农业水利学课程设计说明书

课程设计说明书

一、目的

1. 通过课程设计使学生进一步巩固和更加系统地掌握本课程的基本知识。

2. 通过对灌区的规划设计，使学生能够运用本课程的理论解决实际工程问题，从而提高学生的独立分析问题和解决实际问题的能力。

二、课程设计内容

1. 分析资料，确定灌区特征，作为灌溉设计的依据。 2. 确定灌区设计年的灌溉制度。

3. 灌溉制度与水源的配合；选择渠首取水方式，并绘出取水枢纽示意图。

4. 渠系布置及渠系重点建筑物型式选择（重点建筑物指干渠上的泄水，过沟及分水建筑物等）；分析说明所选建筑物修建的必要性和作用，以及采取该型式的理由。要求各级渠道上的建筑物一律按规定符号标注在平面图和纵断面图上。 5. 田间渠系布置(选择一典型地段布置)。

6. 渠道流量推算及干支渠纵横断面结构设计（干渠全做；支渠只选一条典型渠道）。

三、设计资料

（一）灌区自然地理和经济概况

本地区三面环河，西起清河，南频卫河，东至禹河；地势平坦，地形坡度多在0.0015~0.004之间。过去由于卫河南移，在本区的下中部横凿下一道陡坎；同时，入禹河河口西北方形成一凹地和局部高地。

本地区土质肥沃，土壤质地属中粘壤土，微有结构，土壤含盐量为0.02%，宜于耕作。土中粘土含量为10%~15%，孔隙率为44.3%，干容重为1.40t/m3, 透水性中等。地下水埋深为5~15m，水质近于中性（PH=7.4），可溶性盐为0.05%。 本区多年平均降雨量为581.3毫米，但时间分配不均，经常出现季节性干旱，影响作物生长。年最大降雨量为877.7毫米（1949年），年最小降雨量为363.3毫米（1963年），年内降雨变率很大，七、八、九三个月降雨量占全年降雨总量的70%。暴雨多发生在八、九月，由于本区土壤透水性较强，且地下水位较深，因而形成的地面径流量不大，除凹地外，径流可及时排除。多年平均蒸发量970毫米，月平均气温13~16℃，最高气温43℃，最低-10℃，每年12月下旬开始结冻，元月底解冻。

全区耕地面积约为113000亩（100等高线以下），由于南北方向有李家沟纵切而过，把耕地分为东、西两部分，其面积分别为17000亩和96000亩。当地种植的作物以小麦和玉米为主，其次是棉花、高粱和谷子等。

全区共分布有四个乡，即前进乡、胜利乡、合作乡和红旗乡。该区由于干旱影响，作物产量低而不稳，急需发展灌溉，提高农业生产能力。 （二）地形和河道水量概况 1.地形

(1)灌区地形图一张（1/25000），见图1；土地利用率为0.9。

(2)李家沟集水面积不大，平时干涸，雨季洪水期流水。沟道上0#至1#断面河床土质渗漏严重，而在1#至2#断面之间的河床坡降为1/150，形成复式断面，断面的深槽深约2.5米，其底宽约8米；此河段沟床土质密实，沟床稳定。

李家沟20年一遇洪水流量为34m3/秒，此时1#断面的洪水位为98.5米（沟底高程96米）。 (3)100米等高线以上植被覆盖很好，暴雨季节基本无径流汇入本区。 2.清河河流概况

（1）本地区青龙寺有一水文站，具有28年水文资料，根据历年资料分析，得出设计年（频率75%）河水流量按旬统计表，见表1.

表1 设计年清河流量按旬统计表 单位：m3/秒 月 10 11 11.6 9.5 5.6 12 5.0 4.5 3.8 1 2.0 2.0 2.0 2 2.0 2.9 3.3 3 3.5 3.8 4.0 4 4.5 5.0 50.5 5 8.0 7.0 8.40 6 5.1 3.4 4.1 7 28.1 47.2 21.3 8 31.4 28.0 16.0 9 19.0 30.2 25.6 上旬 27.5 中旬 20.1 下旬 15.6

（2）清河0#、1#、#2断面水位~流量关系曲线见附图2。

（3）0#至1#断面间河床土质较疏松，间有风化破裂岩层。风化层厚6米，1#至2#断面间河床土质密实，2.5米以下为坚硬岩层。 （4）水源水质PH=7.0；可溶性盐类总量0.02%，每年7、8月河水含沙量最大，约为30kg/m3；每年11月至六月河水含沙量最小，约为1 kg/m3，河水中悬沙加权平均沉速约为0.1~0.3mm/秒。

3 禹河河道纵坡平均为1/5000.

