灌溉渠道系统规划设计

第四章灌溉渠道系统规划设计2第一节灌溉渠道系统规划布置一、任务1、供水、引水、配水要求：对水源供水状况进行调节对水位、水量有控制，调节能力控制流速，使渠道达到防冲，防淤3二、系统分类1、组成：1）水源和引水部分：水源：水库、湖泊、河流、井、泵建筑物：要求有调节、控制能力（闸、坝、抽水站）2）输水配水系统：把渠道分为五个等级：总干渠、干渠、支渠、斗渠、农渠，其中，总干渠、干渠、支渠输水；斗渠、农渠配水。3）田间渠道系统：农渠、毛渠、灌水畦通常是：干、支、斗、农、毛。大的有总干渠，较小的有灌水畦4）排水泄水系统：干、支、斗、农、毛沟2、分类：从结构上分：明渠、暗渠按建筑材料分：土渠、砖石砌渠、砼渠、水泥管按开挖方式分：挖方渠道、填方渠道4三、渠道系统布置1、布置原则：总的来说，要求投资少、效益大、渠线尽可能小，输水速度快、沿线地质无严重渗漏或坍塌现象2、平原布置为例，说明其布局原则，见教材3、布置：田间渠道系统一般为沟、路、渠相邻或相间布置。5第二节渠道系统设计流量的确定渠道设计流量是渠道所控制灌溉范围内农作物的灌溉净流量和渠道损失流量之和，即Q设＝Q净+Q损一、渠道净流量1、Q净=q次大A（立方米/秒）q次大：灌区次大灌水率（米3/秒/万亩），A：灌溉面积（万亩）2、Q净=m1A1+m2A2+…/86400t（立方米/秒）或：式中：M综—综合灌溉定额（米3/亩），t—作物允许灌水延续天数。二、渠道损失流量Tiii64.8mq＝t86400AMQ综净＝6100净损QLQ（米3/秒）L：渠道长度σ：每公里长渠道渗水损失占所通过净流量的百分比，根据土壤性质确定mQD净＝(σ、D、m值见教材)2、通过测定损失直接确定渠道设计流量设净＝QQ三、渠道设计流量损净设＝QQQ(大型)或：净设＝QQ(中小型)7四、渠道的加大流量和渠道的最小流量1、加大流量：当灌溉区的灌溉面积扩大或出现特大干旱或上游渠道出现失事情况Q加大=Q设(1~1.3)2、渠道最小流量：当灌溉区某一种作物需灌溉或某一支渠需灌溉Q最小=0.4Q设渠道一般都应考虑设计流量、加大流量和最小流量8第三节渠道纵横断面设计一、渠道横断面的设计(一)断面形状1、按几何形状和材料分为：梯形(大多数土渠)、矩形(砼渠、石渠)、半圆形(砼渠)2、按开挖宽深比：窄深式：挖方省、占地少、渗漏小、但渠床不稳，施工不便宽浅式：渠床稳定，施工容易，水流稳定但占地多。3、按断面方式分为：单式断面、复式断面4、按渠道填挖数量分：填方渠道、挖方渠道9（二）渠道横断面设计1、断面组成：以梯形渠道为例（图见教材）m：为渠道边坡系数；纵坡比降i渠堤宽度：渠道堤顶宽度可依据流量及渠岸高度的大小或交通要求而定渠道安全超高：超高设计水位与堤顶高之间的高差(见教材)边坡系数见表4-3；比降范围见教材102、渠道水力计算明渠均匀流：指渠道断面形状、尺寸、渠底坡降、糙率都沿水流方向不变，则任一断面的水深h0，流速v，流速分布都不变，此种水流流态称明渠均匀流。一般渠道为人工开挖，水流流态为明渠均匀流。明渠均匀流计算公式：式中：ω—过水横断面积m2，梯形ω＝（b+mh）h，矩形ω＝bh（m2）C—流速系数I—纵坡渠道坡降v—流速米/秒2132n1iRiRCQ（米3/秒）(VtLtVQ)11曼宁公式：611RnC巴甫洛夫斯基公式：YRnC1,其中当R＜1米时，Y＝1.5n；当R＞1米时，Y＝1.3n。n——粗糙系数，反映渠道护面材料粗糙程度R——水力半径XWRX——湿周矩形：hbX2梯形：212mhbXn和R均反映渠道过水能力的大小Y＝2.5n-0.13-0.75R（n-0.10）式中：b、h表示渠底净宽和渠道过水深度（米）。123、最优水力断面2132iRhiRCQ当ω，i，n不变，希望Qmax，则Rmax；而XR，要使水力半径R最大，则有湿周Xmin。