農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計講義(1)

1、農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計講義 華北水利水電大學劉增進1主要內(nèi)容1. 農(nóng)田水利工程（規(guī)劃）設計的主要內(nèi)容 2. 農(nóng)田水利工程（規(guī)劃）設計的程序3. 農(nóng)田水利工程（規(guī)劃）設計的依據(jù)及對設計單位的要求4. 農(nóng)田水利工程（規(guī)劃）設計的主要設計文件5. 水資源平衡分析6. 農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計7. 單體工程設計8. 農(nóng)田水利工程概預算2一.農(nóng)田水利工程的主要規(guī)劃設計內(nèi)容 農(nóng)田水利工程是指為農(nóng)田修建一套高效,便利的水利工程設施，使它具有一 定的抗旱，排澇能力，確保農(nóng)田高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，建設高標準的基本農(nóng)田?！疤锍煞?，溝成網(wǎng)，樹成行，路相連” 農(nóng)水工程規(guī)劃設計的主要內(nèi)容有以下幾個方面:（1）基本農(nóng)田的規(guī)劃設計;（2）

2、水源工程的規(guī)劃設計;（3）引水工程;（4）田間工程規(guī)劃設計;（5）各級各類建筑物的規(guī)劃設計;（6）單體工程設計;（7）投資概預算及籌資方案;（8）效益分析或經(jīng)濟評價;（9）環(huán)境影響評價; (10)項目建設組織管理及施工組織設計。3二.農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計程序建設程序 建設程序是建設項目從設想規(guī)劃，評估，決策，設計，施工到竣工驗收投入生產(chǎn)整個建設過程中，各項工作必須遵循的先后次序的法則。水利工程項目建設程序一般分為：項目建議書，可行性研究報告，初步設計，施工準備（包括招設計），建設實施（施工階段），生產(chǎn)準備，竣工驗收，后評價等階段。 2. 農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計程序 農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計一般分為：

3、建議書，可研，初設，招標設計和施工樣圖（技設）5個階段。對建設項目規(guī)模較小，技術(shù)條件簡單的工程，設計階段可適當簡化，目前一般做法是4個階段。工程設計文件是工程項目建設實施的依據(jù)。因此，應把工程設計擺在重要的位置，選好水源，圍繞農(nóng)田搞好工程設計。4三.農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計的依據(jù)和對設計單位的要求 (一)依據(jù)1.國家標準和規(guī)定（1） 招標法（工程項目）（2） 采購法（設備） 2.行業(yè)標準和規(guī)定（1）防洪標準 GBJ8585（2）灌溉與排水工程設計規(guī)范 GB5028899（3）農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范 GBT202032006（4）泵站設計規(guī)范 GB5026597（5）機井技術(shù)規(guī)范 SL25

4、62000（6）渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范 SL1820045（7） 節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范(GB/T 503632006) （8）水利水電工程等級劃分及洪水標準 SL2522000（9） 公路橋涵設計通用規(guī)范 JTG D602004（10）河南省地方標準用水定額 DB41T3852004（11） 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范 GB5005295（12） 碾壓式土石壩設計規(guī)范 SL2742001（13）漿砌石壩設計規(guī)范 SL2591（14）河南省水利水電工程概預算定額2006 河南省水 利廳6（二）對設計單位的基本要求 選擇能設計、有農(nóng)田水利工程乙級以上資質(zhì)的，且有水利工程設計業(yè)績的農(nóng)田水利工程設計院進行設計，

5、要求設計人員親臨現(xiàn)場，設計出一批安全、美觀、經(jīng)濟、適用的農(nóng)田水利工程。7四. 農(nóng)田水利工程設計的主要設計文件1. 項目建議書階段 項目建議書（投資估算）2. 可行性研究階段 （1）農(nóng)田水利工程可行性研究報告 （2）規(guī)劃圖和單體工程圖 （3）設計估算書3. 初步設計階段 （1）初步設計報告 （2）規(guī)劃圖和單體工程圖（要求達到施工階段的設計水平）（3）設計概算書4. 招標階段 （1）招標文件 （2）工程設計圖集85. 施工圖階段（1）建筑物的地基開挖圖（2）地基處理圖（3）建筑物結(jié)構(gòu)圖（4）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋圖（5）金屬結(jié)構(gòu)及機電設備的安裝圖9五. 水資源平衡分析水資源開發(fā)利用原則：（1）優(yōu)先利

