水利水电工程毕业设计海晏县金滩渠节水灌溉示范工程

水利与建筑工程学院水利水电工程系毕业设计前 言该设计是根据青海省海晏县当地具体的地质、地形、以及水文条件，结合当地气候条件和农作物生长周期为依据，对海晏县金滩渠下游进行节水灌溉改造。海晏县金滩渠节水灌溉示范工程是一项农田水利工程。涉及金滩乡道光、光明两个村2100亩农田节水灌溉。本着灌区改造的经济合理性为原则，对部分干渠渗漏严重的地段进行衬砌，支、斗、农渠渠道进行现浇混凝土浇筑。该设计主要计算说明该地区的农作物灌溉制度，渠道的利用系数，推求干、支、斗、农渠的设计流量，确定渠道断面尺寸结构等。该设计在西北农林科技大学水利与建筑工程学院水利水电工程系张伯平、宋松柏教授的指导下完成，并提出了许多宝贵的意见，对此表示衷心的感谢。对设计说明书中的错误和不妥之处，恳请老师和同学们批评指正。 * * * （姓名） 2007年6月5日摘 要海晏县金滩渠节水灌溉示范工程涉及金滩乡道阳、光明两村2100亩农田节水灌溉。上游灌溉面积为1500亩,下游灌溉面积为600亩。属于等小（2）型工程，干渠主、次要建筑物均按5级设计。是海晏县主要的农业灌区。灌区以金滩渠为水源，从哈勒景河引水，由于金滩渠年久失修，渠道渗漏严重，渠系水利用系数较低，灌溉方式落后，水的浪费较大，因此需要对金滩渠干、支、斗、农进行衬砌改造。根据拟定的灌区灌溉制度，确定灌区的灌水定额。根据金滩灌区以往的灌水经验、渠床地质条件和我省衬砌渠道运行现状，拟定渠系水利用系数，推求干、支、斗、农渠道的设计流量，进行典型地块的布置。根据干、支、斗、农渠道的设计流量，确定干、支、斗、农渠的断面及其渠系建筑物。【关键词】 灌溉制度；设计流量；典型地块1 自然地理概况1.1地理位置及范围海晏县隶属海北藏族自治州，位于青海湖畔，北接祁连、门源，东临大通、湟中，南连湟源、共和，西通刚察，地理位置为东经10023 10122，北纬3644 3739。县域东西宽85.7km，南北长102.2km，总面积4436.73km2。距省府西宁市100Km。1.2 水文气象 1.2.1 水文金滩渠工程始建于70年代，以哈勒景河水作为水源，设计引水流量1.0m3/s，加大引水流量1.5m3/s；防洪排砂顺畅，水源可靠。近年来，海晏县水质检测部门依照地面水环境质量标准（GB383888）、中国地表资源质量年报的暂行规定我省多年水质检测的一般方法，对湟水支流的哈勒景河站断面作了地表水的水质评价，其结果为PH值8.4，呈中偏碱性，总硬度102mg，氨氮含量0.03mg，氰化物、砷化物、汞及大肠杆菌等均未发现水质评价为:汛期和非汛期均为二级，水质优良，符合饮用、渔业、农灌用水的要求。区内地下水化学成分有着明显的分带性，由于受地貌岩性等条件的制约，区内地下水化学成分以HcO3、Ca、Mg等离子为主，并以低矿化度为特征，大面积分布于山区、海晏盆地和青海湖盆地的甘子河地区。经有关部门对水质的化验评价指出，该水除铁离子含量普遍偏高外，其他项目指标均未超标，基本能满足饮用、农灌对水质的要求。1.2.2 气象金滩渠灌区地处祁连山系东部大通山脉东南侧，据有关资料表明，工程区属于高原大陆性气候，总的特点是:降水少，蒸发大，气候干旱，雨热同季，寒冷期长，温凉期短，光照充足，太阳辐射强，日照时间长，光热资源丰富。温度的垂直变化明显，地区差异显著。灌区东部河谷地带，热量条件好，对喜凉耐寒作物的生长发育比较有利，适宜发展小麦、油菜、青稞、蔬菜、人工饲草及中药材等。其余地区，生长季短，没有绝对无霜期，是比较理想的牧业区。此外，春旱、风沙、霜冻、冰雹等自然气象灾害较为频繁，对农牧业生产威胁较大。根据有关气候资料表明，该地区农业气候的主要特点是:1）日照时间长，太阳辐射强全区年平均日照时数为25802750h，日均温稳定通过0期间的日照时数在整个灌区范围内为1500 h左右，日均温稳定通过5期间的日照时数为3901000h，年内各月的日照时数以七月为最多，一月为最少，日照百分率的年内变化几乎与日照时数相反，十二月最高，六月最低；境内太阳总辐射量为145160KJ/Cm2，并随地域的变化由南向北减少，年内变化为七月份最多，十二月最少。生理辐射量为6875 KJ/Cm2，日均温0期间的太阳总辐射量为6398KJ/Cm2，生理辐射量为3046KJ/Cm2。日均温5期间的太阳总辐射量为2466KJ/Cm2，生理辐射量为1131KJ/Cm2。由此可见，区域内热量及光能资源是比较丰富的。2）气温垂直分布明显，热量适中，昼夜温差大 该地区年平均气温为-0.21.9,向东、南递增,向西、北递减。海拔每升高100m,平均温度向西、北递减0.5,向东、南递增0.7。气温年较差25.3，日较差15.6，昼夜温差大，有利于有机物的积累，白天温度高，积累物质较多，夜间气温低，绿色植物呼吸消耗较少。据当地气象部门测定，该区80%保证率时，0积温144.7,5积温1321.3,能满足小麦、青稞、小油菜等作物生育对积温的需要。3）降雨量较少，时空分布不均，雨热同季陷阱内地形复杂,各地降水量亦有差异,同宝山、海石盖山的西南，年降雨量在350mm以下，湖滨沙丘地带降雨量不足300mm。海晏盆地、湟水谷地及热水滩北部山区年降雨量为400450mm，北部中高山地区年降雨量在450mm以上，湟水源头到擦拉河上游山区年降雨量达到了500550mm。