1、佐坝精品区灌溉设计农田水利学课程设计计算书安徽农业大学工学院农田水利学课程设计计算书设计题目 佐坝精品区灌溉设计 分 组 组 员 专 业 指导教师 完成时间 设计成绩 目 录 1 基本资料 1 1.1 概况 1 1.2 气象 1 1.3 种植计划及灌溉经验 1 1.4 种植面积及农业生产结构 1 1.5 水稻灌溉制度 22 生活用水量计算 23 水稻用水定额计算 34 农业用水量计算 5 4.1 种植计划及灌溉经验 5 4.2 种植面积及农业生产结构 5 4.3 水量平衡法计算作物需水量 6 5 斗农渠设计流量计算 9 5.1 计算农渠设计流量 9 5.2 计算斗渠的设计流量 96 渠道断面设
2、计 9 6.1 典型农渠横断面设计 9 6.2 典型农渠纵断面设计 11 6.3 典型斗渠纵横断面设计 11 7 泵站设计 13 7.1 泵站站址选择 13 7.2 设计参数确定 15 7.3 水泵选型 15 7.4 辅助设备选型 16 7.5 泵房选型 17 7.6 泵房内部布置 171、基本资料1.1 概况佐坝项目区灌溉面积为500亩。灌区人口总数约1200，300户；项目区均种植水稻。牲畜按户均2头（大牲畜）计算，城镇人均用水定额采用120升人日，农村人畜饮用水分别采用70升/人日和30升/头日。1.2 气象宿松县属北亚热带湿润气候区，气候特点为四季分明、日照充足、热量丰富、雨量充沛、无
3、霜期长。全县年平均气温16.6，年平均蒸发量为748.1mm，降雨量分布因地形而异，自山区向圩区逐渐减少，山区钓鱼台水库测站多年平均降水量1505mm，丘陵区宿松（王屋）测站多年平均降水量1323.1mm，圩区下仓埠站多年平均降水量1237mm。全县多年平均日照时数2023.7h，无霜期254d。常年主导风向为东北风，年平均风速为3.1m/s。全县土壤可划分为红壤、水稻土、黄棕壤、潮土、紫色土、石灰（岩）土等6个土类，其中红壤土占全县总面积的27.1%，耕作土壤主要为水稻土，占全县总面积的17.12%。大田作物中水田以各种稻类和红花草为主，旱地以棉花、小麦、荞麦、豆类、花生、芝麻、山芋、玉米、
4、油菜等，以及各类蔬菜为主。1.3 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1.3-1。表1.3-1 项目区农作物种植结构表作物双早双晚中稻油菜棉花小麦复种植物比列48%48%40%28%12%3%1.791.4 种植面积及农业生产结构项目区内农业生产结构以种植业为主，粮食中以水稻为主。目前农作物种植组成仍然是两稻一油，即“一油二稻”，水稻以双季稻为主，辅以种植油菜、小麦等，旱季作物主要以油菜为主。根据本次调查分析，项目区农作物种植结构见表1.4-1。表1.4-1 项目区农作物种植结构表作物双早双晚中稻油菜棉花小麦复种植物比列48%48%40%28%12%3%1
5、.791.5水稻灌溉制度根据本灌区的地理位置和气候特点及群众的多年生产经验，多采用浅水勤灌和适时烤田的灌溉制度。拟定灌区主要农作物水稻各生长期的适宜水深，见表1.5-1。 表1.5-1 各种水稻生长期需水系数值表双早双晚中稻起讫日期需水系数起讫日期需水系数起讫日期需水系数起讫起讫起讫5-15-81.107-268-21.105-215-301.105-95-171.158-38-121.205-316-111.205-185-201.108-138-151.206-126-141.205-216-61.308-169-51.306-157-91.306-76-141.509-69-141.50
6、7-107-191.306-156-221.509-159-221.507-207-291.406-236-301.359-239-301.307-308-81.507-17-111.2010-110-101.208-98-181.507-127-211.1010-1110-201.108-198-281.30根据多年运行资料和典型调查，推算灌区现状灌溉水利用系数为0.50。二、生活用水量计算佐坝项目区灌溉面积为500亩。佐坝项目灌区人口总数约1200，300户。牲畜按户均2头（大牲畜）计算，城镇人均用水定额采用120升人日，农村人畜饮用水分别采用70升/人日和30升/头日。佐坝乡是安徽省安庆
