农业水利工程毕业设计完整版.docx
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农业水利工程毕业设计完整版
本科毕业论文
题目皋兰县明星村小红柳沟
灌溉工程设计
学院工学院
专业农业水利工程
毕业届别2013届
姓名刘斌国
指导教师马国军张芮
职称教授讲师
甘肃农业大学教务处制
二〇一三年五月
皋兰县明星村小红柳沟灌溉工程设计
刘斌国
（甘肃农业大学工学院农业水利工程，甘肃兰州，730070）
摘要:
灌溉工程设计区位于甘肃省皋兰县明星村小红柳沟,本次设计控制灌溉面积40。
13hm2，以马铃薯、玉米和小麦为主要作物，灌溉设计保证率75%。
灌溉工程设计主要有灌溉系统和提水泵站的设计。
主要内容包括灌区概况及分布,设计流量的确定，灌溉渠道布置,田间工程布置，灌排渠道横断面设计和渠道设置。
土地划分为四个区，共布设523个田块，梯田田块布设垂直于等高线.灌溉系统水源为西电工程土龙川支渠，新建两个泵站二级取水,出水管引水，然后由”U"型农渠输入田间，自流畦灌。
关键词：
土地规划；农田水利工程；多站二级提水泵站；
DesignofirrigationprogectofXiaoHongliu
vallyofGaoLanCounty
Liubinguo
（MajorinAgriculturalandWaterResourcesEngineeringinGansuAgricultureUniversity，GansuLanzhou，730070）
Abstract：
ThisprojectareaislocatedinMingXingvillage,GaoLanCounty，whichcontains40h㎡.Potatoandcornandwheatarethemainplants。
Theirrigationdesignguaranteeefficiencyis75%.Thisirrigationprojectismainlydividedintowaterpumpstageandirrigationsystem。
Thelandisplanedintofourparts,including523fields，whichliesalongthecontourlineandisfromthelateralcanalofTuLongchuanofXidianProject.Twonewpumpstagesarebuilttosentwaterintothenongcanal,whichsentwaterintofieldswiththedifferenceofaltitudes.
Keywords:
landproject；projectofirrigationandwaterconservancy;ltipal-two—leveledpumpstage
1灌溉工程设计区概况
1。
1灌溉工程设计区所在县概况
皋兰县明星村植被稀少，水土流失严重,沟谷川区面积很小。
本灌溉工程设计区位于皋兰县以北的石洞镇明星村，介于北纬35°21′58″～35°24′08″之间，东经104°33′03″～104°37′42″之间，境内地貌由山坡旱地、荒草地、农村道路、田坎等基本单元构成，地形总趋势是呈南—北走向山梁夹沟道的黄土丘陵地貌.辖区总面积403。
2km2。
地势山川相间，平均海拔1700m，年均降水量263.41mm。
1。
2自然条件
1.2。
1地形地貌
皋兰县石洞镇明星村属陇西黄土高原，山川相间,地势西北高、东南低。
境内地形破碎，梁峁起伏，沟壑纵横，形成以黄土梁峁沟壑为主的地形地貌，植被稀少，水土流失严重，黄土丘陵沟壑区约占该区面积的80%以上,沟谷川区面积很小，东西宽17km，南北长24km,辖区总面积403。
2km2，处于黄土高原与青藏高原交汇地带,属荒草地.总体地形地势东西走向，西高东低,坡度起伏较大，平均坡度10°左右。
1。
2。
2水文地质
灌溉工程设计区位于陇西黄土高原的西北部，是青藏高原与黄土高原的交汇地带，也是祁连山脉与陇西盆地的交错地带。
地质构造上属秦祁昆地槽系中的加里东褶皱系,亦为祁吕贺山字型构造体系的西翼与陇西旋卷构造体系及河西系的复合部。
它的东北部是祁连中问隆起带，西南部为南祁连加里东褶皱带，西南部又分为中新生代的西部为民和—永登盆地，南部为临夏-临洮盆地。
1.2.3气候
灌溉工程设计区年平均温度为7℃左右，极端最低气温为—25℃;7月平均温度为18℃，极端最高温度36℃（1975）.年日照时数为2781h.因受地形条件影响，属温带半干旱大陆性弱季风气候，年平均气温为7。
2℃，极端最高气温37℃，极端最低气温—25。
4℃，≥0℃积温2533.4～2791.4℃，持续日数229～241天；≥10℃积温1773。
3～2078.9℃，持续日数114～136天，年平均日照时数2768h;年日照百分率为60%.
