灌溉渠道设计流量计算.docx
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灌溉渠道设计流量计算
附录C
项目设计有关公式
C1灌溉渠道设计流量计算
正常流量——设计典型年内的灌水高峰时期渠道需要通过的流量。
该项为渠道纵横断面和渠系建筑物设计的依据。
加大流量——为满足特殊情况（如改变灌溉作物种植比例，扩大灌溉面积，或遇到特大旱情等），短时内加大输水的要求，而予以增大的渠道设计流量。
通常是根据正常流量，适当选择加大百分数来确定，该项指标为设计渠顶高程的依据。
最小流量——在河流水源不足，种植面积减小，或给灌水定额较小的作物供水时，出现渠道最小流量。
该项指标主要用于校核下一级渠道水位的控制条件和奎水建筑物位置以及校核渠道中的淤积。
C1.1选择灌溉制度，确定灌溉方式及由支渠同时供水的下级渠道（斗、农）数目。
C1.2确定支渠及农渠应送至田间的净流量：
Qbfn＝ωb·qn………………………（C1）
式中：
Qbnt——支渠配给田间的净流量，m3／s；
ωb＿支渠控制的灌溉面积，万亩；
qn——灌水模数（m3/s／万亩）。
Qln＝＝Qbfn／n·k·nf……………………（C2）
式中：
Qln——农渠净流量，m3／s；
n——支渠以下同时灌水的斗渠数；
k——斗渠以下同时灌水的农渠数；
nf——田间水利用系数。
C1.3推算各级渠道的设计流量（毛流量）：
农渠毛流量：
QLG＝Qln＋S1·L1……………（C3）
式中：
QLG——农渠毛流量，m3／s；
Qln——农渠净流量，m3／s；
S1——农渠每公里的渗水量，L/s／km；
L1——农渠平均灌水长度取1／2的农渠长度，km。
斗渠的毛流量：
QdG＝k·QLG＋Sa·La…………（C4）
式中：
QdG——斗渠毛流量，m3／s；
k——斗渠以下同时灌水的农渠数；
Sa——斗渠每公里的渗水量，L/s／km；
La——斗渠最大平均工作渠段长度，km
支渠的毛流量：
ObG＝n·QdG＋Sb·Lb…………（C5）
式中：
ObG——支渠的毛流量，m3/s
n——支渠以下同时灌水的斗渠数；
Sb——支渠每公里的渗水量，L/s／km；
Lb——支渠的工作长度，km。
于渠各段设计流量的推算，在求得各支渠口的毛流量后，可从最远一条支渠的取水口依次向上推算出干渠各段的设计流量。
C2灌溉渠道横断面设计
C2.1渠道断面宽深比
α＝b／h……………………（C6）
式中：
a——渠道断面宽深比；
b——渠道底宽；
h——渠道水深。
C2.2渠道的允许不冲、不淤流速
灌溉渠道的设计流速应小于不冲流速，大于淤积流速，其目的是保证渠床的稳定性和灌溉渠道能正常工作。
Vs＜Vd＜Vt………………………（C7）
式中：
Vs——渠道允许不淤流速，m／s；
Vd一渠道设计流速，m／s；
Vt——渠道允许不冲流速，m／s。
C3灌溉渠道纵断面设计
溉渠道纵断面设计包括沿渠线的地面线、设计水位线。
最高水位线、最低水位线、渠底线和渠顶线、分水口及渠系建构筑物位置等的设计。
C3.1干、支渠要求的水位控制高程
a）各分水口的水位控制高程，可根据灌溉土地的地面高程加上渠道沿程水头损失和渠水通过各种建筑物的局部水头损失，自下而上逐级推算
Bd＝A0＋H＋∑L·i＋∑φ………………（C8）
式中：
Bd——分水口水位控制高程，m；
A0——渠道灌溉范围内的地面参考点高程，m，地面参考点一般是指最难灌到的地面点；
