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    农田水利学

    农田水利学

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    第一章 1 农田水分状况 农田水分指农田中的地表水土壤水和地下水地表水地表积水 土壤水包气带中的水分 地下水饱水带中的水分可自由流动的水体 与作物生长最密切的是土壤水 一土壤水 一土壤水分形态 土壤水又可分为吸着水毛管水和重力水等几种水分形态 1吸着水 1吸湿水 分子力紧紧束缚在土粒表面不能移动分子状态水 吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数 2膜状水 分子力束缚在土粒表面可沿表面移动但不能脱离土粒表面液态水膜 膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率 2毛管水 对于单个土粒,只能依靠分子力吸附水分, 但对于由许多土粒集合而成的土壤,其连续不断的孔隙相当于毛 细管, 因此还存在一种毛管力,依靠毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水按水份供给情况不同分悬着毛管水 和上升毛管水 1悬着毛管水 灌溉或降雨后在毛管力作用下保持在上部土层中的水分 土壤储存水的主要形式 悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率 2上升毛管水 在地下水位以上附近土层中由于毛细管作用所保持的水分 上升毛管水达到根系则可被作物吸收利用但地下水位不允许上升到根系以防渍害 盐碱地区应?#32454;?#25511;制地下水位发防发生次生盐碱化 3重力水 土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水 重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层或地下水 旱地应避免深层渗漏以防止水的浪费和肥料的流失 水田保持适宜的深层渗漏是有益的会增加根部氧分有利于根系发育 二土壤水分的有效性 土壤对水分的吸力1000MPa0.0001MPa 作物根系对水分的吸力 1.5 MPa 左右 (1 MPa=9.87 大气压=100m 水柱) 如果水分受土壤的吸力小于 1.5 MPa, 作物可吸收利用;如水分受土壤的吸力大于 1.5 MPa, 则作物不能吸收 利用 1.5 MPa 是有效水和无效水的分界点 土壤水分的有效性可以用下图来说明 图土壤水分有效性图 二农田水分状况 (一)旱田适宜的农田水分状况 不允许地表积水 土壤适宜含水率: 凋萎系数~田间持水率 凋萎系数=0.6 田 地下水水?#24335;?#22909;,则地下水位可?#32454;? 但一下水位不能达到根系层 有盐碱威胁地区,应?#32454;?#25511;制地下水位,以免发生盐碱化 (二)水田适宜的农田水分状况 水稻是喜水作物,除适时晒田处,田面要经常维持一定的水层 但水层不能过深, 否则会使根?#31561;?#27687;,使根部发 生无氧呼吸,有毒物?#35797;?#21152;, 影响根系生长发育, 甚至烂根 目前多用浅水勤灌, 适时晒田缺水地区应推广控制灌溉技术 地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏适量的深层渗漏对水稻生长有利, 可增加根部氧分深层渗漏 也不宜过大, 会浪费水, 流失肥料 (三)农田水分状况的调节 农田水分状况并不是总处于适宜的水分状况, 农田水分可能过多,也可能过少, 水分过多和过少都对作物生 长不利下面分析农田水分过多的原因及调节措施

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    1农田水分过多的原因及措施 原因: 降水量大; 洪水泛滥; 地下水位过高等 形成的灾害 洪灾河湖泛滥而形成的灾害 涝灾降水过多积水难排造成灾害 渍害土壤长期过湿危害作物生长造成灾害 措施 防洪整治排洪河道兴算修水库加固堤防等 防涝开挖排水河道修建排涝闸站等 防渍开挖田间排水沟防止过量灌溉等 2农田水分过少的原因及调节措施 原因降雨少土壤滞水能力差山丘区等 措施 灌溉主要措施 疏松土层切断毛细管减少土壤蒸发 地表覆盖用麦桔地膜覆盖阻止土壤蒸发 化学抗旱减少叶面蒸腾 2 土壤水分运动 土壤水分运动的两种途径毛管理论水势理论 毛管理论仅适用于对一些简单的问题分析 水势理论则是根据在土壤水势基础上推导出的扩散方程研究土壤的水分运动这种方法理论严谨适用 于各种边界条件因而具有广阔的应有前景 一土壤水运动基本方程 在一般情况下达西定律同样适用于非饱和土壤水分运动根据达西定律和质量守恒原则可推导出水壤 水运动基本方程 土壤水运动基本方程的两?#20013;?#24335;式1-11和式1-14 在初始条件和边界条件已知的情况下可求解式1-11和式1-14得各点土壤含水率或负压和 土壤水流量的计算公式或用数值计算法直接计算各点土壤含水率或负压和土壤水流量 二入渗条件下土壤水分运动 除雨和灌水入渗是补给农田水分的主要来?#30784;?#25945;材中针对地面已形成一薄水层情况推导了如下基本公式 1剖面含水率分布式1-19' 2入渗速度公式式1-20 3入渗速度挖计算公式式1-21 3在单间 t 内入渗入总?#32771;?#31639;公式式1-21' 菲利普根据?#32454;?#30340;数学推导由一维土壤水运动方程推导出了入渗速度的近似计算式式1-22以 及 t 时间内总入渗?#32771;?#31639;公式式1-23 我国习惯采用考斯加可夫经营公式计算入渗速度和入渗水量即式1-25和式(1-26本课程专门安排 了一个实验来验证考斯大林加可夫公式 第二章 1 作物需水量 一作物田间水分的消耗 (三种途径叶面蒸腾棵间蒸发和深层渗漏) 叶面蒸腾作物植株内水分通过叶面气孔散发到大气中的现象 棵间蒸发植株间土壤或水面水稻田的水分蒸发 深层渗漏土壤水分超过了田间持水率而向根系以下土层产生渗漏的现象

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    解释棵间蒸发能增加地面附近空气的湿度对作物生长环境有利但大部分是无益的消耗因此在缺水 地区或干旱季节应尽量采取措施减少棵间蒸发如滴灌<局部灌溉>水田不建立水层和地面覆盖等措 施 深层渗漏对旱田是无益的会浪费水源流失养分地下水含盐较多的地区易形成次生盐碱化但对水 稻来说适当的深层渗漏是有益的可增加根部氧分消除有毒物质促进根系生长常熟沙河涟水 等灌溉试验站结果都表明有渗漏的水稻产量比无渗漏的水稻产量高 3.9% ~ 26.5% 叶面蒸滕量棵间蒸发量腾发量作物田间需水量 水田田间需水量渗漏量田间耗水量 由于水田不同土壤渗漏量大小差别很大为了使不同土质田块水稻需水具有可比性因此水稻的田间需水 量不包括渗漏量如计入渗漏量则称为田间耗水量 二作物需水规律 一影响作物需水量的因素 ?#34180;?#27668;象条件 主要因素气温高日照时间长空气湿度低风速大气压低等使需水量增加 土壤条件 含水量大砂性大则需水量大棵间蒸发大 作物条件 水稻需水量较大麦类棉花需水量中等高粱薯类需水量较少 ?#30784;?#20892;业技术措施 地面覆盖采用滴灌水稻控灌等能减少作物需水量 二作物需水特性 ?#34180;?#20013;间多两头少开花结实期需水量最大 存在需水临界期 需水临界期在作物全生育期中对缺水最敏感影响产量最大的时期 几种作物的需水临界期 水稻 ?#20852;?#33267;开花期 棉花 开花至幼铃形成期 小麦 拨节至灌浆期 了解作物需水临界期的意义 ?#34180;?#21512;理安排作物布局使用水不至过分集中 在干旱情况下优先灌溉正处需水临界期的作物 三经验公式法确定作物田间需水量 一全生育期作物田间需水量的确定 ?#34180;?值法蒸发皿法 前面已讲过气温日照湿度风速气压等气象因素是影响作物需水量的最重要的因素而水面蒸发 正是上述各种气象因素综合作用结果 因此作物的田间需水量与水面蒸发量之间存在一定程度的相关关系 因此我们可以用水面蒸发量作为参数来估计作物田间需水量 ţ?#31890;? 式中?#28023;?-全生育期作物田间需水量mm --需水系数江苏中稻 ?#31890;保保?0--与同时段的水面蒸发量mm 值法适用于水稻 (旱作物的 E 与 E0 相关不?#28798;? 4

