支3渠的灌溉水利用系数支3水=Q支3田净Q支3毛=1.5001.796=0.8355.3.7计算支1、支2、支4渠的设计流量（1）计算支1、支2、支4渠的田间净流量Q支1田净=1.470.425= 0.625（m3/s）Q支2田净=2.740.425= 1.165（m3/s）Q支4田净=4.460.425= 1.896（m3/