某河灌区灌溉工程初步设计报告书.docx
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某河灌区灌溉工程初步设计报告书
某河灌区灌溉工程初步设计报告书
XX河灌区灌溉工程初步设计报告书
第一章灌区概况及分布
XX河灌区位于XX河流域中游，西、南面临XX河，东至铁路，北以XX河支流马河为界。
东西长约18.0km，南北约10.2km，灌区包括XX河县的城关、前阳。
汶庄、张庄、丰收、大营等六个乡和高家庄试验站的全部耕地和军庄乡的一部分，还包括荣源县河庄乡和登丰县龙华乡的一部分土地，总土地面积为160.1km2，耕地面积为3.1万亩，人口为85604人。
一、地形地貌
XX河灌区位于XX河冲积、洪积扇下游的边缘和大平原交界的地区，基本属积、洪积扇地貌单元。
地形变化与河流方向基本一致。
灌区最高地面高程为51.3m，最低为39.2m，一般在40.0m—48.0m之间。
二、气象条件
据实测资料：
灌区多年平均降雨量553mm，多年平均蒸发量824.8mm，将于频率为75%的典型年的降雨量为367.2mm，年蒸发量为1740mm。
灌区平均气温为12.7℃，一般于十一月中旬土壤开始出现不稳定动融现象，一般年份最大冻土层40cm—50cm，时间多在元月下旬到二月上旬，二月下旬开始解冻，到三月中旬全部解冻。
三、土壤特性
灌区有壤土、沙质壤土和重壤土三种土壤，各种土壤的物理性质见下表：
表1 土壤的物理性质表
土壤质地
容 重
（t/m3）
孔隙度
（占土体%）
土壤田间含水率
（占干土重%）
沙土
1.50-1.55
40.3-43.3
17.8-18.8
壤土
1.31-1.49
44.8-48.3
22.8-23.5
重壤土
1.33-1.37
48.7-49.8
26.8-27.2
四、灌区水系及水源条件
灌区主要河流为XX河，发源于太行山区，在端头村流入本灌区，XX口村流出本灌区，XX口村以上流域面积约2100km2。
端头站河底高程为44.0m，可安全通过1500m3/s的洪水。
XX口村东XX河河底高程36.8m，下泄能力为1800m3/s，两岸河堤高4.0m。
XX河上游有XX源水库，距灌区78km，年蓄水10亿m3。
灌区水源主要为XX源水库发电尾水和灌溉放水，此外水库以下到本灌区之间有部分地表径流和回归水。
地表水矿化度小于2g/L，含沙量平均值为1.2kg/m3，最大值为3.5kg/m3。
五、灌区水文地质
灌区浅层地下水对灌区土壤改良影响很大，地下水由西北流向东南，水力平均坡度为1/3000。
三月中旬大营、下坡店以上地区地下水埋深为6-7m，以下地区埋深为3-4，月庄乡、丰收乡东部埋深一般在2-3m。
特别是月庄以南洼地，秋后地下水埋深1.2m左右，在大雨年份，地下水上升到距地表30-50cm，严重影响作物生长。
六、种植情况
灌区主要种植冬小麦、夏玉米、棉花、春杂粮等，其中以冬小麦、夏玉米、棉花为主。
各种作物的种植比例为：
冬小麦：
60% 夏玉米：
50%
棉 花：
30% 春杂粮：
10%
夏杂粮：
10%
七、交通、电网及建筑材料
灌区内交通方便，公路四通八达；各乡和村庄都有电用。
XX河县水泥厂年产水泥6万吨，灌区上游XX河中有丰富的沙、砾石和卵石适用于建筑。
管区内有水泥厂、砖厂。
八、灌区自然灾害及处理措施
整个灌区位于半干旱地区，风沙多，雨量少，蒸发量大，多年平均降雨量仅为553mm，且集中在其、八月份，以暴雨出现。
多年平均蒸发量为1824.8mm。
灌区旱情连年发生，尤以龙华乡的沙岗地干旱最为突出。
灌区下游的月庄乡处于大小XX河汇合处，土壤较粘重，地势低洼，地下水位较高，每当秋季大雨时，总有洪涝产生，每年受涝面积万亩左右，月庄、张庄和丰收乡的东部存在着土壤盐碱化的威胁。
由于该地区的降雨时空分布不均，经常出现干旱年份和干旱季节，为了解决作物的干旱缺水问题，考虑修建灌溉渠道引水灌溉，且灌区内大部分可以实现自流灌溉，对于部分不能采用自流灌溉的地区，例如灌区西北的高地，可以考虑采用喷灌。
对于灌区下游的月庄地下水过高及受盐碱化威胁的约庄、张庄和丰收乡的东部考虑采用排水沟道进行排水，以降低地下水位，防治盐碱化。
第二章 灌溉用水量
一、灌区的规划设计标准
1、灌溉设计保证率：
P=75%
