第三节 灌溉渠道流量推算
一、渠道流量概述
1、设计流量
?在灌溉设计标准下为满足灌溉要求而要求的最大流量
?设计流量是渠道的毛流量
?是确定渠道断面和建筑物尺寸的主要依据。
2、最小流量
? 设计标准下,渠道发生的最小流量
? 出现最下灌水定额时发生;
? 用于水位校核和节制闸位置确定
? 发生最小流量时,如果下级渠道最小流量时水位低于
上级渠道水位,不需要节制闸,否则需要节制闸抬高
水位保证下游正常取水。
? 当最小流量过小时,可通过缩短灌水延续时间的方法
增加之。
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3、加大流量
? 考虑其他因素可能出现的附加流量而将设计
流量适当扩大
? 灌溉面积扩大
? 种植结构调整
? 降雨径流
? 用于渠道堤定高程确定
返回
二、渠道水量损失
? 1、水量损失的原因
?渠床渗漏
?闸门漏水
?渠道退水
?蒸发损失
?人为因素
2、影响水量损失的因素
? 工程质量
? 渠道土质,衬砌材料
? 管理水平
? 我国 0.5左右,每年渗漏水量约 2 000亿 m 3 。
? 节水规范:大型灌区不应低于 0.55;中型灌区不应
低于 0.65;小型灌区不应低于 0.75;井灌区采用渠
道防渗不应低于 0.9,采用管道输水不应低于 0.95。
? 国外先进国家可达到 0.7- 0.8以上
3、水量损失计算
m
nQ
A
1 0 0
??
A-土壤透水系数
m-透水指数
Qn-渠道净流量
? 渠道流量越大,损失比例越小
? 集中轮灌的依据。
? 若考虑地下水顶托或渠道防渗时,需乘修正系数或折
减系数。
渠道毛流量计算
? Q毛 = Q净 + Q损
? Q损 = σ × L× Q净
? 渠道的设计流量是渠道的毛流量。
4、利用经验系数估算输水损失
? 1)渠道水利用系数
?η c=Qn/Qg
? C-channal,g-gross,n-net
? 反映一条渠道的损失情况,或同一级渠道的平
均损失情况
? 2)渠系水利用系数
?η s=η 干 × η 支
? 反映灌溉渠系的损失情况
? 3)田间水利用系数
? 灌入田间的有效水量与末端固定渠道放水量之比。
? 与灌水方法和田间工程状况有关;
? 是反映灌水技术水平的重要指标;
? η f=A*m/W净
? 4)灌溉水利用系数
?η 水= η f× η s
三、渠道工作制度
? 1、续灌
? 在一次灌水延续时间内,渠道连续输水
?干渠、支渠多采用续灌
? 优点,
?可以使得用水单位受益均匀
?避免水量过于集中,减少渠道规模,便于组织生产
2、轮灌
? 同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流供水
? 一般用于斗渠和农渠
? 在发生最小流量时(支渠流量较小时),支渠可能轮灌
? 优点
? 缩短渠道的输水时间,水量集中,减少水量损失
? 田间渠道流量大,利于提高灌水效率和灌水效果
? 缺点
? 渠道流量大,工程量大
? 影响渠道的均衡受益
四、渠道设计流量推算
? 1.轮灌渠道 ;流量推算
? 1)根据轮灌组划分,自上而下确定 末级续灌
渠道 的田间净流量 (不计水量损失需要的流
量 )
? A:末级续灌渠道 一般为支渠
? Q支田净 =A支 × q设
? B:确定支渠控制的每条农渠的田间净流量
?轮灌中只有部分农渠同时供水
? Q农田净= Q支田净 /( n× K)
? C:自下而上推算各级渠道的设计流量
?渠道的净流量等于其控制的同时灌溉的下级渠道的
毛流量之和
?该渠道的设计流量=净流量+渠道损失水量
?损失水量可用经验公式计算,亦可利用经验系数估
算,得到各级渠道的渠道水利用系数。
D:对于支渠较多的灌区,可选
典型支渠进行计算其支渠水利用
系数,作为扩大指标,求其他支
渠的设计流量
Q支渠 = A× q/n支水
2、续灌渠道设计流量推算
? 续灌渠道流量可由下级渠道毛流量自下而
上推算
? 一般采用经验公式计算水量损失
? 续灌渠道由于各渠段流量差异较大,一般
采用变断面形式。
? 设计举例,P103
渠道流量推算举例 P104
? 1。计算典型支渠以下斗、农渠设计流量
? A 支渠田间净流量 0.864
? B 农渠田间净流量和农渠净流量
? C 农渠毛流量
? D 斗渠净流量和毛流量
? 2。 典型支渠净流量和毛流量
? 设计净流量
? 计算长度
3、典型支渠的灌溉水利用系数
? n支,水 = Q支田净流 /Q支毛
? n支,水 = n支 × nd斗 × n农,水 × n田
? 4、计算其他支渠的设计流量
? 5、计算干渠的设计流量
? 各渠段设计流量不同,断面亦应有变化
五、渠道最小流量和加大流量
? 1、最小流量
? 以设计灌水率图中最小的灌水模数确定
? 计算方法系统
? 2、加大流量
? Qj=J× Qd
第四节 渠道纵横断面设计
? 渠道纵横断面设计,除满足输水、配水要
求外,还应满足渠床稳定要求。
? 纵向稳定:通过控制渠道底坡实现
? 平面稳定:控制宽深比
? 一、设计原理,
? 采用明渠均匀流公式
二、梯形渠道设计方法
? 设计要求:工程量小
? A:流量一定时,过水断面最小(挖方量小)
? B:过水断面一定时,通过流量最大。
? 若考虑衬砌费用,应为湿周最小。
? 思考:填方渠道时,最优断面是否工程量最小?
