《灌溉排水工程学》教学用课件-第三章

第三章灌溉系统规划设计第一节灌区总体规划基本任务：论证建设农田灌溉设施的可行性，确定规划原则，通过技术经济论证，选定最优规划方案，以达到重新调整当地水资源在时间和空间的分布，改善农业生产条件的目的。一、灌区总体规划的原则（1）结合实际情况，根据灌溉水源的可供水量进行灌溉工程的总体现划，力求单位水量达到最大的增产效益；（2）灌区总体布置应尽可能兼顾防洪、除涝、排渍、水电、航运和工业、城市供水等各方面的要求；（3）按投资少、效益大的原则，选定灌溉工程方案；（4）灌区总体规划应考虑涉及到的各方面的问题；（5）灌区水资源的开发利用应符合全流域水利规划和保护生态环境原则。二、灌区总体布置原则：根据旱、涝、洪、渍、碱综合治理和水土资源合理利用的原则。内容：设计灌区防洪工程、布置灌排渠系、选定灌溉方式、规划灌区与居民点相关的设施并绘制灌区总体布置图。1、灌区防洪农田基本建设必须以确保灌区防洪安全为前提，灌区应按照蓄泄兼顾和因地制宜的原则，做好防洪工程设计，并将防洪工程纳入灌区的总体布置。2、灌排渠系布置灌溉和排水两者的布置应协调一致，满足灌和排的要求，有效地控制地下水位，防止土壤盐碱化或沼泽化。3、灌溉方式灌溉方式的确定：根据作物组成、地形、土壤、水源等条件，结合灌区分区和土壤改良区划，经分析论证后确定。4、灌区道路、林带与居民点的规划布置道路：应尽量与灌排系统的布置相协调。林带：应充分利用渠、沟外坡、塘边、路旁的空地结合防风、防沙种植树木。居民点：应尽量少占耕地，以原有的自然村进行改建。输电线路和通信线路应进行专项设计。灌区的总体布置，根据当地具体条件和要求，从充分发挥水资源的综合效益和改善生态环境出发，发展城乡供水、航运、水面养殖、水力发电、旅游等。三、水土资源平衡及环境影响与经济评价1、水土资源平衡灌区水土资源平衡分析，应根据水资源评价成果、土地利用结构、作物种植结构、灌溉制度、灌溉用水量、灌区内城乡和工矿企业用水量等进行综合分析和方案比较，并以此确定灌排工程规模。2、环境影响评价从环境角度论证灌排工程建设的可行性，并对可能产生的不利影响提出相应的对策及环境保护措施。3、经济评价国民经济评价财务评价评价工程的合理性评价工程项目财务可行性经济评价四、灌溉设计标准灌溉设计标准一般以灌溉设计保证率或抗旱天数表示。1、灌溉设计保证率P灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充分满足的机率。采用设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率表示，它综合反映了水源供水和灌区用水两方面的情况。即：灌溉设计保证率的选定，将影响工程建筑物的规模、灌溉面积、工程建设的投资。其选取太高或过低都是不太经济的，应选定一个经济效益最优的保证率作为设计标准。一般灌溉工程是根据当地水文条件和作物种植状况选用灌溉设计保证率。2、抗旱天数抗旱天数是指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。其反映了灌溉工程的抗旱能力。抗旱天数的两种统计方法：①连续无雨日数，即雨量小于2mm或3mm的天数；②连续无透雨日数，即两次透雨的间隔天数。确定抗旱天数时应进行经济比较：抗旱天数过高，抗旱能力强，但工程规模大，投资多；抗早天数过低，工程规模小，投资少，农作物易受旱灾。合适的抗旱天数，要根据当地水资源条件、作物种类及经济状况来确定。第二节灌溉水源与取水方式灌溉水源是指天然水资源中可用于灌溉的水体。一、灌溉对水源的基本要求在选择水源时，除考虑水源的位置应尽可能靠近灌区，其地形、地质条件便于引水以外，还应考虑水源的水质、水位和水量。1、灌溉对水质的要求所谓水质，主要指水的化学、物理性状，水中含有物的成分及其含量。其主要包括含沙量、含盐量及水温等。灌溉水应符合作物生长和发育的要求。还要兼顾人畜饮用以及鱼类生长的要求。（1）灌溉水的泥沙。灌溉对水中泥沙的要求主要指泥沙的数量和组成。