第4章灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

1、.1第四章第四章 灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì) .2第一節(jié)灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃布置第一節(jié)灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃布置一、任務(wù)一、任務(wù)1、供水、引水、配水、供水、引水、配水要求：對(duì)水源供水狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)要求：對(duì)水源供水狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)水位、水量有控制，調(diào)節(jié)能力對(duì)水位、水量有控制，調(diào)節(jié)能力控制流速，使渠道達(dá)到防沖，防淤控制流速，使渠道達(dá)到防沖，防淤.3二、系統(tǒng)分類1、組成：1）水源和引水部分：水源：水庫(kù)、湖泊、河流、井、泵建筑物：要求有調(diào)節(jié)、控制能力（閘、壩、抽水站）2）輸水配水系統(tǒng)：把渠道分為五個(gè)等級(jí)：總干渠、干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠，其中，總干渠、干渠、支渠輸水；斗渠、農(nóng)渠配水。3）田間渠道系統(tǒng)：農(nóng)

2、渠、毛渠、灌水畦通常是：干、支、斗、農(nóng)、毛。大的有總干渠，較小的有灌水畦4）排水泄水系統(tǒng)：干、支、斗、農(nóng)、毛溝2、分類：從結(jié)構(gòu)上分：明渠、暗渠按建筑材料分：土渠、磚石砌渠、砼渠、水泥管按開(kāi)挖方式分：挖方渠道、填方渠道.4三、渠道系統(tǒng)布置1、布置原則：總的來(lái)說(shuō)，要求投資少、效益大、渠線盡可能小，輸水速度快、沿線地質(zhì)無(wú)嚴(yán)重滲漏或坍塌現(xiàn)象2、平原布置為例，說(shuō)明其布局原則，見(jiàn)教材3、布置：田間渠道系統(tǒng)一般為溝、路、渠相鄰或相間布置。 .5第二節(jié)渠道系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的確定第二節(jié)渠道系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的確定渠道設(shè)計(jì)流量是渠道所控制灌溉范圍內(nèi)農(nóng)作物的灌溉凈流量和渠道損失流量之和，即Q設(shè)Q凈+Q損一、渠道凈流量1、Q凈

3、 = q次大 A （立方米/秒）q次大 ：灌區(qū)次大灌水率 （米3/秒/萬(wàn)畝），A：灌溉面積（萬(wàn)畝）2、Q凈=m1A1 + m2A2 +/ 86400t （立方米/秒）或： 式中：M綜綜合灌溉定額（米3/畝）， t作物允許灌水延續(xù)天數(shù)。二、渠道損失流量 Tiii64. 8mq t86400 AMQ綜凈.6100凈損QLQ （米3/秒） L：渠道長(zhǎng)度 ：每公里長(zhǎng)渠道滲水損失占所通過(guò)凈流量的百分比，根據(jù)土壤性質(zhì)確定 mQD凈 (、D、m 值見(jiàn)教材) 2、通過(guò)測(cè)定損失直接確定渠道設(shè)計(jì)流量 設(shè)凈QQ 三、渠道設(shè)計(jì)流量 損凈設(shè)QQQ (大型) 或：凈設(shè)QQ (中小型) .7四、渠道的加大流量和渠道的最小流

4、量1、加大流量：當(dāng)灌溉區(qū)的灌溉面積擴(kuò)大或出現(xiàn)特大干旱或上游渠道出現(xiàn)失事情況Q加大=Q設(shè)(11.3)2、渠道最小流量：當(dāng)灌溉區(qū)某一種作物需灌溉或某一支渠需灌溉Q最小=0.4Q設(shè)渠道一般都應(yīng)考慮設(shè)計(jì)流量、加大流量和最小流量.8第三節(jié)渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)第三節(jié)渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)一、渠道橫斷面的設(shè)計(jì)(一)斷面形狀1、按幾何形狀和材料分為：梯形(大多數(shù)土渠)、矩形(砼渠、石渠)、半圓形(砼渠)2、按開(kāi)挖寬深比：窄深式：挖方省、占地少、滲漏小、但渠床不穩(wěn)，施工不便寬淺式：渠床穩(wěn)定，施工容易，水流穩(wěn)定但占地多。3、按斷面方式分為：?jiǎn)问綌嗝?、?fù)式斷面4、按渠道填挖數(shù)量分 ：填方渠道、挖方渠道.9（二）渠道橫斷面設(shè)計(jì)