H——所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差，一般取0．l－0．2m；
L——为各级渠道长度，m；
i——为各级渠道比降；
φ一一一为各级渠道建构筑物的水头损失，m。
b）干渠设计水面线的确定
各支渠分水口要求的水位高程确定以后，便可参考水源引水高程和干渠比降，试定干渠设计水位线，如果水源引水高程不能满足所有支渠分水口水位控制高程，应调整干渠设计水位线。
常用的调整方法有两种：
一为保持于渠比降，放弃分水口水位较高的支渠控制的部分高地的自流灌溉；二为将于渠比降变缓，使干渠设计水位线既能满足各支渠引水要求又不超过水源引水高程。
C3.2渠道纵断面的水位衔接
a）渠道遇到特殊地形时应布置跌水、陡坡等衔接建筑物和渡槽、倒虹吸管。
隧洞等交叉建筑物。
b）上下级渠道水位衔接。
在上一级设置节制闸，抬高上一级渠道的水位；在保证自流灌溉的条件下，降低下一级渠道的渠底高程。
C4喷灌系统设计
喷灌系统一般包括水源、动力、水泵、管道系统及喷头等部分。
C4.1喷灌制度
a）设计灌水定额
m设＝0.1hg（P1-P2）/η水………………（C9）
式中：
m设——设计灌水定额，mm；
hg一作物主要根系活动层的厚度，大田作物一般取40－66cm；
P1——该段土层允许达到的含水量上限；
P2—灌前土层含水量下限；
η水——灌溉水的有效利用系数，一般为0，7－0．9。
b）设计灌水周期T设=m设·η水/W……………………（C10）
式中：
T设——设计灌水周期，d；
m设——设计灌水定额，mm；
W——作物最大日平均耗水量，mm／d；
η水——灌溉水的有效利用系数，一般为0．7－0．9。
c）一次灌水所需时间
ρ系统=1000q／b·L（C11）t=m设/ρ系统……………………...（C12）
式中：
t——一次灌水所需时间，h；
m设——设计灌水定额，mrn；
ρ系统——喷灌系统的平均喷灌强度，mm/h；
q——一个喷头的流量，m3／h；
b——支管间距，m；
L——沿支管的喷头间距，m。
C4.2计算喷头数和支管数
n头=F·t/blT设·C………………（C13）
式中：
n头——同时工作的喷灌喷头数，个；
F——整个喷灌系统的面积，m2；
T设－－设计灌水周期，d；
t——一次灌水所需时间，h；
C——一天中喷灌系统的有效工作小时数，h。
n支=n头/n支头………………（14）
式中：
n支头——一根支管上的喷头数；
n支——支管数。
C4.3管道系统的水头损失
a）管道沿程水头损失
hf=fLQm/db………………………（C15）
b）管道局部水头损失
hξ=ξ·V2/2g…………………（C16）
式中：
hf——管道沿程水头损失，m；
f——摩阻系数；
L——管道长度，m；
Q——流量，m3／h
m——流量指数；
d——管道内径，mm；
b——管径指数，各种器材f、m、b值，可从表C1查；
hξ——管道局部水头损失，m；
ξ——管道局部阻力系数；
V——管道流速，m/s；
g——重力加速度，m／s2。
表C1各种管材的f、m、b值
管材
f
m
b
钢筋混凝土管
糙率n=0.013
n=0.014
n=0.015
旧钢管、旧铸铁管
硬塑料管
铝合金管
1.312×106
1.516×106
1.749×106
6.25×106
0.948×106
0.861×106
2.00
2.00
2.00
1.90
1.77
1.74
5.33
5.33
5.33
