农田水利学设计说明书

《农田水利学》课程设计——灌区灌溉系统规划设计一、基本资料1.1概况灌区位于界荣山以南，马清河以北，（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。灌区上游土质属重粘壤土，下游龙尾河一带属中粘壤土。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，表土属重粘壤土，地表5~6m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪均有岩石露头，马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表。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。灌区为马清河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。马清河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设计年降水量统计日月份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2262271.1281.53.729307.7313.6月计72.9109107.840.525.0381041.3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（%）50284517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）1.31.31.31.31.31.31.3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%）；土壤适宜含水率上限为88%，下限为61.6%（占空隙%）；田间最大持水率为88%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为102m3/亩。2、设计内容2.1根据基本资料用水量平衡法（列表计算）制定早稻及棉花的灌溉制度，建议编程计算或利用Excel计算。2.2根据所制定的早稻及棉花的灌溉制度以及表6所给出的中稻及双季晚稻的灌溉制度资料，编制全灌区的灌水率图，并进行修正，使其符合要求。在制定灌水率图时，建议采用的一次灌水延续时间如下：早、中稻泡田8~12昼夜；双季晚稻泡田5~7昼夜；各类水稻生育内一次灌水的延续时间3~5昼夜。棉花生育期内一次灌水延续时间5~10昼夜。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）7/5751（泡田）21/770226/525227/71534/62531/825410/63047/825520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920灌溉定额350（3m/亩）灌溉定额360（3m/亩）附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为：80m3/亩。2.3确定渠首枢纽的位置及形式。在1/25000地形图上布置引水干渠、支渠，以及主要渠系建筑物。在灌区中部选择一条支渠布置斗、农级渠道。2.4推算典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数(田间水利用系数取0.92)；推算其它各支渠渠首及干渠各段的设计流量。2.5设计干渠各段的纵横断面及典型支渠纵横断面，干、支渠采用浆砌石衬砌梯形断面。2.6设计典型斗渠和典型农渠横断面，斗、农渠采用混凝土衬砌矩形断面。三、设计成果3.1设计说明书20~30页（手写，字体工整）。要求说明设计的步骤、依据的理论、采用的公式或方法，必要时将计算成果列入表格(设计说明书中包括早稻及棉花的灌溉制度相关图表，修正前后的灌水率图)。3.2设计图纸包括灌溉系统规划布置图。干渠纵、横断面图，以及支、斗、农渠横断面图（共2张，均为A3图幅、CAD绘图）。马清河灌区灌溉系统规划设计一作物灌溉制度和灌水率的制定1.早稻灌溉制度的制定1)泡田期灌溉制度泡田定额（已给定）：80亩/3m2)生育期灌溉制度早稻生育期灌溉制度用水量平衡方程计算根据基本资料及公式可计算出作物相应生长阶段的蒸发量，有效降雨量，蓄水量，继而可得出逐日耗水量，计算过程见表1。水量平衡方程21hdWCmPh式中1h—时段初田面水层深度；2h—时段初田面水层深度；P—时段内降雨量；m—时段内灌水量；WC—时段内田间耗水量；d—时段内排水量。式中各数值均已mm计。S日ETWC式中日ET—逐日需水量，mm；S—稻田逐日渗漏强度，mm。nETi日ET式中iET—各生育阶段作物需水量，mm；n—各生育阶段天数。ETKETii1001式中iK—需水量模比系数；ET—全生育阶段需水量，mm。0EET式中0E—全生育期水面蒸发量，mm。根据设计年蒸发量统计表以及生育期时间可算出。表1逐日耗水量计算表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天数101018151411987模比系数（%）78182521138100渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3阶段需水量（mm027.631.570.998.582.751.231.5394阶段渗漏量（mm）131323.419.518.214.311.7113.1阶段田间耗水量（mm）40.644.594.3118.0100.965.543.2507.1翌日耗水量（mm）4.14.55.27.97.26.04.8本灌溉制度计算表取设计初始淹灌水层深度为20mm，具体做法是：当淹灌水层减去逐日耗水量，加上逐日降雨量后若小于最小田间允许最小水层深度则设计灌水，当大于最大田间允许水层深度则设计排水，计算过程见表2。表2早稻生育期灌溉制度计算表日期生育期设计淹灌层逐日耗水量逐日降雨淹灌水层变化灌水量排水量月日4242025复苗10-30-504.115.92611.82727.720281.525.129213016.95112.8228.72033.4284925065.95分蘖前10-40-804.51.246.767.950.1728.574.1869.6965.11060.6112.558.6126.460.513561451.515分蘖后20-50-905.246.316647.1172566.91861.71956.52051.32146.12210.651.52310.7572451.82546.62641.4271.137.3283.735.82930.63025.43120.26145302孕穗20-50-1007.917.454.531.948.5440.6532.7624.8746.930839931.11023.21145.3301237.41329.5141.923.51545.6301637.717抽穗20-50-907.230.51823.31946.1302038.92131.72249.273.72366.52435.4904.72582.826277.62770.42863.229563048.871乳熟10-40-50642.8236.8330.8424.8518.8612.8736.830830.8924.81018.81112.812黄熟湿润4.81314151617181920∑464.9308.322070.6校核：hWCmdhP始mm8.129.4642206.703.30820与7月11日灌溉水层相符，计算无误。由表2可得到表3。表3早稻生育期设计灌溉制度表灌水次数灌水日期灌水定额mm亩/3m14.272013.325.22013.336.1302046.7302056.11302066.15302076.17302087.730202.棉花灌溉制度的制定1）根据水量平衡方程ETMKP00式中0W，tW—时段初和时段末时的土壤计划湿润层内的储水量；rW—由于计划湿润层增加而增加的水量；0P—保存在土壤计划湿润层内有效雨量；K—时段末的地下水补给量；M—时段末灌溉水量；ET—时段末的作物需水量。全生育期的需水量—用以产量为参数的需水系数法亩/4.32012067.23mKYET各生育阶段田间需水量ETKETii地下水补给量ETK由于计划湿润层增加而增加的水量亩）/()(667312mnHHWr近似取%80有效雨量保存在土壤计划湿润层内有效雨量PP0α的选取按下表计：降雨量55-505001.0-0.80.7-0.8湿润层最大，最小储水量minminmaxmax667667nHWnHW棉花播前的灌水定额亩/1748.0)2%6.61%88%88(1.0667)(66730maxmnHM表4棉花有效雨量计算表月份生育阶段旬起止日期降雨量（mm)有效雨量（mm）有效雨量(m3/亩）4幼苗期下4.21-4.305.34.83.25上5.1-5.1013399.866.6中5.11-5.2039.935.923.9下5.21-5.3121.319.212.86上6.1-6.1019.317.411.6中6.11-6.16000.0现蕾期下6.17-6.3084.676.150.87上7.1-7.10000.0中7.11-7.2014.812