平均海拔1700m，属温带半干旱气候，年均降水量263.41mm，年均蒸发量1660mm,无霜期144d。
1.2。
4植被
1.2。
4.1栽培植物
谷类作物：
玉米、冬小麦、春小麦,占耕地面积的50%左右；
薯类作物：
马铃薯，占耕地面积的50%左右；
油类作物：
胡麻、油菜等，以胡麻为主,占油料作物的80％以上；
蔬菜作物：
莲花菜、白菜、萝卜、葱、韭菜、蒜、菠菜、甜菜、芹菜、洋葱、菜瓜、辣椒、茄子、西红柿、黄瓜、豆角等，多数蔬菜已形成种植规模；
牧草类：
草资源多分布在难以利用的荒山、荒坡、荒沟,散布全区各乡，覆盖度在60%以下，有的甚至光秃裸露;
林木类；杨、柳、榆、槐、等分布于全区各乡村。
1.2。
4。
2野生植物
灌溉工程设计区内仅有天然乔木山杨木，面积不大，零星分布.
1.2.5土壤
本灌溉工程设计区内地带性土壤为坡积粉质壤土为主，呈黄色，干燥，松散状，夹少部分砂砾碎石，土壤粘化作用弱，质地疏松，土温低、土口松，有机质含量1～2%，含氮量较高，是主要的耕作土壤。
1。
2.6自然灾害
灌溉工程设计区生态环境恶劣,干旱、冰雹、霜冻、干热风、病虫害等自然灾害频繁、严重.对农业威胁最大的是干旱，近乎每年都有不同程度的旱灾,春旱及初夏旱对工程设计区农业威胁最大,致使夏天作物不能保苗，秋田作物无墒不能下种，造成全年收成的大幅度减产或绝收。
1。
3水资源
灌溉工程设计区多年降水年平均降雨量263.41mm，多集中在七、八、九三个月，占年降雨量的50%以上，年平均蒸发量1660mm。
安全饮水管网基本覆盖。
黄河穿县境南部而过，引大入秦、西岔电力提灌、大砂沟电力提灌三大水利工程覆盖全县，安全饮水管网基本覆盖，拥有调蓄水库4座，容量达1.8×106m3，县城自来水厂2座，日处理水量10000m3。
1。
4社会经济条件
1。
4.1社会经济概况
皋兰县地处兰州、白银和兰州新区三角辐射中心地带。
境内民航、铁路和国道、高速公路、省道、县乡道路纵横交织.全镇辖3个社区，10个行政村、38个自然村、54个村民小组，总人口47414人,其中农村6565户、24130人,城市8427户、23284人。
耕地48058亩,其中水地33071亩，人均1。
3亩.2008年，全镇完成地区生产总值3.1亿元，农业增加值5165×103元，乡镇企业增加值2.57亿元，工业增加值完成1。
1亿元，地区性财政收入497.8×103元,固定资产投资达8500×103元，农民人均纯收入2923元。
1。
4。
2土地利用现状
灌区土地开发全部是荒草地，整理区为旱地,中间存在部分荒草地，现已土地平整完成，梯田规划设计合理.生产道路体系不够完善,无灌溉设施.