5、1、斷面組成：以梯形渠道為例（圖見(jiàn)教材）m：為渠道邊坡系數(shù)；縱坡比降i渠堤寬度：渠道堤頂寬度可依據(jù)流量及渠岸高度的大小或交通要求而定渠道安全超高：超高設(shè)計(jì)水位與堤頂高之間的高差(見(jiàn)教材)邊坡系數(shù)見(jiàn)表4-3；比降范圍見(jiàn)教材.102、渠道水力計(jì)算 明渠均勻流：指渠道斷面形狀、尺寸、渠底坡降、糙率都沿水流方向不變，則任一斷面的水深 h0，流速v，流速分布都不變，此種水流流 態(tài)稱明渠均勻流。一般渠道為人工開(kāi)挖，水流流態(tài)為明渠均勻流。明渠均勻流計(jì)算公式：式中： 過(guò)水橫斷面積 m2，梯形（b+mh）h，矩形 bh（m2） C流速系數(shù) I縱坡渠道坡降 v流速 米/秒2132n1iRiRCQ （米3/秒） (

6、VtLtVQ) .11 曼寧公式：611RnC 巴甫洛夫斯基公式：YRnC1, 其中當(dāng)R1 米時(shí)，Y1.5n；當(dāng)R1 米時(shí)，Y1.3n。 n粗糙系數(shù)，反映渠道護(hù)面材料粗糙程度 R水力半徑 XWR X濕周 矩形：hbX2 梯形：212mhbX n和R均反映渠道過(guò)水能力的大小 Y 2.5 n-0.13-0.75 R（ n-0.10） 式中：b、h表示渠底凈寬和渠道過(guò)水深度（米）。.123、 最 優(yōu) 水 力 斷 面 2132iRhiRCQ 當(dāng) ，i，n 不 變 ，希 望 Qmax， 則 Rmax； 而XR，要 使 水 力 半 徑 R 最 大 ，則 有 濕 周Xmin。 212mhbX（ 以 梯 形

7、渠 道 為 例 ） ， b 可 以 通 過(guò) 公 式hmhb)(， 有mhhb。代 入 上 式 得212mhmhhX， 取 極 值2212mmhdhdx， 并 令0dhdx；將hmhb)(代 入 上 式 ， 整 理 得 ： 0m12-mhmhb2， 進(jìn) 一 步 整 理 ， 得 ：)1(22mmhb 所 以 ， 最 優(yōu) 水 力 斷 面 寬 深 比 ：)1(22mmhb， 或)1(2hb2mm， 對(duì) 于 矩形 渠 道2hXR .134、渠道不沖不淤流速 不沖流速：1 . 0KQV 不淤流速：RCV1 C1與土壤有關(guān)得系數(shù) 泥砂性質(zhì)C1泥砂性質(zhì)C1粗砂質(zhì)粘土0.650.77細(xì)砂質(zhì)粘土0.410.54中

8、砂質(zhì)粘土0.580.64極細(xì)砂質(zhì)粘土0.370.41（教材有允許不沖流速表）.14三、渠道橫斷面設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)類型1、渠道已建成已知：b，h，m，i，n，求渠道通過(guò)的流量2、求渠道通過(guò)建筑物時(shí)，改變縱坡，減少過(guò)水?dāng)嗝娣e時(shí)，校核縱坡i 如渡槽等3、已知Q，m，i，n，求b，h ，主要設(shè)計(jì)類型RiCQ.15（二）采用試算法求渠道的橫斷面 已知：Q3m3/s，m1.5，n0.025（渠） ，i1/1000 求：b，h 假定：b1m，設(shè)h1m hmhbW)( 2.5 m2 212mhbX4.8 m XWR 0.52，將有關(guān)參數(shù)代入611RnC 或查表得 .16611RnC 35.82 i RCQ=2.

