M灌区.docx
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M灌区
工程概要
M灌区位于平原某地，灌区范围东起D河，南临C河，北至F河，总控制面积100.05平方公里，大约15万亩。
灌区属山区冲积平原，地形平坦，总的趋势是西南高，东北低，地面坡度在1/1000～1/2000之间，灌区东北部有一条古河床，灌区属于半干旱气候，气温以七月份最高，在25℃以上。
元月份最低在-2℃左右，无霜期220天，春季常有旱风，冬季多西北风，灌区肥力中等，东部有一小部分盐碱地，灌区潜水不透水层深20m,地下水大致为东北方向。
灌区以棉花、粮食为主的农业地区，主要种植小麦，玉米，棉花等旱作物，灌溉区域内复种指数1.6。
古河床以南，40号镇以北零星分布有盐碱地约1.5万亩，在C河与F河修建的Y水库为多目标，综合利用水库，水库兴利调节按灌溉发电要求计算，古河床下泄满足灌溉用水要求。
灌区的工作制度采用干、支续灌，斗、农轮灌，每支渠控制的斗渠数其中1、6支各有5斗，2、3支各有7斗，4、5支各有4斗，7、8支各有6斗。
排水沟分为干、支、斗、农四级。
按渠自上而下，自左后右顺序对排水沟进行编号。
建筑物的布置有进水闸，分水闸，节制闸，退水闸，桥，涵等。
当地形较陡时，要设跌水。
建筑物的规划布置应尽量节约，减少工程量和工程投资。
一基本资料
1．1自然地理条件
1．地理位置及范围
M灌区位于我国北方某地。
灌区范围西起铁路，东至京深公路，南临C河，北连F河。
总面积100.05km2,约合15hm2,净灌溉面积80平方公里，约合12万亩。
M灌区地形图见附图。
2、地形地貌
灌区属山前冲积扇平原，地形平坦，总的趋势是西南高东北低，地面坡度一般在1/1000～1/2000之间。
灌区东北部有一条古河床遗迹，地面上仅残留沙丘。
草桥关附近有一常年积水的湖泊——草泥洼。
3．水文
C河及F河皆发源于西部山区，出山后向东穿过铁路即进入平原。
两河出山口处建有X水库及Y水库，并于C河沿岸修建了堤防，基本上可控制一般洪水。
经两库调节后，除汛期外，河水位均低于地面，地表水及地下水皆可自流排入二河。
4．气象
M灌区属于半干旱半湿润气候。
气温以7月份最高，在25℃以上；1月份最低，在-2℃左右，无霜期220天，春季常有旱风，尤以五、六月份的干热风危害最大，风向偏南，风力可达六、七级；冬季多西北风，风力最大可达八、九级。
多年平均降水量517.2mm，多集中在七、八两月，占全年降水量的78%，冬春雨量极少，多年平均蒸发量为1357mm。
干燥度2.62。
5．土壤
灌区内土壤大部分为中壤土，肥力中等，灌区东部有小部分盐渍化现象。
经测定：
灌区土壤0～80cm平均容重1.51t/cm3，空隙率41.3%（占土体的%），田间持水率为空隙体积的75%。
6．水文地质
灌区不透水层顶板埋深为20m，含水层渗透系数K=3m/d，灌溉季节深层渗漏的灌溉水对地下水的补给强度ε=1mm/d。
地下水等水位线大致与地面等高线平行，地下水流向大致为东北方向。
在古河床、九里牌与四十里铺以西，地下水埋深在2～3m之间，矿化度小于1g/L；以东埋深在1～2m之间，有时小于1m或接近地表，矿化度在1～3g/L之间。
地下水的补给来源在汛期是降雨，旱季是灌溉；地下水的主要消耗是蒸发。
地下水动态类型为降雨（灌溉）——蒸发型，主要是垂直运动。
1．2社会经济条件
1．工农业生产情况
灌区是以粮棉为主的农业地区，主要作物有小麦（种植比例60%）、棉花（20%）、春玉米（20%）及夏玉米（60%）。
复种指数1.6。
灌区内各村镇的乡镇企业比较发达，有纺织、成衣、粮油加工、陶瓷、酿酒、罐头等轻工业；铁路沿线及西部山区有机械制造、水泥、化肥、塑料制品、农药、冶炼和煤炭等重工业。
1．3自然灾害
本地区解放前为一多灾低产地区，洪、涝、旱、碱灾害频繁，农业生产水平低下，人民生活困难。
解放后，特别是在全流域进行治理之后，由于Y和X两座水库及堤防的作用，一般洪水得到了控制，不致成灾。
各地亦修建了一些小型水利工程，旱涝灾害已趋缓和。
据解放后40年统计和调查，各种自然灾害的情况如下：
旱灾：
在灌区内普遍存在，以春旱为主，秋旱次之，成灾率在50%～70%左右。
涝灾：