2、河道建筑物防洪标准：
十年一遇
3、灌区其他设计指标：
灌区灌水利用系数η水=0.65;
土地利用系数为：
0.9。
二、 率及灌溉用水量
1、灌水率图的制定
灌水率是指灌区单位面积上所需灌溉的净流量，某种作物某次灌水率为：
q=（α*m）/（8.64*T）
其中：
q—灌水率（m3/万亩）
α—作物种植比例（小数）
T—灌水延续天数（天）
参照《农田水利学》，确定灌水延续天数如下：
小麦：
播前灌水10-20昼夜;拔节后灌水10-15昼夜。
故播前与越冬水取12天，返青、拔节、灌浆均取10天。
棉花：
苗期、花铃期8-12昼夜；吐絮期10-15昼夜。
故播前灌水取8天，现蕾、开花、吐絮均取8天。
玉米：
拔节抽水10-15昼夜；开花期8-13昼夜。
故苗期、拔节抽穗均取10天。
杂粮灌水时间均取10天。
初步灌水率图见附图2-1。
表2 灌水率计算表
作物
作物所占面积
生育阶段
灌水定额
灌水时间（月-日）
延续时间（d）
灌水率（m3/s/万亩）
始
终
中间日
冬小麦
60%
播前水
60
9-14
9-25
9-20
12
0.347
越冬
40
11-8
11-19
11-14
12
0.231
返青
40
3-15
3-24
3-20
10
0.278
拔节
45
4-10
4-19
4-15
10
0.313
灌浆
50
5-23
6-1
5-28
10
0.347
棉花
30%
播前水
50
3-31
4-7
4-4
8
0.217
现蕾
45
6-1
6-8
6-5
8
0.195
开花
45
7-6
7-13
7-10
8
0.195
吐絮
45
8-6
8-13
8-10
8
0.195
夏玉米
50%
苗期
45
6-15
6-24
6-20
10
0.260
拔节
50
6-26
7-5
7-1
10
0.289
抽穗
45
7-10
7-19
7-15
10
0.260
灌浆
45
7-31
8-9
8-5
10
0.260
春杂粮
10%
播前水
60
3-31
4-9
4-5
10
0.0694
拔节
50
6-5
6-14
6-10
10
0.0579
灌浆
50
7-5
7-14
7-10
10
0.0579
夏杂粮
10%
播前水
50
5-22
5-31
5-27
10
0.0579
开花
45
7-5
7-14
7-10
10
0.0521
2、灌水率图的修正
修正原则：
在修正灌水率图时，要以不影响作物需水为原则，尽量不要改变主要作物关键用水期的各次灌水时间，若必须调整移动，以往前移为主，前后移动不超过三天；调整其他各次灌水时，要使修正后的灌水率图比较均匀、连续。
此外，为了减少输水损失，并使渠道工作制度平稳，在调整时不应使灌水率数值相差悬殊。
一般最小灌水率不应小于最大灌水率的40%。
在修正灌水率图时，以不影响作物需水和使渠道工作制度合理为原则，作如下修正：
（1）考虑到渠道工作制度的连续性，将四月中旬的小麦的拔节水提前一天灌水。
将夏玉米的用水分两次灌完：
苗期与拔节水合并为第一次灌水，从6月12日开始到6月28日结束；抽穗与灌浆期合并为第二次灌水，从7月16日到8月4日结束。
将棉花开花期灌水拖后两天。
（2）考虑到渠道中各时段流量的均匀性，将春杂粮的播前水缩短为8天灌完。
将夏杂粮的播前水和冬小麦的灌浆水延长为12天，并将夏杂粮的播前水延后一天，从5月23日开始到6月3日结束。
将棉花的现蕾水延后一天，春杂粮的播前水提前一天，并缩短为8天。
春杂粮的灌浆水与夏杂粮的开花水的开始灌水日期拖后三天，并缩短为8天灌完。
（3）考虑到主要作物小麦的灌浆期是用水敏感期，取该时段的灌水率为设计灌水率 q设=0.337m3/s/万亩。
修正后的灌水率图见附图2-2。
表3 修正后的灌水率计算表
作物
作物所占面积
生育阶段
灌水定额
灌水时间（月-日）
延续时间（d）
灌水率（m3/s/万亩）
始
终
中间日
冬小麦
60%
播前水
60
9-14
9-25
9-20
12
0.347
越冬
40
11-8
11-19
11-14
12
0.231
返青
40
3-15
3-24
3-20
10
0.278
拔节
45
4-8
4-17
4-13
10
0.313
灌浆
50
5-23
6-3
5-29
12
0.289
棉花
30%
播前水