7、市宿松县下辖的一个镇，地处皖、鄂、赣三省结合部。为保证需水量，采用城镇人均用水定额。则人生活年用水量：1200人*120升人日*365日=52560000升=52560m3畜年用水量：300户*2头/户*30升/头日*365日=6570000升=6570m3三、水稻用水定额计算根据本灌区的地理位置和气候特点及群众的多年生产经验，多采用浅水勤灌和适时烤田的灌溉制度。拟定灌区主要农作物水稻各生长期的适宜水深，见表1.5-1。 表1.5-1 各种水稻生长期需水系数值表双早双晚中稻起讫日期需水系数起讫日期需水系数起讫日期需水系数起讫起讫起讫5-15-81.107-268-21.105-215-301.
8、105-95-171.158-38-121.205-316-111.205-185-201.108-138-151.206-126-141.205-216-61.308-169-51.306-157-91.306-76-141.509-69-141.507-107-191.306-156-221.509-159-221.507-207-291.406-236-301.359-239-301.307-308-81.507-17-111.2010-110-101.208-98-181.507-127-211.1010-1110-201.108-198-281.30根据多年运行资料和典型调查，推算灌
9、区现状灌溉水利用系数为0.50。需水系数法计算作物需水量及灌溉制度以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“值法”或蒸发皿）大量的灌溉试验资料表明，气象因素是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸发又是各种气象因素综合影响的结果。因腾发量与水面蒸发都是水汽扩散，因此可以用水面蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为： （式2-1）或 （式2-2）式中：某时段内的作物需水量，以水层深度计，mm；与同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm；一般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值，若用20cm口径蒸发皿，则；各时段的需水系数，即同时期需水量与水面蒸发量之比值，一般由试验确定，水稻=0.91.3，旱作物=0.3
10、0.7；经验常数。由于“值法”只需要水面蒸发量资料，所以该法在我国水稻地区曾被广泛采用。在水稻地区，气象条件对及的影响相同，故应用“值法”较为接近实际，也较为稳定。对于水稻及土壤水分充足的旱作物，用此式计算，其误差一般小于20%30%；对土壤含水率较低的旱作物和实施湿润灌溉的水稻，因其腾发量还与土壤水分有密切关系，所以此法不太适宜。根据资料提供的20cm口径逐日蒸发量，可求得80cm口径逐日蒸发量，并求出生育期内蒸发量的总和，即：利用需水系数值根据（式2-1）可求得生育期的作物需水量总和，根据地区生育期各生育阶段的需水量分配比，可得各生育阶段的作物需水量。根据生育阶段天数的不同，将各生育阶段的
11、作物需水量平均到每天，即逐日耗水量，则求得各生育阶段的逐日耗水量。宿松县年平均蒸发量为748.1mm，则日平均蒸发量为2.05mm.双早双晚中稻起讫日期需水系数需水量起讫日期需水系数需水量起讫日期需水系数需水量起讫起讫起讫5月1日5月8日1.115.7857月26日8月2日1.115.7855月21日5月30日1.120.35月9日5月17日1.1518.868月3日8月12日1.222.145月31日6月11日1.227.065月18日5月20日1.14.518月13日8月15日1.24.926月12日6月14日1.24.925月21日6月6日1.342.648月16日9月5日1.353.3