5.10
4.77
4.74
C4.4水泵选择
a）喷灌系统设计最大流量
Q=n·q……………………（C17）
式中：
q——系统设计流量，m3／s；
n——喷头数量，个；
q——单个喷头的流量，m3／s。
b）喷灌系统的设计水头
H=H头＋∑hw＋∑h＋V……………（C18）
式中：
H——喷灌系统设计总水头，m；
H头——喷头设计工作压力，m；
∑hw——水泵到典型喷头之间管段沿程损失之和，m；
∑h——水泵到典型喷头之间管段局部水头损失之和，m；
V——典型喷头高程与水源水面的高差，m。
C4.5动力功率计算
N=9.81K/η泵η传动……………（C19）
式中：
N——动力功率，kw
K——动力备用系数一般为1．l－1．3；
η泵——水泵效率，可查不同型号水泵性能资料获得；
η传动——传动效率0．8－0．95。
γ——水容重，t／m3；
Q泵——水泵流量，m3／s
H泵——水泵扬程，m。
C5滴灌系统设计
C5.1滴灌系统设计用水率确定
滴灌系统设计用水率可按试验或地面（或喷灌）经验确定，在无试验资料时，应通过计算确定，并以作物的高峰用水量来作为滴灌系统设计用水率。
作物的高峰用水量可用下面两种方法计算。
a）利用地面灌溉（或喷灌）最高耗水率估算：
W=Ed·A·Kr……………………（C20）
式中：
W——滴灌设计用水率，即计算面积的设计用水，L／d
Ed——地面灌溉（或喷灌）最高耗水率，mm/d；
A——计算面积（树为行距X株距，瓜菜为毛管长度X毛管间距），m2；
Kr——覆盖率影响系数。
b）参照作物腾发量计算：
W＝Kc·ET0·Kr·Ks·A……………（C21）
式中：
W——滴灌设计用水率，L／d；
Kc——作物系数，取决于作物种类和气候，一般通过试验求得；
ET0——作物生长期最大参照腾发量，mm／d；
Kr——覆盖率影响系数；
Ks——与土壤质地有关的损失系数，表层土为轻质土、底土为石砾石的土壤取1．15，砂土取1．05，粘土取1.00；
A——计算面积（树为行距X株距，瓜菜为毛管长度X毛管间距），m2。
C5.2滴灌系统控制面积确定
滴灌系统面积控制应根据水量平衡计算确定。
a）轮灌区划分应遵循以下原则：
轮灌区同作物、等面积划分原则；不同作物、等流量原则；系统稳定高效用泵原则；经济原则；方便管理原则。
b）控制面积确定：
滴灌系统种相同作物（轮灌区面积相等）。
ω＝1.5·10-3mA·N………………（C22）
式中：
ω——滴灌系统控制面积，亩；
A——轮灌区作物的计算面积（树的行距X株距，瓜菜的毛管长度X毛管间距），m2；
N——轮灌区数目；
m——轮灌区计算面积个数。
滴灌系统种不同作物（轮灌区面积不等）
ω＝1.5·10-3∑mi·Ai………………（C23）
式中：
。
ω——滴灌系统控制面积，亩；
Ai——第i轮灌区作物的计算面积；
N——轮灌区数目；
mi——第i轮灌区计算面积个数。
C5.3滴灌系统布置设计
a）滴灌设计布置主要包括：
首部枢纽、输配水管网、管网辅助部件及毛管布置。
b）首部枢纽：
以输水距离短、省工、省材，交通和管理方便为原则，一般宜布置于水源处。
C）输配水的干、支管；应根据水源、地形。
作物分区及毛管布置确定。
平坦地区，干、支管应双向控制；丘陵地区，干管宜沿山脊布置，支管宜垂直于等高线。
d）管网辅助部分：
包括排气阀、闸阀、调压阀、流量调节器等。
干、支管较高处宜安装进排气阀；干、支管进口处安装闸阀；支管进口处安装流量调节器。
e）毛管：