在靠近铁路的灌区西部一带，极少发生；中部地区涝灾较轻，成灾率在30%～50%之间；东部古河床、九里牌至四十里铺一线以东，涝灾较重，成灾率在40%～70%之间。
盐渍化：
灌区东部古河床、九里牌至四十里铺一线以东零星分布有一万亩轻盐渍土，表层土壤含盐量在0.2%～0.4%，作物减产10%。
1．4现有水利工程情况
在C河及F河修建的Y水库及X水库皆为防洪、灌溉、发电及水产等多目标综合利用水库，水库兴利调节按灌溉、发电要求计算，故水库下泄流量可以满足灌溉要求。
水库的水质良好，下泄之水无泥沙，水温适中，含盐量小于0.001%。
Y水库放水洞最低水位（干渠渠首设计水位）为68m。
灌区内机井较多。
1．5灌区开发要求
根据国民经济发展规划及流域规划，拟将本灌区建成旱涝保收，高产稳产的粮棉生产基地。
根据流域规划的统一安排，灌溉水源的分配方案是：
X水库提供F河以西以北的灌溉水源；Y水库提供M灌区的灌溉水源。
地下水主要供各地国有工业、乡镇企业用水、城镇居民生活及铁路以西高地的农业灌溉用水。
灌区内的机井主要供人畜饮用及零星菜地的灌溉，除特殊情况外，不用来灌溉大田。
灌区开发以灌溉为主，同时解决涝渍问题；对于盐碱化土壤采取改良排水措施，不考虑冲洗改良。
灌区附近山区盛产石料，C河河滩盛产砂料及卵石。
灌区内人口密度较大，劳力充足。
1.6灌区开发的必要性和可行性
一、必要性：
经全流域进行治理，由于X,Y二水库及堤防的作用，一般洪水得到了控制，不致成灾。
各地亦修建了一些小型的水利工程，据36年统计：
旱灾：
以春旱为主，秋旱次之，成灾率在50～70%左右。
涝灾：
多发生在七、八月，成灾率在40～60%左右。
盐碱化：
在古河床以南，40号镇以北零星分布有盐碱地月1.5万亩，其中0～20厘米土层含盐量0.2～0.4%，作物减产10%以下的盐碱地1.0万亩；含盐量在0.4～0.6%作物减产20%的盐碱地0.5万亩。
农业生产条件较差，目前温饱可能未能解决，但进行灌区开发后，改善了农业条件，能彻底解决温饱问题奔小康。
一、可行性研究
1.水源条件
F灌区提供灌区灌溉水源，水库兴利调节安灌溉发电要求计算，故水库下泄两辆可满足灌溉要求，水库水质良好，水温适中，食盐量极低。
2.自然地理条件
从地形地貌，土壤，水文，气象，水文地质条件来看，在该地区修建灌排系统是适宜的。
3.材料条件
灌区附近，山区盛产石料，C河河滩盛产砂料及卵石，故修建渠道及沟道的材料条件很符合。
4.交通条件Y水库的左岸下游有一铁路干线，交通十分方便。
5.经济条件铁路沿线主要是1、2、3、4号镇附近工业比较发达，有各类重、轻工业，资金雄厚，经济可行。
6.其它
灌区北有F河，东起D河，排水容泄可选在F、D二河，灌区内人口密度较大，劳力充足，电力供应充足。
灌区西部铁路附近水源丰富。
综上所述，将本灌区建成旱涝保收，高产稳产的粮棉生产基地是很有必要和可行的。
1.7灌溉排水设计依据的资料
1．灌溉制度设计资料
（1）典型年（中旱年）冬小麦灌溉制度设计资料。
冬小麦生育期从10月1日到次年6月16日。
根据试验资料分析，当冬小麦计划产量为300kg/亩时，相应的需水系数K=1.0m3/kg。
各生育阶段计划湿润层及需水模系数如表1。
土壤适宜含水率上限为田间持水率，下限为田间持水率的60%，播前灌（9月24日）以前天然土壤含水率为48%（占空隙体积%）。
由于计划湿润层增加而增加的土体，其土壤含水量按田间持水率的90%计。
设计降雨保证率采用75%，经分析设计年小麦生育期逐旬有效降雨量如表2。
地下水利用量从偏于安全考虑，可忽略不计。
在进行播前灌的情况下，播种时土壤含水率按田间持水率的90%计。
（2）典型年（中旱年）其它作物灌溉制度，可根据经验拟定，如表3所示。
2．灌水率设计资料
主要作物各次灌水的灌水延续时间大致如下（可供参考）。
小麦：
播前灌10～20昼夜，拔节后灌水10～15昼夜。
棉花：
苗期、花铃期灌8～12昼夜，吐絮期灌8～15昼夜。
玉米：
拔节抽穗期灌10～15昼夜，开花期灌10～13昼夜。
3．排水模数计算资料
按地区排模经验公式计算最大排模
设计暴雨采用10年一遇最大一日暴雨147mm。
从暴雨推求径流深R的方法，经计算，径流深R=50mm。
按平均排除法计算地面平均排模时，耐淹历时取一昼夜。
地下排模取0.03m3（s·km2）。
4．田间水利用系数，可取0.95