4卫河水自流注入禹河，自1#断面到河口一段平均坡降为1/4000；在一般年份内，1#断面河水位皆不超过81米高度。 （三）灌区用水资料

根据邻近地区自然和农业条件相似的灌区作物大面积丰产灌溉经验，以及该区的灌溉试验站试验资料，结合本区具体条件和增产的要求，分析拟定出本区各种农作物中等干旱年（75%）的设计灌溉制度见表2.

表2 中等干旱年75%的作物设计灌溉制度 作物作物种植种类 面积比（%） 冬小麦 60 生长 阶段 分蘖 返青 拔节 抽穗 播前 幼苗 开花 结铃 播前 拔节 抽穗 灌溉次数 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 灌水定额 （m3/亩） 50 40 40 40 50 35 35 35 50 35 35 灌水日期 起始 1/12 20/2 1/4 26/4 18/3 20/6 13/7 6/8 20/3 25/6 5/8 终止 22/12 7/3 16/4 10/5 1/4 26/6 19/7 12/8 28/3 30/6 10/8 灌水 天数 22 16 16 15 15 7 7 7 9 6 6 灌水率 棉花 25 早秋 15 晚秋 40 播前 拔节 抽穗 开花 1 2 3 4 45 35 35 35 9/6 1/7 26/7 15/8 20/6 10/7 4/8 24/8 12 10 10 10 本区全年各时期用水量并不均匀，通常是结冻期间（12月底至2月中旬）和9月至11月不需用水，其他时期安排连续灌水。六、七、八三个月用水占全年总用水量的1/3~2/5。

（四）其他资料

（1）有效利用系数

0.90

0.90

0.65

（2）流量在2.5~5m3/秒范围内修隧洞（片石拱）时，单价为30万元/km；同条件下修建陡坡的单价为11.5万元/km。

（3）支渠控制面积3~6万亩，斗渠控制面积3000~8000亩。 （4）干支渠续灌；斗渠轮灌。 四、设计成果

（1）由灌溉制度可求得灌水率如下表：

作物作物种植种类 面积比（%） 冬小麦 60 生长 阶段 分蘖 返青 拔节 抽穗 播前 幼苗 开花 结铃 播前 拔节 抽穗 播前 拔节 抽穗 开花 灌溉灌水定额 3次数 （m/亩） 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 4 50 40 40 40 50 35 35 35 50 35 35 45 35 35 35 灌水日期 起始 1/12 20/2 1/4 26/4 18/3 20/6 13/7 6/8 20/3 25/6 5/8 9/6 1/7 26/7 15/8 终止 22/12 7/3 16/4 10/5 1/4 26/6 19/7 12/8 28/3 30/6 10/8 20/6 10/7 4/8 24/8 灌水 灌水率 天数 22 16 16 15 15 7 7 7 9 6 6 12 10 10 10 0.158 0.174 0.174 0.185 0.096 0.145 0.145 0.145 0.096 0.101 0.101 0.174 0.162 0.162 0.162 棉花 25 早秋 15 40 晚秋 由以上表中得到的灌水率可画出灌水率图和修正后的灌水率图如下； 得到q净=0.17m3/（s*亩） (2)各种作物灌溉面积为：

冬小麦：11.3*0.6=6.78（万亩） 棉 花：11.3*0.25=2.825（万亩） 早 秋：11.3*0.15=1.695（万亩） 晚 秋：11.3*0.4=4.52（万亩）

（3）、根据作物灌溉制度可计算各月万亩净灌溉用水量： 2月：40*8/15*6.78=144.64万m3

3月 40*7/15*6.78+50*14/15*2.825+50*1.695=344.31万m3 4月40*6.78+50*1/15*2.825+40*6.78*5/15=371.017万m3 5月40*10/15*6.78=180.8万m3

6月35*2.825+35*1.695+45*4.52=349.3 5万m3

7月35*2.825+35*4.52+35*4.52*6/10=351.995万m3

8月35*2.825+35*1.695+35*4.52*4/10+35*4.52=379.68万m3 12月50*6.78=339万m3

（3）灌溉用水利用系数=0.9*0.65=0.585，取0.6 所以可以计算得到个月万亩毛灌溉用水量为： 2月144.64/0.6=241.067万m3 3月344.31/0.6=573.85万m3 4月371.017/0.6=618.362万m3 5月180.8/0.6=301.35万m3 6月349.3 5/0.6=582.417万m3 7月351.995/0.6=586.658万m3 8月379.68/0.6=632.8万m3 12月339/0.6=565万m3 （4）、计算各月渠道引水量如下表：