毛管根据作物特性、土壤性质、水质和农业技术等设计布置毛管间距、滴头流量和位置。
毛管布置应因地制宜。
C5．4滴灌系统水力设计
滴管系统水力设计包括滴头、输配水管路、压力源的设计计算。
a）滴头，滴头设计而根据作物需水量．保证给作物根区提供充足的水量。
滴头流量按下式计算：
Od＝WT/t·Ea·n……………（C24）
式中，Od——所需滴头流量．点源滴头，L/h·个，线源滴头，L/h·m；
W——设计用水率，点源滴头，L/d线源滴头，L/d
T——灌水周期，d
t——每次灌水时间，h；
Ea一滴灌水利用效率，一般可达到90％－95％；
n——点源滴头为每棵树所配滴头（个），线源滴头为其长度，m。
b）输配水系统：
毛管：
毛管流量按下式计算
n
Qm=∑qi………………………（C25）
i=1
式中：
Qm——毛管进口流量，L/h
n——毛管上滴头数，线源滴头为毛管长度，m；
qi——毛管进口流量，L/h，线源滴头单位流量，L/hm。
根据流量计算确定毛管管径。
支管：
单向配水其任一段管上流量为：
p
Qzp=∑Qim（p＝n，n‐1，…，1）……（C26）
i=n
式中：
Qzp一第i条毛管进口流量；
n—支管上最末一条毛管号。
双向配水，其任一段管上流量为：
p
Qzp=∑（Qimz+Qimy）………………（C27）
i=n
式中：
Qimz、Qimy一分别为第i条毛管左边毛管和右边毛管的进口流量。
根据流量计算确定支管管径。
干管：
干管流量应根据轮灌或随机取水方式确定干管流量，根据流量设计干管直径。
C）压力源：
压力源可以是水泵、水塔、高位水池（箱）、自流井或自来水管道，按因地制宜、经济原则设计。
C6排水沟设计流量计算
排水沟设计流量分排涝设计流量（最大设计流量）和排渍设计流量（日常设计流量）。
C6.1排涝设计流量（最大设计流量）
排涝设计流量为：
Q涝＝q涝F………………（C28）
式中：
Q涝——排涝设计流量，m3／s；
q涝——排涝模数，m3／s/km2；
F——排涝面积，km2。
设计排涝模数主要与设计暴雨历时、强度和频率、排涝面积。
排水区形状、地面坡度、植被条件和农作物组成、土壤性质、地下水埋深、河网和湖泊的调蓄能力、排水沟网分布情况和排水沟底比降等因素有关，可根据排水区的具体情况分别选用下列公式计算：
a）经验公式法：
平原区设计排涝模数经验公式：
q＝KRmAn……………（C29）
式中：
K综合系数（反映降雨历时、流域形状、排水沟网密度、沟底比降等因素）R——设计暴雨产的径流深，mm；
A——设计控制的排水面积，km2；
m——峰量指数（反映洪峰与洪量关系）；
n——递减指数（反映排涝模数与面积关系）；
K、m、n应根据具体情况，经实地测验确定。
b）平原排除法
1）平原区旱地排涝模数：
qd＝R／3.6T·t………………（C30）
式中：
qd——旱地排涝模数，m3／s/km2；；
R——设计径流深，；mm
T——排涝历时，d；
t——每天排水时数，自流排水，一般取t＝24h，抽排一般取t=20～24h。
2）平原区水田排涝模数：
qw＝R／3．6T′·t……（C31）
R′＝P－h1－f－E………………（C32）
E＝aEaT′…………………·（C33）
式中：
qw一水田排涝模数，m3/s／km2；
R′——设计净雨深，mm：
T——排涝历时，d
P——历时为T′的设计暴雨量，mm；
h1——田间滞蓄水深，mm；
f一历时为T′的水田渗漏量，mm；
