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1、第五章 灌溉渠道系统规划设计(一)第一节:灌区总体规划概述 灌区组成:1水源 2输、配水系统 3排水系统 4灌排建筑物 5承泄区灌排系统一、灌区总体规划的原则 根据灌区农业生产的特点、布局和发展要求以及灌溉水源的可供 水量进行灌溉工程的总体规划: 1、力求单位水量达到最大效益; 2、兼顾防洪、除涝、排渍、水电、航运和工业、城市供水等各 方面的要求。切实做到旱、 涝、碱综合治理; 3、区域水土资源平衡和效益分析的基础上,选定适宜的灌溉工 程方案。 4、灌区水资源的开发利用应在符合全流域水利规划和保护生态 环境原则的基础上,根据当地具体条件分别采取地表水、地下 水并用;大、中、小并重,蓄、引、排相
2、结合;渠、沟、井、 塘、库联合运用以及其它合理的方式,充分利用当地水资源( 包括回归水),提高水的利用率。 5、全面安排,分期实施,统筹兼顾,综合开发,因地制宜,保 证实效二、灌区总体规划内容灌区总体布置应根据旱、涝、洪、渍、碱综合治理和水土资源 合理利用的原则,对灌区水源工程、灌排渠系、灌排建筑物 、承泄区、道路、林带、居民点、输电线路、通信线路、管 理设施等进行合理布置,绘制灌区总体布置图。 1.灌区防洪规划 灌区防洪工程是灌区总体布置的重要组成部分。灌区应按照蓄 泄兼筹和因地制宜的原则,选定防洪标准,做好防洪工程设 计,并将防洪工程纳入灌区的总体布置。 2.灌排渠系规划 灌溉系统和排水系
3、统的布置应协调一致,满足灌溉和排涝要求 ,有效地控制地下水位,防止土壤盐碱化或沼泽化。 3.灌溉方式确定 适宜的灌溉方式不仅可以保证田间灌水均匀,而且可以节约用 水,有利于保持土壤结构和肥力。正确选用灌溉方式是进行 合理灌溉,保证作物高产的重要环节。各种灌溉方式都有一 定的适用范围,应区分不同的情况合理选定。4.灌区道路、林带与居民点的规划布置 灌区道路的规划布置应尽量与灌排系统的布置相协调,与田间 工程的规划布置相一致; 灌区林带的规划布置,应充分利用 渠、沟外坡、塘边、路旁的一切空地种植树木,绿化环境, 但不应在渠、沟内坡上植树;灌区居民点的规划布置,应服 从灌区总体规划要求,选择在地基坚
4、实、地势较高,水源条 件较好和交通方便的地点,居民点宜按原有的自然村进行改 建。灌区的输电线路和通信线路选线布置应符合灌区总体布 置的需要三、水土资源平衡及环境影响与经济评价1.水土资源平衡(balance of soil and water resources)灌区水土资源平衡分析应根据水资源评价成果、土地利用结构 、作物种植结构、灌溉制度、灌溉用水量、灌区内城乡和工 矿企业用水量等进行综合分析和方案比较,择优选用,并以 此确定灌排工程规模;井渠结合灌区引用地表水和开采地下 水的比例,应符合水土资源平衡要求并满足地下水动态平衡 和防治土壤盐碱化、沼泽化的要求。2.环境影响评价(environ
5、mental evaluation)从环境角度论证灌排工程建设的可行性,并对可能产生的不利 影响提出相应的对策及环境保护措施。3.经济评价(economic evaluation)灌排工程的经济评价应包括国民经济评价和财务评价。 国民经济评价应在估算灌区工程投资费用和效益的基础 上,提出经济评价指标计算成果,评价工程的合理性 。 财务评价应在估算财务投资、年运行费用和财务效益的 基础上,提出财务评价指标计算成果,测算财务盈利 能力和还贷能力,评价工程项目财务可行性;并根据 国家的农业水费政策,进行水费核算,提出水费计收 的管理办法。四、灌溉设计标准(irrigation designing c