4项目 作物面积时间 各种作物各次灌水定额（m3/亩） 各种作物各次净灌溉用水量（10m3） 棉花冬小麦A=2.5A=6.12 5 40 40 40 50 35 35 35 早秋A=1.53 50 35 35 晚早秋秋冬小麦棉花A=1.5A=4A=6.12 A=2.55 3 .08 244.8 45 35 35 35 127.5 89.25 89.25 89.25 76.5 53.55 53.55 晚秋A=4.08 183.6 142.8 142.8 142.8 全灌区全灌区净毛灌溉灌溉用水用水量量4（10m34（10m3） ） 244.8 204 244.8 244.8 183.6 142.8 142.8 89.25 142.8 142.8 142.8 418.46 348.71 418.46 418.46 313.84 244.1 244.10 152.564 244.10 244.10 244.10 2 3 下 上 中 下 上 244.8 4 5 6 中 下 上 上 中 下 上 244.8 7 中 下 上 8 中 下 上 12 合计 中 下 50 170 155 120 150 306 795.6 612 306 523.07 395.25 183.6 2231.25 3814.10

由各月引水量与个月毛灌溉用水量可知清河的河道来水满足灌溉用水，清河在1-1断面到2-2断面河床土质密实，2.5米以下为坚硬岩层，其位置也符合取水，但是该点最低水位为98.75m不满足水位要求，所以修建一个溢流坝进行抬高水位，在溢流坝上有左岸进行引水渠道设置。此处河道是凹岸，便于取清水。在渠首处设进水闸门控制引水量，在干渠上修建节制闸，进行流量控制。在上级渠道和下级渠道分水的地方设置分水闸，上级渠道的分水闸是下级渠道的进水闸用于控制和调节向支渠的配水流量。在斗渠和农渠各轮灌组的分界处设节制闸，作用是在轮灌供水时用节制闸拦断河流，把全部水量分配给上游轮灌组中各条下级渠道。在干渠通过李家沟处修建渡槽进行引水，其它渡槽修建位置见图纸。在该区域的下中部横槽下一道陡坎，由于坡度不大所以修建跌水见图。 对引水方式进行比较： （1）选择隧洞

若选择隧洞引水隧洞长达约为325m则开挖隧洞所需的单价为30万元每千米 所以总价=30*3.25=97.5万元 （2）明渠输水

明渠输水的价格大约为22.83元每米 总价=22.83*4000=9.132万元

由以上对比可以得出修建明渠更加经济。

再对施工进行对比，明渠施工方便，施工技术简单，隧洞施工技术复杂精度要求高，综上所述选择明渠输水。

对灌溉区域进行渠道规划见大图： 规划的渠道见表： 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 渠道名称 一支渠 一支一斗 一支二斗 一支三斗 一支四斗 一支五斗 一支六斗 一支七斗 一支八斗 二支渠 二支一斗 二支二斗 二支三斗 二支四斗 二支五斗 长 度 （Km） 5 1.35 1.125 1.125 1.35 1.125 1.125 1.227 1.35 5 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 灌溉面积 （亩） 15367 2250 1875 1406 2250 1875 1406 2063 2250 43200 3600 3600 3600 3600 3600 控制面积 （亩） 15367 / / / / / / / / / / / / / / 农渠数 （条） 40 5 5 5 5 5 5 5 5 72 6 6 6 6 6 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 二支六斗 二支七斗 二支八斗 二支九斗 二支十斗 二支十一斗 二支十二斗 三支渠 三支一斗 三支二斗 三支三斗 三支四斗 三支五斗 三支六斗 二支七斗 三支八斗 三支九斗 三支十斗 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 7.375 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.9 4.2 2600 2600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 4620 3600 3600 3600 3600 3600 3600 4800 6000 4200 4200 / / / / / / / / / / / / / / / / / / 6 6 6 6 6 6 6 52 6 6 6 6 6 6 8 10 7 7 因该地属地形平坦，灌水方法采用沟灌和畦灌，其适宜坡度为0.0015-0.004，土地不需要平整。