表设1冬小麦各生育阶段计划湿润层深度及需水模系数
生育阶段
起止日期
计划湿润层深度（m）
需水模系数的累积值（%）
幼苗期
分蘖期
越冬期
返青期
拔节期
抽穗开花期
乳熟期
黄熟期
10.1～11.5
11.6～12.5
12.6～3.1
3.2～4.10
4.11～5.1
5.2～5.17
5.18～6.4
6.5～6.16
0.6
0.6
0.6
0.6～0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
3.5
11.0
14.0
24.0
55.0
68.0
86.0
100.0
表设2典型年（中旱年）冬小麦生育期逐旬有效降雨量（单位：
mm）
月份
10
11
12
1
2
3
4
5
6
上旬
0.5
16.5
4.5
13.6
中旬
1.32
下旬
22.5
25.0
31.5
24.0
表设3典型年（中旱年）棉花、玉米的灌溉制度
作物名称
生育期
灌水次序
生育阶段
灌水中间日
灌水定额（m3亩）
棉花
4月10日～10月30日
1
播前
3月20日
60
2
现蕾期
6月25日
40
3
开花结铃期
7月13日
45
夏玉米
6月17日～9月15日
1
拔节期
7月2日
40
2
抽穗期
7月20日
40
3
灌浆期
8月8日
30
春玉米
4月15日～8月10日
1
冬灌（储水）
11月20日
60
2
拔节期
5月17日
45
3
抽穗期
6月24日
45
4
灌浆期
7月25日
45
二灌溉制度设计
2．1ET的计算
一、ET的确定
冬小麦生育期为10月1日至次年6月16日，根据试验资料分析，冬小麦计划产量为300公斤/亩时，相应的需水系数为1.0立方米/公斤。
作物总需水量的表达式为：
E=k·y-------------<2-1>
式中：
E——作物生育期内总需水量（m³/亩）
k——以产量为指标的需水系数，代表产量的需水量（m³/kg）
y——作物单位面积产量（kg/亩）
计算得：
E=300m³/亩
二、阶段累积值
按已知模比系数计算，公式如下：
Ei＝Ki·E----------------<2-2>
式中：
Ei——冬小麦各生育阶段需水量累积值（m³/亩）
Ki——冬小麦各生育阶段需水模数累积值（%）
E——全生育期内总需水量（m³/亩）
小麦生育期灌溉制度计算表
生育期
幼苗期
分蘖期
越冬期
返青期
拔节期
抽穗开花期
乳熟期
黄熟期
日期
10.1-11.5
11.6-12.5
12.6-3.1
3.2-4.10
4.11-5.1
5.2-5.17
5.18-6.4
6.5-6.16
需水模系数k（%）
3.5
7.5
3.0
10.0
31.0
13.0
18.0
14.0
Et
（m3/亩）
10.5
22.5
9.0
30.0
93.0
39.0
54.0
42.0
计划湿润层深度H（m）
0.6
0.6
0.6
0.6-0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
WT
（m3/亩）
0.0
0.0
0.0
37.2
0.0
0.0
0.0
0.0
Wmax
（m3/亩）
124
124
124
124—165.28
165.28
165.28
165.28
165.28
Wmin
（m3/亩）
74.4
74.4
74.4
74.4-—99.2
99.2
99.2
99.2
99.2
Et-WT-K
（m3/亩）
10.5
22.5
9.0
-7.2
93.0
39.0
54.0
42.0
计算结果见表2.1
表2.1
2.2冬小麦播前灌水定额计算
播前灌水的目的是使土壤含水率在播种时适宜出芽并适宜苗期的蒸腾蒸发需水时使最大计划湿润层内存储足够的水分，以使作物根系扎深后使用。
冬小麦播前灌水定额可按下式：
M1=667H·n·（θmax-θ0）----------------<2-3>
式中：
M1——播前灌水定额（m³/亩）
H——土壤计划湿润层深度（m）
n——土壤孔隙率（以占土壤体积%计）
θmax——土壤最大含水率（以占土壤孔隙体积%计）
取θmax=θ田持（田间持水率）
θ0——播前H土层的原始含水率
确定时，其中H的取值，应取全生育期的最大值，H=0.8m，以此多储些水量，以备后用。
由已知：