年降雨量60集中在79月，35月仅占15，普遍造成冬春季干旱少雨，夏秋季节多雨易涝的现象。总的来看，全区除了农作物苗期外，降水有余，湿润系数1.3，有利于粮油作物，牧草、树木的生长发育。4）无绝对的无霜期，作物生长季较短 该区地势高寒，无霜期很短，年均约25d以上，按80%保证率计算，无霜期仅10d左右。该区农作物按80%保证率计算，在海拔3200m以下地区，作物生长期45个月，3200m以上作物生长期34个月。5）干旱、大风、霜冻、冰雹等气象灾害严重。该区干旱主要发生在东部目前的农业区和冬、春草场。作物生长前期，因降水变化率大，供需不协调，蒸发强烈，使干旱机率高达56%。境内大风日数多，年大风日数在40d以上，致使区内风蚀沙化严重，风沙大且频繁，尤其是湖滨滩地，尤为突出。冰雹几乎每年都有发生，年降雹日数10d左右，多集中在月份，其来势猛，历时短，不同程度地影响了作物收成。本区由于温度较低，热量资源不充裕，早霜冻来得很早，晚霜冻又拖的很晚，使春季晚霜影响幼苗，秋季早霜使作物不能正常成熟。1.3地形、地貌及土壤1.3.1地形、地貌项目区位于海晏县北部，地处祁连山系东部大通山脉东南侧，属河西走廊至柴达木盆地自然区的一部分，据海晏县农牧业区划水文地质分区略图说明书称:本地区基础岩性为第三系经多次构造变动的变质岩和粗细相间的碎屑岩组成，表层属第四系全新统、更新统的湖积、冲洪积地层组成，主要为沙土、砂砾石或黄土等。地势较平坦，东南低，以滩地和小部分低山丘陵地貌组成。北部和西部高，地面坡度130，海拔高程在30003200m之间，在靠近北部山区时，有局部侵蚀剥蚀构造，山体浑圆，坡缓，沟谷浅、宽、短，切割深度小于100m，坡度小于300。灌区海拔30003200m，系滩地地貌，杂有山地丘陵地貌，约占全境德40%，主要滩地有金银滩（海晏盆地）、海滩、塔塔滩、热水滩、乌兰垴滩等，多系冲洪积物质，地面坡度310，是地下水的主要蓄积区。该区地下水属山间沟谷孔隙潜水，由于第四系岩相自山前至滩地中心逐步变细，地面坡度逐渐变缓，山前地带形成地下水埋深大于30m的深埋区，滩地中心渐次变浅，直至溢出地表，形成地表径流或沼泽。滩地地下水主要分布在现代河床、河漫滩，一级阶地冲积砂砾石层内和二级阶地底部。地下水位在河漫滩和一级阶地处埋深为00.2m，水流向与河流向斜交。二、土壤工程区位于湟水河一、二级阶地，草场类型为山地草原类和山地草甸类草场，灌区土壤以中厚层（一般在50220cm之间）栗钙土、高山草甸土为主，成土母质为冲积洪积的次生红土和次生黄土母质，土壤有机质含量较高，约1.81%，全氮含量0.122%，全磷含量0.204%，全钾含量1.53%，碱解氮含量43PPm，速效磷5PPm，速效钾210PPm，土壤PH值为7.8，呈弱碱性。1.3.2水资源状况金滩渠渠首位于哈勒景河上游，哈勒景河是湟水河的一级支流，上游源于乌兰哈达、乌兰脑滩及叶赫山南麓，由鞭麻河、乌兰哈达河和土尔干河汇合而成。集水面积679Km2，多年平均流量2.49m3/s，河道平均比降14.8，径流量0.786亿m3。1.4基础设施1.4.1水利工程现状该项目区位于海晏县县城东北部，涉及金滩乡道阳、光明两村2100亩农田节水灌溉。金滩渠位于海晏县县城东北部，是海晏县主要的农业灌区之一。海拔高程在31003200m之间。灌区东西长约34km，南北宽约5km，包括哈勒景乡和金滩乡，其中哈勒景乡为牧业乡，金滩乡为农业乡。金滩渠历史最大规模曾长达35.6km，大小建筑物91座，控制金滩乡农田8700亩。金滩渠灌区是海晏县修建较早且灌溉面积较大的灌区之一，引用哈勒景河水自流灌溉。金滩渠原为马步芳统治青海时期修建的一条简陋渠道。1972年该渠开始重新修建，由原省水利局农水处进行勘测设计，并协助施工。设计规模为渠道全长35.6km，大小建筑物91座，主要有:引水枢纽1座，跌水10座，渡槽5座，车便桥32座，退水6座，涵洞7座（其中填方涵洞2座），排洪槽9座，公路桥1座，斗门20座。灌溉农田8700亩（金滩乡）。当时渠线选择的基本原则是，19km以前主要沿老渠布置，部分地区适当改线19km以后则依地形和受益面积的分布来确定。设计渠道大多为土渠，仅对部分渗漏严重的出露岩层破碎带和砂卵石地段采用浆砌石护衬处理。渠首引水流量根据哈勒景河水量控制灌溉农田面积等因素确定，渠首设计流量根据哈勒景河水量控制灌溉农田面积等因素确定，渠首设计流量1.0m3/s，加大流量1.5m3/s。工程建成后，在一定时期内，灌区农业生产有了长远的发展。由于受当地条件及资金限制，加之当时设计未能详细勘测和施工未按照设计标准进行，造成工程设施简陋。干渠沿线多为土渠，渗漏严重，渠道纵坡混乱，甚至有反坡现象；过水断面不规则，相差悬殊，田间工程不配套，给灌区的正常运行造成了困难，制约了灌区农业和乡镇企业的进一步发展。1974年工程建成运行后，由于施工质量差、缺乏管理等原因，不久即严重损坏，经海晏县水务局多次维修、改造，但由于当地部门能力有限，资金不足，维修规模太小，难以满足其灌区正常运行的需要，灌区面貌仍未得到彻底改观。未能从根本上解决问题，造成水资源的严重浪费，对当地农田的适时灌溉带来严重的影响。同时，工程经过几十年的运行，老化失修问题严重，大部分建筑物严重损坏，无法正常运用。