①粒径大于0.1mm，其不含有任何养分，而且极易沉淀淤积在渠道中，故不允许引进渠道和送入田间。②粒径0.005~0.1mm的泥沙，粒径较大，可减轻土壤的粘性，改良土壤结构，但肥分价值不高，可少量引入田间。③粒径小于0.005mm的泥沙，常具有一定的肥分，是很好的肥源，应适量输入田间。但若引入田间过多，大量淤积就可能会减弱土壤的透水性和通气状况。引入灌溉渠道的河水含沙量不应大于渠道的输沙能力。避免渠道淤沙的措施：①控制灌溉水的含沙量；②合理设计引水口；③设置沉沙池；④适当加大引水渠道坡降。汛期引洪淤灌，将肥沃的浑水引入田间，改造土壤。(2)灌溉水的盐类。主要是从含盐量和有害盐类的含量两方面来考虑。灌溉水中可溶性盐类的总含量称矿化度。矿化度2g/L,一般对作物无害；矿化度2~5g／L，须分析化验所含盐分的种类及其含量；矿化度5g/L的水，一般不宜灌溉。允许矿化度的高低与土壤状况、盐类成分和农业技术及灌水方法有关。灌溉水中无害盐类的含量不应超过允许的浓度，更不可含对作物有害的盐类。以钠盐危害最大。含量严格限制含量限制较宽干涸的湖泊地面覆盖了一层白色的盐碱1、眉山芒硝水灌溉返硝2、露天堆放的芒硝矿渣3、矿渣水流过的农田132(3)灌溉水中的有害物质含量。污水中含的有毒无机物，有的可直接使作物或牲畜、鱼类中毒；有的可经过食物链的生物放大作用，造成慢性累积中毒。污水中含有的有机化合物在微生物的作用下最终分解成简单的无机物质。其消耗氧的数量称为生物化学需氧量，水中溶解氧的含量是一定的。水中有机化合物过多，势必造成缺氧以致脱氧，用于灌溉就会对作物生长以至鱼类的正常生活产生不良影响。适宜的灌溉水质对有机物的含量有一定限制。灌溉回归水在流返河流过程中淋溶了一定数量的可溶性盐类、化肥和农药，使水的矿化度提高，可根据具体含量直接使用、掺混好水使用或净化后使用。(4)灌溉水的温度灌溉水的要求GB5084—92《农田灌溉水质标准》。2、灌溉对水源的要求水位：要求：应保证灌溉所需要的控制高程；自然现状：水源水位通常较低；解决办法：修建水库、拦水坝、抽水站来提高水位。水量：要求：满足不同时期的用水需求；自然现状：未经调蓄的水源与灌溉用水经常不协调；解决办法：①修建水库、拦水坝以调蓄自然水流；②采用节水灌溉技术，以变动灌溉对水源水量提出的要求。二、灌溉取水方式1、河流水源的取水：天然河道的水位、流量和含沙量等随时间变化大，难以满足农田灌溉的需求。故必须修建用以调节水源状况的的综合取水建筑物，即取水枢纽。取水枢纽位于灌溉渠道的首部，故又称渠首工程。水源决定不同灌溉取水方式山区丘陵地区：修建塘坝、水库蓄水各个地区：打井取水有河流地区无坝取水有坝取水抽水取水水库取水抽水取水有坝取水无坝取水（1）无坝取水：灌区附近的河流水源丰富，河道枯水期的水位和流量均能满足灌溉要求时，可在河岸上选择适宜的地点作为取水口，修建取水建筑物，从河流侧面引水。优点：工程简单、投资省、施工易、工期短、收效快；缺点：不能控制河道水位，常受河水涨落、泥沙运动以及河床变迁等的影响。无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。设在河岸坚固、河床较稳定、河流弯道的凹岸。取水口宜设在凹岸中点的偏下游处，其距离弯道凹岸顶点的距离为式中：L为引水口至弯道段凹岸顶点的距离(弧长，m)；K为系数，K＝0.6~1.0，一般取0.8；B为弯道水面宽度(m)；R为弯道段河槽中心线的曲率半径(m)。14BRKBL①河槽主流在凹岸；②弯道处横向环流使其表层为清流；③避开凹岸水流顶冲取水口。无坝取水口布置平面图横向环流：引水角，即引水渠轴线与河道水流所形成的夹角，应为锐角，通常采用30~45°。若灌区位置及地形条件限制，无法把渠首布置在凹岸而必须放在凸岸时，可把渠首放在凸岸中点的偏上游处。无坝渠首的组成进水闸：控制入渠流量冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙导流堤：平时导流引水、防沙，枯水期截断水流内江外江鱼嘴宝瓶口金钢堤飞沙堰百丈堤鱼嘴飞沙堰宝瓶口都江堰全景图都江堰全景图（2）有坝取水：当河流水源较丰富，而水位较低，不能满足引水灌溉要求时，在河床上修拦河坝(又称壅水坝、溢流坝或滚水坝)，抬高水位，以便自流引水灌溉。