2灌溉工程设计建设条件分析
2。
1需水量预测
该灌溉工程设计区需水量仅考虑农业生产的需要，工业和生活用水不包括在内｡根据当地实际资料分析，当地条件满足农作物一年一熟的生长需求，以项目区内农作物品种玉米、马铃薯和小麦为标准作物进行计算.考虑到灌区面积较小且缺乏多年实测资料,采用群众丰产经验计算灌溉制度.
该灌区属于干旱缺水地区，种植作物为旱作物，根据灌溉设计保证率标准，选择灌溉保证率75％.根据《甘肃省行业用水定额》，灌溉设计保证率P＝75％时，马铃薯净灌溉定额为3000m³/hm2，玉米净灌溉定额为4500m³/hm2，小麦净灌溉定额为4500m³/hm2.
W=W1+W2+W3（2-1）
式中:
W-—农业总需水量；
W1——马铃薯毛灌溉需水量；
W2——玉米毛灌溉需水量；
W3——小麦毛灌溉需水量；
2。
1.1马铃薯毛灌溉需水量计算
W1＝m毛A（2—2）
m毛＝m净/η渠（2-3）
式中：
W2—-马铃薯毛灌溉需水量；
m净-—马铃薯净灌溉定额，m3/hm2；
m毛—-马铃薯毛灌溉定额,m3/hm2；
A—-马铃薯的灌溉面积，hm2。
设计马铃薯种植面积占总耕地面积的50%,则
W1＝200/0.9×601.95×50%＝6。
7×104m3
2.1。
2玉米毛灌溉需水量计算
W2＝m毛A（2-4）
m毛＝m净/η渠（2—5）
式中：
W2——玉米毛灌溉需水量，m3/hm2;
M净——玉米净灌溉定额，m3/hm2；
m毛--玉米毛灌溉定额,m3/hm2;
A——玉米的灌溉面积，hm2。
设计玉米种植面积占总耕地面积的30％,则
W2＝300/0。
9×601。
95×30％＝6.0×104m3
2.1.3小麦毛灌溉需水量计算
W3＝m毛A
m毛＝m净/η渠
式中：
W2——小麦毛灌溉需水量，m3/hm2;
M净——小麦净灌溉定额，m3/hm2;
m毛—-小麦毛灌溉定额,m3/hm2；
A——小麦的灌溉面积，hm2。
设计小麦种植面积占总耕地面积的20%，则
W3＝300/0.9×601。
95×20%＝4。
0×104m3
2.1。
4总需水量计算
W=W1+W2+W3=1。
67×105m3
2.2供水量预测
灌溉工程设计区多年平均降水量为263。
41mm（典型设计年降水量），但由于灌区土地多为山坡地，水土保持工作不到位,降雨部分以地表径流的形式流失，不能为灌区作物所吸收、利用。
通过坡改梯后，使项目区达到水土不下山的标准.
2。
2.1大气降水量
有效降雨量按设计典型年降水量的50%（有效降水系数）计算，则:
W供=降水量×有效降水系数×承雨面积（2—6）
=263.41×10-3×50％×602×667
=5.288×104m3
由于项目区降雨大多集中在7、8、9月份，故作物生育期降雨量应为全年降雨量的40%，项目区有效利用的总水量为2。
12×104m3｡
2.2.2地表水量
灌溉工程设计区西电工程土龙川支渠在P=75％的设计保证率下可为灌区提供足够水量。
2.3交通条件
灌区距县城10公里，国道"212”线为项目区公路经济奠定了得天独厚的条件.近几年整治10条县、乡公路,大大便利了全县交通.
2。
4灌排设施
灌区内有岷江及其支流理川河、官鹅河，水源为西电工程土龙川支渠。
该灌溉工程修筑引水灌溉的“U”型水渠，自流灌溉能保证农作物生长需要。
2.5电力设施
有电厂座落于灌区附近，其装机容量0。
5KW/h，与110千伏变电所并网后可供电全县各个乡镇，农网改造已经结束，项目区用电普及率达到100％。
2。
6农田防护设施
灌区内田间道路两侧需布设树木带。
2。
7土地利用限制因素
灾害频繁，灾毁耕地面积大。
地形复杂,水土流失严重.耕地资源相对贫乏，人均占有耕地不足0。
06hm2.