3、推算各级渠道的设计流量和加大流量 （1）、渠道的工作制度

由于地形比较平整所以选择沟灌技术。干、支渠实行续灌制度，斗、农渠实行轮灌制度。 （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，一二七八、三四九十、五六十一十二斗分别为各个轮灌组。再以二支一斗为典型斗渠，一斗渠又分为两个个轮灌组，一二三农渠、四五六农渠各为一个轮灌组。轮灌渠道上应按照要求设置节制闸，具体布置见附图。

3q0.17m（/s万亩）净设计灌水率为,则二支渠的田间净流量为：

Q支田净A支q净4.320.170.7344m3/s

同时工作的斗渠有4条，各工作的斗渠内同时工作的农渠有3条，一斗农渠的田间净流量为

Q一斗农田净0.73440.0612m3/s4*3

，则一斗农渠的净流量为

田间水利用系数

f0.9Q一斗农净Q一斗农田净f0.06120.068m3/s0.9

该灌区土壤为中年壤土，土壤渗透系数由表查得：A=1.9，m=0.4。则农渠每公里输水损失

农系数

A100Qm

农对一斗农渠有

A1.90.0557m0.4100Q1000.0668，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

计算斗渠的设计流量，因为一条斗渠内同时工作的农渠有三条，所以斗渠的径流量等于三条农渠的毛流量之和：

Q斗净=3*Q农毛=3*0.0678=0.2097m/s

农渠分为两个轮灌组要求斗渠供给的净流量相等，但是第二个轮灌组距斗渠的进水口较远，输水损失较大，得到的斗渠毛流量较大，因此以第二轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的实际流量，斗渠的平均工作长度为1.6km。 斗渠每公里输水损失系数为：

Q农毛3Q农净（1农L农）0.068（10.05570.5)0.0698m/s3斗A1.90.0355m0.4100Q1000.2097

斗渠的毛流量为：

Q斗毛3Q斗净（1斗L斗）0.2097（10.03551.6)0.2216m/s

计算二支渠的设计流量

斗渠分为三个轮灌组，以第三轮灌组作为要求的支渠毛流量作为支渠设计流量，支渠工作长度为5km

Q支净=4*Q斗毛=4*0.2216=0.8864m/s 支渠每公里输水损失系数为：

3支A1.90.975100Qm1000.88640.4

斗渠的毛流量为：

Q Q 1  L 0.88641 0.01994.5)0.975m3/s

计算值去灌溉水利用系数为0.75

同理分别求得一、三支渠的设计流量如下， 计算一三支渠的田间净流量： Q1支田净=1.53*0.17=0.2601m3/s Q3支田净=4.32*0.17=0.7548m3/s

计算一三支渠的设计流量以典型支渠二支渠的灌水利用系数作为扩大指标，用来计算其他支渠的设计流量：

Q一支毛Q一支净f0.26010.3468m3/s0.75

Q二支毛Q二支净f0.75481.0064m3/s0.75

推求干渠的设计流量： 推求3-2干渠的设计流量 Q3-2净=Q3毛=1.0064m3/s

32A1.90.019m0.4100Q1001.3104

Q32毛Q32净（132L32）1.0064（10.0195.375)1.109m3/s推求2-1干渠的设计流量

Q2-1净=Q2毛+Q3-2毛=1.0064m3/s

21A1.90.014m0.4100Q1002.086821

Q21毛Q21净（1L21）2.068（10.0144.375)2.212m3/s推求1-0干渠的设计流量

Q1-0净=Q1毛+Q2-1毛=2.5588m3/s

10A1.90.013m0.4100Q1002.558810

Q10毛Q10净（1L10）2.5588（10.0132.125)2.63m3/s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1.25，支渠加大系数取1.30。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：