6、riteria)灌溉设计标准以灌溉设计保证率或抗旱天数进行设计。 1.灌溉设计保证率(dependability of irrigation designing) 灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得到充 分满足的机率,一般用设计灌溉用水量全部获得满足的年 数占计算总年数的百分率表示。即设水源供给灌溉用水的 数量大于或等于灌区灌溉用水量的年份为m年,计算系列 的总年数为n,灌溉保证率可用下列公式计算:一般灌溉工程是根据当地水文条件和作物种植状况拟定。作物的需水主要有两部分来 源,一是降雨,二是灌溉。即:ET设=w引设+p雨设在一定的需水量情况下,灌 溉引水与降雨是互为消长的,即 降
7、雨越多,引水就越少。在设计灌溉保证率一定的情 况下,引水的多少就取决于降雨 的多少,而降雨的多少是与设计 降雨的频率有关,频率越高,对 应的降雨量越小,需要引水就越 多。在工程规模确定以后,设计 引水能力就一定,此时的灌溉保 证率就等于设计降雨频率。因此 ,设计灌溉保证率可按设计降雨 频率确定。灌溉保证率与引水量、降雨频率的关系保证率越高,需引用的水越多,工程量越大 。P雨pET设= w引设+p雨设w引设1p雨设1P设1P设2w引设2p雨设2灌溉设计保证率标准参考值灌水方法地区作物种类灌溉设计保证率%地 面 灌 溉干旱地区 或水资源紧缺地区以旱作为主50-75以水稻为主70-80半干旱、半湿润
8、地区 或水资源不稳定地区以旱作为主70-80以水稻为主75-80湿润地区 或水资源丰富地区以旱作为主75-80以水稻为主80-95喷灌、微灌各类地区各类作物85-952.抗旱天数(days of drought resistance)抗旱天数是中国灌溉工程设计标准的表达方式之一,它反映 了灌溉工程的抗旱能力。抗旱天数是指农作物生长期间 遇到连续干旱时,灌溉设施能确保用水要求的天数。这 种灌溉工程设计标 准适用于我国南方丘陵水稻区以当 地水源为主的小型灌区。 以抗旱天数为标准设计灌溉工程时,旱作物和单季稻灌区抗 旱天数可为30-50d,双季稻灌区抗旱天数可为5070d 。 抗旱天数有两种不同的统
9、计方法:一是指连续无雨日数,有 些省规定日雨量小于2mm或3mm为无雨日,有的省则以 日降雨量小于5mm为无雨日;二是指连续无透雨日数, 即两次透雨的间隔日数。第二节、水源与灌溉取水方式灌溉取水方式,随水 源类型、水位和水量 的状况而定。利用地 面径流灌溉,可以有 各种不同的取水方式 ,如无坝引水、有坝 引水、抽水取水、水 库取水等;利用地下 水灌溉,则需打井或 修建其它集水工程(一) 无坝引水应用条件:河流流量、水位均满足灌区取 水要求;即:Q130%Q0;H1H0Q1、H1分别为渠首取水流量和设计水位; Q0、H0分别为河流流量和水位。一、地表水取水方式组成:进水闸、冲沙闸、导流堤导流堤进
10、水闸冲沙闸有坝引水枢纽主要由拦河坝(闸)、进水闸、冲沙闸 及防洪堤等建筑物组成。(二) 有坝(低坝)引水 都江堰工程示意图(三) 抽水取水(四) 水库取水 由于不同地区地质、地貌和水文地质条件不同,地下水开采 利用的方式和取水建筑物的形式也不相同。根据不同的开 采条件,大致可分为垂直取水建筑物、水平取水建筑物和 双向取水建筑物三大类。二、地下水取水建筑物 (一) 垂直取水建筑物 1.管井管井既可以开采 承压水,也可以 开采浅层水。 井径多取200- 300mm,也有 300-500mm 的 管井。 井深为50-200m 。2.筒井筒井多用于开 采浅层水,其 深度为6-50m, 井经为1-2m,
11、 也有3-4m的井 经。(二) 水平采水工程1.坎儿井2. 截潜流工程(三) 双向取水建筑物辐射井第三节:灌溉渠道系统的规划布置一、灌溉渠系的组成灌溉系统是从水源取水并将其输送、分 配到田间的工程设施。一个完整的灌 溉系统主要包括渠首取水建筑物、各 级输水和配水渠道、渠系建筑物和田 间渠系工程。本节主要介绍灌溉渠道的规划布置,排水工程在其它部分介绍, 这里只是涉及到时讲一下。1、输、配水渠道系统渠系一般分干、支、斗 、农四级固定渠道, 灌区复杂时可加分为 总干、分干、分支等 ,灌区较小时也可少 于四级。 干渠主要是起输水作用 ,支、斗渠主要分配 给用户水量,起配水 作用,农渠是最末一 级固定渠
