马清河灌区灌溉系统规划设计

1 基本资料

1.1 概况

灌区位于界荣山以南，马清河以北，总面积（20m 等高线以下的）约 12 万亩。气候温和，无霜期长，适宜于农作物生长。年平均气温 16.5℃，多年平均蒸发量 1065mm，多年平均降水量 1112mm，马清河灌区地形图见附图 1。

灌区人口总数约 8 万，劳动力 1.9 万。申溪以西属兴隆乡，以东属大胜乡。根据农业规划，界荣山上以林、牧、副业为主，马头山以林为主，20m 等高线以下则以大田作物为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。

灌区上游土质属中壤，下游龙尾河一带属轻砂壤土。地下水埋深一般为 4～5m，土壤及地下水的 pH 值属中性，无盐碱化威胁。

界荣山、龙尾山等属土质丘陵，表土属中粘壤土，地表 5～6m 以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪均有岩石露头，马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表。吴家沟等沟溪纵坡较大，下切较深，一般为 7～8m，上游宽 50～60m，下游宽 70～90m，遇暴雨时易暴发洪水，近年来已在各沟、溪上游修建多处小型水库，山洪已基本得到控制，对灌区无威胁。

马清河灌区为马清河流域规划的组成部分。根据规划要求，已在兴隆峪上游 20km 处（图外）建大型水库一座，坝顶高程 50.2m，正常水位 43.0m，兴利库容 1.2×108m3，总库容 2.3×108m3。马清河灌区拟引取水库水发电尾水进行灌溉。 A - A 断面处河底高程 30m，砂、卵石覆盖层厚 2.5m，下为基岩，河道比降 1/150，河底宽 82m，河面宽 120m； A - A 断面下游河道水位 42.0m，距 A - A 断面 5km 范围内水面比降为 1/150。水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完全满足灌区用水要求。

1.2 设计灌水率

由前期的分析计算得到该灌区的设计灌水率为：第一组（指设计小组，下同） q=0.9(m3/s)/万亩；第二组 q=1.05(m3/s)/万亩；第三组 q=1.15(m3/s)/万亩；第四组q=1.25(m3/s)/万亩；耕地率为 80%。

2 设计任务

2.1 设计内容

（1）论证灌区开发的必要性和可行性。

（2）确定渠首工程位置及形式，布置排灌渠系及主要渠系建筑物。

（3）推算支渠分水口水位及干渠水位，计算各支渠及干渠流量。

（5）设计典型农渠、典型斗渠横断面、各支渠横断面、干渠纵横断面。

2.2 提交成果

（1）设计说明书 15～25 页。要求说明设计的步骤、依据的理论、采用的公式或方法，必要时将计算成果列入表格。

（2）设计图纸两张，分别为灌溉系统规划布置图、干渠纵横断面图、支渠横断面图。

3 设计步骤

1. 基本情况及灌区开发缘由

（1）基本情况。根据提供的基本资料，简要介绍灌区的的基本情况。

（2）灌区开发的必要性和可行性。根据农业生产发展要求、水源及地形等条件，说明灌区开发的必要性和可行性。

2. 灌排渠系及渠系建筑物规划布置

（1）水源与取水口选择。以马清河为灌溉水源，取水口宜取在凹岸中点偏下游处（应说明缘由）。

（2）各级渠道和排水沟布置。根据地形条件及现有水系，布置干、支渠和干、支沟。斗渠与斗沟布置形式宜采用灌排相邻布置，间距建议为 400-800m。农渠与农沟布置形式也采用灌排相邻布置，间距建议为 100-200m。

（3）渠系建筑物布置。渠系建筑物包括进水闸、分水闸、节制闸、渡槽、泄水闸、退水闸等。

3. 水位推算

（1）初拟各级渠道比降。一般干渠比降为 1/10000 左右，支渠比降为 1/5000 左右，斗渠比降为 1/2000 左右，农渠比降为 1/1000 左右。

（2）选择地面控制点。地面控制点即灌溉区域内最难控制的点，可通过比较渠道比降和地面比降来确定控制点在渠道首部，还是在渠道末端。一般通过以下步骤确定控制点位置：

若干渠比降≥干渠沿线地面比降，则控制点位于灌区尾部，反之位于灌区首部；若支渠比降≥支渠沿线地面比降，则控制点位于支渠尾部，反之位于支渠首部；若斗渠比降≥斗渠沿线地面比降，则控制点位于斗渠尾部，反之位于斗渠首部；若农渠比降≥农渠沿线地面比