最小流量

设计流量（m3/s） 采用设计流量（m3/s） 最大流量（m3/s） 3

（m/s）

2.63 0.23 0.092 0.299 干渠

0.3468 0.35 0.14 0.455 一支渠 二支渠 三支渠

0.975 1.0064

0.98 1

0.392 0.4 0.092

1.274 1.3 0.299

0.23 二支渠一斗 0.2216

典型渠道纵、横断面设计

（1）、典型渠道的横断面设计 1、干渠横断面设计如下：

1估计干渠水深在1～2之间，故取m=1.25 ，i为5000 ，n为0.025

（m/s）干 Q设=2.63

则按水力最佳段面有

3hd=1.189(21mm)i[nQ2]38

=1.30m

取0.70 则b1.0m

A=（b+mh）h=(1+1.251.3)1.33.41m

2P=b+2h1m5.16m R=0.66 m

2Q计2.616（m3/s）

Q设 -Q计Q设 =0.0050.05 流量满足要求

QmAV==0.77 s

0.65V0.85 满足不冲淤要求

加大水深 =1.79 m

hj=1.189(21mm)i[nQ2]38

h干渠安全超高渠顶宽度 D=

hj11.790.20.65m4

+0.3=2.1m

（2）一支渠横断面设计如下：

1估计支渠水深在1～2之间，故取m=1 ，i为3000 ，n为0.025

（m/s）一支 Q设=0.35

则按水力最佳段面有

3hd=1.189(21mm)i[nQ2]38

=0.6m

取0.70 则b0.45m A=（b+mh）h=0.63m P=b+2h1m2.15m R=0.29 m

22Q计0.363（m3/s）

Q设 -Q计Q设 =0.0370.05 流量满足要求

QmAV==0.56 s

0.24V0.85 满足不冲淤要求

加大水深 =0.79 m

hj=1.189(21mm)i[nQ2]38

h支渠安全超高渠顶宽度 D=

hj10.790.20.4m4

+0.3=1.1m

（3）二支渠横断面设计如下：

1估计支渠水深在1～2之间，故取m=1 ，i为3000 ，n为0.025

3（m/s）二支 Q设=0.98

则按水力最佳段面有

hd=1.189(21mm)i[nQ2]38

=0.9m

取0.70 则b0.6m A=（b+mh）h=1.35m

2P=b+2h1m3.15m R=0.43 m

2Q计1.002（m3/s）

Q设 -Q计Q设 =0.0220.05 流量满足要求

QmV=A=0.73 s

0.4V0.85 满足不冲淤要求

加大水深 =1.17 m

hj=1.189(21mm)i[nQ2]38

h二支渠安全超高渠顶宽度 D=

hj10.790.20.49m4

+0.3=1.5m

（4）三支渠横断面设计如下：

1估计支渠水深在1～2之间，故取m=1 ，i为3000 ，n为0.025

（m/s）三支 Q设=1

则按水力最佳段面有

3hd=1.189(21mm)i[nQ2]38

=0.95m

取0.70 则b0.5m

2mA=（b+mh）h=1.38

P=b+2h1m3.14m R=0.43 m

2Q计1.027（m3/s）

Q设 -Q计Q设 =0.0270.05 流量满足要求

QmV=A=0.73 s

0.4V0.85 满足不冲淤要求

加大水深 =1.18 m

hj=1.189(21mm)i[nQ2]38

h三支渠安全超高渠顶宽度 D=

hj11.180.20.49m4

+0.3=1.5m

（5）二支一斗渠横断面设计如下：

1估计支渠水深在1～2之间，故取m=1 ，i为2500 ，n为0.025

3（m/s）一支 Q设=0.23

则按水力最佳段面有

hd=1.189(21mm)i[nQ2]38

=0.5m

取0.70 则b0.35m A=（b+mh）h=0.43m P=b+2h1m1.76m R=0.24 m

22Q计0.235（m3/s）

Q设 -Q计Q设 =0.0220.05 流量满足要求

QmV=A=0.54 s

0.19V0.85 满足不冲淤要求

加大水深 =0.66 m

hj=1.189(21mm)i[nQ2]38

h干渠安全超高渠顶宽度 D=

hj10.660.20.36m4

+0.3=1m

渠道纵断面设计

为了满足自灌引水的要求，各级入口处都应该满足水位控制要求，横断面设计通过水力计算确定了能通过设计流量的的断面尺寸，满足前一个要求。 灌溉渠道的水位推求

H进A0hli=

212543750.10.17103.2m50005000=100+0.2+

地面高程为104m

一支渠进水口干渠提供的水位为103.2-2125/5000-0.2=102.58m 一支渠地面高程为102m

二支渠进水口干渠提供的水位为102.58-4375/5000-0.15=101.56m 二支渠地面高程为102m

三支渠进水口干渠提供的水位为101.56-5375/5000=100.58m 三支渠地面高程为101m 桩号 1 2 3 4

渠底高程 最低水位 正常水位 102.9 101.98 100.66 99.63 103.1 102.49 101.42 100.38 103.2 102.58 101.56 100.58 最高水位 堤顶高程 103.69 102.77 101.83 100.91 104.38 103.17 102.32 101.4 渠道比降 1/5000 1/3000 1/3000 1/3000