50
3-31
4-7
4-4
8
0.217
现蕾
45
6-4
6-11
6-8
8
0.195
开花
45
7-8
7-15
7-12
8
0.195
吐絮
45
8-5
8-12
8-9
8
0.195
夏玉米
50%
苗期
45
6-12
6-19
6-16
8
0.325
拔节
50
6-20
6-28
6-24
9
0.325
抽穗
45
7-16
7-25
7-21
10
0.260
灌浆
45
7-26
8-4
7-31
10
0.260
春杂粮
10%
播前水
60
3-31
4-7
4-4
8
0.096
拔节
50
6-4
6-11
6-8
8
0.0723
灌浆
50
7-8
7-15
7-12
8
0.0723
夏杂粮
10%
播前水
50
5-23
6-3
5-29
12
0.0482
开花
45
7-8
7-15
7-12
8
0.0651
3、灌区灌溉用水量计算
灌溉用水流量过程线就是灌区所需要的灌溉用水流量在时间上的分配过程。
计算公式：
Qi=（qi*ω）/η水
W=Σ8.64*Qi*ti
其中：
Qi--某时段灌溉用水总量
W--灌区年用水流量（万方）
ω—灌区灌溉面积（万亩）
η水--灌取灌溉水利用系数
ti–某时段天数
计算过程表见下表：
用水过程线见附图2-2
表4 灌溉用水量计算表
各种作物各次灌溉用水流量
全灌溉区灌溉流量
（m3/s）
天数
ti
全区总灌溉用水量
（万方）
日期
冬小麦
棉花
夏玉米
春杂粮
夏杂粮
3．15-3．24
7.41
7.41
10
640.2
3．31-4．7
5.78
2.56
8.34
8
576.5
4．8-4．17
8.34
8.34
10
720.6
5．23-6．3
7.70
1.28
8.98
12
931.0
6．4-6．11
5.20
1.93
7.13
8
492.8
6．12-6．28
8.66
8.66
17
1272.0
7．8-7．15
5.20
1.93
1.74
8.87
8
613.1
7．16-8．4
6.93
6.93
20
1197.5
8．5-8．12
5.20
5.20
8
359.4
9．14-9．25
9.25
9.25
12
959.0
11．8-11．19
6.16
6.16
12
638.7
总 计
117
8400.8
三、灌区的水量平衡
1、灌区水源的种类、可靠性
灌区水源：
灌区水源主要为XX源水库发电尾水和灌溉放水，水库以下到本灌区（端头）之间含有部分地表径流和回归水；另外还有浅层地下水，以及在65—85之间含水层中的水。
2、灌区用水方案的拟定:
降雨P=75%水源来水量（m3/s）
月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
上
0.25
0.10
9.60
9.70
9.80
9.80
10.10
10.
10
9.00
8.50
0.30
中
0.10
0.50
9.60
9.70
9.90
9.60
10.00
10.50
10.00
9.10
8.45
0.25
下
0.10
0.60
9.55
9.70
9.90
9.80
10.00
10.00
10.25
8.50
8.40
0.25
根据上表的水量分析，可知：
XX河的水量基本满足要求。
灌溉方案：
优先考虑采用XX河来水，在平水年的流量基本满足用水要求，若遇特枯水年水量不能满足时，可以考虑马河来水与地下水作为备用水源。
前阳乡、大营乡以西，杜庄公社以北的3.85万亩沙岗地由于地势较高无法引渠水灌溉，采用喷灌；剩余的19.25万亩耕地采用渠道输水灌溉。
第三章 灌排渠道布置
综合考虑灌区水源、灌溉要求、地形、土壤、水文地质条件、行政区划、交通用途，综合考虑布置灌区灌排渠道。
在灌区水源上游取水，布置一条总干渠和两条支渠，干渠以下设支渠，斗渠、农渠，向田间供水。
一、渠首工程位置选择的原则（本灌区）和方案
渠首工程位置选择的原则：
（1）引水工程，应满足自流灌溉要求，并符合渠道输水输沙条件，保证灌溉用水，要求不间断地向田间供水。
（2）应选择在河槽比较稳定，河岸比较坚实的地段，坝址、闸址地质条件较好。
（3）宜在弯曲河段的凹岸引水，引水角在30—60之间。
（4）应采取有效的防沙措施，防止泥沙进入渠道，以免引起淤积。
