灌溉排水工程设计—卓越邓

青海大学QinghaiUniversity×××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4~5m,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5~6m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7~8m，上游宽50~60m，下游宽70~90m，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1.2×1380m,总库容2.3×1380m。×××灌区拟在该水库下游AA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。AA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）4~11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）25/4~4/55/5~14/515/5~1/62/6~16/617/6~30/61/7~11/712/7~20/725/4~20/7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）21/4~16/617/6~28/729/7~26/827/8~6/1121/4~6/11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）0.4~0.50.5~0.60.6~0.70.7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%（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72m3/亩；播前灌之前土壤计划湿润层（0.4m）内的平均含水率θ0=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（3m/亩）灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（3m/亩）1（泡田）7/5501（泡田）19/750226/525227/71534/62531/825天数101018151411987模比系数（%）78182521138100田间允许水层深（mm）10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3410/62547/820520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定额320（3m/亩）灌溉定额335（3m/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=120×2.67=320.4(𝑚3亩⁄)2.1.2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=0.18×320.4=57.672(𝑚3亩⁄)；现蕾期棉花需水量为E现蕾期=K现蕾期E2=0.3×320.4=96.12(𝑚3亩⁄)；开花结铃期棉花需水量为E开花结铃=K开花结铃E3=0.24×320.4=76.896(𝑚3亩⁄)；吐絮期棉花需水量为E吐絮期=K吐絮期E4=0.28×320.4=89.712(𝑚3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P5mm时，降水有效利用系数σ=0；当降雨量P=5~50mm时，降水有效利用系数σ=1.0；当降雨量P50mm时，降水有效利用系数σ=0.75；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=667×(𝐻2−𝐻1)×𝑛×𝜃均，且𝜃均=0.5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P0mm34.219.6105.450.521.317.455.61015.110.812.67.318.537.644.36.2𝑚3亩⁄22.8113.0770.3033.6814.2011.6137.096.6710.077.208.404.8712.3425.0829.554.14降雨量累计值22.8135.88106.18139.86154.06165.67202.76209.43219.5226.7235.1239.97252.31277.39306.94311.08W𝑇=667×(𝐻2−𝐻1)×𝑛×𝜃均（1）由幼苗期—现蕾期：W𝑇1=667×(𝐻2−𝐻1)×𝑛×𝜃均=0.5×0.48×667×0.1=16.00(𝑚3亩⁄)（2）由现蕾期—开花结铃期：W𝑇2=667×(𝐻2−𝐻1)×𝑛×𝜃均=0.5×0.48×667×0.1=16.00(𝑚3亩⁄)（3）由开花结铃期—吐絮期：W𝑇3=667×(𝐻2−𝐻1)×𝑛×𝜃均=0.5×0.48×667×0.1=16.00(𝑚3亩⁄)2.1.5计算计划湿润层适宜含水量上下限制由公式W𝑚𝑖𝑛=667×𝐻×𝑛×𝜃𝑚𝑖𝑛与W𝑚𝑎𝑥=667×𝐻×𝑛×𝜃𝑚𝑎𝑥式中：𝜃𝑚𝑖𝑛取35%，𝜃𝑚𝑎𝑥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=667×𝐻×𝑛×𝜃𝑚𝑖𝑛=667×0.4×0.48×0.35=44.82(𝑚3亩⁄)W𝑚𝑎𝑥=667×𝐻×𝑛×𝜃𝑚𝑖𝑛=667×0.4×0.48×0.70=89.64(𝑚3亩⁄)同理可得：H=0.5m时，W𝑚𝑖𝑛=56.03(𝑚3亩⁄)，W𝑚𝑎𝑥=112.06(𝑚3亩⁄)；H=0.6m时，W𝑚𝑖𝑛=67.23(𝑚3亩⁄)，W𝑚𝑖𝑛=134.47(𝑚3亩⁄)；H=0.7m时，W𝑚𝑖𝑛=78.44(𝑚3亩⁄)，W𝑚𝑖𝑛=156.88(𝑚3亩⁄)；2.1.6地下水补给量K幼苗期：K1=0.10×ET幼苗期=5.78(m3亩⁄)现蕾期：K2=0.20×ET现蕾期=9.61(m3亩⁄)开花结铃期：K3=0.22×ET开花结铃期=16.72(m3亩⁄)吐絮期：K4=0.25×ET吐絮期=22.43(m3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=667H(𝜃𝑚𝑎𝑥−𝜃0)𝑛=667×0.4(70%−40%)×0.48=38.42(m3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）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=α𝐸0（α=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：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，α=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=6×3.25+4×3.81=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=0.07×394=27.5