近年来，干旱时常发生，水源紧缺，农田不能保障，制约了当地经济的发展。为此，当地政府、水利、水管部门和灌区群众迫切期望对该工程进行维修改造，及早发挥工程应有的效益，促进灌区生产的持续发展。随着国家西部大开发战略的实施，基础设施建设、改善生态环境、调整产业结构成为当前的根本任务。环青海湖地区也已列入国家生态环境治理的重点地区。海晏县所处的湟水源头地区是我省湟水流域水资源的根基，保护和合理利用该地区的水资源尤为重要。因此，为加快当地农牧业生产的发展步伐，改善当地群众生产、生活条件，促进地区经济的快速发展，对金滩渠灌区进行彻底改造已势在必行。金滩渠灌区是我省建国以来修建较早且灌溉面积较大的灌区之一，是自流引水为主的灌溉工程。工程于1972年复建，但建设标准低，质量较差，渠道横断面、纵坡混乱，甚至有反坡现象，严重影响了渠道的正常运行。虽经多次的维修改造，但受制于当时的条件、资金短缺，仅对重点险工险段、部分渠系建筑物进行了局部的衬砌和维修，多数渠道仍为原有土渠，斗渠无任何配套，为群众自行开挖的土渠，四通八达，异常混乱，且经多年的运行，渠道老化失修、渗漏问题严重，灌区水利用系数低下，仅在0.4左右，灌区效益难以正常发挥，给当地农牧民群众的生产、生活条件的改善带来了很大的 影响，同时阻碍了地方经济的持续发展。目前工程现状简述如下:1）干渠:灌区干渠自大通山东端的木闸山山口引水，沿大通山根平行等高线顺势由西向东穿行，途经哈勒景乡哈勒景村、哈勒景乡永丰村、金滩乡东达村、金滩村、仓开村、姜柳胜村、道阳村、新泉村，并在新泉村末端退入自然沟道，干渠全长31.75km。其中断断续续维修衬砌的渠道合计长度14.35km，为C15砼预制板衬砌的梯形渠道，但多数渠段预制板掉落、盗走和被毁坏；仍有17.4km的土渠，断面极不规则，纵坡混乱，渠底淤积较大，渠岸边坡坍塌、鼠害、乱挖现象普遍，严重影响了渠道的正常运行。2）干斗渠:灌区原设计有干斗渠20条，经勘察，现有斗渠8条，由干渠分出，基本垂直等高线布置，末端退入自然沟道。均为群众自行开挖的土渠，无任何配套，渠道断面不规则，时断时续，无法通水，且四通八达，异常零乱，散水、跑水情况时有发生，加之灌区土壤为沙性土，沿渠水流渗漏严重，农田难以灌溉，严重影响着粮食的正常收成，给灌区群众的生产、生活带来了很大的困难。3）渠系建筑物:灌区干渠现有各类渠系建筑物72座，其中引水枢纽1座（已损坏），跌水7座，车便桥24座（含过羊桥），退水闸6座，斗渠斗门8座，渡槽10座，排洪槽4座，涵洞2座，公路桥10座，各类渠系建筑物都存在不同程度的损坏，尤其是斗渠斗门闸门失灵，螺杆扭曲现象严重，给渠道的正常输水造成了一定的困难。1.4.2田间工程现状项目区属浅山山丘地形，田块规则性差，田间斗农渠均为自然形成的流水沟，无正规的分水口，也无斗门斗口等配水设施，灌溉期间乱挖渠道、随开口子现象相当普遍。全灌区各级渠道均无量水设施，处于大水漫灌状态，灌溉技术落后，水资源浪费严重。2 水资源评价及供需平衡分析2.1水资源概况项目区地处黄河一级支流湟水河的上游河段。河床从县城以东至金滩海东村，长13km，河床宽4060m，称湟水河谷区，海拔3000m以下，是全县人口聚集、气候温暖，农、牧、工业生产集中的地区。该区现有的水利工程有金滩渠、土尔干渠、红源渠、海兴渠及夸县工程湟海渠。金滩渠渠首位于哈勒景河上游，哈勒景河是湟水河的一级支流，上游源于乌兰哈达、乌兰脑滩及叶赫山南麓，由鞭麻河、乌兰哈达河和土尔干河汇合而成。由青海省水文手册查得，水文站以上至河源长44.8Km，集水面积679Km2，多年平均流量2.49m3/s，河道平均比降14.8，径流量0.786亿m3。该河以上游支流山区降水补给为主，除雨季洪水外，一般径径流量过程变化平缓，旱季和雨季的径流量相差不大，径流量的年内变化比较稳定，如枯水期（122月）的多年平均流量为1.63m3/s, 一般311月的多年平均流量1.913.52m3/s，二者相差不多，河流径流量的年际差系数0.231，径流量的年际变化也较为稳定。不同频率的径流年内分配如表2.1、表2.2和表2.3。 表2.1 哈勒景河P=25径流年内分配表月 份123456789101112全年百分比(%)5.45.26.710.07.27.510.512.89.910.97.56.4100W(108m3)0.060.050.070.100.070.070.110.130.100.110.070.061.00Q(m3/s)2.112.032.603.892.782.894.064.953.824.212.892.53.15表2.2 哈勒景河P=50径流年内分配表月份123456789101112全年百分比(%)8.79.08.27.75.714.010.810.06.76.37.05.9100W(108m3)0.080.080.070.070.050.130.100.090.060.060.060.050.88Q(m3/s)3.03.102.842.671.984.853.723.472.302.182.412.032.83表2.3 哈勒景河P=75径流年内分配表表2.3月份123456789101112全年百分比(%)6.67.49.011.67.77.514.57.38.07.06.66.8100W(108m3)0.050.060.070.090.060.060.110.060.060.060.050.050.80Q(m3/s)2.012.252.743.552.352.284.432.212.442.142.012.062.571）洪水大雨和暴雨是形成哈勒景河洪水的主要原因，尤其是中下游地区的降雨机率较多，因而产生的洪水属于暴雨、径流的恶劣遭遇，大多历时短，强度大，洪水过程陡涨陡落，峰高量小，来势凶猛。