降，则控制点位于农渠尾部，反之位于农渠首部，最终确定控制点位置。

（3）推算支渠渠首设计水位。根据控制点高程和分水口水位推算公式，推算支渠渠首设计水位（包括所有支渠）。

（4）推算干渠水位。必须逐段推算干渠水位，计算出各特征点处水位，不然无法绘出干渠纵断面图。

（5）确定引水方式。根据渠首设计水位和设计年取水口水位，确定取水方式是无坝取水还是有坝取水。

4. 计算渠道设计流量

（1）确定工作制度。干支渠续灌，斗、农渠轮灌（一般各分两组）；

（2）计算典型支渠设计流量。先分别计算出支渠田间净流量、农渠田净流量和农渠净流量，然后逐级推算农渠、斗渠、支渠的设计流量，并计算出支渠的灌溉水利用系数。

（3）计算干渠设计流量。逐段计算干渠设计流量，最后计算灌区灌溉水利用系数。

5. 渠道横断面设计

（1）干渠各断面设计。设计过水断面采用实用经济断面，计算方法如下

1）拟定偏离系a=1.01~1.04；

2）计算g=a2 - a(a4 -1)

若 h'最小 » h最小则计算终止，否则令 h最小 = h'最小继续迭代，一般需 2~3 次即可。

（2）支渠断面设计。采用经济实用断面，计算方法同上。

（3）斗渠断面设计。设计典型斗渠横断面，建议采用水力最优断面。

（4）农渠断面设计。设计典型农渠横断面，建议采用 U 型断面。

横断面设计包括渠道深度（水深）、底宽、边坡、比降、堤顶宽度、安全超高、衬砌厚度（如果衬砌）等等。

6. 干、支渠水位衔接校核

上、下级渠道水位衔接有两种方式。一种是上、下级渠道通过设计流量，以此来确定下级渠道的渠底高程，在这种情况下，当上级渠道通过最小流量时，下级渠道取水就得不到保证，这时需在上级渠修建节制闸抬高水位，才能保证下级渠引到最小流量。另一种是上、下级渠道通过最小流量，以此来确定下级渠道的渠底高程，在这种情况下，当上级渠道通过设计流量时，上级渠道水位过高，需要通过分水闸来控制流量，以免进入下级渠的流量超出设计流量，这种方式实际降低了下级渠的设计水位，因此可能会影响到下级渠道控制面积。

本灌区支渠沿线地形坡度较大，降低支渠设计水位不会明显影响控制面积，但能节省干渠节制闸的工程投资，因此建议选择第二种衔接方式。采用这种衔接方式时，需分别确定支渠闸后最小水位、渠底高程和设计水位。（注意：干、支渠渠底高程分别用各自的设计水位减去各自的设计水深得到，即必须预先推得各条支渠的设计水位）

7. 绘制干渠纵横断面图

在 A2 坐标纸（35cm×50cm）上绘制干渠纵断面图和各段横断面图。要求设计图比例适宜，布置合理，表达准确、完整。

绘制干渠纵断面图时，为绘图方便，建筑物处的水头损失可集中于中心位置。另外，应处理好上、下段断面的衔接问题，干渠自首至尾各段设计流量逐渐减小，下游段横断面小于上游段横断面，为维持下游段设计水位，需抬高下游段渠底高程，由此会出现倒台阶。倒台阶会破坏均匀流条件，且容易造成上游段渠底淤积，因此需控制倒台阶的高度，一般倒台阶高度不应大于 0.15～0.2m。若倒台阶高度大于这一数值，应修改设计方案。

注意：每一部分作为一个章节，即设计任务书共 7 章。