第六章-灌溉水源与取水方式

第六章灌溉水源和取水方式1灌溉水源2灌溉取水方式3引水灌溉工程的水利计算本章主要内容简介第一节灌溉水源灌溉水源是指天然资源中可用于灌溉的水体，有地面水和地下水两种形式，其中地面水是主要形式。地面水包括河川、湖泊径流、以及在汇流过程中拦蓄起来的地面径流。地下水一般是指潜水和层间水，前者又称浅层地下水，其补给来源主要是大气降雨，由于补给容易、埋藏较浅，便于开采，是灌溉水源之一。水源的选择：位置、地形、地质水量、水质、水位一、灌溉水源的水量及其特点我国河川径流多年平均总量约为26590亿m3,地下水总补给量约为7814亿m3。扣除重复部分，全国水资源总量约为2.7万亿m3，占世界第六位。但是每亩耕地平均占有水量仅为1760m3，相当于世界平均值的一半左右，而人均占有水量仅为2600m3，约为世界平均值的四分之一。因此，我国灌溉水源并不丰沛，必须尽力节约使用。第一节灌溉水源Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。适用于各种用途。Ⅱ类主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。Ⅲ类以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。Ⅳ类以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。Ⅴ类不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。地下水质量标准（GB/T14848-9）农田灌溉水质标准（GB5084-92）一类：水作，如水稻，灌水量800m3/亩年二类：旱作，如小麦、玉米、棉花等。灌溉水量300m3/亩·年。三类：蔬菜，如大白菜、韭菜、洋葱、卷心菜等。蔬菜品种不同，灌水量差异很大，一般为200～500m3/亩·茬。潜水层间水（以承压水为主）孔隙水裂隙水、溶洞水地下水二、地下水资源类型及特点地下水三、灌溉水源的水质及污染防治(一)灌溉水源的水质及其要求灌溉水质主要是指水的化学、物理性状、水中含有物的成分及其含量。灌溉水源的水质应符合作物生长和发育的要求。水温含沙量毒性含盐量有机化合物1）水温水温偏低，抑制作物生长水温过高，降低水中溶解氧含量，提高水中有毒物质的毒性适宜温度：麦类15-20℃，≥2℃水稻≥20℃提高水温的措施：延长输水路径水库分层取水(一)灌溉水源的水质及其要求水库分层取水粒径小的泥沙，有一定肥力，少量送入田间有利作物生长，但过量送入会影响土壤通气粒径大的泥沙，淤积渠道，不宜入渠，更不宜入田灌溉水允许含沙粒径：0.005-0.01mm，允许含沙量视渠道输水能力而定粒径0.01-0.05mm的泥沙可少量入田粒径0.1-0.15mm的泥沙不允许入渠2）含沙量(一)灌溉水源的水质及其要求含盐量过高，作物根系吸水困难，土壤产生盐碱化灌溉水允许含盐量：＜2g/L含钙盐的灌溉水，含盐量可较高；含钠盐的灌溉水，Na2CO3＜1g/L，NaCl＜2g/L，Na2SO4＜3g/L3）含盐量（矿化度）(一)灌溉水源的水质及其要求重金属：汞、铬、铅；非金属：砷、氰、氟等，应严格限制使用含有此类物质的水源4）重金属及有毒物质(一)灌溉水源的水质及其要求无毒：碳水化合物、蛋白质、脂肪有毒：酚、醛、农药等生物化学需氧量（BOD）：有机化合物在微生物的作用下最终分解成二氧化碳和水等无机物质，这一过程中需要消耗的氧水中溶解氧有限，BOD过高将导致缺氧乃至脱氧含有病原体的水不能直接进入农田5）有机化合物三、灌溉水源的水质及污染防治(二)灌溉水源的污染及防治灌溉水源的污染，是指由于人类的生产或生活活动向水体排入的污染物的数量，超过了水体的自净能力，从而改变了水体的物理、化学或生物学的性质和组成，使水质发生恶化，以致于不适用于灌溉农田。