暴雨与洪水在时间上具有很好的相应性，大多出现在69月份。据海晏县水文站的实测资料表明，本站历年最大洪峰流量43.7m3/s，历年最小洪峰流量17.9m3/s，不同频率的洪峰流量见表2.4。表2.4 不同频率的洪峰流量值表项目频率曲线参数不同频率洪峰流量均值CVCV / CS10%5%2%1%洪峰流量（m3/s）26.70.303.037.441.746.750.52）泥沙哈勒景河流域多数地处哈勒景乡的冬春草场内，周边植被较好，泥沙主要来源于69月伏汛期间洪水挟带的泥沙，在降水产流过程中，冲刷地表沙土而带入河道形成。流域降水主要集中在69月份，因而此间河道来沙量也占全年的85%左右，水流含沙量亦最大，降水强度与来沙量呈现正比关系。春汛期间的输沙量和含沙量较小。据水文统计资料表明，多年平均输沙量为55.9104t，多年平均输沙率为17.7Kg/s，多年平均悬移质平均粒径、中数粒径分别为0.055mm和0.039mm，年侵蚀模数181t/km2。3）地下水灌区海拔30003200m，系滩地地貌，杂有山地丘陵地貌，多系冲洪积物质，地面坡度310，是地下水的主要蓄积区。由于第四系岩相自山前至滩地中心逐步变细，地面坡度逐渐变缓，山前地带形成地下水埋深大于30m的深埋区，滩地中心渐次变浅，直至溢出地表，形成地表径流或沼泽，这里汇水面积约为726.9km2，地下水资源量为0.2256亿m3。4）灌溉水质1997年，海晏县水质检测部门依照地面水环境质量标准（GB383888）、中国地表水资源质量年报的暂行规定及我省多年水质检测的一般方法，对湟水支流的哈勒景河站断面作了地表水的水质评价，其结果为PH值8.4，呈中偏碱性，总硬度102mg，氨氮含量0.03mg，氰化物、砷化物、汞及大肠杆菌等均未发现水质评价为:汛期和非汛期均为二级，水质优良，符合饮用、渔业、农灌用水的要求。区内地下水化学成分有着明显的分带性，由于受地貌岩性等条件的制约，区内地下水化学成分以HcO3、Ca、Mg等离子为主，并以低矿化度为特征，大面积分布于山区、海晏盆地和青海湖盆地的甘子河地区。经有关部门对水质的化验评价指出，该水除铁离子含量普遍偏高外，其他项目指标均未超标，基本能满足饮用、农灌对水质的要求。2.2.灌溉制度的计算2.2.1工程设计标准1、工程等别及建筑物级别该灌区总控制面积2100亩，根据部颁水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）中的规定，该工程灌溉面积小于5000亩，属于等小（2）型工程，干渠主、次要建筑物均按5级设计，渠道防洪设计标准采用20年一遇。2、设计保证率根据国家灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）中规定，干旱地区灌溉设计保证率为50%75%。由于金滩灌区年降水量少，且时空分布不均，年蒸发量大，属海晏盆地半干旱区。考虑到下游用水情况，为充分合理的利用水资源，灌区设计灌溉保证率采用75%。2.2.2 灌溉制度1、农作物种植比例海晏县金滩渠节水灌溉示范工程控制灌溉面积2100亩, 经调查项目区农作物种植种类比较少，主要有以下几种，春小麦、青稞、油菜、马铃薯。工程实施后的作物种植比例，依据现在实际情况及将来的经济发展预测，将会形成以青稞和小麦粮食作物为主，其余经济作物为辅的种植格局，大致比例如下:小麦:青稞:油菜:豆类60:20:15:5。2、灌溉定额根据青海省水利水电科学研究所经过充分的资料调查和试验研究，拟定了青海省六类作物需水量和灌溉制度实用手册，青海省人民政府办公厅转发省水利厅关于青海省用水定额的通知青政办200483号，与金滩渠灌区的作物生长期的降雨量相对应，制定了各类作物不同水文年份的灌水定额和灌溉定额如表2.5，本次设计参照表2.5采用表中水平年75%的灌溉定额和灌溉定额（详见2.5）。表2.5 金滩灌区各类作物各水文年灌水定额和灌溉定额序号作物种类水文年p（%）灌水次数（次）灌水定额（m3/亩）灌溉定额（m3/亩）1春小麦501-230-4040-802752-340-50100-1503903-440-50150-2004稞 青501-230-4040-805752-340-5080-1206903-440-50120-1807油 菜501-230-4030-408752-330-4060-809902-340-50120-15010马铃薯501-230-4040-6011752-340-5012903-450-603、渠系水利用系数根据金滩灌区以往的灌水经验、渠床地质条件和我省衬砌渠道运行现状，渠系水利用系数采用:干渠干=0.95、斗渠斗=0.90、农渠农=0.85、灌区田间水有效利用系数f=0.85。则渠系水利用系数 s=干斗农=0.727，灌溉水利用系数=sf=0.7270.85=0.62。