n=0.413θmax=θ田持=0.75θ0=0.48
所以：
M1=59.5m³/亩
2.3冬小麦灌溉制度确定
2.3.1有关资料
降雨资料，生育阶段的划分，计划湿润层深度，生育阶段的含水率的上、下限，初始含水率，地下水补给强度，需水资料。
2.3.2作计算表分析冬小麦灌溉制度
一、适宜含水率上下限确定
采用公式：
Wmax=667H·n·θmax
Wmin=667H·n·θmax
式中：
Wmax——计划湿润层允许最大含水率（m³/亩）
Wmin——计划湿润层允许最小含水率（m³/亩）
θmax=θ田持θmin=0.6·θ田持
H,n同前
计算结果见表2.1
二、有效降雨量确定
有效降雨量是指被作物利用的降雨量。
所以，小于3mm的降水量和生育期外的有效降水不计，并且单位由mm转化为m³/亩
结果见附表一
三、地下水补给量计算
地下水补给量是指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而被作物吸收利用的水量，为偏于安全，忽略不计。
四、确定计划湿润层加深而增加的水量
用WT表示计划湿润层加深而增加的水量（m³/亩）
采用公式：
WT=667（H末-H初）·n·（0.9θmax）------<2-4>
式中：
H末——计划时段末计划湿润层深度（m）
H初——计划时段初计划湿润层深度（m）
0.9——认为水分消耗10%，土壤含水率为田间持水率的90%
n=0.413θmax=0.75
WT=37.2m³/亩
五、作图起点W。
的确定:
W。
即播前土壤含水量：
W。
=667H·n·（0.9θmax）
式中：
W。
——计划湿润层实际含水量（m³/亩）
H——取实际值H=0.3m
n=0.413
θmax=0.75
W。
=111.57m³/亩
六、灌溉制度的确定
通过水量平衡方程式确定生育期内的灌溉制度
公式：
Wt-W。
=WT+P。
+K+M–ET———————————（2—5）
W。
Wt——分别为时段初和任一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量
WT——由于计划湿润层增加而增加的水量，如计划湿润层在时段内无变化则无此项
P。
——保存在土壤计划湿润层内的有效水量
K——时段t内的地下水补给量，即K=kt，k为t时段内平均每昼夜地下水补给量
M——时段t内的灌溉水量
ET——时段t内的作物田间需水量，则ET=et，e为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量
冬小麦灌溉制度计算见附表一
七、校核
公式：
M计=ET+Wt-P。
-W。
-WT=180m³/亩——————（2—6）
M图=M计=180m³/亩
│M计-M图│
━━━━━━━=4.6%〈5%符合精度要求
M图
2.3．3各种作物灌溉制度
各作物的灌溉制度表
作物
生育期
灌水次数
生育阶段
灌水定额（m3/亩）
灌水中间日
灌溉定额（m3/亩）
小麦
10.1-6.16
1
播前
60
9月30日
240
2
拔节期
50
4月18日
3
拔节期
50
4月30日
4
抽穗开花期
50
5月22日
5
黄熟期
30
6月15日
棉花
4.10-10.30
1
播前
60
3月20日
145
2
现蕾期
40
6月25日
3
开花结铃期
45
7月13日
夏玉米
6.17-9.15
1
拔节期
40
7月2日
110
2
抽穗期
40
7月20日
3
灌浆期
30
8月8日
春玉米
4.15-8.10
1
冬灌（储水）
60
11月20日
195
2
拔节期
45
5月17日
3
抽穗期
45
6月24日
4
灌浆期
45
7月25日
三灌水率计算
3．1初定灌水率图
一、已知条件
1、作物种植比：
小麦0.60，夏玉米0.60，棉花0.20，春玉米0.20
2、主要作物关税延续时间大致如下：
小麦播前灌10—20昼夜，拔节后灌水10—15昼夜
棉花花期、花铃期8—12昼夜，吐絮期8—15昼夜
玉米拔节抽穗期10—15昼夜，开花期8—13昼夜
3、灌水中间日：
冬小麦播前灌的关税中间日凭经验取值为9.25，其他次的灌水中间日图解确定
二、初定灌水率图计算与绘制
1、计算：
公式如下：
qT=αimi/（8.64T）————————————（3—1）
式中：
