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农业大学农田水利学课程设计题目:灌区灌溉系统的规划设计学院:水利学院班级:学号:姓名:陈永顺指导教师:农业大学水利学院灌区灌溉系统的规划设计一、目的要求通过本设计,要求学生掌握渠道灌溉系统首部、干渠、支渠以及主要渠系建筑物规划设计;典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数的推求;推算其它各支渠渠首及干渠各段的设计流量;干渠纵横断面的设计,使学生初步掌握灌溉系统的规划设计内容和步骤。二、基本资料灌区位于云南省中北部,距省会昆明市189km,总灌溉面积约1万亩,灌区海拔1100m左右。属亚热带干燥季风气候区,具有降雨少,蒸发量大,干旱严重的气候水文特征。1160m等高线以下以大田作物为主,主要种植水稻、蔬菜、蚕豆、薯类等作物,根据灌区相关规划资料已知灌区灌水率为0.8m3/[s·万亩]。灌区多年平均气温为21.2℃,年均降水量624.20mm,年均蒸发量为3094.1mm。灌区土质属中粘壤土。地下水埋深一般为3m,土壤及地下水的PH值属中性,无盐碱化威胁。灌区人口总数约1万人,劳动力0.5万人。灌区东北侧有一条输水渠道,矩形浆砌石渠道,渠底宽2.5m,输水流量1.5m3/s,水质良好,含沙量极微,水量能够满足灌区用水要求。规划水源取水点渠底高程1166.25m,渠中水深1m。采用无坝取水的方式。三、设计内容1.根据基本资料设计灌道灌溉系统,灌溉面积涉及灌区等高线1160~1080m之间,南侧水泥路以北地块。2.根据规划资料制定的灌区灌水率为0.8m3/[s•万亩],建议采用的一次灌水延续时间早、中稻泡田及生育期8~12昼夜。3.确定渠首枢纽的位置及形式,完成相应的渠系建筑物设计。4.在地形图上布置引水干渠、支渠,以及主要渠系建筑物。根据灌区规划,建议灌区分为三个片区(三条支渠控制),在灌区内选择一条支渠布置斗级渠道,农渠采用临时渠道,田间水利用系数取0.92,农渠以下灌溉水利用系数参考值为0.8。5.推算典型支渠各级渠道的设计流量及灌溉水利用系数;推算其它支渠渠首及干渠各段的设计流量。6.设计干渠各段的纵、横断面,干渠采用浆砌石衬砌矩形断面,建议采用ZDM软件进行纵断面图绘制。7.设计典型支渠、斗渠横断面,支、斗采用混凝土衬砌矩形断面。四、设计成果1.设计说明书15~35页,设计说明书手写稿和电子稿各一份(小四号字体,1.5倍行距,A4纸打印)。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。2.设计图纸包括灌溉系统规划布置图(电子底图上CAD绘制,A2图幅,根据比例套图框打印),干渠纵断面图、横断面图,以及典型支、斗横断面图(A3图幅,根据比例套图框打印)。灌区规划及计算书一、灌区规划1.罐区面积规划灌区总灌溉面积大约为1万亩,但考虑村庄的发展以及公路沿线,目前规划灌溉公路以北地块,规划总面积0.8515万亩,一共分为四个罐区。规划图如下所示。图1罐区面积规划图2.渠道规划与布置罐区从水源之下,设置一条灌区干渠,干渠分3个支渠,每条支渠设置三条斗渠,斗渠上大概设置8条临时农渠。规划图如下:图2罐区渠道布置图3.渠系建筑物罐区水源点出水口设置水闸,为1号水闸,支渠与干渠的交差点分别设置水闸,支渠与斗渠交叉口设置水闸。渠道通过水泥路时设置涵洞。图如下所示。图3渠系建筑物图二、计算书1.罐区布置简化图形图4罐区布置简化图表1渠道长高度面积规划表渠别一支二支三支四支合计长度(km)0.1620.590.860.84灌溉面积(万亩)0.26100.19920.20600.18530.85152.推求典型支渠(四支渠)及其所属斗、农渠的设计流量、加大流量、最小流量(1)计算农渠的设计流量四支渠的田间净流量为:Q4支田净=A4支q设=0.18530.8=0.14824(m3/s)因为斗分三组轮灌、临时农渠分两组轮灌,同时工作的斗渠有1条,同时工作的临时农渠有3条,所以,农渠的田间净流量为:Q农田净=支田净(m3/s)田间水利用系数ηf=0.92,则农渠的净流量为:Q农净农田净(m3/s)因为农渠以下灌溉水利用系数参考值为η=0.8,则农渠的毛流量或设计流量为:Q农毛农净(m3/s)(2)计算斗渠的设计流量因为一条斗渠内同时工作的临时农渠为3条,所以斗渠流量等于3条农渠的毛流量之和:Q斗净=3Q农毛=30.0671=0.2013(m3/s)农渠分两组轮灌,各组要求斗渠提供的流量相等。