得出整个灌区的综合灌溉水利用系数为综=iA%=0.65（i为各灌区灌溉水利用系数，A%为各区所占的面积比例）。 f田间水利用系数灌溉水利用系数s田间水利用系数4、田间水利用系数田间水利用系数是实际灌入田间的水量和末级固定渠道（农渠）放出的水量的比值，用时表示。即： 时=式中 农农渠的灌溉面积；m净净灌水定额或有效灌水定额； W农净农渠放出的净水量。根据所布最末端农渠灌溉面积3亩，并由制定的净灌水定额得出时=0.85。5、设计灌水率根据实际情况，对农作物种植比例，灌水次数、灌水定额，经调查当地适宜的灌水时间等，对灌区进行了灌溉制度的拟定，详见表5.2和灌水率图。确定灌区设计净灌水率为0.382m3/s/万亩。灌水时间则根据灌区内的实际种植作物调查而得，根据以上基本数据，灌水率用以下公式计算: q净=式中: a作物种植比例 m灌水定额 T灌水延续时间,A 时间换算常数 渠道为自流灌溉区，灌水时间按24h计，即A= 8.64。小麦 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 青稞 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 油菜 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 油菜 第一次灌水 第二次灌水 前面已经计算得出整个灌区的综合灌水利用系数综=0.65,计算得出各种作物各次毛灌水率小麦 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 青稞 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 油菜 第一次灌水 第二次灌水 第三次灌水 第四次灌水 油菜 第一次灌水 第二次灌水 表2.6 灌 溉 制 度 表作物名称种植比例（%）灌水次数（次）灌水定额（m3/亩）灌水时间灌水天数（天）净灌溉定额（m3/亩）净灌水率（m3/S/万亩）毛灌水率（m3/S/万亩）起止日/月日/月小麦601604月13日4月30日182050.2310.3562505月11日5月25日150.2310.3563556月4日6月18日150.2550.3924407月1日7月10日100.2780.427青稞201604月23日5月4日122050.1160.1782505月20日5月29日100.1160.1783556月13日6月22日100.1270.1964407月6日7月14日90.1030.158油菜15 1605月1日5月10日102050.1040.1602505月26日6月3日90.0960.1483556月19日6月26日80.1190.1844407月11日7月16日60.1160.178马铃薯101555月3日5月10日81000.0400.0612455月28日6月3日70.0370.057设计最大净灌水率取各次灌水率最大的,即0.278/s =0.382 m3/s/万亩, 设计最大毛灌水率取各次灌水率最大的,即0.427/s=0.588 m3/s/万亩.3 工程总体布置3.1 干支斗农渠的布置该工程设计灌溉面积2100亩,上游灌溉面积为1500亩,下游灌溉面积为600亩。1、干、支渠规划布置根据整个灌区改造工程总体地形条件及水源情况，主要从现有金滩干渠取水，金滩干渠分段衬砌长2.00km；布置2条支渠，共1.05km；干渠基本上沿山坡上的等高线布置,基本沿用老的渠道。支渠基本垂直等高线,适当的地区进行调整,依地形和受益面积分布确定。2、斗渠规划布置斗渠从支渠直接引水，配水到农渠。为了便于管理，提高灌溉效率，各斗渠的控制面积应基本平衡。灌区斗渠长度在10702050m，平均间距为240m，每公里渠道控制面积一般以160亩左右。全区共布置斗渠8条，上游6条,下游2条,总长13.00km, 斗渠基本垂直等高线,适当的地区进行调整,依地形和受益面积分布确定。3、农渠规划布置农渠从斗渠直接引水，配水到畦田。为了便于管理，提高灌溉效率，各农渠的控制面积应基本平衡,农渠的间距一般为畦田的长度,即60100m之间,农渠每隔3m左右设一个农口。4、典型地块的布置为改变以往大水漫灌的灌水方式，节约灌溉用水，计划工程实施后，大力推广小畦灌灌水方式。畦灌的技术要素主要有一定纵坡下的畦长、畦宽，入畦单宽流量、放水历时等。（1）畦田面积与长、宽 畦田面积与利用形式、地形条件，经营水平，机械作业相关。地形平坦处可在1.0亩以上，该地区为丘陵地区,坡度较陡,所以一般在0.4 0.8亩之间。畦宽一般为有利于机械作业的宽度的整倍数，且不宜大于4.0m,所以取畦宽为3m。畦长在宽度确定的条件下，根据地行纵坡选择，长度在60100m之间, 根据地形进行适当的调整,依地形和受益面积分布确定。畦田随地形布置成梯田,每间隔60100m布置一道田埂,将梯田整平,减小畦田坡度,有利于小畦灌灌水方式。（2）入畦单流量当畦田纵坡较大时（1/1001/200），单宽应在35L(s.m)之间；纵坡在1/2001/500时，入畦单宽流量应在36L(s.m)之间；纵坡小于1/500，入畦单宽流量应在37L(s.m)之间, 根据地形及单宽流量进行适当的调整,依地形和受益面积分布确定。