9、538.5232.210000.52，重新修訂h，重復(fù)上述步驟。 進(jìn)行試算（三次確定后，可在坐標(biāo)紙上繪圖Qf（h） ，根據(jù)Q確定h） 求得h1.19 流速校核 V不淤=0.25m/sQV =0.726m/sV不沖=0.8m/s （滿足要求） 渠深=設(shè)計(jì)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 經(jīng)計(jì)算水深不超堤頂高1.6米 .17（三）圖解法 根據(jù)iRCQ 令RCK,得iKQ，iQK =94.9100013 然后查圖，得出相同結(jié)果但精度沒(méi)有試算法高。圖見(jiàn)教材 （四）查表法（小型渠道）見(jiàn)教材 .18四、渠道縱斷面設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)內(nèi)容1、圖上選線(地形圖

10、) 根據(jù)灌區(qū)地形圖。在圖上選線，即確定其走向和縱坡 原則：確定走向：一般是和等高線平行 確定縱坡：根據(jù)等高線走向、土質(zhì)情況、灌溉要求、水的流量綜合確定2、確定渠系建筑物類型、數(shù)量如渠水遇道路，不管是從路上走還是路下走都要修建筑物3、按渠線(縱斷面中心線)確定各樁點(diǎn)的渠底高程、渠頂高程、水位高程水位高程 h = 渠底高程 h：設(shè)計(jì)水深 水位高程 + a = 渠頂高程 a：渠道水位超高重點(diǎn)是確定渠道縱斷面水位高程.19(二)各分水口水位高程的推算 B分 = A0 + h +li + 其中：B分：分水口水位高程 A0：典型點(diǎn)地面高程，一般為灌區(qū)最遠(yuǎn)較高點(diǎn)的地面高程 h：要求的灌溉水渠，一般為0.15

11、0.2米 li：表示各級(jí)渠道的長(zhǎng)度和坡降 ：通過(guò)渠系建筑物水位降（水頭損失）舉例說(shuō)明（見(jiàn)教材） .20(三)討論1、選擇典型點(diǎn)，要求代表性高，一般最遠(yuǎn)、較高，90%達(dá)到自流灌溉，個(gè)別的地段采用提水灌溉。若全部為自流灌溉則大多數(shù)為填方渠道，不穩(wěn)定，占地較大2、各級(jí)渠道的聯(lián)接中游渠道：支渠和干渠，渠底平齊上游渠道：支渠略高于干渠渠底下游渠道：支渠略低于干 渠渠底這樣才配水均勻3、建筑物布置，建筑物會(huì)產(chǎn)生局部水頭損失，盡量少布置，但必不可少.21五、渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)整理(一)文字、數(shù)據(jù)整理1、規(guī)劃設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)概況 ：地理位置、行政區(qū)劃、人口、灌溉面積、水源情況、灌溉設(shè)計(jì)保證率等選線、建筑物布置選型渠道

12、橫斷面設(shè)計(jì)：應(yīng)有設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和計(jì)算過(guò)程、結(jié)論。 渠道縱斷面設(shè)計(jì)：同樣應(yīng)有設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和計(jì)算過(guò)程、結(jié)論。設(shè)計(jì)成果說(shuō)明工程量計(jì)算：分類分項(xiàng)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)工程量。 預(yù)算造價(jià)：按預(yù)算編制辦法進(jìn)行編制工程預(yù)算書(shū)。 (二)圖紙1、總體平面布置圖：渠道走向，干、支、斗、農(nóng)、毛渠布置，建筑物布置類型、名稱、位置。 2、設(shè)計(jì)縱斷面圖（分段繪制） 3、設(shè)計(jì)橫斷面圖標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：各中心樁橫斷面。4、建筑物施工圖（平面、立面、剖面、大樣圖、并附單位工程量表。）.22第四節(jié)第四節(jié) 渠系建筑物渠系建筑物一、概述1、為什么要研究渠系建筑物 a、數(shù)量多、工程量大； b、造價(jià)高、投資量大； c、類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大。二、分類