12、6月15日7月9日1.363.966月7日6月14日1.521.5259月6日9月14日1.527.6757月10日7月19日1.323.996月15日6月22日1.521.5259月15日9月22日1.521.5257月20日7月29日1.425.836月23日6月30日1.3519.37259月23日9月30日1.318.6557月30日8月8日1.527.687月1日7月11日1.224.610月1日10月10日1.221.9248月9日8月18日1.527.687月12日7月21日1.120.29510月11日10月20日1.120.2958月19日8月28日1.323.99合计189
13、.11206.2245.4则双早水稻的净需水量为189.11mm*500亩*48%=30273m3双晚水稻的净需水量206.2mm*500亩*48%=33008m3中稻的净需水量245.4mm*500亩*40%=32736m3水稻总净需水量96017m3灌区现状灌溉水利用系数为0.50水稻总需水量96017/0.5=192034m3四、农业用水量计算4.1 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1.3-1。表1.3-1 项目区农作物种植结构表作物双早双晚中稻油菜棉花小麦复种植物比列48%48%40%28%12%3%1.794.2 种植面积及农业生产结构项目区
14、内农业生产结构以种植业为主，粮食中以水稻为主。目前农作物种植组成仍然是两稻一油，即“一油二稻”，水稻以双季稻为主，辅以种植油菜、小麦等，旱季作物主要以油菜为主。根据本次调查分析，项目区农作物种植结构见表1.4-1。表1.4-1 项目区农作物种植结构表作物双早双晚中稻油菜棉花小麦复种植物比列48%48%40%28%12%3%1.794.3 水量平衡法计算作物需水量用水量平衡法直接估算作物需水量。由此可得t时段内作物需水量计算式为：对于旱作物： 式中 时段初和任意时段t时的土壤计划湿润层内的储水量 由于计划湿润层增加而增加的水量 保存在土壤计划湿润层内的有效雨量 K时段t内的地下水补量，即K=kt
15、,k为t时段内平均昼夜地下水补给量 M时段t内的灌溉水量 ET时段t内作物田间需水量，即ET=et,e 为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量 （以上各值均以mm, 计）旱作物的总灌溉定额包括播前灌溉定额和生育期内灌溉定额两部分。播前灌溉定额可按下式计算： =667H（）n （） 式中 H土壤计划湿润层深度（m），应根据播前灌水要求决定；n相应于H土层内的土壤孔隙率，以占土壤体积百分数计；一般为田间持水率，以占孔隙的百分数计；播前H土层内的平均灌水率，以占孔隙率的百分数计。 为了满足作物正常生长的需要，任意时段内土壤计划湿润层内的储水量必须保持在一定的适宜范围以内，即通常要求不小于作物允许的最小
16、储水量（）和不大于作物的最大储水量（）对于水田作物： 式中 时段初田面水层深度 时段末田面水层深度p 时段内降雨量d 时段内排水量m时段内灌水量WC 时段内田间耗水 (以上各值均以mm计)田间淹灌水层的深度应处于适宜水层上限（）与适宜水层下限（）之间。泡田期的灌溉用水量（泡田定额）由下式计算： =0.667(+)式中 泡田期灌溉用水量， 插秧时田面所需的水层深度，mm泡田期的阶段渗漏量，mm泡田期的日数时期内水田田面平均蒸发强度，mm/d时期内的降雨量，mm油菜是需水较多的作物。据测定，油菜全生育期需水量一般在300500mm，折合每亩田块需水200300m3，其不同的生育时期由于生育特点以及
17、外界环境条件的不同，对水分的需求特点也不相同。 1、苗期。油菜苗期个体和群体较小；根系和叶片都处于生长发育的初期阶段，根量小，叶片少，叶面积系数低，蒸腾面积小，而且气温、地温日渐降低，根系吸水能力下降，需水量相对较小。但此期持续时间长，地面覆盖少，田间蒸发量大。从土壤水分供求情况看，北方地区秋季降水量日渐减少，一般难以满足油菜耗水需求。油菜苗期缺水，不仅影响根系。和叶片的生长，对培育壮苗和安全越冬不利，而且会影响花芽分化花角数，降低产量。据试验，油菜苗期最适宜土壤水分为田间持水量的7080。北方的白菜型油菜需水量较小，土壤湿度在20左右为宜；甘蓝型油菜需水量大，应保持在25左右。移栽油菜在移栽