（3）放水历时放水历时与入畦流量、灌溉定额紧密相关可通过现场灌水试验确定。应以较短的时间，较大的入畦流量完成灌溉工作。但要满足以下几点:入畦水量尽可能等于计划灌水定额；以少发生（纵坡不均一）或不发生土壤冲刷和溢畦为佳。经规划布置，各类渠系与建筑物布置见表3.1。表3.1 渠 系 建 筑 物 统 计 表 建筑物渠名分水口（座）渠道长度（m）斗口（座）跌水（座）车便桥（座）涵洞（处）退水（座）移动量水堰（个）控制面积(亩)干渠干111000122干211000111支渠支1273311500支21317600斗 渠斗12050373712292斗22000363612287.2斗31480272711239.8斗41800333312251斗51500272711203斗61650303012227斗71450262611345斗81070202011255合计516050. 02362361122124 渠道流量计算4.1推求斗农渠的设计流量各种作物灌水时间基本都集中在4月到7月之间,取3斗渠灌溉区域为典型地块进行计算,3斗渠的田间净流量为: 因为农渠为分组轮灌,3斗渠同时工作的有8条农渠,所以农渠的田间净流量为: 取田间水利用系数f=0.85,则农渠净流量为:灌区土壤以中厚层（一般在50220cm之间）栗钙土、高山草甸土为主，成土母质为冲积洪积的次生红土和次生黄土母质，土壤有机质含量较高，约1.81%，全氮含量0.122%，全磷含量0.204%，全钾含量1.53%，碱解氮含量43PPm，速效磷5PPm，速效钾210PPm，土壤PH值为7.8，呈弱碱性。根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得K=1.9,m=0.4, K-渠床土壤透水系数m渠床土壤透水指数-每公里渠道输水损失系数由于农渠为矩形现浇混凝土,进行系数修正。-衬砌渠道渗水损失修正系数,根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得=0.1。-衬砌渠道单位长度水量损失率计算斗渠的设计流量,以为同时工作的农渠有8条,所以斗渠的净流量等于8条农渠之和。 农渠分3组轮灌,各组要求斗渠供给的净流量基本上是相等,但是第2、3组距斗渠进水口较远,输水损失较多,据此要求得到斗渠的流量较大,因此,以第2轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量,斗渠的平均工作长度。斗渠每公里输水损失系数为:计算3斗渠的灌溉水利用系数 根据3斗渠的灌溉水利用系数,计算其他斗渠的设计流量,各斗渠的净流量为:各斗渠的毛流量为:4.2 一支渠流量计算一支渠下游段流量计算根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得K=1.9,m=0.4, K-渠床土壤透水系数m渠床土壤透水指数-每公里渠道输水损失系数由于支渠为U形现浇混凝土,进行系数修正。-衬砌渠道渗水损失修正系数,根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得=0.1。-衬砌渠道单位长度水量损失率一支渠中游段流量计算根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得K=1.9,m=0.4,K-渠床土壤透水系数m渠床土壤透水指数-每公里渠道输水损失系数由于支渠为U形现浇混凝土,进行系数修正。-衬砌渠道渗水损失修正系数,根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得=0.1。-衬砌渠道单位长度水量损失率渠上游段流量计算根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得K=1.9,m=0.4,K-渠床土壤透水系数m渠床土壤透水指数-每公里渠道输水损失系数由于支渠为U形现浇混凝土,进行系数修正。-衬砌渠道渗水损失修正系数,根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得=0.1。-衬砌渠道单位长度水量损失率所以1支渠的毛流量为0.0405m3/s，加大流量系数根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得之间，取1.30。-渠道加大流量-渠道流量加大系数-渠道设计流量4.3 二支渠流量计算二支渠下游流量计算根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得K=1.9,m=0.4, K-渠床土壤透水系数m渠床土壤透水指数-每公里渠道输水损失系数由于支渠为U形现浇混凝土,进行系数修正。-衬砌渠道渗水损失修正系数,根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得=0.1。-衬砌渠道单位长度水量损失率二支渠上游段流量计算所以2支渠的毛流量为0.02797m3/s，加大流量系数根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得之间，取1.30。