12、道2、田间工程农渠以下的毛渠、灌水 沟、畦,分水口及量 水设施等均属田间工 程,主要发挥调节农 田水分状况的作用。 排水系统、田间道路、 土地平整等也是田间 工程。3、灌溉渠系建筑物分水闸:在上下级渠道之 间,控制和调节向下 级渠道配水。 节制闸:建在渠道上,用 于抬高上游水位作用 。 泄水闸:在重要渠段上游 设置泄水闸,与节制闸 配合使用,排出多余水 量。 渡槽:用于渠道穿越河沟 、道路,或填方工程 太大的地段。跌水、陡坡:当渠道坡度较 大时,为防止冲刷,把渠 道分成两段设计,中间的 衔接建筑物为陡坡或跌水 。跌差较小时用跌水,较 大时用陡坡。 倒虹吸:渠道通过道路或河 沟,渠底低于路面,用
13、压 力管道代替渠道即为倒虹 吸。 涵洞:渠道通过道路,流量 小,水位低于路面,用管 道代替渠道穿越道路。 桥梁:渠道与道路交叉,水 面低于道路,流量较大时 采用桥梁交叉。无压力管道有压力管道巴谢尔槽 :量水堰:量水建筑物二、灌溉渠道规划布置原则根据地形、地质、水源及原有设施,遵循以下原则: (1)充分利用水土资源:扩大灌溉面积、自流灌溉 (2)由土地利用规划和农业区划紧密结合,适当照顾行 政区划:可将灌区划分若干分区,并分区规划;与公路 、机耕道、林带等统一规划,全面安排。 (3)与灌区排水沟布置结合,统一布局:灌排分开,各 成系统,互不干扰;渠系布置不切断排水出路,尽量不 打乱原有天然排水系
14、统,平原区渠道布置往往要服从排 水沟的布置。 (4)尽量使总的工程量和工程费用最小:为此,要对骨 干渠道和规模较大的渠系建筑物进行必要的方案比较, 从中选优。(5)确保渠道安全可靠:尽量选择地质条件好地方 布线;在山区,渠道尽量不沿河溪修建,以免洪冲 毁;在骨干渠道上修建必要的泄洪闸,防止渠道发 生溢流造成渠道毁坏。 (6)干、支渠道的布置应注意发挥原有的水利设施 的作用。山区可以建立蓄、引、提结合的水利系统 ;干旱、半干旱平原区可发展井渠结合灌溉系统。 (7)要考虑综合利用,尽量满足其它国民经济部门 的要求:航运、居民供水、发电等。三、干、支渠的规划布置 灌排系统的典型布置形式按照地形条件,
15、灌区大致可分为三种类型:山区、丘陵区型灌区 平原型灌区 圩垸型(滩地、三角洲)灌区1、山区、丘陵区型灌区特点:地形复杂、岗冲交错、起伏剧烈、坡度较陡;耕地多为 坡地或梯田,分布分散,高程较高,须从上游长距离引水灌 溉;渠道弯曲、渠线较长,比降平缓,挖填方多,受地形影 响大、工程量大,稳定性差,渗漏严重,多与山塘相连,形 成长藤结瓜式的水利系统。遵循原则:高水高用低水低用典型模式:长藤结瓜(1)沿等高线布置干渠沿灌区上部的 边缘布置,支渠从干渠 的一侧引出,为单向控制 。这种布置形式的地 形条件,一般位于分水 岭和山溪或河流之间, 呈狭长形,地面等高线 大致与河流方向平行, 灌区内的山溪、河流常
16、 用作排水干、支沟道平行等高线布置(2)沿分水岭布置干渠沿灌区内的主要 地面岗脊线布置,走 向大致与等高线垂直 ,干渠比降视地面坡 度而定。 支渠从干渠两侧分出 ,为双向控制。沿分水岭布置2、平原型灌区特点:多位于河流的中、下游,地形平坦开 阔,有大片的耕地,但因地理条件和洪、 涝、旱、渍、碱等不同而有不同的灌排布 置形式。(1)山前平原型(山 麓平原):靠近山麓、 地势较高、排水较好, 渍涝威胁小,干旱突出 。地面水源较好时尽量 发展地面灌溉,地下水 源较好时,也可发展井 灌,实行井渠结合。在 地下水源有保障,不需 要沟渠蓄水时,可进行 灌、排分开的自流灌排 。模式: 井渠结合 自流灌排平行等高线布置(2)冲积平原型:地面 坡度平缓,地下水位较 高,涝碱威胁较大,如 华北、淮北平原。在水 源条件好地地区,采用 灌排分开布置,为防止 盐碱化,利用排水沟降 低地下水位;在水源较 差地区,可利用渠道进 行蓄水备用,并利用好 潜层地下水,发展井渠 结合灌溉系统。也可适 当引用外来水。模式: 深沟蓄排 井渠结合垂直等高线布置3、圩垸型(滩地、三角洲)灌区分布在沿江沿湖滩地和三