18、后，由于断根伤叶，吸收能力降低，处于萎蔫状态，如果水分缺乏，不仅不利于生根长叶，恢复生长，形成壮苗，而且抗逆性严重减弱。因此油菜移栽后要及时灌水，促其早生根，早缓苗，早生长。 2、薹花期。薹花期是油菜生长发育最旺盛的时期。薹花期适宜的土壤湿度应保持田间持水量的7585。此期主茎迅速伸长，随着分枝的抽伸，叶面积日渐增大，叶面蒸腾量也相应增加厂花器分化速度加快，花序不断增长，边开花，边结角。这个时期的水分状况对油菜单位面积产量影响很大。据试验土壤水分在田间最大持水量的5060的情况下，薹花期均不灌水的单产每亩143.7kg；薹期、花期各灌1次水的单产为187.9kg；花期灌1次水，薹期不灌水的单产
19、158.9kg；薹期灌水，花期不灌水的单产169.8kg。由此看出，灌一.花期灌水具有重要的增产作用。 3、角果发育期。油菜终花期后，虽然主茎叶和分枝叶逐渐衰老，叶面积日渐减少，吸水和蒸腾作用减弱，但由于角果增大，角果皮的光合作用在一定时期内日益加强，所以仍需保持土壤有适宜的水分状态，以保证光合作用的正常进行和茎叶营养物质向种子中转运，促进增粒、增重。但土壤水分过多，会使根系发生渍害，引起根系早死，影响灌浆和油分积累，导致产量和品质降低。此期最适宜土壤水分为田间持水量的6070。 “一油二稻” 油菜全生育期需水量一般在300500mm，折合每亩田块需水200300m3，油菜净需水量300m3/
20、亩*500亩*28%=42000m3.油菜总需水量420000m3/0.5=840000m3则农业总需水量以“一油二稻”计算，为180017m3。五、斗农渠设计流量计算5.1计算农渠设计流量q设=0.8m3/（S.万亩）Q田净=A*q设=0.04m3/s将斗、农分两组轮灌，同时工作的斗渠有3条，农渠有6条所以农渠的田间净流量Q农田净=Q田净/(n*K)=0.022m3/s取田间水利用系数为0.95，则农渠的净流量Q农净=Q农田净/0.95=0.023m3/s灌区耕作土壤主要为水稻土，可查相应的土壤透水系数A=1.9，m=0.4据此可计算农渠每公里输水损失系数农渠的毛流量或设计流量为Q农毛=Q农
21、净*（1+农L农）=0.026m3/s5.2计算斗渠的设计流量因为一条斗渠内同时工作的农渠有12条，所以斗渠的净流量等于12条农渠的毛流量之和。Q斗净=12*Q农毛=0.312m3/s斗渠每公里输水损失系数斗=A/(100Qm斗净)=0.0303斗渠的毛流量或设计流量Q斗毛=Q斗净*（1+斗净L斗）=0.315m3/s六、渠道断面设计6.1典型农渠横断面设计 灌溉渠道按明渠均匀流公式计算设计：即Q=AC式中：Q渠道设计水深（m3/s） A渠道过水断面面积（m2） R水力半径 i渠底比降 c谢才系数常用曼宁公式 c= R1/6 进行计算，其中n为糙率农渠的渠底比降，为了减少工程量，应尽可能选用和
22、地面相近的渠底比降。此设计中取渠底比降1/50001/3000.式中i=0.00020.00033。渠床糙率系数：农渠采用砼护面，预制板砌筑，查表得光滑混凝土护面n=0.015.农渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.0。采用试算法：初选定b=0.40m, n=0.015, Q=0.026 m3/s, i=0.00025 迭代公式： =代入数据，经试算得 h=0.153m A=(b+mh)h=0.085 (m2)V=0.306(m/s)渠道的不冲流速和土壤性质，水流含砂量，断面水力要素有关V不冲=KQ0.1 = 10.0260.1=0.694渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：Vcd=C0