-渠道加大流量-渠道流量加大系数-渠道设计流量4.4 干渠设计流量计算推求干渠的设计流量时，从干渠的末端开始推求，将干渠分为AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH，7个渠段。 AB段设计流量AB段为混凝土预制板衬砌渠道，渗水损失系数。根据灌溉与排设计规范（GB50288-99）查得=0.150.05，取=0.1。-衬砌渠道渗水损失修正系数, -衬砌渠道单位长度水量损失率 BC段设计流量BC段为土渠道，没有衬砌。 CD段设计流量CD段为土渠道，没有衬砌。 DE段设计流量DE段为混凝土预制板衬砌渠道，渗水损失系数。根据灌溉与排设计规范（GB50288-99）查得=0.150.05，取=0.1。-衬砌渠道渗水损失修正系数, -衬砌渠道单位长度水量损失率 EF段设计流量EF段为混凝土预制板衬砌渠道，渗水损失系数。根据灌溉与排设计规范（GB50288-99）查得=0.150.05，取=0.1。-衬砌渠道渗水损失修正系数, -衬砌渠道单位长度水量损失率 FG段设计流量FG段为混凝土预制板衬砌渠道，渗水损失系数。根据灌溉与排设计规范（GB50288-99）查得=0.150.05，取=0.1。-衬砌渠道渗水损失修正系数, -衬砌渠道单位长度水量损失率 GH段设计流量GH段为土渠道，没有衬砌。 H点的设计流量所以干渠的毛流量为0.1109m3/s，加大流量系数根据灌溉与排水设计规范（GB50288-99）查得之间，取1.30。-渠道加大流量-渠道流量加大系数-渠道设计流量5 渠道断面的设计5.1 渠道断面设计原则通过现场踏勘和纵、横断面测量，综合因素分析，并遵照灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)渠道防渗工程技术规范（SL18-91）渠系工程冻胀设计规范（SL23-91）进行断面设计，其基本原则如下:（1）渠道比降选择:由于原干、支、斗渠均属土渠，本次设计主要对原渠系进行防渗处理。因此，比降基本依照原渠床进行，局部地段做了相应调整。（2）渠床糙率的选择:从已往我省土渠的施工情况分析，并参考有关中小型水利工程渠道糙率值，根据灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)对于对于砼预制板衬砌渠道及现浇U型渠道n值定为0.016。（3）渠道边坡系数的选择:根据已往设计资料和运行现状，本着渠床稳定，尽量减少土石方回填量为原则，经分析计算，砼预制板衬砌的梯形渠道边坡m确定为1.0，梯形土渠渠道边坡m确定为1.25。现浇U型渠道边坡m确定为1.1。（4）渠道允许不冲不淤流速确定:渠道为保证设计渠道断面的稳定，应保证设计断面既不冲刷也不淤积，允许不冲流速按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）确定为砼预制板衬砌的梯形渠道及现浇砼衬砌的U型渠道可控制在3m/s以下；渠道不淤流速可按挟沙能力经验公式计算而得。（5）渠道超高:根据我省渠道设计经验，本着既要节省劳动力，又要运行安全的原则，并考虑到渠系上下段衔接等，其梯形断面及现浇U型渠道超高根据设计情况确定。5.2渠道衬砌设计灌区内的干渠渠线走向本着大弯随势，小弯取直，尽量按原有渠线布置。渠道衬砌采用150砼预制板，板厚6cm，均采用100506cm预制板。每隔6m设置伸缩缝1条，伸缩缝采用沥青砂板（具体尺寸详见设计图纸）。灌区内的支、斗农渠均为土渠，从使用情况看，土渠渗漏约占损失总量的60%，也是引起土壤盐渍化的重要因素，同时从以往衬砌砼板梯形渠道看，冻胀破坏是本地区的主要破坏形式，经过方案比较和对当地经验分析，支、斗渠选择 “U”型混凝土现浇渠道断面，农渠采用混凝土现浇矩型断面。 对于“U”型断面型式的衬砌有以下几个主要优点:（1）防渗效果显著:小型混凝土“ U”形渠道的渠道水利用系数可达0.970.98，由于 U形渠道比梯形的混凝土渠道湿周短，流速快，裂缝少，因而输水损失比梯形衬砌渠道小。（2）水力条件好，流速快；“U”型渠道下部为半圆曲线，符合水流的自然特性，近似最佳水力端面。由于没有传统梯形断面两坡脚的死角，流速分布较均匀，无涡流、回流现象，湿周短，水力半径大。因而“U”形断面较梯形断面流速快，不仅提高了渠道输水能力，有利于缩短灌溉周期，而且增大了水流挟沙能力，有利于引用高含沙水灌溉。（3）抗外力性能好:“U”形渠道下部的半圆土槽处于稳定状态，上部直线段土壤侧压力较小，混凝土砌体下部为反拱，整体性好。在地基土壤冻胀力作用下，能适应整体上抬，可充分利用混凝土良好的抗压性能，因而，“U”形渠道适应基础冻胀的性能较梯形衬砌好，其裂缝破坏现象也比梯形渠少。（4）渠道占地少:混凝土 “U”形渠道的渠口窄，渠道占地面积仅为梯形渠道的 l/2/l/4，而且流量愈大，相对梯形渠道来说节省的土地愈多。（5）省工省料:混凝土 “U”形渠道湿周短，衬砌材料用量相对少，投资也较少，一般比混凝土梯形渠道省料25%30%。此外，由于“ U”形渠道具有较好的抗冲性能，可用于地面坡度较大的渠段；减少修建跌水、陡坡等衔接建筑物，一般可节省建筑物材料费用40%50%。 （6）便于管理:混凝土 “U”形衬砌渠道冬季行水两岸不挂冰，通过渠系建筑物浮冰不壅塞。