    值法产量法 ?#23548;?#34920;明作物的产量与田间需水量之间存在一定的相关关系在一定?#27573;?#20869;随作物产量的提高而提高 因此可以用产量作为参数来估计作物的田间需水量 ţˣ 式中 --需水量m3/亩 --需水系数3/Kg)由试验资料确定 --作物产量/亩 由于与?#23548;?#19978;并不是?#19978;?#24615;关系因此有人对上式作了修正

    E0 为保证作物存活下来但产量为零棵粒无收 E=KY n + C 式中n--经验指数 --经验常数 K 值法适用于旱作 二各生育阶段田间需水量的确定 1利用需水模系数 有了全生育期田间需水量可以借助需水模系数把总需水量按各生育阶段进行分配需水模系数是作物 某一生育阶段田需水量占生生育期需水量的百分?#21462;?Ei=Ki E 式中 Ei --第 i 阶段作物田间需水量 Ki --第 i 阶段作物需水模系数 需水模系数通过试验取得表 2-7 列出了几种主要作物的需水模系数 2利用阶段需水系数水稻 式中 i--第 i 阶段需水系数 0i --第 i 阶段的水面蒸发量mm 三需水强度的确定 需水强度即为某一天的需水量 单位mm/d 或 m3/(亩 d) 公式 ei=Ei/ti 式中 ei--第 i 阶段的需水强度 Ei--第 i 阶段的需水量

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    ti--第 i 阶段的天数 四彭曼法计算作物需水量 英国科学家彭曼于 1949 年?#29366;?#25552;出又于 1963 年简化了他的公式联合国粮农组织推荐采用彭曼法计算 作物需水量彭曼法的特点是理论基础可靠计算精度?#32454;]?#20294;计算?#32454;?#26434;所需基础数数较多计算 时分两步 一计算出潜在需水量参考作物需水量 潜在需水量指参考作物如苜蓿 mu xu牧草)在供水充足条件下的需水量

    式中 P0--标准大气压 P--计算地点平均大气压 ?--平均气温时饱和水气压 Ea 随温度变化的变率 --湿度计常数 Rn--太阳?#29615;?#23556; 二计算?#23548;?#20316;物的需水量 E=KcEp 式中 Kc--作物系数 2 作物灌溉制度 天然降雨可满足作物的部分需水要求但降水不强能完全满足作物的需水要求在干旱和半干旱地区更是 如此因此为实现农业的高产稳产必须进行灌溉要灌溉就牵涉到什么时候灌灌多少等问题本节讨 论的作物灌溉制度就是解决上述问题 一概述 1什么是灌溉制度 灌溉制度为了保证作物适时播种或栽秧和正常生长通过灌溉向田间补充水量的灌溉方案 灌溉制度的内容灌水定额灌水时间灌水次数和灌溉定额 灌水定额一次灌水在单位面积上的灌水量 单位水田可用 mm旱田用 m3/亩 换算1mm= 0.667m3/亩 灌溉定额生育期各次灌水的灌水定额之和 总灌溉定额播前灌水定额或泡田定额+ 灌溉定额 2为什么要制定灌溉制度 1为灌溉工程规划设计提供依据 2为灌区用水管理提供依据 3制定灌溉制度的方法 1总结群众丰产经验 2进行灌溉试验 3按水量平衡原理进行计算

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    在生产?#23548;?#20013;常把上述三种方法结合起来使用具体做法是根据设计年份的气象资料和作物的需水要 求参照群众丰产经验和灌溉试验资料根据水量平衡原理拟定作物灌溉制度 二水稻的灌溉制度 水稻种植一般采取育秧移栽的方法育秧的田块叫秧田移栽的田块叫本田或大田秧田育秧时间短田 块面积小灌水量较少因此下面主要讨论的是大田的灌溉制度 秧田的灌溉?#21512;?#28748;浅水水深 10~20mm苗高 3cm 后增加水深至 20~40mm苗高 10cm 后排水落干 促进根系生长拔秧前为便于拔秧再深水浸泡 本田插秧前需要泡田整田便于插秧并为秧苗返青创造条件所以本田分为泡田期和插秧后的生育期 泡田期灌水定额称为泡田定额 一泡田定额 泡田额一般为 80~110m3/亩 江?#29031;?#20851;灌区多年平均 M 饱=98.7m3/亩 二生育期灌溉制度 1水田水量平衡方程 某时段水量耗损蒸发 E渗漏 S排水 C 水量补给降雨 P灌溉 M 设时段初水层深为 h1时?#25991;?#27700;层深 h2则

    2计算灌溉制度 计算原理见下图

    3计算方法 1列表逐日计算 2编写电算程序利用计算机计算 三旱作物的灌溉制度 一播前灌水定额 播前灌水的作用保证种子发芽出苗储水 计算公式

    式中 H--计划湿润层深即计划到调节与控制土壤水分的土层深度播前灌水时 H=0.3~0.4m A--孔隙率 maxo--分别为灌水上限含水率和初始含水率以水的体积占孔隙体积的百分数表示 二生育期内灌溉制度

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    1水量平衡方程 研究对象计划湿润层土壤含水量

    平衡方程

    W1+P+WT+K+M-E-S-C=W2

    图中 各变量单位均为 m3/亩 W1W2--分别为时段初末计划湿润层内含水量 H1--时段初计划湿润层深 H2--时?#25991;?#35745;划湿润层深 E--腾发量即作物田间需水量 M--灌水量 P--降水量 C--排水量地表径流量 K --地下水补给量 一般地下水埋深大于 3 米时取 K=0地下水埋 深小于 3 米时K 按试验资料取值 S--深层渗漏 WT--因计划湿润层增加而增加的水量 令 P0 为入渗雨量(m3/亩则 P0 = PC C =P P0=P-P=1- ?#31890;P=P P--降雨量(m3/亩) --径流系数 --降雨入渗系数参考表 2-15参阅本科教材 计划湿润层水量平衡方程变为 W1+ P0+WT + K + M ES = W2 各变量单位均为 m3/亩 2计算灌溉制度的原理 1计算各时段灌水上下限及田间持水量 2推算灌溉制度 列表或图解计算时采用旬为时段,电算时可以日为计算时段

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    先设无 m无 s计算该时?#25991;?#21547;水量 W2=W1+WT+P0+KE 如果 则不需灌溉,也无深层渗漏 如果 则 m=WmaxW2 (?#23548;?#35745;算时宜对 m 取整) 灌水后 W2'=W2+m 如果 则 s=W2W 田持 排水后 W2'=W 田持 计算方法 1列表或图解逐旬计算 2编写电算程序利用计算机计算 3列表法计算步骤 1收集基本资料 2计算生育期计划湿润层内含水量 3计算各次降雨的入渗雨?#32771;?#26102;段入渗雨量 4计算因计划湿润层增加而增加的含水量 WT 5计算各时段地下水补给量 6计算各时段田间需水量 7逐日计算灌溉制度 8校核各生育阶段及全生育期的计算结果 3 灌溉用水量和灌溉用水流量 前面介绍了灌溉制度但还有两个问题未解决1水库兴利调节需要用水过程因此存在一个如何确定 灌区灌溉用水量的问题2设计抽水站引水闸等应以用水流量为依据因此还存在一个如何确定灌 区灌溉用水流量的问题本节的任务就是讨论如何计算灌溉用水量和灌溉用水流量 一灌溉用水量 一直接法 直接利用各种作物的灌溉制?#22756;?#35745;算一般以旬为时段来计算 若有 K 种作物则某时段的灌溉用水量为

    式中 Wi--第 i 时段灌区用水量 Mij--第 i 时段第 j 种作物的灌水定额 Aj--第 j 种作物的种植面积 水--灌溉水利用系数

    全生育期或全年用水量:

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    直接法适用于小型灌区 例题?#32791;?#23567;型灌区作物单一为水稻某次灌水有 1000 亩需灌水灌水定额为 40mm灌区灌溉水利用系数 为 0.75试计算该次灌水的?#36824;?#28297;用水量和毛灌溉用水量 (二)间接法 利用综合灌水定额来计算 综合灌水定额:是某一时?#25991;?#21508;种作物灌水定额的面积加权平均值,称为该时段的 综合灌水定额.