经济实力薄弱，基础设施较差。
近年来皋兰县社会经济和工农业生产均有较大的发展，但与全国相比，其经济基础的脆弱性和落后性仍然很突出,贫困落后的面貌为得到根本改变，仍属老、少、边、贫的山区。
全国人均各项经济指标与全国、全市的平均值仍有较大的差距。
农业生产技术落后,经济效益低。
由于各方面条件所限，皋兰县农业生产技术水平低，管理经营粗放,影响到农产品单产水平和质量的优劣。
2。
8公众参与
整个项目的可行性研究始终遵循公众广泛参与的原则.为确定整理类型和范围，曾广泛征求专家和相关部门的意见，根据项目区中乡镇的社会经济现状和未来发展趋势，结合可持续发展的客观要求，确保政策和决策的科学性。
根据群众的经验积累和生产生活实际以及市场走向，保障项目区的合法性和合理性，充分奠定群众基础。
3工程规划
3。
1规划原则
3.1。
1合理利用原则
根据灌区土地现状分析、适宜性评价和限制因素分析结果,合理确定灌区土地利用结构布局和工程布局，实现对灌区土地的合理利用｡
3.1。
2可持续利用原则
规划设计项目区土地利用方式时，充分预测改变土地性状及土地生产能力时所带来的后果,尽量使之朝着有利于长期利用的方向发展｡
3.1.3可行性原则
坚持因地制宜，兼顾自然条件、资源条件、社会经济条件，坚持“规划工作的完整性”原则，前瞻性地规划灌区的工程措施和生物措施｡
3。
1。
4协调性原则
规划中注重开发土地与保护和改善生态环境协调一致。
3.2规划设计标准
依据中华人民共和国国土资源部《土地开发整理标准》（TD—1011～1013—2000），通过对灌区内未利用地的开发和区内田、水、路、林的综合整治,改善农田灌排和交通条件，建成“基础设施配套、旱涝保收"的标准农田。
3。
2.1农田水利工程
根据水资源分析及地方经济条件，选择设计灌溉保证率为75%。
3.2.2道路工程
为方便农业生产,有利于机械化耕作，灌区内规划的道路系统分田间道和生产路两级：
田间道采用砂砾石路面，路面宽度4m;生产道采用素土路面，路面宽2.0m。
道路布置尽可能和灌区外已有道路衔接，按照路、田、渠、沟相配套的要求，时考虑区内及附近村庄的道路情况，便于田间收割农作物、转运等工作，以满足交通运输，农机行驶和田间生产及管理的要求。
灌区道路工程共设生产路一级道路。
灌区内道路设计标准为路面横坡为1/500，纵坡随自然地势，生产路最大纵坡小于8％，个别陡坡地段不超过11%。
3.2。
3农田防护林
树种选择在能够满足防风要求的基础上,尽可能选择适应性强，又能够增加景观的树种.结合项目区气候、土壤条件，农田防护林树种选用杨树。
3.2。
4建筑物级别
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL—252—2000）规定，本项目为V等小
（2）型工程，主要建筑物级别为5级.
4灌区主要设计内容
4。
1农田水利工程
4.1。
1灌溉工程
4.1.1。
1灌溉方式的选择
根据灌区实际地形情况，对地形和地表水资源的分析，以及结合当地的气象和现有灌区的灌溉方式的经验，灌区的灌溉采用水泵抽水、”U”型混凝土渠输水自流、畦灌的方式。
4.1.1。
2灌溉工作制度的确定
灌区水源为西电工程土龙川支渠,然后新建二级提水泵站将水提升至蓄水池,之后采用"U"型混凝渠道自流输水灌溉。
综合考虑灌区作物灌溉制度,灌溉水源、供水量等因素，为了保证各级用水协调应严格按照续、轮灌制度执行。
采用续灌可减少工程量，节省占地和投资，但灌水时间长，水量损失大。
灌溉方式采用轮灌、集中编组的工作制度,灌水集中，有利于机动调配水量。
灌区灌溉面积40.13hm2，根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288—99）规定，本工程为Ⅴ等小
（2）工程，建筑物均按5级设计，防洪标准按10年一遇洪水设计.