E——历时为T′的水田蒸发量，mm；
Ea——水面蒸发量，mm／d
a——系数，根据当地试验资料确定；
t——每天排水时数，自流排水，一般取t＝24h，抽排一般取t＝20－24h。
3）平原区旱地和水田综合设计排涝模数：
qp＝（qdAd＋qwAw）／（AdAw）………（C34）
式中：
qp一综合设计排涝模数，m3/s／km2；
qw——水田排涝模数，m3/s／km2；
qd——旱地排涝模数m3/s／km2，；]
Ad——旱地面积，km2；
Aw——水田面积，km2
C6.2排渍设计流量（日常设计流量）
排渍设计流量为：
Q渍＝q渍f……………………….（C35）式中：
Q渍——排渍设计流量，m3／S；
q渍——排渍模数，m3/s／km2；
F——排渍面积，km2
排渍设计一般考虑降雨成渍情况，降雨成渍的排渍模数：
q渍＝Pδα／（86.4βT）………………（C36）
a＝1-10H（μ－ν）／（P·δ）…………（C37）
式中：
q渍——排水模数，m3／s／km2；
P——设计暴雨量，mm，取三日暴雨值；
δ——吸水系数，δ＝l-ψ（ψ为径流系数，％）
α——渗漏排水系数；
β——系数，修正渗人排水沟的昼夜降雨量径流的加速度
T——排水历时，取5－7d；
H——设计排渍深度，m；
μ——土壤最大持水率，％；
ν——土体自然持水率，％。
C6.3排水沟设计水位
排水沟设计水位分最高设计水位和日常设计水位。
a）最高设计水位
1）自流外排时最高设计水位：
H最高＝A。
－Δh－∑li－∑Δz。
…….…（C38）
式中：
H最高——排水于沟沟口的最高水位，m；
A0——离干沟沟口最远处低洼地面高程，m；
Δh离于沟出口最远处低洼地面和农沟排涝水位的高差，m，一般取0．2－0．3m；l——斗、支、干各级排沟计算长度，m；
i——斗、支、干各级排沟水面比降；
Δz——各级沟道上的沿程局部水头损失，m。
2）抽水强排但无内排站的最高水位：
多与地面齐平，为安全排涝，排沟最高水位以低于地面0．2－0．3m为宜。
3）抽水强排，同时有内排站的最高水位；可以超出地面一定高度。
b）日常设计水位
H日常＝A。
－D农－∑li－∑Δz……………（C39）
式中：
H日常——排水于沟沟口的日常水位，m；
A。
——离干沟沟口最远处低洼地面高程，m；
D农——农沟日常水面离地面距离，m；
l——斗、支、干各级排沟计算长度，m；
i——斗、支、干各级排沟水面比降；
Δz——各级沟道卜的沿程局部水头损失，m。
C6.4排水沟横断面设计
a）当自流排水时，横断面设计可应用均匀流公式计算，即
Q＝ω·C·√Ri……………………（C40）
C=
……………………（C41）
式中:
Q——设计排水流量，m3／S；
ω——排水沟过水断面面积，m2，对于梯形断面排水沟，ω＝（b＋mh）h；b沟道底宽，m；m沟道边坡系数；h沟道水深，m
R——水力半径，m；
i——沟道比降；
c——谢才系数，
；
n——沟道糙率。
排水沟比降：
沟道比降（i）见表C2）宜与沟道所经过的地面坡降相近。
沟道边坡系数（m）见表C3。
沟道糙率（n）见表C4。
表C2平原地区沟道比降
干沟
1/6000～1/20000
支沟
1/4000～1/10000
斗沟
1/2000～1/5000
表C3不同土壤类别的沟道边坡系数
土壤类别
南方平原地区，m
土壤类别
北方平原地区,m
挖深＜1.5m
挖深1.5～3.0m
边坡系数,m
砂壤土
壤土
粘土
2.0
1.5
2.