    式中 123n--各种作物的种植比(之和为 1) mi,1mi,2mi,3mi,n--第 i 时段各种作物的灌水定额 某时段的灌溉用水量

    m 综1 它是衡量全灌区用水状况的一个综合指标 2 若全灌区种植?#22756;?#30456;似可用综合灌水定额方便地计算出某一局部的灌溉用水量 3 在供水水源有限的情况下可用综合灌水定额计算保灌面积即 间接法适用于大中型灌区 例题?#32791;?#28748;区 A=20 万亩A 水田=16 万亩A 棉花=4 万亩m 水田=45mmm 棉花=40m3/亩求 m 综 二灌溉用水流量 一直接法 直接根据灌溉制度或灌溉用水?#32771;?#31639;

    式中 T--时?#25991;?#22825;数 t --1 天灌水时数自流为 24h,提灌为 18~22h . 适用于小型灌区 例题?#32791;?#23567;型提水灌区作物均为水稻面积 1000 亩用水高峰期最大灌水定额为 100m3/亩灌溉水利 用系数为 0.75灌水延续 4 天每天灌水 20 小时试计算水泵设计流量 二间接法 利用灌水模数计算思考为什么要引入灌水模数 1灌水模数 灌水模数灌水率灌区单位面积上所需的灌溉净流量

    用 q 表示单位为 m3/s/万亩 第 i 次灌水第 j 种作物的灌模数为 10

    式中 j--第 j 种作物的种植?#22756;?由上式可见T 短对作物有利灌水及时但流量大工程大 T 长对作物不利但流量小工程小 因此应慎重选定 T教材中给出了我国万亩以上灌区的灌水延续时间可供参考 为直观起见及修正灌水模数的方便,需绘出灌水模数图. 初步灌水模数图存在以下问题: (1)大小悬殊,对工程设计不利; (2)灌水时间断断续续,对管理理不利. 因此需要修正. 修正方法:调整灌水时间(消除"大小悬殊"及"断断续续"); 注意?#28023;?以不影响作物生长为原则 2尽量不要改变需水临界期的灌水时间 3调整灌水时间以前移为主 4最小灌水模数应不小于最大灌水模数的 40% 在修正后的灌水模数图中可取图中延续时间达 20 天的最大灌水模数为设计灌水模数若按短暂的最大灌 水模数设计工程可能是不经济的 2计算灌溉用水流量 1计算流量过程线 第 i 时段的灌溉用水流量为

    式中 qi --第 i 时段的灌水模数 2计算设计流量 有些情况下不需计算流量过程只需计算设计流量这时可由设计灌水模数计算 Q 设 根据设计灌水模数计算设计流量

    间接法适用于大中型灌区 第三章 1 灌溉水源 一灌溉水源的主要类型 灌溉水源指可以用于灌溉的天然水体一般分地面水和地下水两?#20013;?#24335; 如进一步细分的话则可分为河川湖泊径流当地地面径流地下径流和城?#24418;?#27700;等四种 江苏平原地区主要以河川湖泊径流为灌溉水源如长江淮河太湖洪泽湖等山丘区主要以当地径流 为水源通过修建水库?#28063;?#25318;蓄当地径流徐淮地区特别?#20999;?#24030;地区地下水也是一种重要的水?#30784;?地下水的特点是含盐量通常?#32454;]?#20294;含沙量很小随着工业的发展污水问题日益突出发展污水灌溉将 逐步引起重视发展污水灌溉一方面可作为一种灌溉水源另一方面可避免其它水体受到污?#23613;?#22240;此发 展污水灌溉具有很重要的?#36136;?#24847;义

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    二灌溉对水质的要求 首先要明?#32933;?#20040;叫灌溉水质灌溉水质主要指灌溉水中所含泥沙的粒径和数量可溶盐的种类和数量灌 溉水温以及其它有毒有害物质的含量等 1 含沙量 从多沙河流引水的灌溉工程必须分析灌溉水中泥沙的含量和组成以便在灌溉工程设计和管理时采取 适当的措施防止有害泥沙入渠入田防止渠道淤积不同粒径泥沙危害程度不同 1粒径<0.005mm 的泥?#24120;?#20855;有一定的肥力可适量输入田间但也不能引入过多引入过多则会降 低土壤的透水性和通气性 2粒径为 0.005~0.1mm 的泥?#24120;?#22312;土壤质地粘重的地区可少量引入田间以?#32435;?#22303;壤结构增加透水 性和通气性 3粒径大于 0.1~0.15mm 的泥?#24120;?#23481;?#33258;?#28192;中淤积对于农田土壤也不利因此应禁止入渠 渠中水的泥沙含沙量也不应超出渠道的输沙能力否则会产生淤积 2 含盐量 灌溉水中允许含有一定的盐分但如果含盐过多就会增加土壤溶液的浓度使作物根系吸水困难影响 作物正常生长严重的甚至会造成作物死亡甚至还会引起土壤次生盐碱化由于各种盐类对作物的危害 程度不同不同作物的?#33073;?#33021;力也不同因此灌溉水质的标准也随着含盐种类和作物种类的不同而不同 对大多数作物来说通常要求灌溉水的含盐量不超过 15%(1.5g/l) 以碳酸钠为主的含盐量应小于 0.1%以氯化钠为主的含盐量应小于 0.2%以硫酸钠为主时应小于 0.3% 钙盐危害不大其允许含盐量可更高 不同矿化度对作物生长的影响:

    矿化度g/l

    作物种类及生长情况 一般作物正常生长 水稻棉花正常生长小麦受?#31181;?水稻可生长棉花受?#31181;ƣ?#23567;麦不生长 作物不能生长只能生长少量?#33073;?#26893;物

    < 1-2 5 20

    但是?#23548;?#35777;明在水源短缺的地区只要土壤透水性较好排水条件较好灌溉水的含盐量也可以大一 些有些地区甚至用含盐量为 0.3~0.6%的咸水进行抗旱灌溉在夏季雨大而集中土壤中暂时积累的盐分 很快又冲洗掉使耕作层仍能保持盐量的平衡 3 水温 灌溉水的温度对农作物的生长影响也是很大的水温过低会?#31181;?#20316;物的生长水温过高会?#26723;?#27700;中溶 解氧的含量并提高水中有毒物质的毒性 作物对水温的要求旱作 T=15~20 度最低允许温度为 2 度 水稻 T 不小于 20 度 均不能大于 35 度 井灌或引水库灌溉时水温往往偏低措施是?#28023;?井灌时延长输水路线或设晒水池曝晒2从水库 引水灌溉应从温度?#32454;?#30340;表层取水 4 其它有毒有害物质的含量