4。
1。
1.3泵站工程总布置
小红柳沟采取多站分级抽水灌溉（两级）,新建泵站两座，21个出水池，控制灌溉面积40.13hm2.灌区采用多站分级提水灌溉，新建泵站二座,控制灌溉面积40.13hm2。
一级泵站修建10座出水池，二级泵站修建11座出水池.出水池后布设管道引水，然后由U型混凝土渠道输水灌溉。
输水渠道只设农渠，农渠29条，总长4296。
24m。
（1）水泵设计流量及管径计算
项目区典型作物玉米需水临界期为灌浆乳熟期，该生育期也是当地灌水高峰期,故该生育期灌水定额即为设计灌水定额.
1）灌溉设计参数的确定
根据《农田水利学》及项目区实际情况，选用如下设计参数：
a、灌溉水有效利用系数:
η=0。
9；
b、土壤干容重：
γ=1。
4g/m³;
c、土壤田间持水量：
θ=25%；
d、计划土壤湿润层：
玉米h=80cm马铃薯h=60cm小麦h=70cm
2）设计灌水定额
用水量平衡法求得设计灌水定额为：
（4—1）
式中:
-—设计灌水定额，m3/亩；
—-土壤干密度，t/m3；
——计划湿润层深度，m；
——允许最大含水率和最小含水率（质量分数），分别为土壤田间持水率的100％和65％。
取整后为75m3/亩.
同理计算可得,马铃薯灌水定额为55m3/亩，小麦灌水定额为60m3/亩。
3）灌水周期
设计灌水周期主要是确定作物耗水最旺时期的允许两次灌水的最大间隔时间，用下式计算:
（4—2）
式中：
m设—-设计灌水定额，mm；
e—-作物耗水最旺时期日平均耗水量,mm，当地玉米灌浆乳熟期日平均耗水量为7mm。
4）灌溉设计流量
小红柳沟一区灌溉面积1.684hm2,马铃薯、玉米和小麦面积种植比例为5：
3：
2，则灌溉设计流量为：
（4-3）
小红柳沟二区灌溉面积20.79hm2，马铃薯、玉米和小麦面积种植比例为5：
3：
2，则灌溉设计流量为：
（4—4）
小红柳沟三区灌溉面积14。
82hm2，马铃薯、玉米和小麦面积种植比例为5：
3:
2,则灌溉设计流量为:
（4—5）
小红柳沟四区灌溉面积2.77hm2马铃薯、玉米和小麦面积种植比例为5：
3：
2,则灌溉设计流量为：
（4—6）
5）干管管径的计算
管径确定的方法有计算简便的经济流速法和界限流量法，还有借助于计算机的多种管网优化计算方法。
根据《甘肃省节水灌溉实施指南》查得管道内水的经济流速在1。
0~1。
5m/s之间.本次计算采用经济流速法，其公式如下：
（4—7）
式中:
D——管道内径（mm）；
--设计流量（m³/s）
-—管道内水的经济流速,PVC管在1.0～1。
5m/s之间管内流速，取1。
5m/s；
——圆周率，π=3。
1416；
表4-1管径选择表
灌区编号
设计流量（m3/h）
计算管径（mm）
销售管径（mm）
一区
4.9
34
40
二区
61.03
120
160
三区
43.5
101
110
四区
8。
13
44
50
输水干管管采用PVC管，管线布置已定，且已知管道输送流量、管道长度与水头损失,在这种情况下，管道的直径完全由水力学要求而定。
6）水泵设计杨程的确定与选型
水泵设计扬程由管路系统的水头损失、蓄水池水位至灌区内供水最高点的高差、引水工程水位最低点等确定.按下式计算出的水泵所需最大扬程：
H=h净+hf+hj+△h（4—8）
式中：
H-—设计总扬程，m；
h净—-水泵净扬程，蓄水池水位至管道中心线的距离，m；
hf，hj-—分别为管道沿程水头损失和局部水头损失，m;
△h——水泵出水口至进水池底部的距离,取△h=1.5m。
a、1＃一级泵站的杨程计算
h净=1725.77－1709.27=16.53m
L1=628m
=36m
（4—9）
H=h净+hi+hj+Δh=59。
45m（4—10）
式中：
hf--管道沿程水头损失（m）；
-—沿程水头损失系数，（由水力学计算可得）;
m—-流量指数；
d—-管道内径，mm；
——局部水头损失系数（或局部阻力系数），一般由实验测定；
v——流速，m/s，
g——重力加速度，取9.81.