? 最佳断面
?满足 A,B条件的横断面
? 渠道的纵横断面设计不是相互独立的,而是互相
联系的。
(一)梯形渠道设计参数确定
? 1、渠道比降 i
? 尽量使 i与地面坡度一致
? 满足渠床稳定要求
? 小于不冲流速
? 大于不淤流速:多泥沙河流不许考虑。
? 随着渠道设计流量的减少,底坡逐渐增加
? 干渠、支渠较缓,斗渠、农渠陡
? 抽水灌区和平原灌区,渠道底坡宜缓
? 扩大灌溉面积
? 减少提水成本
? 南水北调平坡渠道、河套灌区
2、渠床的糙率系数 n
? 1)影响因素
? 衬砌材料
? 施工质量
? 是否有杂草等
? 2)选择不当可能产生的后果
? A, n偏大
? B,n偏小
3、渠道边坡系数 m
? 边坡水平投影 /垂直投影
? 与渠道土质、深度有关
? 大型渠道需要进行边坡稳定性分析后确定
? 滑坡
? 渗透压力破坏
4、宽深比 α
? 渠道底宽与设计水深之比
? 选择时考虑因素
?A工程量小
?大型渠道一般不用最优断面
?B 断面稳定
?满足不冲、不淤要求
?C 通航、养殖等其他要求。
5、不冲和不淤流速
? 1)不冲流速
? 稳定渠道允许的最大平均流速,称为不冲流速
? 与渠床土壤质地、水流含沙量等有关
? 由试验确定或经验公式估算
? V= KQ0.1
? 2)不淤流速
? 渠道挟沙能力随流速减小而降低,当流速达到一
定程度时,泥沙开始沉积。泥沙将沉而未沉时的
流速为临界不淤流速。
(二)渠道水力计算
? 1、确定渠道设计参数
? 设计流量 Q,底坡 i,边坡 m、糙率 n
? 不冲、不淤流速 Vcs,Vcd
? 2、选择底宽 b,确定水深 h
? 3、进行流速校核
? 4、如果流速不满足稳定要求,重复 2步骤
渠道设计方法的改进
? 1、试算法
? 从小到大试算水深,直至水深所对应的流量等于设计流量
? REAL M,N,I,B,X,R,h
? READ(*,*) M,N,I,B,Q
? DO 100 H=0.05,10,0.01
? A0=(B+M*H)*H
? X=B+2*SQRT(1+M*M)*H
? R=A0/X
? Q0=A0*R**(2/3.0)*SQRT(I)/N
? E= ABS(Q0-Q)/Q0
? IF(E.LE.0.001) GOTO 200
? 100 CONTINUE
? WRITE(*,*) ‘H=’,H
? END
2、迭代公式(梯形渠道)
1
5/22
1
10/3
5/3
2
)12()(
mhb
mhb
i
nQ
h
?
??
??