水质污染生活污水农业污染工业污染造成灌溉水源的污染工业废水是污染灌溉水体的最主要来源。特别是冶金、机械、矿山、炼油、化工、造纸、皮革、印染、食品等工业，不仅排放的废水量大，而且所含的有毒成分十分复杂，对农业危害最大。城市生活污水也是重要污染源之一。大量施用农药和化肥(主要是氮肥)，通过下渗或地表径流，也可以污染地下或地表水源。1.灌溉水源的污染此外，工业废渣中的有害物质，还会通过雨水冲刷、渗入浅层地下水或流入河流。工业废气中的各种污染物质也会随降雨(酸雨)进入地面水体。为防治灌溉水污染及减轻因灌溉水污染对农业造成的危害，可采取下列措施：(1)控制污染源，减少污水的排放量(2)加强监测管理，执行灌溉水质标准对重复灌溉水源要进行水质监测，同时要加强灌溉管理(3)合理进行污水灌溉2.灌溉水源污染的防治尽力利用各种可以利用的水源。兴建和用好蓄水设施，提高灌溉水源的利用程度实行区域之间水量调济，解决好水资源与土地资源的分布不相协调的问题是很重要的。实行地面水和地下水的联合运用。四、扩大灌溉水源的措施开源节流综合管理第二节灌溉取水方式灌溉取水方式，随水源类型、水位和水量的状况而定。利用地面径流灌溉，可以有各种不同的取水方式，如无坝引水、有坝引水、抽水取水、水库取水等；利用地下水灌溉，则需打井或修建其它集水工程。第二节灌溉取水方式无坝取水有坝取水抽水取水水库取水一、地表水的取水方式（1）无坝引水位置：一般水源离灌区较远；凹岸偏下游，凸岸中点偏上游，以防沙和增加引水。适用条件：1）灌区附近河流水位、流量均能满足灌溉要求；2）位置：凹岸偏下游，凸岸中点偏上游，以防沙和增加引水3）引水流量：Q引≤30%Q沙4）一般由进水闸、冲沙闸、导流堤组成，在进水口不远设排洪堤。（1）无坝取水-----都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元三世纪，是中国战国时期秦国蜀郡太守李冰及其子率众修建的一座大型水利工程，是全世界至今为止，年代最久、以无坝引水为特征的宏大水利工程。都江堰渠首工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成，解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。内江外江泯江鱼嘴宝瓶口飞沙堰岁修期供水暗渠灌县索桥金刚堤二、地表水的取水方式（2）有坝引水位置：引水口一般距灌区较近或地质条件较好。适用条件：1）水源丰富、但水位较低；2）河流流量不能满足无坝取水的要求。在河道上修建壅水建筑物，抬高水位，形成自流引水灌溉的取水方式。由进水闸、冲沙闸、拦河坝、防洪堤组成（2）有坝取水1）侧面引水进水闸过闸水流方向与河流水流方向正交。由于在进水闸前不能形成有力的横向环流，因而防止泥沙入渠的效果较差，一般只用于含沙量较小的河道。第六章灌溉水源和取水方式第二节灌溉取水方式（2）有坝取水2）正面引水进水闸过闸水流方向与河流方向一致或斜交。这种取水方式能在引水口前激起横向环流，促使水流分层，表层清水进入进水闸，底层含沙水流则涌向冲沙闸被排掉。是一种较好的取水方式。冲沙闸用以冲走淤积在进水闸前的泥沙；防洪堤减少拦河坝上游的淹没损失，在洪水期保护上游城镇、交通的安全。第六章灌溉水源和取水方式一、地表水的取水方式（3）抽水取水位置：接近灌区处，地质条件好。适用条件：河流水量比较丰富，但水位较低；灌区位置较高，修建其工程困难或不经济时。抽水流量：Q抽≤30%Q河枢纽：抽水泵（关键选好站址，不一定紧靠河岸）（3）抽水取水抽水取水干渠工程量小，但增加了机电设备及年管理费用。一、地表水的取水方式（4）水库取水位置：经勘查选地质条件好、工程投资小的坝址。适用条件：河水流量、水位均不能满足需要的情况。水库枢纽：大坝、溢洪道、进水闸、输水洞等建筑物。