13、按作用分：控制水位和水量的建筑物-水閘 交叉建筑物：渠道與其它的一些障礙建筑物交叉的水工建筑物 渡槽、涵管、倒虹吸 聯(lián)接建筑物：干渠和支渠之間有較大落差時(shí)聯(lián)接，也稱落差建筑物 跌水、陡坡 穿山建筑物：隧洞 泄洪建筑物：泄洪閘 量水建筑物：量水堰、量水槽，或用水工建筑物直接量水。 .23二、水閘一)按閘的用途進(jìn)行分類進(jìn)水閘：干渠渠首分水閘：各支渠、斗渠、農(nóng)渠的渠首節(jié)制閘：各級(jí)渠道分水閘閘口上一級(jí)渠道的下游分水閘口處泄水閘：排水、泄洪閘.24二) 組成：水閘進(jìn)口段、閘室、下游出口段 導(dǎo)水墻也稱上游翼墻，有八字形、圓弧形、矩形等進(jìn)口形式，起導(dǎo)入水流作用。 （漿砌石、砼等材料） 進(jìn)口段 鋪蓋即閘前護(hù)底

14、（漿砌石、砼材料） 閘底板 （砼、漿砌石等材料） 閘墩 閘室分孔和安置閘門(mén)用 閘室 閘門(mén)擋水和控制水量和水位用（木、砼、鑄鐵、鋼閘門(mén)） 邊墩擋土和支承閘門(mén) 工作橋提升和關(guān)閉閘門(mén)工作以及栓修閘門(mén)用（一般為砼排架結(jié)構(gòu)） 交通橋公路橋或人行橋，起交通作用 下游翼墻：和上游翼墻形式和作用同 出口段 護(hù)坦：即閘后護(hù)底，有一定坡度 消力池：在護(hù)坦末端降低護(hù)坦形成消力池，起閘后水流消能作用 海漫：消力池與下游渠道連接段，進(jìn)一步消能 三) 進(jìn)口尺寸確定：見(jiàn)教材第六章 .25三、渡槽使用條件：渠道與道路、河流、山谷等障礙物交叉而且高差大于等于5米(與河流最高洪水位)，地質(zhì)條件較好，可采用渡槽直接渡水。類型：梁式

15、渡槽，較常見(jiàn)較大跨度時(shí)用拱式，渡槽的斷面型式有：矩形、半圓形、梯形進(jìn)口尺寸(明渠均勻流).26 （米3/秒） Q ：設(shè)計(jì)流量，一般已知z：渡槽進(jìn)口的水位降（進(jìn)出口水位差） ：渡槽進(jìn)口側(cè)向收縮系數(shù)，一般0.80.9b：渡槽的寬度 （米）h：渡槽的過(guò)水深度 （米）：流速系數(shù) 0.80.95 0gZ2bhQ.27四、倒虹吸使用條件：渠道通過(guò)障礙物且高差小于5米時(shí)用倒虹吸型式：1、豎井式：布置要求：進(jìn)口段要有沉砂措施；上下游水位差大于0.20.3米；豎井中流速大于1.5米/秒；管上覆土厚度大于0.7米，若過(guò)公路則厚度大于1米。出口段應(yīng)有消能措施。2、橋式或斜坡式：布置要求同上任何一種倒虹吸管子下部都

16、有管座，防止土層不均勻沉降.283、水力計(jì)算公式：gz2mQ （米3/秒） 式中：Q通過(guò)倒虹吸管的流量（米3/秒） 倒虹吸管斷面積，圓形：4d2，矩形：bh（m2） z上下游水位差，z0.2 米 m流量系數(shù)，包括局部損失和沿程損失，m圓dp1L， m矩 RL4p1,式中： 沿程阻力系數(shù)， 砼管 1/45， 砌石管 1/26， 或2g8C，C謝才系數(shù)， p進(jìn)出口轉(zhuǎn)彎處局部損失系數(shù)之和，直井式 p2.5，斜坡式 p1.82.1 .29五、跌水上游建筑物和下游建筑物有一定高差，為了連接水流而設(shè)立的建筑物。跌水：水流自跌水口流出后，呈自由拋物狀態(tài)，并落入消力池布置位置：一般布置在挖方渠道上，盡可能與分水閘、泄水閘一起整體布置。跌水型 式：?jiǎn)渭?jí)跌水：一般