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。
返回
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
100
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
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。
返回
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
100
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