6、用地表水，然后用淺層地下水，限制開采深層 地下水。（2）以供定需，以水定產(chǎn)、定面積。（3）充分利用現(xiàn)有水利設施，可對現(xiàn)有的水庫、池塘、河 渠、蓄水池進行修復或擴建改造，合理利用。（4）利用山泉、山洪、天然降雨、河流修建攔河壩、池塘、蓄水池，集蓄水源，開發(fā)利用。（5）開源節(jié)流，發(fā)展節(jié)水灌溉，節(jié)約用水試驗示范推廣。10農(nóng)田灌溉制度 作物灌溉制度是指作物移栽及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)，每次灌水的日期定額以及灌溉定額。 灌水定額是指一次灌水單位面積上的灌水量 灌溉定額是指各次用水定額之和。灌水定額和灌溉定額常用 m3畝，或mm表示。它是農(nóng)田水利工程設計和管理的依據(jù)。 灌水率圖是指灌區(qū)單位面積（例如以萬畝計

7、）上所需灌溉凈流量又稱灌水模數(shù)。將某一設計典型年的灌水率繪成直方圖。113. 農(nóng)田灌溉用水量計算 (1) 設計典型年的選擇 由設計標準(灌溉保證率)確定 (如P=75%) (2)典型年灌溉用水量計算 W凈=mA(m3) W毛=mA/水(m3)（3）鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水量 農(nóng)村人畜用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和工業(yè)用水124. 水資源平衡分析 來水量（供水量）和需水量進行比較，得出水資源豐缺量。對于有其它農(nóng)作物和人畜飲水時，需水量中應計入這部分需水量，給出結(jié)果。13六農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計農(nóng)田水利工程規(guī)劃設計任務 （1）根據(jù)項目區(qū)的水資源情況及自然條件，合理確定農(nóng)田水利工程建設的位置、規(guī)模、等級和數(shù)量。 （2）根據(jù)項目區(qū)內(nèi)

8、外交通條件和區(qū)內(nèi)地形、農(nóng)田水利工程布局情況，合理確定區(qū)內(nèi)交通道路機耕路和交叉建筑物（橋涵）的位置、等級、數(shù)量和長度。 14（一）基本農(nóng)田布局 對山、田、水、林、路和村莊（居民點）進行綜合規(guī)劃，合理布局。應充分結(jié)合各地市縣的實際情況，水源條件，土地資源，氣候條件，自然環(huán)境，農(nóng)區(qū)分類指標和經(jīng)濟條件相結(jié)合，合理規(guī)劃基農(nóng)田，確保耕地數(shù)量和質(zhì)量。主要任務有：居民點用地布局、耕作田塊布局（長寬）和土地整理。15(二）農(nóng)田水利工程規(guī)劃 1. 灌溉水源與灌溉取水工程布局（1）灌溉水源：地下水和地表水（2）灌溉取水方式 無壩引水 適用于水量豐富地區(qū)，當水位滿足要求時，應采用自流引水方式引水。無壩引水的渠道或引渠

9、可選在河流的凹岸稍偏下游的地方。 有壩引水 適用于水量豐富、水位較低，河流修建攔河壩抬高水位實現(xiàn)自流灌溉。 提灌站提水 當河流水位或水體處于較低的位置，且不能采取有壩取水時，可修建提灌站提水灌溉，當河流水量較小時，可修建攔河壩蓄水。 水庫取水 在中小型水庫修閘引水或修建提灌站提水。 機井抽水 在農(nóng)田適當位置打若干個機井，利用潛水電泵抽水進行灌溉。 水窖 （集雨工程）162.灌排渠系布局（1）取水樞紐（2）輸水和配水系統(tǒng)（3）干支渠的布局（4）斗農(nóng)渠的布局（5）灌溉渠道與排水溝道的配合 灌排相鄰布置、灌排相間布置、灌排合一布置3.渠系建筑物布局 水閘、渡槽、倒虹吸涵洞跌水陡坡小型橋涵等水工建筑物