∵212mhbX（以梯形渠道为例），b可以通过公式hmhb)(，有mhhb。代入上式得212mhmhhX，取极值2212mmhdhdx，并令0dhdx＝；将hmhb)(代入上式，整理得：0m12-mhmhb2，进一步整理，得：)1(22mmhb所以，最优水力断面宽深比：)1(22mmhb，或)1(2hb2mm，对于矩形渠道2hXR134、渠道不冲不淤流速不冲流速：1.0KQV不淤流速：RCV1C1——与土壤有关得系数泥砂性质C1泥砂性质C1粗砂质粘土0.65—0.77细砂质粘土0.41—0.54中砂质粘土0.58—0.64极细砂质粘土0.37—0.41（教材有允许不冲流速表）14三、渠道横断面设计（一）设计类型1、渠道已建成已知：b，h，m，i，n，求渠道通过的流量2、求渠道通过建筑物时，改变纵坡，减少过水断面积时，校核纵坡i如渡槽等3、已知Q，m，i，n，求b，h，主要设计类型RiCQ15（二）采用试算法求渠道的横断面已知：Q＝3m3/s，m＝1.5，n＝0.025（±渠），i＝1/1000求：b，h假定：b＝1m，设h＝1mhmhbW)(＝2.5m2212mhbX＝4.8mXWR＝0.52，将有关参数代入611RnC或查表得16611RnC＝35.82iRCQ＝=2.5×38.5232.210000.52，重新修订h，重复上述步骤。进行试算（三次确定后，可在坐标纸上绘图Q～f（h），根据Q确定h）求得h＝1.19流速校核V不淤=0.25m/s＜QV=0.726m/s＜V不冲=0.8m/s（满足要求）渠深=设计水深+安全高=1.19+0.41=1.6米（一般要求安全高大于0.2米）加大流量校核经计算水深不超堤顶高＜1.6米17（三）图解法根据iRCQ令RCK,得iKQ，iQK=94.9100013然后查图，得出相同结果但精度没有试算法高。图见教材（四）查表法（小型渠道）见教材18四、渠道纵断面设计(一)设计内容1、图上选线(地形图)根据灌区地形图。在图上选线，即确定其走向和纵坡原则：确定走向：一般是和等高线平行确定纵坡：根据等高线走向、土质情况、灌溉要求、水的流量综合确定2、确定渠系建筑物类型、数量如渠水遇道路，不管是从路上走还是路下走都要修建筑物3、按渠线(纵断面中心线)确定各桩点的渠底高程、渠顶高程、水位高程水位高程–h=渠底高程h：设计水深水位高程+a=渠顶高程a：渠道水位超高重点是确定渠道纵断面水位高程19(二)各分水口水位高程的推算B分=A0+h+∑li+∑Φ其中：B分：分水口水位高程A0：典型点地面高程，一般为灌区最远较高点的地面高程h：要求的灌溉水渠，一般为0.15～0.2米∑li：表示各级渠道的长度和坡降∑Φ：通过渠系建筑物水位降（水头损失）举例说明（见教材）20(三)讨论1、选择典型点，要求代表性高，一般最远、较高，90%达到自流灌溉，个别的地段采用提水灌溉。若全部为自流灌溉则大多数为填方渠道，不稳定，占地较大2、各级渠道的联接中游渠道：支渠和干渠，渠底平齐上游渠道：支渠略高于干渠渠底下游渠道：支渠略低于干渠渠底这样才配水均匀3、建筑物布置，建筑物会产生局部水头损失，尽量少布置，但必不可少21五、渠道纵横断面设计整理(一)文字、数据整理1、规划设计说明书概况：地理位置、行政区划、人口、灌溉面积、水源情况、灌溉设计保证率等选线、建筑物布置选型渠道横断面设计：应有设计计算依据和计算过程、结论。渠道纵断面设计：同样应有设计计算依据和计算过程、结论。设计成果说明工程量计算：分类分项计算和统计工程量。预算造价：按预算编制办法进行编制工程预算书。(二)图纸1、总体平面布置图：渠道走向，干、支、斗、农、毛渠布置，建筑物布置类型、名称、位置。2、设计纵断面图（分段绘制）3、设计横断面图—标准横断面：各中心桩横断面。