这种引水方式叫有坝(或低坝)取水，所建工程称有坝渠首。拦水坝优点：引水口距灌区较近，缩短了干渠长度；缺点：增加了拦河坝(闸)工程；无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。有坝取水的组成拦河坝：壅水、泄水双重作用进水闸：控制入渠流量，闸底高程比河床高0.5~1.0m冲沙闸：冲刷留在闸前的淤泥、砂石到下游河道，闸底高程比进水闸闸底低0.5~1.0m，比下游河床高。其他功能性建筑物：船闸、鱼道、电站等。有坝渠首的布置形式根据对泥沙处理的不同，有如下两种：①正面排沙、侧面引水优点：布置和构造简单施工方便，造价低缺点：防沙效果差②正面引水、侧面排沙优点：防沙效果好（3）抽水取水：河流水量丰富，但灌区位置较高，修建自流引水工程困难或不经济时，可采取抽水取水方式。优点：干渠工程量小；缺点：增加了机电设备和管理费用。（4）水库取水：当河流来水与灌溉用水不相适应，其流量、水位均不能满足灌溉要求，必须在河流的适当地点修建水库进行径流调节，以解决来水和用水间的矛盾。实现途径：修建大坝，用来蓄水、提高水位。优点：能充分利用河流资源；缺点：工程量大，有库区淹没。上述几种取水方式，即可单独使用，也能综合地使用多种取水方式，引取多种水源，形成蓄、引、提相结合的灌溉系统。蓄引提2、地下水的利用：埋藏在地面下的地层空隙中的重力水，统称为地下水。优点：地下水取用方便，可就地开采利用，无需渠道，投资少，收效快；在地下水位较高的地区，抽取地下水还可以降低地下水位，防治土壤沼泽化与盐碱化。缺点：地下水埋藏较深时，不易勘测；出水量往往不太稳定而且较小，有的矿化度比较高。适用：干旱、半干旱地区。根据埋藏条件和开采方式，地下水的开发利用与取水建筑物大致可分为垂直取水、水平取水、双向取水建筑物及引泉工程四大类：（1）垂直取水建筑物：垂直钻取地下水的各种类型的井。依井径大小与结构不同，可分为管井和筒井。井水利用1）管井：井径小、深度大，一般采用机械提水，又称机井。结构：把井壁管和滤水管连接起来，垂直安装在已打成的井孔中，井壁管安装在隔水层部位和不拟开采的含水层高度范围，滤水管安装在开采的含水层高度范围，管井最下部为沉淀管（沉淀流入井中的泥沙）。在取水的含水层段，井管与井孔的环状间隙中，填入经过筛选的砾石（滤水阻沙）；在填砾石顶部的隔水层或不开采的含水层段，用粘土球止水（防止水质不好的水渗入到井内以破坏水源）。沉淀管滤水管井壁管滤料粘土球2）筒井：直径大、形似圆筒的井。优点：结构简单、施工容易、可就地取材；缺点：开采深度不大。筒井由3部分组成：①井台：筒井的地上部分，保护井身、安放水泵和生产管理的作用；②井筒：含水层以上的部分，视当地岩层的坚固程度，部分或全部予以衬砌加固；③进水部分：埋藏在含水层高度范围的部分，又称水筒。地下水通过井壁进入井中。井台井筒进水部分沉淀部分2007年四川春旱。在四川省中江县春笋村，村民正在打井。这口井已打了3个月，8米多深，仍无法取水。（2）水平取水建筑物：水平截取地下水的建筑物，如坎儿井和截潜流工程。缺点：只能开采较浅的和能自流引出地面的潜水或层间水。1）坎儿井：开挖水平廊道截取潜流，称取水廊道为坎儿井。其由3部分组成：竖井：是廊道开挖的工作井，用以出土和通风；地下廊道：是截取地下潜流和输水的通道；明渠：输送水到田间。竖井地下廊道2)截潜流工程。在间歇河流或干涸断流但有较丰富的潜流的地区、山前溢出带附近潜流集中处，如果地形和坡度适宜，可在河床中修筑截水墙拦截地下水潜流。这种截流的建筑物统称为截潜流工程。截潜流工程（3）双向(联合)取水建筑物：主要为垂直取水和水平取水两种型式相结合的取水建筑物，如辐射井。（4）引泉工程：据泉水出露的特点，引取泉水的建筑物。如泉水的水质和流量合适，就可用于灌溉。辐射井：在大口井的动水位以下，穿透井壁，辐射状地在四周含水层中加钻若干个水平孔的井。由垂直的集水井和