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    城?#24418;?#27700;中含有较多种类的有毒有害物质灌溉前应作水质分析作适当的水质处理使之满足灌溉水水 质要求 2 取水枢纽 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但是作为灌溉水源的河 流湖泊等其水位?#22303;?#37327;有其自己特定的变化规律往往不能满足渠首引水要求这就需要采取工程措施 调节水源的水位流量和水量使之适应灌溉用水要求这些工程措施就是我们下面要讲的取水枢纽按 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?#20013;?#24335; 一无坝取水 1 适用条件水源(河道)的水位?#22303;?#37327;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?#24120;?#23569;沙河流上可不需冲沙闸 导流堤?#26097;?#27969;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?#21491;?#27700;时不需导流堤 3 引水口位置的选定 一般选在?#21450;?#20013;部偏下游处?#36816;持?#27827;流不在存在这一问题这是因为河槽的主流总是靠近?#21450;?#19968;侧 引水可靠更重要的是在?#21450;?#24341;水可以利用环流作用以防止泥沙淤塞进水口和进入渠道因为在河流拐弯 的地方水流受离心力的作用表层水流流向?#21450;?#20351;?#21450;?#19968;侧水面壅高凸岸一侧水面下降在河道横 断面上形成一个水位差由于重力作用使底层水流由?#21450;?#27969;向凸岸并把低层泥沙带到凸岸在凸岸一侧 淤积下来由于弯?#26469;?#27700;流呈螺旋形前进故称为弯道环流?#34180;?#22914;下图所示由于环流作用主流靠近凹 岸一边?#21450;?#19968;侧泥沙淤积较少河道较深所以把取水口选在?#21450;?#19981;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?#21450;?#27700;流顶冲的部位由于?#21450;?#26131;受冲刷因此渠首附近?#24433;?#35201;?#21491;?#20445;存护 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?#26680;?#26159;多沙河流低?#21491;?#27700;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?#32454;]?#24182;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?#20985;?#20462;设施 ?#27169;?#27700;库取水

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    1 适用条件?#28023;?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?#28023;?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?#24120;?常见的有引提结合如沿运灌区 蓄提结合如仪征山丘区 3 引水灌溉工程水利计算 在山丘区灌溉工程系统要比平原地区的灌溉工程系统复杂得多图中有一骨干水库及?#32454;?#28192;和北干渠 两条干渠这些都属骨干工程除骨干工程外还有两座小型水库三个高塘两个低塘一个?#24433;?#36824; 有三处坡面截流工程象这样的灌溉工程系统比单一的灌溉工程水利计算要复杂得多下面我们介绍这种 灌溉系统的水利计算方法水利计算时首先要灌溉工程的可供水量 一小型水利工程供水?#32771;?#31639; 一塘堰供水量估算 指塘堰全年能供作物灌溉的总水量 1复蓄次数法 年内堰塘能重复蓄满的次数即年供水量/塘堰有效容积用 N 表?#23613;?一般 平水年P=50% N=2.0 中等干?#30340;ݏP=75% N=1.5 大?#30340;ݏP=90% N=1.0 塘堰供水量 W=NV 万 m3 式中 V塘堰有效容积万 m3 2 抗旱天数法 塘堰?#23548;?#33021;达到的抗旱天数也能?#20174;程?#22576;的供水能力大小因此 W=etA 万 m3 式中 e作物耗水强度m3/d/亩 t抗旱天数 A灌溉面积万亩 3径流系数法 利用径流系数和降水资料估算塘堰供水量 W=0.1PF 式中 年径流系数可查水文?#26893;?#19968;般为 0.2-0.6 P年降水量mm F集水面积km ǡ塘堰蓄水系数考虑蒸发渗漏弃水等取值 0.5~0.7 二小型?#24433;?#20379;水量估算 14

    山丘区小型河道上的有坝取水称为小型?#24433;ӡ?利用径流系数和降水资料估算塘堰供水量 W=0.1PF 式中 径流系数 P降水量mm F集水面积km ǡ径流利用率 三小型水库可供水量的估算 ?#34180;?#26469;水量估算 1有降水资料和径流系数地区 先选设计代表年查取设计代表年各月降水量 W=0.1P 月 F 式中 ?#24615;¡?#21547;义同上 径流系数的取值可参考下表 南方地区月径流系数 表 月份 7~3 月 4~6 月 50 以下

    降雨量(mm) 30 以下 30 以上 50~100 100~200 200~500 山区 0.65~0.85 深丘 0.63~0.82 浅丘 2无资料地区 0.05 0.10~0.20 0.10 0.15~0.25 0.15 0.20~0.30

    0.30 0.30~0.45 0.45~0.65

    0.25 0.25~0.40 0.40~0.63

    0.20 0.20~0.35 0.35~0.60 0.60~0.78

    查水文?#26893;?#25110;水文图集得多年平均的径深 例: 某小(一)型水库,集水面积 F=2.93Km2,查水文?#26893;?#24471;该地区多年平均径流深为 570mm, 年径流变差系数 CV 为 0.4, 偏态系数 CS=2CV, 求该水库在保证率为 75%的年份的来水量. 解: 由 CVCS 和灌溉设计保证率查皮?#25512;是?#32447; KP 值表得 KP 为 0.71 设计径流深 R=0.71*570=404.7 设计来水量 W=0.1*404.7*2.93=118.6 如果已知各月来水分配?#22756;?则可计算出各月来水量. 2可供水量估算 来水损失: 弃水蒸发渗漏 1弃水 A对已建小型水库如有实测资料则对实测资料进行分析可得各种年份的弃水量 B. 在缺乏实测资料时可将汛期来水量乘以某一百分数来估算弃水量只有汛期存在弃水 2蒸发 根据水面蒸发资料进行估算 3渗漏

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    可按各月蓄水量乘以某一损失系数来估算 库盆地质条件良好取 0.1%~1.0%(或取渗漏深 0.3~0.5m/年) 库盆地质条件中等取 1.0%~2.0%(或取渗漏深 0.5~1.0m/年) 库盆地质条件较差取 2.0%~3.0%(或取渗漏深 1.0~2.0m/年) 月可供水量=月来水量-月弃水-月蒸发-月渗漏 二山丘区蓄水引水灌溉工程水利计算 一分片包干系统 各小型灌溉工程单独分区进行供水用水时先用小型灌溉工程的供水量不足部分由骨干工程供水 二长藤结瓜系统长藤结瓜系?#24120;?#29992;渠道把灌区内分散的塘堰小水库等与骨干工程连接起来形成渠 道是藤?#20445;?#22616;堰是瓜的灌溉系统优点可统一调度联合运用充分利用各种水?#30784;?#38271;藤结瓜系统计 算比?#32454;?#26434;下面作一简单分析 1划分平衡区 一般可分 塘堰区只有塘堰 低库区除有塘堰还?#24418;?#32622;低于渠道的小水库 高库

    区除有塘堰还?#24418;?#32622;高于渠道的小水库 2水量调配计算 1 塘堰区调节计算

    供水次序?#24433;ӡ?#22369;面径流低?#31890;?#39640;?#31890;?#39592;干水库 ?#24433;ӡ?#22369;面径流余水补充低塘 2 低库区调节计算

    供水次序?#24433;?#21644;坡面径流低塘高?#31890;?#20302;库骨干水库?#27807;?#24211;骨干水库直接补渠入田 ?#24433;ӡ?#22369;面径流有余水时补充低塘或低库 3 高库区调节计算

    供水次序?#24433;?#21644;坡面径流低?#31890;?#39640;?#31890;?#39640;库骨干水库补渠入田?#24433;ӡ?#22369;面径流有余水 补充塘堰或高库 4 全灌区平衡计算

    统计骨干水库用水量各区要求骨干水库的供水量之和计算骨干水库的 2 来水?#32771;?#21487;供水量 水量平衡计算 若骨干水库不能满足各区的补水要求应对各区用水作必要调整如适当调整灌水定额灌水时间等 思考蓄提灌溉工程的水利计算 某蓄提结合灌溉系统如下图所示考虑如何进行水利计算 第四章 1 灌排渠系规划布置 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 系统两大类本章介绍渠道灌溉系统管道灌溉系统将在第五章中介绍 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?#21040;?#31569;物