钓鱼台水库石头河水库蓄、引、提相结合的灌溉系统第二节灌溉取水方式水库进水闸干渠抽水站抽水站引水渠潜水深层承压水主要的灌溉水源一般不宜开采开采之后易于补充和恢复开采成本小潜水给水度：0.01-0.3直接承受大气降水、渠道、河流、灌溉水渗漏以及区外地下径流侧向补给不能接受大气降水和地表水的直接补给，越层补给十分有限，侧向径流微弱开采之后难以补充和恢复开采成本高弹性释水系数：5×10-5-6.5×10-4二、地下水取水建筑物1）垂直取水建筑物管井筒井2）水平取水建筑物坎儿井截潜流工程双向联合取水建筑物：辐射井,井塘,水柜垂直取水建筑物管井分完整井和非完整井适用于开采浅层和深层地下水井深（m）＜6060-150＞150井径（m）0.7-1.00.3-0.40.2-0.3井台井壁管（实管）滤水管（花管）沉淀管封底塞筒井大口径取水建筑物，直径一般1-2m，有的3-4m，最大12m。深度一般6-20m。适用于开采浅层地下水井台井筒进水部分井底水平取水建筑物坎儿井由地下廊道和立井组成。地下廊道截取地下潜流并起输水作用；立井用于施工出土和通风。主要分布于新疆山前冲积扇下部和冲积平原地区潜水位立井地下廊道渠道融雪水卧管井截潜流工程埋设在地下水位以下的水平集水管道，与提水竖井相通。多用于沼泽地和盐碱地排水，灌溉上使用较少山区河流河床下部筑地下坝，拦截地下潜流河床截水墙引水渠双向取水建筑物辐射井在大口井的下部沿径向呈辐射状布设水平集水管，以提高井的出水量。集水井的下部设沉沙段坎儿井主要由竖井和暗渠组成。图中环状土堆即为竖井第三节引水灌溉工程的水利计算灌溉工程的水利计算是灌区规划工作的主要组成部分。通过水利计算可以揭示灌区天然来水情况和灌区需水要求之间的矛盾，并确定协调这些矛盾的工程措施及其规模，如:灌区面积、坝的高度、进水闸尺寸、抽水站装机容量和水库库容等。灌溉设计标准无坝引水工程水利计算有坝引水工程水利计算第三节引水灌溉工程的水利计算一、灌溉设计标准进行灌溉工程的水力计算以前，必须首先确定灌溉工程的设计标准。实际工作中，多采用灌溉设计保证率作为灌溉工程的设计标准，有些地区亦采用抗旱天数。１.灌溉设计保证率灌溉设计保证率：灌区用水量在多年期间能得到充分满足的几率，一般以正常供水的年数占总年数的百分数表示。%1001nmP一般灌溉工程的灌溉设计保证率是根据当地水文条件和作物种植状况选用。灌水方法地区作物种类灌溉设计保证率（％）干旱地区或水资源紧缺地区以旱作为主以水稻为主50～7570～80半干旱、半湿润地区或水资源不稳定地区以旱作为主以水稻为主70～8075～80地面灌溉湿润地区或水资源丰富地区以旱作为主以水稻为主75～8080～95喷灌，微灌各类地区各类作物85～95除了考虑来水和用水情况外，还应进行经济分析一般用于大中型工程第六章灌溉水源和取水方式这种灌溉工程设计标准适用于我国南方丘陵水稻区以当地水源为主的小型灌区。以抗旱天数为标准设计灌溉工程时，旱作物和单季稻灌区抗旱天数可为30～50d，双季稻灌区抗旱天数可为50～70d。2.抗旱天数抗旱天数有两种不同的统计方法：连续无雨日数，有些省规定日雨量小于2mm或3mm为无雨日，有的省则以日降雨量小于5mm为无雨日；连续无透雨日数，即两次透雨的间隔日数。抗旱天数：农作物生长期间遇到连续干旱时，灌溉设施能确保用水要求的天数。一般用于小型灌溉工程灌溉面积进水建筑物尺寸设计引水流量闸前设计水位闸后设计水位进水闸闸孔尺寸任务内容二、无坝引水工程水利计算灌溉面积灌水率图灌溉水利用系数灌溉用水流量过程线20d（灌溉临界期延续不小于）＋满足对应阶段的可用来水流量引水＝流量－破坏－设计保证率设计引水流量不同的灌溉引水流量不同的保证率二、无坝引水工程水利计算（1）引水流量的确定a)长系列法b)设计代表年法闸前（外河）闸后x1x2xzQ1Q2Q引二、无坝引水工程水利计算（2）闸前设计水位的确定第六章灌溉水源和取水方式二、无坝引水工程水利计算（2）闸前设计水位的确定外河设计水位：历年灌溉期的临界水位或枯水期水位的平均值外河设计水位外河流