αi——作物种植比
mi——各次灌水定额（m³/亩）
T——各次灌水延续天数（d）
计算各种作物的各生育阶段每次灌水的灌水率表3.1
表3.1
修正前的灌水率计算表
作物
种植面积百分比（％）
灌水次数
灌水定额（m3/亩）
修正前灌水时间
灌水连续天数（d）
灌水率（m3/（s*万亩））
起
止
中间日
小麦
60
1
60
9月24日
10月5日
9月30日
12
0.35
2
50
4月12日
4月23日
4月18日
12
0.29
3
50
4月24日
5月5日
4月30日
12
0.29
4
50
5月16日
5月27日
5月22日
12
0.29
5
30
6月9日
6月20日
6月15日
12
0.17
棉花
20
1
60
3月17日
3月24日
3月20日
8
0.17
2
40
6月24日
6月27日
6月25日
4
0.23
3
45
7月11日
7月17日
7月13日
8
0.13
夏玉米
60
1
40
6月27日
7月6日
7月2日
10
0.28
2
40
7月18日
7月21日
7月20日
10
0.28
3
30
8月4日
8月13日
8月8日
10
0.21
春玉米
20
1
60
11月16日
11月23日
11月20日
8
0.17
2
45
5月14日
5月21日
5月17日
8
0.13
3
45
6月21日
6月28日
6月24日
8
0.13
4
45
7月22日
7月29日
7月25日
8
0.13
3．2修正灌水率图
从图可见，各时期的灌水率大小相差悬殊。
渠道输水断断续续，不利于管理，如以其中最大的灌水率计算渠道流量，势必偏大不经济。
因此必须对初步算得的灌水率图进行必要的修正，尽可能消除灌水率高峰和短期停水现象。
1.修正灌水率图的原则
在不影响作物需水要求的前提下：
1.尽量不改变主要作物关键用水期的各次灌水时间。
2.若必须移动，以往前移为主，前后移动不超过三天。
3.灌水率图应均匀，连续，消除短期停水。
4.最小灌水率应大于等于0.4倍的设计灌水率。
2.确定修正后的灌水率
修正后灌水率见表3.2
表3.2
修正后的灌水率计算表
作物
种植面积百分比（％）
灌水次数
灌水定额（m3/亩）
修正后灌水时间
灌水连续天数（d）
灌水率（m3/（s*万亩））
起
止
中间日
小麦
60
1
60
9月24日
10月5日
9月30日
12
0.35
2
50
4月12日
4月23日
4月18日
12
0.29
3
50
4月24日
5月5日
4月30日
12
0.29
4
50
5月18日
5月29日
5月22日
12
0.29
5
30
6月9日
6月20日
6月15日
12
0.17
棉花
20
1
60
3月17日
3月24日
3月20日
8
0.17
2
40
6月23日
6月27日
6月25日
5
0.19
3
45
7月11日
7月17日
7月14日
7
0.15
夏玉米
60
1
40
6月27日
7月6日
7月2日
10
0.28
2
40
7月18日
7月21日
7月20日
10
0.28
3
30
8月4日
8月13日
8月8日
10
0.21
春玉米
20
1
60
11月16日
11月23日
11月20日
8
0.17
2
45
5月12日
5月17日
5月17日
6
0.17
3
45
6月21日
6月27日
6月24日
7
0.15
4
45
7月22日
7月28日
7月25日
7
0.15
修正后的灌水率图见图3.1
图3.1
3．3设计灌水率确定
一、原则
取延续天数大于20天的最大灌水率值，河北省经验值旱作物0.3m³/（s·万亩）左右。
二、取值
q设计=0.35m³/（s·万亩）
四排水沟设计
4．1排水标准
排涝标准为十年一遇
4．2排水模数确定
4．2．1地面水排水模数
地区排模公式：
qmax=0.04R0.92F-0.33————————————（4—1）
点面关系折算系数如下：
点面关系折算系数表
面积（km2）
100
300
500
1000
折算系数
1
0.985
0.976
0.957
设计暴雨采用十年一遇最大一日暴雨147毫米。
点面关系折算系数取1.0，前期影响量按永定河一南经验公式计
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