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    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?#20351;?#31561; 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?#20445;?#28192;道应布置有高处排水沟应布置在低处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因为在平原地区排水问题更为突出 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?#35752;保?#20197;减少土方量要尽?#32771;?#23569;压?#20960;?#22320;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?#20999;?#25919;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?#28063;有?#27700;灌溉 但是由于其蓄水能力有?#34047;?#22240;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 ?#38750;?#38388;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?#25945;?#25110;?#24418;?#36215;伏 2 渠道建筑物规划布置 渠?#21040;?#31569;物指与渠道或排水沟配套的水闸涵?#30784;?#26725;梁渡槽倒虹吸跌水?#38041;?#31561;建筑物 一渠?#21040;?#31569;物选型与布置的原则 .满足使用要求 如渠道切断?#35828;?#36335;那么该处需设涵洞或桥?#28023;?#28192;道水位不够则需建节制闸抬高水位 .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如总渠枢纽和江都水 利枢纽 .尽量采用定型设计和装配式建筑物 17

    由于渠?#21040;?#31569;物数量很多同一类建筑物工作条件常相近如斗农渠上的分水闸因此采用定型设计和装 配式结构对简化设计加速施工进度非常有利 .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句容的北山水库石?#23736;?#27133;在平原地区则宜用钢筋混凝土排架 渡槽 .多作经济比较选择最优方案 如渠?#26469;?#36807;河流时有时可在技术上和满足使用要求上可采用渡槽也可采用倒虹吸这时就需要进行经 济比较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?#21040;?#31569;物的类型与布置 一控制建筑物 控制流量和水位 .进水闸布置在干渠首端 .分水闸布置在各支渠?#38750;?#21644;农渠渠首 斗首农首分水闸也叫斗门和农门 .节制闸控制渠道水位或流量 布置 ?#20445;?#22312;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 实行轮灌时在轮灌组分界处需设节制闸

    ?#24120;?#22312;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 渠道与河流道?#26041;?#21449;时应布置交叉建筑物交叉建筑物主要的三种渡槽倒虹吸涵?#30784;?选择方法 ?#20445;?#19981;影响交通和航运 技术上可行 ?#24120;?#36827;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 ?#20445;?#36864;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

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    泄水闸 与节制闸联合修建保护重要建筑物和险工渠段 ?#27169;?#34900;接建筑物 渠道经过一?#32538;不?#22369;面时需建跌水或?#38041;¡?.跌水 水位落差小于?#24120;?#26102;宜建跌水 .?#38041;?水位落差大于?#24120;?#26102;宜建?#38041;¡?#36825;时建跌水不安全 五量水建筑物 ?#20445;?#21033;用闸涵渡槽等量水在干支渠上量水一般利用这些渠?#21040;?#31569;物量水如昭关灌区 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 3 田间工程与地面灌溉方法 一田间工程 田间工程 最末一级固定渠道(农渠)和固定?#26723;?农沟)之间的条田?#27573;?#20869;的临时渠道 排水小沟 田间道路 稻田的格田和田埂旱地的灌水畦和灌水沟小型建筑物以及土地平整等农田基本建设工程 一田间工程的规划要求 田间工程规划应满足以下基本要求 1有完善的田间灌排系?#24120;?#20570;到灌排配套消灭串灌串排并能控制地下水位 2田面平整灌水时土壤湿润均匀排水时田面不留积水 3田块的形状和大小能适机械化需要有利开提高土地利用率 4田间工程规划时必须因地制宜讲求实效实行山水田林路综合治理创造良好的生态环?#24120;?促进农林牧?#34180;?#28180;全面发展 二条田规划 条田?#32791;?#32423;固定灌溉渠道(农渠)和末级固定?#26723;?农沟)之间的田块 综合考虑排涝 机械化耕作和田间用水管理方面要求 条田的一般规格为 宽度 100~200m 长度 400~800m 三旱地田间渠布置 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 有纵向布置与横向布置两种布置形式 1纵向布置 1水流流向 农渠毛渠输水垄沟灌水沟畦 2特点 毛渠灌水沟畦即毛渠?#36739;?#19982;灌水沟?#36739;?#19968;致

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    3布置规格 1纵向布置时输水垄沟间距等于灌水沟畦的长度一般为 30~50m 2输水垄沟的长主等于毛渠的间距一般为 50~70m 3毛渠的间渠等于输水垄沟的长度若毛渠双向控制则毛渠的间距是输水垄沟长度的两倍 4毛渠的长度与条田宽度相近 2横向布置 1水流 农渠毛渠灌水沟畦 2特点 无输水垄沟毛渠灌水沟畦面垂直

    3布置规格 1灌水沟畦长度一般为 30~50m 2单向控制时毛渠间距等于灌水沟畦的长度双向控制时毛渠的间距是灌水沟畦长度的两倍 3毛渠长度与条田宽度相近 3纵向布置与横向布置选择方法 1灌水沟畦尽量垂直于等于等高线便于灌水作物行向一般为南北?#36739;}?#36890;风光照条件好由 此确定灌水沟畦的?#36739;R?2若灌水沟畦垂直于农渠采用纵向布置若灌水沟畦平行于农渠则采用横向布置 ?#27169;?#27700;田格田 水田灌溉不需毛渠灌溉不直接从农渠灌入水稻格田 格田规划要点

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    1水稻格田长度与宽度的确定应考虑到有利灌溉以及有利于提高机耕机收的效率一般长约 100~150m宽约 15~20m 2在山丘区坡地上布置格田一般格田长边?#36739;?#19982;等高线平行有利于减少修筑梯田的工程量此时 农渠垂直于等高线?#31216;?#24067;置 3在平原地区格田?#36739;?#20197;南北向为好利于作物通风?#26194;?4消灭串灌串排 5田面平整便于采用浅水勤灌或其它节水灌溉方法 6与早作田块相邻时应开设隔水沟 4 渠道流?#32771;?#31639; 一渠道设计流量概论 ?#20445;?#23450;义 设计年份灌水期间渠道需要通过的最大流量一般用表?#23613;?#21333;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 作用 ?#20445;?#26159;确定渠道设计断面主要依据 是确定建筑物规模尺寸的主要依据 ?#24120;?#35745;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?#32454;?#26102;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 ?#20445;?#33258;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 估算方法 按经验公式

    式中

    ?#22909;抗?#37324;长渠道渗水损失?#23395;?#27969;量的百分数 土壤渗水系数和渗水指数表?#34180;?br />
    21

    直接计算损

    查表计算 Q 损: 令 s 为?#25239;?#37324;渗水损失则

    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?#32454;]?#22320;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估算方法

    校正系数小于?#20445;?#26597;表 ?#24120;?#37319;取防渗措施后的渗水损失

    例?#32791;城?#36947;长 10净流量为 4.429m3/s, 沿渠土质为中粘壤土试计算?#20204;?#36947;的设计流量

    三水的利用系数

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    ?#20445;?#28192;道水利用系数

    ?#20174;?#26576;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 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?#21644;?#26102;工作的农渠净流量之和 渠系的毛流量为干渠的毛流量

    ?#20174;城?#31995;的水的利用效率 ?#24120;?#30000;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

    灌溉水利用系数 最后我们看?#20174;?#25972;个灌区的灌溉水利用系数

    23

    四渠道的工作制度 什么叫渠道的工作制度前面已提到过的轮灌就是渠道的一种工作制度除轮灌外还有一种工作制度形 式叫续灌 轮灌?#21644;?#32423;渠道分组依次轮流灌溉

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    续灌上级渠同时向其下级分水灌溉称各下级渠续灌

    轮灌的优点输水时间短输水损失小 缺点渠道断面大工程量大 续灌的优点工程量小 缺点输水损失大 一般干支渠续灌斗农渠轮灌 五推算各级渠道设计流量 以如下渠系为例说明

    ?#20445;?#30830;定渠道工作制度 干支续灌斗农轮灌 选择典型支渠

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    选三支为典型支渠为简化计算便于推算其它各支流量

    农渠的计算长度是?#23548;?#38271;度的一半因农渠的净流量不是从农渠末端流出的而是整条农渠均匀流出 斗支渠的计算长度分水口至轮灌组中点的距离为什么因为若斗支?#23548;?#38271;度为计算长度显然偏 长若以分水口到轮灌组开始位置则显得偏短 举例

    h 支水 = Q 支田净 Q 支设 ?#24120;?#35745;算其它各条支渠设计流量 因为前面三支是典型支渠,所以可以认为其它各支与支 3 具有相同的水利用系数这也是前面我们选典型 支渠的原因)