10、。174.井灌工程布局（1）井網(wǎng)的布置（2）井型的選擇 大口井、筒井、輻射井和管井（機井）（3）井深的確定（4）井徑的確定 一般井徑為300500mm（5）井距和井數(shù)的確定18七單體工程設計（一）工程等級及防洪標準 參照 水利水電工程等級劃分及洪水標準分別確定出農(nóng)田水利工程中水工建筑物、蓄水工程、引水建筑、泵站工程、排洪渠和灌溉渠道及渠系出版物的工程級別、建設規(guī)模、使用年限以及有防洪任務的建筑物的防洪標準。農(nóng)田水利工程建設規(guī)模都不太大，建筑物一般為4等或5等以下建筑物。 19（二）攔河壩設計 蓄水樞紐是以擋水建筑物攔河壩為主體的水利樞紐。攔河壩的作用是攔截河道水流以積蓄來水，抬高上游水位以形成

11、具有一定庫容的水庫。 壩是蓄水樞紐中的主要建筑物，根據(jù)不同的建筑材料將壩分為土石壩，漿砌石壩，混凝土壩。常見的壩型有土石壩，重力壩和拱壩。 農(nóng)田水利工程中攔河壩多采用土石壩，砌石壩和混凝土壩。20土石壩設計 21 土石壩是指由土、石料等當?shù)夭牧咸钪傻膲危菤v史最悠久的一種壩型，是世界壩工建設中應用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。 土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。 土石壩按施工方法可分為：碾壓式土石壩，充填式土石壩。其中以碾壓式土石壩應用最為廣泛。22土石壩設計應包括以下內(nèi)容：（1）壩軸線選擇及平面布置。（2）壩基處理和岸坡連接 應做好土石壩壩基處理以及土石壩同岸坡的連接設計，使土石壩蓄

12、水后不致于產(chǎn)生超過允許值的滲流量，既不會引起管涌、流土、沖刷等滲透破壞，也不會因壩基不均勻沉降導致壩體開裂、傾斜，以確保土石壩安全運行。在農(nóng)田水利工程中常見到的地質(zhì)有：巖石地基、土基、砂礫石地基、濕陷性黃土等地基。不同類型地基應采用不同的地基處理方式和岸坡的連接方式。23（3）土石壩壩型選擇 土石壩按土料組合和防滲體的位置不同，可分為均質(zhì)土壩、心墻土壩、斜墻土壩和土石混合壩，主要是看當?shù)氐闹尾牧稀＃?）土石壩斷面尺寸擬定 主要尺寸有壩頂寬度（壩高 小于10m時，可選2m寬）土壩壩坡壩高由防洪標準確定。（5）排水體設計 有棱體排水和貼坡排水兩種形式。（6）土壩護坡設計 上游面可采用干砌石或漿砌

13、石護坡下游護坡可采用干砌石、漿砌石或草皮護坡。24（7）土壩的滲流計算 確定壩體浸潤線、壩體及壩基等勢線或流網(wǎng)圖，供壩休穩(wěn)定計算或選定排水作用 確定壩體或壩基滲流量，用以估算水庫滲流量確定壩坡及壩基和岸坡連接的滲透比降，以判斷其滲透穩(wěn)定性。 （8）土壩的穩(wěn)定計算 初步擬定了土壩的斷面尺寸并進行了滲透計算后，還應進行土壩的穩(wěn)定計算，以便決定土壩的邊坡，或驗算已選邊坡的穩(wěn)定性。（9）土壩的溢洪道設計 按防洪標準設計(30年一遇設計，100年一遇校核252. 漿砌石壩設計26 漿砌石壩類型 漿砌石壩按壩頂是否溢流，可分為溢流壩和非溢流壩兩種，前者又稱滾水壩，后者又稱穩(wěn)擋水壩。在一個工程中，常根據(jù)需要

14、將一部分壩體設計成溢流壩，以宣泄洪水，而將另一部分壩體設計成非溢壩，用以擋水。一般溢流壩布置在河床中間，而將非溢流壩布置在靠岸邊的兩側(cè)。其最大的特點是：就地取材。 漿砌石非溢流壩斷面尺寸的確定 壩頂高程（滿足防洪和庫容要求） 壩頂寬度 上下游壩坡 壩底寬度27 溢流壩斷面擬定與下游消能 剖面形狀 （一般按實用堰設計） 溢流壩壩頂高程確定 下游防沖消能 漿砌石壩防滲 水泥砂漿仔細勾縫 ； 在壩上游做混凝土防滲面，抹面應分縫，縫內(nèi)應設柔性止水帶 ； 粘土斜墻防滲（土辦法） 壩基處理和同岸坡的連接 土基和巖基則采用不同的處理方法。283.混凝土壩的設計 29混凝土壩的設計包括以下主要內(nèi)容（1）剖面設