迭代法程序
? REAL M,N,I,B,A,X,R,C,h
? WRITE(*,*)’INPU M,N,I,B,Q IN ORDER’
? READ(*,*) M,N,I,B,Q
? E=0.1
? H1=0.5
? K=0
? A=(Q*N)**0.6/I**0.3
? C=2*SQRT(1+M*M)
? 100 IF(E.GT.0.01) THEN
? H2=A*(B+C*H1)**0.4/(B+M*H1)
? E=ABS(H2-H1)/H1
? H1=H2
? K=K+1
? GOTO 100
? ENDIF
? WRITE(*,*) ‘H=’,H2
? WRITE(*,*) ‘K=’,K
? END
(三)渠道过水断面以上部分设计
? 1、渠道加大水深
? 通过加大流量时的水深
? 渠道底宽已经确定。
? 2、安全超高
? 防止风浪引起的漫溢而在加大水位以上的超高
? △ H= 0.25hj+0.2
? 3、渠道堤顶宽度
? 方便管理
? 满足交通要求,按照道路设计
? 生产道、田间道、支道
三、渠道横断面结构
? 1、挖方渠道
? 坡面防护(水土保持)
? 深挖渠道采用复式断面
?便于施工、汇流
2、填方渠道
? 填方渠道稳定性差
? 预留沉降量
? 排水降低浸润线
3、半填、半挖渠道
? 可以充分利用弃土,减少运输和水土流失,是最佳形
式;
? 挖方量要考虑一定的沉降预留量( 10~ 30%)
四、渠道纵断面设计
? (一)设计目的
? 满足流量要求(和横断面设计结合,i选择)
? 满足水位控制要求
?根据灌溉要求确定渠道空间位置
? (二)设计任务
? 确定不同桩号的设计水位、最小水位和渠顶、渠底线、
地面线;
? 根据堤顶和地面线位置确定渠道位置选择是否合适
?若渠道多为填方或填方过高,则可能是渠道位置选择过低,或者
渠道底坡过大;
? 确定渠道建筑物的位置
?根据上下游水位确定是否需要建筑物;如水闸、迭水、渡槽等等
(三)设计步骤
? 1、渠道水位推算
? 水位要求:满足支流灌溉
? 控制点 A0确定的原则,
?渠道缓于地面,渠道进水口最难灌,取渠首处高程
?渠道陡于地面,渠道末端最难灌溉,取渠尾部高程
2、纵断面图绘制(简)
? 内容:五条线、建筑物、水头损失。
? 步骤,
? 1、地面高程线
? 2、建筑物位置和符号
? 3、设计水位线
? 4、渠底线(平行设计水位线减去设计水深)
? 5、最小水位线(渠底+最小水深)
? 6、堤顶线(渠底线+加大水深+超高)
? 7、桩号和高程
3、水位衔接
? ( 1)同级渠道不同渠段水位衔接
? A 上下段渠道流量差别不大时,调整渠道宽深比,使其
水深一致。
? 可以同时调整,或调整下级渠道;
? 减小底宽、底坡均可增加下游水深。
? B 上段渠道水位足够时,以下游渠段确定上级渠道渠底。
? 确定下段渠道渠底和水深,下段渠道与上段渠底平齐(较少)
? C上游渠道水位较低无法抬高时,需要抬高下游渠底
(不超过 15-20cm)
( 2)建筑物前后水位衔接
? A较短的建筑物(图中是点)可将局部水头和
沿程水头损失一并考虑,在建筑物中心位置集
中扣除
? B 建筑物较长(图中标注长度),在其进出口
和长度方向上扣除局部和沿程损失(图)
? C跌水可用垂线连接
( 3)上下级渠道水位衔接
? A、以设计水位为准,上级渠道水位高于下
级渠道;
? 上级渠道设计水深高于下级渠道设计水深,满足支流
要求;
? 若发生最小流量,相应水位可能无法满足支流引水要
求,需要节制闸
? B 以下级渠道最小水位为准,抬高上级渠道
最小水位;多余水头采用进水闸消除。
?抬高渠首水位
?减小渠道底坡
第五节 渠道防渗
? 一、渠道防渗的意义
? (一)优点
? 1、节水、节能,降低成本
? 2、提高输水速度
? 3、减少维护费用(淤积少、稳定、杂草少)
? 4、控制盐碱化
? (二)缺点
? 1、减少地下水补给
? 2、破坏生物多样性(水生动植物减少)
? 3、破坏环境(自净能力降低)
二、防渗措施
? 1、土料防渗
? 2、混凝土防渗(最常用形式)
? 3、砌石
? 4、砖砌
? 5、沥青(伸缩性,天荒坪蓄能电站用)
? 6、塑料等
三,U型混凝土渠道
? 1、形式,
? 下部半园,上部为稍微向外倾斜的直线段
? 2、优点
? 接近最优断面,输水输沙能力强,用才少;
? 整体性好,抗冻胀破坏能力强;
? 3、设计
? 求圆弧半径和设计水深
? 采用 P131公式