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    推算干渠设计流量

    六渠道的最小流量和加大流量 ?#20445;?#26368;小流量 ?#20445;?#23450;义 设计年分灌水期间渠道通过的最小流量 如何确定

    ?#24120;?#26377;何用途 校核在上下级渠水位衔接确定是否需节制闸 加大流量 ?#20445;?#23450;义 考虑到灌区可能扩大灌溉面积或改变种植计划因而要求渠道能通过比设计流量更大的流量 如何确定

    ?#24120;?#26377;何用途 确定渠道堤顶高程

    27

    由加大流?#32771;?#31639;加大水深渠底高程加加大水深再加安全超高得堤顶高程 布置作业渠道流量推算 注意正确确定支斗农渠的计算长度 5 渠道纵横断面设计 简要解释渠道纵横断面设计 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 一渠道横断面设计 一基本公式 明渠均匀流公式

    对于梯形断面渠道:

    28

    二横断面计算方法 ?#20445;?#35745;算底宽和设计水深

    优点比试算法简便比图解法精度更高 计算加大水深和最小水深

    一般需 2~3 次迭代即可得到满意的结果 三设计参数的确定 ?#20445;?#28192;底比降

    29

    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 ?#20445;?#25509;近地面比降 大则宜小防冲剧 ?#24120;?#24179;原地区小山丘区大 渠床糙率 ?#20174;城泊植?#31243;度糙率大则阻水能力大 取值?#28023;保?#28192;?#34917;?#28369;?#25345;保?#23567; 大则小 参考教材表-8 请同学思考?#28023;?#21462;值偏大会造成什么后果 取值偏小会造成什么后果 ?#24120;?#36793;坡系数

    m 大, 则工程占地多,输水损失大 m 小, 边坡不稳定 取值?#28023;保?#22303;质好粘重小 流量大水深大则大 参考表 4-94-10 宽深比 b 渠底宽与设计水深之比 有三种宽深比 ?#20445;?#27700;力最优断面宽深比

    特点: 断面窄深, 适用于小型渠道 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

    多沙河流上引水的渠道:

    30

    ?#24120;?#23454;用经济断面宽深比 水力最优断面虽?#36824;?#27700;断面小但由于其断面比较窄深对大型渠道并不适用为什么因为不易施工 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?#21462;?br />
    计算方法

    例 已知某渠道设计流量为 20.3m3/s渠底比降飽1/5000,沿线土质为粘壤土分别计算最优水力断面实 用经济断面相对稳定断面的设计水深和底宽 解?#28023;保?#26368;优水力断面

    最优水力断面水深计算公式为

    b = 0.828*4.88 =4.04(m) 实用经济断面

    31

    ?#24120;?#30456;对稳定断面

    最优水力断面水深最大实用经济断面次之相对稳定断面最小 以上分别计算了三断面只是为了说明计算方法其中最优水力断面,过于窄深, 本题不适用本题宜选用 实用经济断面 渠道不冲流速不淤流速 为保证不冲不淤流速不能过小也不能过大即 不淤流速渠道流速不冲流速 ?#20445;?#19981;冲流速

    不淤流速

    ?#27169;?#27178;断面设计步骤 ?#20445;?#25311;定或估算各设计参数顢b 等

    32

    计算设计水深和底宽衢⣩校核不冲不淤 思考发生冲刷或淤积怎么办调整宽深比或比降 流量一定时大则小大则大 ?#24120;?#35745;算最小水深和加大水深 确定安全超高堤顶宽 绘制渠道横断面图 第五章 1 农田排水概述 作物的长生离不开水水是生命之?#30784;?#20294;是也不是水越多越好水太多?#19981;?#24433;响作物的正常生长甚至使 作物死亡因此缺水时需灌水水多时则需排水前面已学了灌?#22756;?#35770;本章开始学习农田排水理论 农田水分太多可能造成的灾害有洪涝渍和盐碱等下面分别说明什么是涝灾渍害和盐害并介绍农 田的排水要求排水标准和排水措施等 一 涝灾渍害和盐害 一涝灾(waterlogging) 1定义 降雨过多形成旱地积水或水田淹水过深而造成作物减产或失收的灾害 2涝灾与洪灾的区别 涝灾当地降雨引起地面积水 洪灾客水入境引起地面积水 二渍害(subsurface waterlogging) 1定义因地下水位过高或连续阴雨?#29575;?#22303;壤过湿而危害作物正常生长的灾害 2成因自然原因1降雨过多或阴雨连绵 2地下水位过高如滨湖地区 3耕层滞水 有粘土隔层犁底层 4地势低洼 如兴化建湖泰县溱潼镇等地 人为因素?#28023;?重灌轻排 2工程不配套大水漫灌串灌串排 3渍与涝的区别 渍无地表积水 涝有地表积水 渍可视为一种特殊的涝渍也称为暗涝地下涝地涝等 三盐害 1定义土壤中含可溶性盐过多使作物吸水困难从而影响作物正常生长的灾害 中性盐NaclNa2SO4 等过多称盐土 碱性盐NaCO3NaHCO3 等过多称碱土或盐碱土 2盐碱地的形成 形成的条件1地下水含盐量大 2地下水位过高上升毛管水能达到地面 形成过程 1地面蒸发毛管水上升至地面 2水蒸发后盐分留在土壤表层

    33

    3盐分积累形成盐碱地绘示意图说明形成过程 次生盐碱地由于灌溉不当过量灌水或只灌不排引起地下水位上升形成盐碱地称为次生盐碱地 3分布 干旱半干旱地区 滨海地区 二农田排水要求和排水标准 一农田排水要求 1除涝排水要求 使作物淹水深度和淹水时间在不影响作物正常生长的允许?#27573;?#20043;内 1不同作物同一种作物不同生育阶?#25991;脱?#33021;力不同由表 7-1 可知旱作物中棉花?#33073;?#33021;力较差玉米 ?#33073;?#33021;力?#32454;ߡ?水稻分孽期?#33073;?#33021;力较差其它各阶?#25991;脱?#33021;力?#32454;ߡ?#27700;稻总体来总耐用淹能力较好但是水田滞蓄水深 和时间也应有所限制见表 7-2 2降渍排水要求 土壤含水量的大小与地下水位关系密切地下水埋深?#35282;常?#22303;壤含水量越大因此降渍要求可表示为对地 下水埋深的要求 1土壤含水量与地下水埋深的关系 2地下水埋深与产量的关系 3 不同作物 同一种作物不同生育阶?#25991;?#28173;能力不同 主要作物耐渍能力见表 7-3 一般适宜埋 0.5~1.2m 4水田地下水位过高长期淹水?#19981;?#20135;生渍害因此需要浅水勤灌适当晒田保证一定的深层渗漏 3治盐要求 在有盐碱化威胁的地区土壤会不会产生盐碱化与地下水位埋深有关若地下水很深则不可能产生盐 碱地因此治盐要求也可用地下水埋深要求来表?#23613;?地下水临界进埋深不致引起盐碱化的地下水最小埋深称 治盐要求地下水埋深>地下水临界埋深 对不同的地下水含盐量不同的土质地下水临界埋深不同我国北方部分地区地下水临界埋深见表 7-4 二农田排水标准 1除涝标准 通常以排除某一重现的暴雨所产生的径流作为排涝标准标准太高排涝效益好但排涝工程规模太大 投资太大标准低投?#23454;停?#20294;不能解决排涝问题因此需要定出一个高低适宜的排涝标准有条件时可 进行经济分析论证确定一般可按规范或本地区的有关规定确定 按新规范排涝标准为 5~10 年一遇 江苏省日雨量 150~200mm不受涝二日排出相当于五年一遇 日本10~15 年一遇澳大利?#29301;?5~20 年一遇 2降渍标准 以设计排渍深度和耐渍深度作为排涝标准 设计排渍深度日常情况下地下水位的埋深要求 设计耐渍深度暴雨后规定时间内要求地下水位达到的埋深比如 3 天内地下水位要求降到 0.5 米深 按规范降渍要求为 34