15、計 可參照已建類似工程，擬定剖面尺寸。（2）穩(wěn)定分析 驗算壩體沿地基面或地基中軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。（3）應力分析 使應力條件滿足設計要求，保證壩體和壩基有足夠的強度。（4）構(gòu)造設計 根據(jù)施工和運用要求確定壩體的細部構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壩體分縫等。30（5）地基處理 根據(jù)地質(zhì)條件和受力情況，進行地基的防滲、排水、斷層軟弱帶的處理等。（6）溢流重力壩和泄水孔的孔口設計 包括堰頂高程、孔口尺寸、體形及消能、防護設計等。（7）監(jiān)測設計 包括壩體內(nèi)部和外部的觀測設計，制定大壩的運行、維護和監(jiān)測條例。31(三）蓄水池設計 32 1. 蓄水池的結(jié)構(gòu)形式 按其構(gòu)造特點分為開敞型和封閉型兩類。按

16、其在地層中的建設位置分為平地式、半埋式和地上式三種。 2. 蓄水池容積的確定 水池的大小和布置數(shù)量要考慮水源情況、控制面積大小和投資情況而定。 3. 蓄水池選址 地質(zhì)條件好，無斷層、滑坡等不良地質(zhì)情況； 運輸條件較便于運送建筑材料； 選擇在供水受益區(qū)集中的制高點，使供水管道的距離較短；不占耕地；為降低工程造價， 蓄水池的幾何形狀優(yōu)先選用圓形，依次為正方形、矩形，根據(jù)選址處的地質(zhì)特點，選擇開挖工程量小，最節(jié)省工程投資的形狀。33 4. 蓄水池建筑材料 漿砌石、素砼、鋼筋砼，采用漿砌石時要作好防滲處理。 5. 做好蓄水池的基礎處理 蓄水池的基礎處理非常重要，尤其是濕陷性黃土地區(qū)，如有輕微滲漏，將危

17、及工程安全，基礎處理不徹底， 蓄水池將發(fā)生開裂和傾覆等現(xiàn)象。 6. 砼水池分縫 對于容積較大的砼水池，可設沉陷縫、溫度縫，分縫處應設柔性止水和填充材料。 7. 其它設計 內(nèi)置爬梯 池底排污管 開敞式水池的護欄。34（四）塘壩工程設計塘壩分類 塘壩一般根據(jù)蓄水容量大小可分為小塘、大塘。小塘的蓄水容量在1萬m3以下；大塘為蓄水容量在 110萬m3之間的塘壩。2. 塘壩的塘址的選擇 地形條件好；地質(zhì)條件好；水源條件好；靠近灌區(qū)；施工、交通及管理方便；行政區(qū)劃單一，歸屬權(quán)界定清楚；有人畜用水要求的盡量靠近村莊，或選擇位置較高處能自壓給水。 353. 塘壩供水量的估算（1）塘壩供水量的估算 復蓄次數(shù)法；

18、抗旱天數(shù)法；塘堰徑流法（2）塘壩有效容量的確定（3）塘壩實際蓄水量的計算（4）塘壩灌溉面積的計算364. 塘壩壩體設計 塘埂形式與斷面設計要根據(jù)塘埂高度、筑埂材料、塘址的地形和地基條件以及當?shù)氐乃?、氣象、施工、勞動力等因素，因地制宜，進行綜合分析。（1）土質(zhì)塘埂的形式 均勻土質(zhì)塘??；粘土心墻塘??；粘土斜墻塘埂。（2）土質(zhì)塘埂橫斷面 土質(zhì)塘埂橫斷面隨塘埂高度而變化，并受填土土質(zhì)及密實度的影響。（3）放、泄水建筑物的設計 放水涵洞；溢洪道。37（五）提灌站設計 38提灌站分區(qū)方式： 一站一區(qū)式，全灌區(qū)由一個泵站集中控制，泵站將水全部抽送到灌區(qū)的最高控制點，再由一條或多條輸水管道分配將水分配到全部