1.0
2.5
2.0～2.5
1.5
粉砂土
粉砂壤土
中壤土
重壤土和粘土
上砂下粘
上粘下砂
2.0～4.0
2.0～3.0
1.5～1.75
1.0～1.5
m上2.0～3.0m下1.5
m上1.0m下2.0～3.0
表C4不同类型沟道糙率
新挖沟道
易长草
n=0.02～0.03
n=0.03～0.035
b）当非自流排水时（即在外河水位顶托发生奎水现象的情况v），需按稳定非均匀流公式，推算沟道水面线，由此确定沟道断面及两岸堤顶高程等。
C6.5排水沟纵断面设计
排水沟纵断面根据沿沟的地形条件、排水沟水位推算结果和横断面设计成果进行水位衔接设计，以保证沿程排水畅通。
纵断面设计时，各级沟道的沟底应满足下列要求：
下级沟道的沟底不得高于上级沟道的沟底；上、下级沟道在通过日常流量时的水位衔接应有一定的落差，一般可取0．l－0．2m；上、下级沟道在通过排涝设计流量时允许短时羹水，但沟道应尽可能比两岸地面低0．2－0．3m。
C7暗管排水系统
C7.1排水暗管埋深与间距的确定，应符合下列规定：
a）吸水管埋深应采用允许排水历时内要求达到的地下水位埋深与剩余水头之和，剩余水头值可取0.2m左右。
季节性冻土地区，5还应满足防止管道冻裂的要求。
b）吸水管间距宜通过田间试验确定，也可按GB50288－l999中的附录K所列公式进行计算，经综合分析确定。
无试验资料时，可按表C5确定。
表C5吸水管埋深和间距m
吸水管埋深
吸水管间距
粘土、重壤土
中壤土
轻壤土、沙壤土
0.8～1.3
10～20
20～30
30～50
1.3～1.5
20～30
30～50
50～70
1.5～1.8
30～50
50～70
70～100
1.8～2.3
50～70
70～100
100～150
C7.2集水管埋深应低于集水管与吸水管连接处的吸水管埋深10～20cm，间距应根据灌溉排水系统平面布置的要求确定。
C7.3排水暗管的设计流量可按公式（C42）计算确定
Q＝.CqA··‘……………………（C42）
式中：
Q——排水暗管设计流量，m3／d
C——排水流量折减系数，可从表C6查得；
q——地下水排水强度，m／d，取值见GB50288中附录L；
A——排水暗管控制面积，m2。
表C6排水流量折减系数
排水控制面积，km2
＜16
16～50
50～100
＞100～200
排水流量折减系数
1.00
1.00～0.85
0.85～0.75
＜0.75～0.65
C7.4吸水管和集水管的内径分别按公式（C43）和公式（C44）计算确定
…………（C43）
…………（C44）
式中：
d1——吸水管内径，m；
d2——集水管内径，m；
n——管的内壁糙率，可从表C7查得；
a——与管内水的充盈度a有关的系数，可从表C8查得；
i——管的水力比降，可采用管线的比降。
表C7排水管内壁糙率
排水管类别
陶土管
混凝土管
光壁塑管
波纹塑料管
内壁糙率
0.014
0.013
0.011
0.016
表C8系数α和β
α
0．60
0．65
0．70
0．75
0．80
α
1．330
1．497
1．657
1．805
1．934
β
0．425
0．436
0．444
0．450
0．452
注：
管内水的充盈度α为管内水深与管的内径之比值。
管道设计时，可根据管的内径d值选取充盈度α值：
当d＜100mm时，取α=0；当d=100～200mm时，取α=0.65～0.75；当d＞200mm时，取α=0.8。
C7.5圆形吸水管或集水管平均流速可按公式（C45）计算确定。
…………（C45）
式中：
V——圆形吸水管或集水管平均流速，m／s；
β一一与管内水的充盈度α有关的系数，可从表C8查得。
G7.6排水管道的比降i应满足管内最小流速不低于0，3m／s的要求。
管内径d≤100mm时，i可取I/300－1／600；d＞100mm时，i可取1／1000－1／1500。
地形平坦地区吸水管首末端高差不宜大于0．4m，如比降不符合上述规定时，可适当缩短吸水管长度。
C7.7吸水管实际选用的内径不得小于50mm，集水管实际选用的内径不得小于80mm。
吸水管宜采用同一内径，集水管可根据汇流情况分段采用不同内径。
C7.8非圆形吸水管或集水管可按其断面积折算成圆形，实际采用的非圆形断面积应分别折算断面积的互1．5倍和1．3倍左右，并据此进行水力计算。
C7.9吸水管周围应设置外包滤料，其设计应符合下
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