但是第二轮灌组距斗渠进水口较远,输水损失水量较多,据此求得的斗渠毛流量较大,因此,以第Ⅱ轮灌组灌水时需要斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。斗渠的平均工作长度为L斗=0.74km。灌区土壤属中粘壤土,查表可得相应的土壤透水性参数:A=1.9,m=0.4。据此可计算斗渠每公里输水损失系数:σ斗=斗净斗渠的毛流量或设计流量为:Q斗毛=Q斗净(1+σ斗L斗)=0.2013(1+0.03610.74)=0.2067(m3/s)斗渠的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.35。则斗渠的加大流量为:QJ斗=JQd=1.350.2067=0.279(m3/s)斗渠最小流量取设计流量的40%,则斗渠的最小流量为:Q斗min=40%0.2067=0.0827(m3/s)(3)计算支渠的设计流量斗渠分为3组轮灌,以第Ⅲ轮灌组要求的支渠毛流量作为支渠的设计流量。支渠的工作长度L支=0.84km。支渠的净流量为:Q4支净=Q斗毛=0.2067(m3/s)支渠每公里输水损失系数为:σ4支=支净支渠的毛流量为:Q4支毛=Q4支净(1+σ4支L4支)=0.2067(1+0.03570.84)=0.2129(m3/s)支渠的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.35。则支渠的加大流量为:QJ4支=JQd=1.350.2129=0.2874(m3/s)支渠最小流量取设计流量的40%,则支渠的最小流量为:Q4支min=40%0.2129=0.0852(m3/s)3.计算四支渠的灌溉水利用系数η4支=支田净支毛4.计算一、二、三支渠的设计流量、加大流量、最小流量(1)计算一、二、三支渠的的田间净流量Q1支田净=A1支q设=0.26100.8=0.2088(m3/s)Q2支田净=A2支q设=0.19920.8=0.1596(m3/s)Q3支田净=A3支q设=0.20600.8=0.1648(m3/s)(2)计算一、二、三支渠的设计流量以典型支渠(四支渠)的灌溉水利用系数作为扩大指标,用来计算其他支渠的设计流量。Q1支毛支田净支水(m3/s)Q2支毛支田净支水(m3/s)Q3支毛支田净支水(m3/s)计算一、二、三支渠的加大流量、最小流量。一、二、三支渠的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.35。则一、二、三支渠的加大流量分别为为:QJ1支=JQd=1.350.2983=0.4027(m3/s)QJ2支=JQd=1.350.228=0.3078(m3/s)QJ3支=JQd=1.350.2354=0.3178(m3/s)一、二、三支渠最小流量取设计流量的40%,则支渠的最小流量为:Q1支min=40%0.2983=0.1193(m3/s)Q2支min=40%0.228=0.0912(m3/s)Q3支min=40%0.2354=0.0942(m3/s)5.推求干渠各段的设计流量、加大流量、最小流量(1)CD段的设计流量、加大流量、最小流量LCD=0.927km。CD段的毛流量为QCD净=Q4支毛=0.2129(m3/s)σCD=净QCD毛=QCD净(1+σCDLCD)=0.2129(1+0.03530.927)=0.2199(m3/s)CD段的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.35。则CD段的加大流量为:QJCD=JQd=1.350.2199=0.2969(m3/s)CD段最小流量取设计流量的40%,则CD段的最小流量为:QCDmin=40%0.2129=0.0880(m3/s)(2)BC段的设计流量、加大流量、最小流量LBC=1.32km。