19、灌溉面積上；一站二區(qū)式，當灌溉區(qū)的面積高差較大，分布在不同的位置時，可在灌區(qū)內(nèi)建一座泵站，安裝兩臺以上不同揚程的水泵，分別向不同高程的出水池供水，分別灌溉不同高程的農(nóng)田。其優(yōu)點是避免高水低灌，節(jié)約運行成本。39 2. 站址選擇 水源條件 水量豐富、水位穩(wěn)定、水質(zhì)良好的河流、塘壩或水庫上。 地 形 泵站應選在地形開闊，岸坡適宜的地方。 地 質(zhì) 泵站的主要建筑物應建在基礎堅固、抗?jié)B性能良好的天然地基上，對于不良地基應慎重研究確定基礎類型，采取相應的基礎加固措施。（如淤泥、流沙、濕陷性黃土、膨脹土）。 交通方便。 泵站應盡可能靠近電源。403. 泵站建筑物布置 泵站建筑物包括：泵房 ；進水建筑物（進

20、水閘、引渠、前池和進水池等）；出水建筑物（出水管道、出水池或壓力管道）；專用變電站；管護用房；對外交通。41 4. 泵站設計參數(shù) （Q，H）的確定 泵站設計流量（Q）和設計揚程（H）是水泵選型的基本依據(jù)，避免小馬拉大車和大馬拉小車現(xiàn)象。 設計流量 Q設mA/3600Tt (m3s) 特征揚程 設計揚程：是進水池水位與灌到農(nóng)田最高點的高差，再加上相應的管路水頭損失。設計揚程為選擇泵型的主要依據(jù)。 最低揚程：它是進水池水位和灌溉農(nóng)最低點的高差，再加上管路的水頭損失。最低揚程時水泵工況點應在水泵的高效區(qū)范圍內(nèi)運行，這樣運行經(jīng)濟，且避免發(fā)生水泵汽蝕現(xiàn)象。42 5. 泵站進出水口建筑設計 包括：引渠；前

21、池；進水池；出水池（或壓力管道）；出水管道設計 管道管徑初選 D13Q1/2 。 6. 泵房設計 包括：泵房結(jié)構(gòu)形式選擇；泵房各部分尺寸確定（長寬及設備）；泵房結(jié)構(gòu)設計 7. 泵站電力工程設計 包括：線路（低壓380/220，高壓10kv）電桿； 電氣（變壓器，泵站開關(guān)，熔斷器，斷路器，避雷針）43（六）機井及井泵房設計 44 應由水利或水文地質(zhì)部門依據(jù)機井技術(shù)規(guī)范 SL2562000 結(jié)合當?shù)厮牡刭|(zhì)勘探資料對井深、單井出水量等進行機井工程規(guī)劃設計。 1. 單井出水量 1） 理論計算（D upuit ）勘察規(guī)劃階段 2） 抽水實驗 設計管理階段2. 單井控制面積 f=QtT/m，以50100

22、畝為宜。3. 機井結(jié)構(gòu)設計 1）井管材料 鋼管 鑄鐵管 塑料管 混凝土管 2）井管直徑 井孔直徑 定型產(chǎn)品45 3) 機井結(jié)構(gòu) 井壁管 濾水管 沉淀管4.水泵選型 機井的單井出水量和動水位應由抽水實驗資料確定或水文地質(zhì)勘探資料確定，依據(jù)上述資料確定設計流量和設計揚程，使水泵工況點在水泵的高效區(qū)運5.填料和井管外圍封閉 不良含水層一般應用粘土球封閉6.井房設計 大小一間，房頂可設檢修孔7.井蓋 開敞式的機井應配備井蓋或井臺46（七）管網(wǎng)工程設計 47 1. 管材選擇 塑料管 （PVC管、PE管）鋼管（水源 點至調(diào)蓄水池的引水管或壓力大的地方局部）砼管 “小白龍”（田間出水口到間溝畦） 2. 管道輔助件 鎮(zhèn)墩 支墩 排氣閥 泄水閥 3. 管 件 連接件 三四通 控制件 閘門 4. 管網(wǎng)布置形式 樹狀網(wǎng) 環(huán)狀網(wǎng) 5. 管道鋪設 管道埋深為80cm 長度也要準確 6. 管徑選擇 初選 D13Q1/248（八）灌溉渠道和排洪渠設計 491. 灌溉渠道設計 設計流量 Q凈Aq凈 Q設 Q毛 Q損 +q凈 設計流量是確定渠道斷面和渠系建筑尺寸的主要依據(jù)。其大小與灌溉面積、作物組成（灌溉制度以及渠道的工作制度）等因素有關(guān)。 渠道縱橫斷面設計 Q=AC（Ri）1/