渠首工程布置的方案：
根据以上原则，在XX河上游端头村处取水，由于枯水期水位较低，设拦河坝以抬高水位，取水口一侧设冲沙闸，闸底高程应低于取水口高程，以利于排沙防淤，渠首设取水闸，以调控取水水量。
二、选择排水容泄区的选择
灌区内有两条天然河流：
XX河，马河，一条季节性河流：
小XX河，均有较大的泄洪容蓄能力，能及时排水和容纳由排水沟和退水渠排出的全部水量，且河流地势较灌区地势低，可以直接由排水沟排到河道内。
按高水高排，低水低排原则，以减少工程量：
前阳、城关、汶庄乡以北的干沟将水排入马河，月庄乡东部的排水直接排入XX河，其它部分排入小XX河和XX河交汇的地势较低处。
三、灌区灌溉总干渠和干渠的布置原则及采用方案的优、缺点
总干渠和干渠的布置原则：
（1）总干渠和干渠布置在灌区的较高地带，以便自流控制较大的面积。
（2）渠线应尽量短直，以减少占地和工程量。
（3）渠系布置和土地利用规划相配合，以提高土地利用率，方便生产和生活。
布置方案：
取水口接总干渠，向东延伸，在龙华乡南穿过公路后分为南、北两支干渠，南干渠为一干，北干渠为二干。
二干渠沿龙华—前阳—XX河城关公路延伸至汶庄乡。
一干渠沿龙华—XX流公路向南延伸，至杜庄乡改为东西向，延伸至上崖村以南。
该方案的优点是：
总干渠与干渠的高程较高，在其控制面积上可以实现自流灌溉，南北两干渠控制的面积大致相近，有利于水量的分配；干渠基本与天然河道平行，有利于布置排水；沿公路线布置，交通方便，便于施工、管理，且减少交叉建筑物的修筑。
方案的缺点：
取水口离用水区较远，渠线较长，总干渠穿过公路，渡槽规格大；干渠与等高线交角较小，不利于布置支渠。
四、 排水干沟的布置方案
排水干沟沿天然河道布置：
XX河处沿左岸布置排水干沟，小XX河处沿两岸布置；北干渠以北的灌溉面积，由于排水距离较短，不设干沟，直接由支沟排入马河，以减少工程量。
具体布置见“XX河灌区渠系规划图”。
五、 支渠以下田间工程的布置形式
田间工程的布置原则：
（1）适应农业现代化的要求，提高土地利用率，实现山、水、田、林、路的综合治理。
（2）渠网配套，灌排自如，控制地下水位；既能适时适量灌溉，又可以及时排水，不使农田渍涝。
（3）田面平整，田埂规整，适应农业机械化的要求。
（4）改良土壤，提高土地肥力，促使农作物稳产高产。
（5）合理利用各类土地，实现农、林、牧、副、渔的全面发展，注意保持生态平衡，促进农业持续发展。
田间工程的布置形式：
在田间系统中，渠、沟、林、路的配合采用沟—路—渠的布置方式，以减少输水渠向排水沟的渗漏，道路旁为灌溉渠道和排水沟中间，在路的两侧植树，具体布置见下图：
田间工程的布置形式示意图
六、灌区内建筑物的列表
当水坝
1座
涵洞
12座
冲沙闸
1座
地下涵管
8座
取水闸
1座
退水闸
31座
分水闸
865座
排水闸
6座
第四章 灌溉渠道设计
一、渠道设计流量推算
1、渠道的工作制度及划分轮灌组的依据
依据不同地区种植的不同作物在不同时间对灌水的要求不同，划分轮灌组。
总干渠、干渠、支渠采用续灌，支渠以下的斗渠、农渠采用轮灌。
各支渠的长度均较短，考虑到用水单位的不同，采用插花编组，将每支渠的控制面积划分为两个轮灌组。
2、根据修正后的灌水率图，考虑到渠道的高效、充分利用，减少渠道的挖填方，取设计灌水率q设=0.337m3/s/万亩，最小灌水率qmin=0.195m3/s/万亩。
3、确定土壤的渗透系数
根据土壤性质与地下水的埋深，将全灌区划分为三个部分，查《农田水利学》得各部分的值。
（1）包括龙华乡、杜庄、前阳乡，沙质壤土，地下水埋深为6—7m，取A=3.40，m=0.5。
（2）包括XX河县城关、汶庄、张庄、大营、军庄和丰收乡，壤土，地下水埋深3—4m，取=1.9，=0.4。
（3）包括月庄乡、张庄乡、丰收乡的东部，重壤土，地下水埋深2—3m，取A=1.3，m=0.35。
典型支渠
选择二干（南干渠）第四条支渠为典型支渠。
该支渠位于干渠中游，地势坡度不大，田块较规整，土质壤土，具有一定的代表性，控制面积630公顷（9400亩），具有典型性。
计算典型支渠灌溉水利用系数
（1）轮灌制度;斗渠采用插花编组，分为两个轮灌组：
第一、三、五为一组，二、四、六、为一组。
为缩短斗渠工作长度，减少输水损失，农渠采用集中编组，每条斗渠上的农渠分为两个轮灌组：