b、1#二级泵站的杨程计算
h净=1734.14－1709.27=24.87m
L2=2455m
H=h净+hf+hj+△h=55。
81m
c、2#一级泵站的杨程计算
h净=1694.02—1673.02=21m
L3=2989m
=61。
23m
=9.18m
H=h净+hf+hj+△h=92。
91m
d、2#二级泵站的杨程计算
H净=1729。
71－1673。
02=56.69m
L=2358m
=37。
71m
=5。
65m
H=h净+hf+hj+△h=101.55m
7）按照设计流量、设计扬程进行水泵选型
由计算知四个分区供水水泵所需扬程为59.45m、55。
81m、92。
91m、101.55m，根据水泵工作性能，项目区泵房选配水泵型号及性能情况见表4—2。
表4—2水泵型号及性能
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
效率（%）
轴功率（Pa）
电机功率（Kw）
（NPSH）r
（m）
转速n（r/min）
IS50—32-250
7.5
82
28.5
5。
87
11
2
2900
100S90A
72
75
64
23
30
2.5
2950
IS80-50—315
60
123
57
35。
3
37
3
2900
IS65—40-315
15
127
28
18.5
30
2。
5
2900
根据所选泵型，四条干管出水池由所选泵单独供水，每个泵型备用一台。
8）电动机配套功率计算
因站址附近有高压输电线通过，电力问题很容易解决,故采用电动机为动力机。
电动机配套功率N配计算，其计算公式如下:
（4-11）
式中：
K——动力备用系数，取1.05；
N轴——水泵工作范围内的最大轴功率;
——传动效率.初步假定用同步转速1000r/min的异步电动机传动，则取为0.98。
经计算得四种水泵分别需要功率为6.3KW、24.6KW、37。
8、19.8的电动机。
根据水泵额定转速和配套功率,查《水泵站设计示例与习题》电机资料可知选用4台电动机能满足设计要求.其技术性能如表4—3。
表4—3配套电机性能参数
电动机型号
功率（KW）
电流（A）
转速（r/min）
效率n（%）
重量（kg）
Y132S2—2
7。
5
15
2900
86.2
74
Y200L1—2
30
56.9
2950
90
232
Y200L2—2
37
69.8
2950
90.5
250
Y200L1—2
30
56。
9
2950
90
232
电机采用型号为Y132S2-2（一台）、Y200L1—2（两台）、Y200L2—2（一台）.
9）水泵安装高度：
H安=P大气/r—P汽/r—（NPSH）sr—h吸损—Δh（4-12）
式中：
H安-—泵轴安装高度，m；
P大气/r——水泵安装点大气压力水头，m；
P汽/r-—工作水温下汽化压力水头,m；
（NPSH）sr——水泵必需汽蚀余量,m;
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