BC段的毛流量为QBC净=QCD毛+Q3支毛0.2199+(m3/s)σBC=净QBC毛=QBC净(1+σBCLBC)=0.4553(1+0.0261.32)=0.4709(m3/s)BC段的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.32。则BC段的加大流量为:QJBC=JQd=1.320.4709=0.6216(m3/s)BC段最小流量取设计流量的40%,则BC段的最小流量为:QBCmin=40%0.4709=0.1884(m3/s)(3)AB段的设计流量、加大流量、最小流量LAB=1.805km。AB段的毛流量为QAB净=QBC毛+Q2支毛=0.4709+0.228=0.6989(m3/s)σAB=净QAB毛=QAB净(1+σABLAB)=0.6989(1+0.02191.805)=0.7265(m3/s)AB段的加大流量,因为流量小于1,所以加大系数J在1.351.30之间,取1.32。则AB段的加大流量为:QJAB=JQd=1.320.7265=0.9590(m3/s)AB段最小流量取设计流量的40%,则AB段的最小流量为:QABmin=40%0.2129=0.2906(m3/s)(4)0A段的设计流量、加大流量、最小流量L0A=0.275km。OA段的毛流量为QOA净=QAB毛+Q1支毛=0.7265+0.2983=1.0248(m3/s)σOA=净QOA毛=QOA净(1+σOALOA)=1.0248(1+0.01880.257)=1.03(m3/s)OA段的加大流量,因为流量大于1,所以加大系数J在1.301.25之间,取1.30。则OA段的加大流量为:QJOA=JQd=1.301.03=1.339(m3/s)OA段最小流量取设计流量的40%,则OA段的最小流量为:QOAmin=40%1.03=0.412(m3/s)灌溉渠道纵横断面设计三、渠道横断面的设计1.设计干渠各段横断面干渠采用浆砌石衬砌矩形断面,OA段设计流量为1.03m3/s,AB段设计流量为0.7265m3/s,BC段设计流量为0.4709m3/s,CD段设计流量为0.2199m3/s,干渠为浆砌石衬砌的矩形断面。渠床糙率系数n=0.025。该渠道为清水渠道,无防淤要求渠道采用浆砌石,无防止长草要求。(1)OA段i=0.01,Q=1.03(m3/s),求干渠OA段过水断面尺寸计算渠道的设计水深[√][√]计算渠道的设计底宽,矩形断面,边坡系数m=0,则最优的宽深比。计算渠道断面各水利要素:A=bh=0.605m2P=b+2h=1.1+1.1=2.2mR=mC=32.26计算渠道输水流量(Q计算):Q计算=AC√=32.26√=1.023m3/s校核渠道输水能力:计算0.05满足要求。求渠道流速:Vd1.702m/s不淤流速:Vcd=C0Q0.5=0.41.030.5=0.406m/s不冲流速查规范取满足要求。所以,干渠OA段设计过水断面尺寸是:bd=1.1m,hd=0.55m求干渠AB段加大水深,:求得加大水深[√][√]求干渠AB段最小水深,:求得最小水深[√][√]小型渠道取安全超高:△h=0.3m则OA段渠道净高H=,取H为0.95m,净宽B=1.1m。矩形断面,边墙顶宽取0.4m,底宽取0.5m,底板厚度取和边墙底宽相同。尺寸如下图5罐区干渠OA段横断面图(2)AB段i=0.013,Q=0.7265(m3/s),求干渠AB段过水断面尺寸计算渠道的设计水深[√][√]计算渠道的设计底宽,矩形断面,边坡系数m=0,则最优的宽深比。取0.9m,计算渠道断面各水利要素:A=bh=0.414m2P=b+2h=0.9+0.92=1.82mR=mC=31.24计算渠道输水流量(Q计算):Q计算=AC√=31.24√=0.7026m3/s校核渠道输水能力:计算0.05满足要求。求渠道流速:Vd1.755m/
本文标题:农田水利学课程设计
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