    作物种类 旱作 水稻

    设计排渍深度 0.8~1.3m 0.4~0.6m

    设计耐渍深度 3~4d 内地下水位降至 0.3~0.6m

    另外水田应保持适宜渗漏量2~8mm/d 粘性取小值沙性土地取大值 3防盐标准 地下水位应控制在临界深度以下P190表 7-4 江苏降渍防盐标准基本控制地下水位在 1~1. 2 米盐碱地区还要适当?#30001;?三涝渍盐治理 一除涝 1水利措施?#28023;?修建排水工程挖沟疏河建闸站等 2排滞并举 2农业措施?#28023;?易涝地区种耐涝作物 2局部洼地可作蓄涝养殖区 二防渍 1水利措施?#28023;?修建排水工程明沟暗管鼠道竖井排水 2控制河网水位从而控地下水位 3节水灌溉 4灌排分开水旱分开 2农业措施?#28023;??#29287;?#22303;壤消除滞水层深耕晒垡增施有机肥 2种?#26448;?#28173;?#20998;?#22914;圩区应种水稻不种棉花 3生物排水沿沟沿?#20998;?#20859;灌?#23613;?#26377;利降地下水位 三防盐降盐压盐 1水利措施?#28023;?兴建排水工程 ?#26723;?#24230;地下水位有良好排水设施的前提下大定额灌溉洗盐注只灌不排则有可能产生次生盐 碱化 2地表水地下水联合运用 2农业措施?#28023;?种水稻是?#29287;?#30416;碱地的一个重要方法 2种?#26448;脱?#20316;物 3化学措施施用石膏CaSO4呈酸性使碱土变成硫酸钠盐土从而减轻危害 第六章 1 排水?#26723;?#31995;统规划布置 一明沟排水系统的组成 田间排水工程毛腰?#20351;?排水?#26723;?#31995;?#24120;?#24178;支斗农沟 排水闸涵站等建筑物 排水?#34892;?#21306;江河湖海等 二明沟排水系统的类型

    35

    1一般排水系统 1排水?#26723;?#31995;统组成干支斗农沟 2作用一般只起排水作用 3适用有一定坡度的坡地平原地区干旱半干旱地区 2综合利用排水系?#24120;?#20063;称河网 1 组成 1骨干河网 干河一级河 支河二级河 2基本河网 大沟三级河 中沟四级河 小沟丰产沟生产河 3墒网 毛沟 腰沟 ?#20351;?2作用除排水作用处还有滞涝引蓄水灌溉养殖?#38477;?#31561;作用 3河网的主要特征河网的特征是由其综合利用功能所决定的 深沟?#21491;?#28145;能排地面水也能降地下水蓄水灌溉 网水系成网调度灵活 平?#26723;?#35201;平能排能引航运养殖 分分级分片控制高?#25512;?#20998;级控制高水高排低水低排 其中深为关键原因深是综合利用的关键 3适用地形?#25945;?#30340;平原或圩区 三规划布置原则 1低处布置各片低处 2分片排水高水高排低水低排 3洪涝分?#21361;?#20462;堤防撇洪沟等 4滞蓄结合减少排水量 5统筹规划与渠道道路林网?#29992;?#28857;行政区结合 6灌排分开各成系统 有利于灌也有利于排 7?#26723;?#36896;价可利用天然河道?#25345;薄?#20943;少交叉建筑物 8安全可靠土质好防止坍塌 9综合利用如引水灌溉船运水产养殖等 以上 9 条原则只板书标题不板书释内容 四规划布置方法 1山丘区 干渠尽可能利用天然河道 支渠也可利用天然河道 斗农沟地面有一定坡度时用灌排相邻布置 ?#25945;?#26102;作灌排相间 一般斗沟间距 400~1000m深 1.5~2m 36 相当于?#26194;?相当于支沟 相当于斗沟 相当于农沟

    农沟间距 100~300m深 1.0~1.5m 2平原地区 江苏河网的一般规格 1徐淮平原 大沟 间距 沟深 底宽 2000~5000 4~5 4~6 中沟 500~1000 2.5~3 2~3 小沟 100~200 2 1~2

    2通南和太湖平原 大沟 间距 1000~3000 沟深 底宽 3圩区 外河网地区骨干河网干支河 内河网由中心河生产河组成 较小的圩区宜采用丰?#20013;文?#27827;网 较大的圩区宜采用井?#20013;文?#27827;网 ?#20445;?#20016;?#20013;文?#27827;网 丰?#20013;?#27827;网布置如下图在圩中心或接近中心的位置布置一条干河中心河垂直于干河均匀地布置若 干支河生产河形成丰?#20013;?#27827;网生产河的间距约为 200~300 4.6~6.5 3~6 中沟 600~1000 3.5~6.0 2~4 小沟 150~200 2 1

    井?#20013;文?#27827;网 37

    圩子面积较大时纵横两?#36739;?#20855;有两条以上干河此时称内河网为井?#20013;?#27827;网 2 排水沟的设计流量 排水设计流量排涝设计流量排渍设计流量 一设计排涝流量最大设计流量 设计排涝流量排除在某一排涝设计标准下的暴雨产生的地面径流的排水流量 作用确定排水沟断面骨干排水沟排水建筑物的尺寸 一地区排涝模数经验公式法 排涝模数排涝区单位面积km2的上排涝流量单位m3/s/km2 用符号 q 表?#23613;?计算步骤 1确定计算暴雨 P 2计算设计净雨 R 3用经验公式计算排涝模数 q 4计算设计排涝流量 Q 1确定设计卜雨 P 1历时 F=100~500 平方公里 选 1 日暴雨 F=500~3000 平方公里 选 3 日暴雨 2暴雨量由设计标准进行频率分析计算得到 2求设计净雨深 R 1水田地区 采用暴雨扣损法

    2旱田地区

    38

    3有水田也有旱田

    3计算排涝模数

    式中R 设计净雨mm K综合系数表 8-5 m峰量指数表 8-5 n递减指数表 8-5 4计算排涝流量 ѣqF 适用地区性骨干排涝河道 二平均排除法 1计算方法 1特点 以排涝历时内的平均排流量作为设计排涝流量

    农田会受短时间淹没 适用规模较小的排水?#26723;?br />
    39

    2计算

    式中T排涝历时d t每排水时间h一般自排 t=24h抽排 t=20~22h 自排时上述公式为简化为

    计算 R 时注意水田和旱地的设计净雨计算方法同前 平原河网地区宜考虑排水沟滞蓄 圩区应考虑预降滞蓄圩堤渗漏产水和?#28173;?#36827;水 2算例 例 1 已知淮北平原地区 F=20km2 水田 旱田及?#22564;?#38754;积分别为 12km2 7km2 1km2, 稻田耗水 e=4mm/d 稻田滞蓄 30mm沟水面蒸发 沟滞蓄 500mm排涝标准为日雨量 200mm 两天排出求 Qq 解?#28023;?计算 R

    2计算 Qq

    40

    例 2 已知苏南某圩区F=3.8Km2其中旱地占 15%水田占 80%河沟占 5%水田日耗水 e=5mm/d水 田滞蓄 30mm河沟水面蒸发 e0=3mm/d预降滞蓄 500mm圩堤总长 7.8Km渗漏产水 i=0.05mm/km/d ?#28173;?#36827;水 0.55mm/d排涝标准为日暴雨 200mm2 日排出求 Qq 解?#28023;?计算 R