23、Q0.5式中 ：Vcd为渠道的不淤流速（m/s）C0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变，查得 C0=0.4Vcd=0.40.0260.5=0.0645(m/s)Vcd=0.0645(m/s)V=0.306(m/s)Vcs=0.694(m/s)满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：b= 0.40 (m), i=0.0025, m=1.0， n=0.015 , Q=0.026。预制板厚取0.06m， 砂砾料垫层厚取此处取0.20m。安全超高h=m，堤顶宽度D=hj+0.3=0.6m典型农渠的水力要素见表5-3，i QmhbAxRcvn0.0025 0.026 1.0 0.15 0.40 0.26
24、3 1.390 0.189 4.4560.306 0.015 6.2典型农渠纵断面设计灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求,还要满足水位控制的要求。纵断面设计根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，即先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水位求渠底高程、堤顶高程等。为了灌溉要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位，这个水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失，自下而上逐级推求的。即： =+h + 式中： 渠道进水口处的设计水位 (m)。h 控制点地面高程与附近末级固定渠道设计水位的高差，取值范围0.10.2 m，此处取0.1m。 L 渠道的长度，L=110m。 渠道的比降，此处取i0.0
25、025。 水流通过渠系建筑物时的水头损失，查书P119此处取0.05m。=+h +35+0.1+1100.0025+0.05=35.425m 根据上式求得农渠进水口处水位为35.425m。根据典型农渠的设计水位可推求渠底高程、堤顶高程等。6.3典型斗渠纵横断面设计下级渠道各分水口水位高程由于农渠处的进水口处的水头损失忽略不计，对于典型斗渠而言，其下级渠道各分水口处水位高程与各农渠进水口设计水位相等。先拟定斗渠的坡降i=0.00033，确定斗渠的设计水位，由典型农渠处的进水口水位高程+与斗渠之间的距离比降，得35.599（m）。但斗渠分水口处的水位高程不能满足下级渠道的灌水要求，这时就要调整斗渠
26、的设计水位线。一般采用以下两种方法:一是,保持原有斗渠比降不变，放弃分水口处水位，较高的农渠内部分高地的自流灌溉。二是改变斗渠比降，将比降放缓，使斗渠设计水位满足农渠的灌水要求。本设计采用方法一，保持原有比降。典型斗渠横断面设计已知Q=0.315斗渠采用砼护面，预制板砌筑，n=0.015；斗渠采用梯形断面，渠道内、外边坡系数m=1.0。采用试算法：用迭代公式： =代入数据，经试算最小得 h=0.602m A=(b+mh)h=0.663V=0.474(m/s)V不冲=KQ0.1 10.3150.1=0.891渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：Vcd=C0Q0.5式中 ：Vcd为渠道的不淤流速（
27、m/s） C0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深比而变，见灌溉排水工程学P136，表3-26查得 C0=0.4Vcd=0.40.3150.5=0.224(m/s) Vcd=0.212(m/s)V =1.16(m/s)Vcs=4.405(m/s)满足不淤不冲流速，断面尺寸适合，即：b= 0.5(m), i=0.00033, m=1.0, n=0.015，Q=0.315m3/s。由迭代公式试算的水深以及在比降下的各水力要素表见下表典型斗渠的水力要素见表i QmhbAxRcvn0.0003 0.315 1.0 0.57 0.5 0.610 2.1120.289 4.782 0.3150.015典型斗渠纵断面设计由前面表5-6可知，斗渠引水口的水位为35.599m,在此，取为35.599m，可用闸门将水头壅高0.1m，即满足下级渠道的供水要求。渠道纵断面图的绘制，应依据以下这些步骤：1