4、建筑物施工图（平面、立面、剖面、大样图、并附单位工程量表。）22第四节渠系建筑物一、概述1、为什么要研究渠系建筑物a、数量多、工程量大；b、造价高、投资量大；c、类型多、结构复杂、施工难度大。二、分类按作用分：控制水位和水量的建筑物---水闸交叉建筑物：渠道与其它的一些障碍建筑物交叉的水工建筑物—渡槽、涵管、倒虹吸联接建筑物：干渠和支渠之间有较大落差时联接，也称落差建筑物—跌水、陡坡穿山建筑物：隧洞泄洪建筑物：泄洪闸量水建筑物：量水堰、量水槽，或用水工建筑物直接量水。23二、水闸一)按闸的用途进行分类进水闸：干渠渠首分水闸：各支渠、斗渠、农渠的渠首节制闸：各级渠道分水闸闸口上一级渠道的下游分水闸口处泄水闸：排水、泄洪闸24二)组成：水闸进口段、闸室、下游出口段导水墙—也称上游翼墙，有八字形、圆弧形、矩形等进口形式，起导入水流作用。（浆砌石、砼等材料）进口段铺盖—即闸前护底（浆砌石、砼材料）闸底板（砼、浆砌石等材料）闸墩——闸室分孔和安置闸门用闸室闸门——挡水和控制水量和水位用（木、砼、铸铁、钢闸门）边墩——挡土和支承闸门工作桥——提升和关闭闸门工作以及栓修闸门用（一般为砼排架结构）交通桥——公路桥或人行桥，起交通作用下游翼墙：和上游翼墙形式和作用同出口段护坦：即闸后护底，有一定坡度消力池：在护坦末端降低护坦形成消力池，起闸后水流消能作用海漫：消力池与下游渠道连接段，进一步消能三)进口尺寸确定：见教材第六章25三、渡槽使用条件：渠道与道路、河流、山谷等障碍物交叉而且高差大于等于5米(与河流最高洪水位)，地质条件较好，可采用渡槽直接渡水。类型：梁式渡槽，较常见较大跨度时用拱式，渡槽的断面型式有：矩形、半圆形、梯形进口尺寸(明渠均匀流)26（米3/秒）Q：设计流量，一般已知z：渡槽进口的水位降（进出口水位差）ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9b：渡槽的宽度（米）h：渡槽的过水深度（米）φ：流速系数φ＝0.8～0.950gZ2bhQ＝27四、倒虹吸使用条件：渠道通过障碍物且高差小于5米时用倒虹吸型式：1、竖井式：布置要求：进口段要有沉砂措施；上下游水位差大于0.2—0.3米；竖井中流速大于1.5米/秒；管上覆土厚度大于0.7米，若过公路则厚度大于1米。出口段应有消能措施。2、桥式或斜坡式：布置要求同上任何一种倒虹吸管子下部都有管座，防止土层不均匀沉降283、水力计算公式：gz2m＝Q（米3/秒）式中：Q—通过倒虹吸管的流量（米3/秒）ω—倒虹吸管断面积，圆形：ω＝4d2，矩形：ω＝bh（m2）z—上下游水位差，z0.2米m—流量系数，包括局部损失和沿程损失，m圆＝dp1L，m矩＝RL4p1,式中：λ—沿程阻力系数，砼管λ＝1/45，砌石管λ＝1/26，或2g8C＝，C—谢才系数，Σp—进出口转弯处局部损失系数之和，直井式Σp＝2.5，斜坡式Σp＝1.8～2.129五、跌水上游建筑物和下游建筑物有一定高差，为了连接水流而设立的建筑物。跌水：水流自跌水口流出后，呈自由抛物状态，并落入消力池布置位置：一般布置在挖方渠道上，尽可能与分水闸、泄水闸一起整体布置。跌水型式：单级跌水：一般落差在3-5米多级跌水：高差超过5米，每3米一跌组成：进口段、消力池、出口段如果高差较大，土质条件很好都是岩石，可以不作跌水，岩石修整一下，二侧做起侧墙，末端修一消力池，即为陡坡30跌水水力计算公式：Q＝εmB2/30g2H，式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；，B—进口宽度（米）；m—流量系数H/B0.51.01.52.0m0.370.5140.430.435H0—行近水头，一般H0≈H（上游水深）