另外整修堤岸、补修裂缝等维护渠道的工作量大为减少(一般中、小型渠道，每公里每年仅需要1020个工日)，较混凝土梯形渠节省管理劳动力6070%。5.3农渠断面设计农渠断面定为矩形断面，根据农田水利学，初定矩形断面高0.2m，宽0.2m，水深0.15m，农渠每隔3m设置一个进水口，进水口高0.15m，宽0.15m。m/s小于3m/s设计流速小于允许不冲流速，按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）确定为砼预制板衬砌的梯形渠道及现浇砼衬砌的U型渠道可控制在3m/s以下，所以符合不冲流速。5.4 斗渠断面的设计基于“U”形渠的诸多优点，斗渠采用“U”型现浇混凝土渠，以3斗渠为典型渠道进行设计，已知Q3斗=0.01087m3/s，n=0.016，=1/800。根据经验估计r=1530，选择=5o，N0=0.4。（rad）直线段外倾角为的系数，当=0时的系数用表示“U”形渠断面上部直线的外倾斜的倾角“U”形渠断面下部圆弧的圆心角=0.164 m取r=0.17m。r“U”形渠断面下部圆弧半径(m) 取h=0.25m。h斗渠水深(m)圆弧断面高度(m)圆弧以上的水深(m)圆弧的圆心到水面间的距离（m）=0.0733A过水断面()m/s设计流速小于允许不冲流速，按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）确定为砼预制板衬砌的梯形渠道及现浇砼衬砌的U型渠道可控制在3m/s以下，所以符合不冲流速。根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）查表得，当加大流量小于0.5m3/s时，渠道的衬砌超高=0.10.15m，渠堤超高=0.20.3m，取=0.15m，=0.2m。衬砌高程H=+=0.25+0.15=0.4mB=2=0.3815m 取0.4m5.5一支渠断面的设计根据综合比较，支渠采用“U”型现浇混凝土渠，已知Q1支=0.0405m3/s，n=0.016，=1/15000。根据经验估计r=1530，选择=6o，N0=0.4。（rad）直线段外倾角为的系数，当=0时的系数用表示“U”形渠断面上部直线的外倾斜的倾角“U”形渠断面下部圆弧的圆心角=0.2451 m取r=0.25m。r“U”形渠断面下部圆弧半径(m)h斗渠水深(m)圆弧断面高度(m)圆弧以上的水深(m)圆弧的圆心到水面间的距离（m）=0.1493A过水断面m/s设计流速小于允许不冲流速，按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）确定为砼预制板衬砌的梯形渠道及现浇砼衬砌的U型渠道可控制在3m/s以下，所以符合不冲流速。根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）查表得，当加大流量小于0.5m3/s时，渠道的衬砌超高=0.10.15m，渠堤超高=0.20.3m，取=0.15m，=0.2m。衬砌高程H=+=0.349+0.1=0.449m 取H=0.45mB=2=0.544m 取0.55m5.6二支渠断面的设计根据综合比较，支渠采用“U”型现浇混凝土渠，已知Q2支=0.02797m3/s，n=0.016，=1/15000。根据经验估计r=1530，选择=5o，N0=0.6。（rad）直线段外倾角为的系数，当=0时的系数用表示“U”形渠断面上部直线的外倾斜的倾角“U”形渠断面下部圆弧的圆心角=0.165 m取r=0.17m。r“U”形渠断面下部圆弧半径(m)h斗渠水深(m)圆弧断面高度(m)圆弧以上的水深(m)圆弧的圆心到水面间的距离（m）=0.0804A过水断面()m/s设计流速小于允许不冲流速，按照灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）确定为砼预制板衬砌的梯形渠道及现浇砼衬砌的U型渠道可控制在3m/s以下，所以符合不冲流速。根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）查表得，当加大流量小于0.5m3/s时，渠道的衬砌超高=0.10.15m，渠堤超高=0.20.3m，取=0.1m，=0.2m。衬砌高程H=+=0.27+0.1=0.37m B=2=0.367m 取0.4mB“U”形渠断面上口宽度5.7 干、支、斗渠衬砌设计根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）有关规定，支斗渠采用“U”型现浇砼，农渠采用矩形现浇砼，设计标号C15，现浇壁厚为610cm。其不冲流速控制在3m/s以下，设计流速大于不淤流速。建在土质基础上的渠段均做换基处理，铺垫1020cm厚的砂砾石势层，排除局部积水以防冻胀破坏。干、支、斗渠水力要素计算参数表5.1。表5.1 干、支、斗渠各项水力计算参数表渠类糙率渠深（m）水深（m）超高（m）渠宽（m）设计流量（m3/s）设计流速（m/s）断面形式干渠0.0161.000.80.23.72.81.50.61.21梯形支渠0.0160.500.600.300.400.200.400