    2计算 Q 和 q

    二设计排渍流量日常流量 定义雨后地下水位回落到控制要求的深度时地下水的排水流量称为日常流量 作用确定排水沟?#26723;?#39640;程并校核允许最小流速 计算方法 1确定排渍模数 1采用当地或邻近地区实测资料 2采用公式计算规范?#20998;?#20844;式

    41

    3采和经验数据P.238表 8-6 2计算排渍流量

    2 田间排水沟设计 田间排水沟设计的关键是确定排水沟的深度和间距比降(i)边坡系数(m)等均按经验确定 一除涝田间排水沟 一除涝田间排水沟作用 作用及时排除地表积水减小农田淹没深度和时间

    二田间除涝排水沟的间距与断面 目前田间排涝排水沟间距与断面的确定还没有完善的理论方法多数按经验确定我国北方地区农沟间距 一般为 150~400m毛光线间距为 30~50m南方农沟小沟间距一般为 100~200m 三田间除涝排水沟的断面 除涝排水沟断面根据排涝流量确定 兼有除涝和防渍的排水沟一般以排渍要求确定沟深再初步拟定过水断面再校核是否满足除涝要求 二控制地下水位的田间排水沟防渍防盐碱 一田间排水沟对控制地下水位的作用 1降雨期间及时排除部分水量减小地下水位上升高度 2雨后加快地下水位的回落

    二确定沟深和间距 1沟深与间 在要求的地下水位一定时沟深大则间距大沟深小则间距也小因此存在许多方案宜用经济比较?#21491;?确定

    42

    2确定沟深

    ?#23548;?#35745;算中一般先根据要求控制的地下水埋深土质及施工管理方便等要求拟定 D D=H+h+s 式中 H排渍深度或地下水临界埋深作物要求的地下水埋深m h悬挂水头m0.2~0.3m s日常水深m0.1~0.2m 确定 D 后再选择适当方法确定 L 3确定间距 1排水试验法 根据农田排水试验规范SL109-95的要求进行试验 试验时针对某种沟深拟定一组排水沟间距测试其排水效果最?#26157;?#25321;符合排渍标准的排水沟间距 2公式计算法公式有多种有于时间关系只介绍两个较常用的公式 1非恒定流公式 可以解决的问题降雨停止后的 t 时间内地下水位降至某要求的深度求排水沟的间距

    非完整沟修正系数按下式计算

    43

    ?#23548;?#35745;算时采用迭代法?#21512;?#25353;完整沟计算计算出 并计算出 再按式*计算 若 则 即为所求 否则再计算新的 并按式*算出 如此反复直至两次计算出的间距近似相等为止 2淹灌稻田稳定入渗条件下的排水沟间距 为防止渍害淹灌条件下的水稻田需要保持一定的渗流强度下面介绍在已知排水沟深度和渗流强度条件 下确定排水沟间距的计算公式

    注该公式是农田排水工程技术规范上推荐的公式

    渗流阻抗系数估算公式为

    3经验数据法

    44

    在缺乏试验条件和计算条件情况下可以根据本地区或类似地区的经验数据确定排水沟间距

    4 骨干排水沟设计 主要包括水位推算与纵横断面设计 一排水沟的设计水位 与排涝设计流量和排渍设计流量相应有排涝设计水位和排渍设计水位 一排渍水位日常水位 排渍水位是排水沟经常需要维持的满足防渍或防止盐碱化要求的水位也称日常水位若有养殖和通航 等需要也兼顾这些方面其它方面的要求 推算步骤 1确定排渍控制点 A 高程最远处低洼地高程 2初拟各级排水沟的比降

    45

    3推算排?#26194;?#20986;口的日常水位

    应满足?#26194;?#20986;口处的日常水位 外河排水?#34892;?#21306;的日常水位 若不满足上述要求则调整比降尽量争取自排 在水网圩区无法自排则采用抽排?#27425;?#25345;日常水位 二排涝水位最高水位 排涝水位是排水沟通过排涝设计流量时的水位 计算步骤 1确定排涝控制点 A 2拟定各级排水?#24403;?#38477; 3计算?#26194;?#20986;口处的排涝水位

    应满足?#26194;?#20986;口处最高水位应不低于外河的最高水位 若?#26194;?#20986;口发生壅水则需调整排水?#24403;?#38477;或筑堤束水 若无法自排如在水网圩区则1建站抽排2进一?#25945;?#39640;?#26723;?#30340;滞蓄能力可采取提高加密沟 网提前预降沟水位等措施 若排水沟同时具有排渍和排涝的要求则应同时满足上述两种水位要求若以排涝要求确定?#26723;?#26029;面则 以排渍要求来校核若以排渍要求确定?#26723;?#26029;面则以排涝要求来校核 二排水沟横断面设计 任务确定排水沟横断面尺寸 一般干支沟应作具体设计斗沟选择有代表性斗沟作典型设计农沟可采用地区统一的标准断面 下面介绍排水沟横断面设计的步骤 一按排涝设计流量确定排水沟过水断面 通常按明渠均匀流公式计算方法与渠道计算相似

    46

    1底坡 i 考?#29301;?接近地面坡降以避免深挖方 2应考?#27973;行?#21306;水位尽量自排 3满足不冲不淤比降不能太大也不能太小 4结合引水的?#26723;?#27604;降宜?#28023;?#27492;时应?#31216;?#25490;水倒坡引水 5结合蓄水灌溉滞涝通航时也可采用?#38477;ס?一般取值?#27573;??#26194;?1/6000~1/20000支沟 1/4000~1/10000 斗沟 1/2000~1/5000农沟 1/1000~1/2000 2边坡系数 m 主要与土质和沟深有关参考表 8-9P.242 一般同级沟渠相比?#26723;?#30340;边坡系数大于渠道的边坡系数因为1地下水渗出2坡面径流冲刷 3?#30340;?#31215;水时波浪的?#36136;础?3糙率 n 1新开的?#26723;?与渠道相同约 0.02~0.025; 2易生杂草的?#26723;?n 较大一般取 0.025~0.030 4不冲不淤流速 不淤流速一般为 0.3~0.4m/s 不冲流速见表 8-8 排水沟的设计流速应满足不冲不淤的要求 二根据防渍通航养殖要求校核排水沟的水深和底宽 通航和养殖对干支沟的要求如表 8-10 如果不能满足防渍通航和养殖要求则应拓宽?#30001;?#26029;面 如果排渍要求的沟深比排涝要求的沟深大得多则可以采用复式断面这样能满足排渍要求又不?#29575;?断面扩大很多 三校核滞涝要求 对于平原水网圩区排水沟一般有滞涝要求 1确定需要排水沟滞蓄的水深

    2计算需要排水沟滞蓄水量 设排涝区面积为 Fm2则需要滞蓄的水量为

    47

    3排水沟滞蓄容积滞蓄能力

    排水沟滞蓄能力为

    式中,l 为排水沟的长度 4校核

    1增加抢排水量 2减小要求的滞蓄量 3扩大沟沟深或沟宽或采用复式断面 4增加?#26723;?#23494;度 ?#27169;?#26657;?#26031;档?#28748;溉引水能力 利用排水沟引水灌溉时往往平坡逆坡引水

    需校核输水距离及水位能否满足灌溉要求 校核方法?#21644;?#31639;水面曲线 如不满足应调整排水沟的水力参数 三排水沟纵断面图绘制 1上下级排水沟的水位接 上下级?#31561;?#24120;水位应有一定的水面落差0.1~0.2m 上级?#26723;?#30340;排涝水位衔接可不考虑落差 2纵断面图的绘制步骤 1绘制地面高程线2绘出日常水位线 3绘出?#26723;?#39640;程线日常水位-日常水深 4绘出最高水位线?#26723;?#39640;程+排涝水深 若该排涝水位线高于设计排涝水位线则应修正设计 5若?#26194;?#20986;口段有筑堤束水则应绘出堤顶高程线 48


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