一、二斗渠的一、二、三、四农渠为一组，五、六、七农渠为一组；三、四、五、六斗渠的一、二、三、四农渠为一组，五、六、七、八农渠为一组。
具体划分见“XX河灌区渠系规划图”。
（2）确定斗渠及农渠应送至田间的净流量
支渠的设计田间净流量：
Q支田净=A支q设=0.94*0.337=0.317m3/s
由支渠分配到每条农渠的田间净流量：
Q农田净=Q支田净/（n*k）=0.317/（3*4）=0.026m3/s
由支渠分配到斗渠的田间净流量：
Q斗田净=Q支田净/n=0.317/3=0.106m3/s
（3）自下而上推算各级渠道的设计毛流量
a.计算农渠的净流量
先由农渠的田间净流量计入田间渗漏损失，求得田间毛流量，即农渠的净流量，灌区经平整，田间水利用系数提高，取ηf=0.98。
Q农净=Q农田净/ηf=0.026/0.98=0.027m3/s
b.计算农渠的设计毛流量
典型灌区土壤属壤土，A=1.90，m=0.40，据此可计算农渠每公里的输水损失系数：
σ农=A/（100*Qm农田净）=1.90/（100*0.0270.4）=0.0806
农渠的设计毛流量为（取农渠的平均工作长度为0.23km）：
Q农毛=Q农净（1+σ农L农）=0.027*（1+0.0806*0.23）=0.028m3/s
c.计算斗渠的设计毛流量
因为一条斗渠内同时工作的农渠有四条，所以斗渠的净流量等于四条农渠的毛流量之和:
Q斗净=4Q农毛=0.112m3/s
农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给的流量相等。
但是三、四斗渠的第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失较多，据此求得的斗渠毛流量较大，因此，取第二轮灌组灌水时需要的斗渠毛流量作为斗渠的设计流量。
斗渠的平均工作长度为L斗=1.5km。
斗渠每公里输水损失系数为：
σ斗=A/（100*Qm斗净）=1.90/（100*0.1120.4）=0.0456
斗渠的设计毛流量为：
Q斗毛=Q斗净（1+σ斗L斗）=0.112*（1+0.0456*1.5）=0.120m3/s
d.计算典型支渠的设计毛流量
斗渠也是分两组轮灌，每组同时工作的斗渠有3条，支渠的平均工作长度L支=1.25km。
支渠的设计毛流量为：
Q五支净=3Q斗毛=0.360m3/s
支渠每公里输水损失系数为：
σ支=A/（100*Qm五支净）=1.90/（100*0.360.4）=0.0286
支渠的设计毛流量为：
Q五支毛=Q五支净（1+б支L支）=0.36*（1+0.0286*1.25）=0.373m3/s
（4）计算各级渠道的水利用系数
a.典型支渠的水利用系数：
η典=Q五支净/Q五支毛=0.36/0.373=0.97
b.斗渠的水利用系数：
η斗=Q斗净/Q斗毛=0.112/0.12=0.93
c.农渠的水利用系数：
η农=Q农净/Q农毛=0.027/0.028=0.96
d.渠系的水利用系数：
η渠=Q支田净/Q支毛=0.317/0.373=0.85
6、确定其他支渠的设计流量
据各支渠的控制面积，支渠长度及支渠通过土壤的种类，修正典型支渠的渠系水利用系数，求得各支渠的渠系水利用系数。
再由各支渠的田间径流量，确定各支渠的设计毛流量。
一干各支渠的设计流量计算表
一 支
二 支
三 支
四 支
五 支
六 支
七 支
八 支
九 支
十 支
十一支
十二支
S
0. 89
0.66
0.62
0.88
0.70
0.68
0.79
0.35
0.76
0.29
0.63
0.44
Q净
0.300
0.222
0.209
0.297
0.236
0.229
0.266
0.118
0.256
0.098
0.212
0.148
η
0.83
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.87
0.87
0.87
0.87
Q设
0.361
0.261
0.246
0.349
0.278
0.269
0.313
0.139
0.294
0.113
0.244
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