灌溉排水工程学61页PPT

2、日常设计水位 为控制地下水埋藏深度，排水沟经常需要维持的水位称日常设 计水位。 其步骤如下： (1)计算排水农沟水位。
(2)自上而下用适线法。
(3)若沟口水位与容泄区日常水位相差较多，则从容泄口开始 自下而上调整修改。
三、排水沟的断面设计
排水沟断面设计主要任务是确定排水沟纵横断面尺寸和水位衔 接条件，校核排水沟排涝能力和不冲不淤条件。 设计中注意的要点： (1)排水沟的糙率较大时，一般取为0.025~0.3； (2)排涝流量和排渍流量相差悬殊时，采用复式断面； (3)排水沟需具备其他功能的，要根据特定条件进行设计； (4)在设计排水沟纵断面时，要求日常流量时不得发生雍水。 1、设计参数的选取 排水沟的断面设计与排水沟底坡i、边坡系数m及糙率n有关: (1)底坡i :底坡与地面坡度相接近、不冲不淤、开挖深度适宜。 (2)边坡系数m (3)糙率n :校核排涝流量用较大值，校核不冲流速用较小值。
第二节 明沟排水系统的设计
排水沟设计的内容：排水沟设计流量的计算；排水沟设计水位 的确定；排水沟断面尺寸的确定；排水沟断面尺寸的绘制。
一、排水沟设计流量的计算
排 排涝设计流量：用以确定排水沟断面尺寸；
水
沟
设
排渍设计流量：校核排水沟的最小流速；
计
流
量 日常排水设计流量：确定有控制地下水位要求的排水
沟沟底高程和沟底宽度。
5)用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件。
3、水田地区排水沟的断面设计 (1)计算内容。 1)用排涝与排渍设计流量之和确定排水沟断面和水位衔接条件； 2)用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件。 (2)设计步骤： 1)计算排涝设计流量、排渍设计流量和日常设计流量； 2)选择参数i、m和n； 3)用排涝设计流量与排渍设计流量之和设计排水沟断面。 4)用日常设计流量校核沟深、底宽和不冲不淤条件。 4、骨干排水沟纵剖面图的绘制 步骤如下：

第六章 农田排水原理
第一节 排水对水土环境及作物生长的影响
一、农田灌溉与农田排水
农田灌溉与农田排水是调节农田水分状况的两种措施。
二、农田排水对土壤理化性质的影响
排水对土壤理化性状的影响有以下几个方而：
1、改善土壤结构
2、排除有毒物质
3、降低土壤含水量，改善土壤热状况
4、改善土壤通气 化
5、降低土壤含盐量，治理盐碱
第二节 排水沟对地面水及地下水位的调控原理
一、排除地面水的田间排水沟
排除地面水的目的主要是防止作物受淹。
1、排涝水量
降水过多就会造成涝灾。
(1)利用超蓄产流法计算净雨深
蓄水量
W H max 0 H s max
径流深
R P Wm W0
(2)利用超渗产流法计算净雨深
蓄水量 I i1 t T 1
1
径流深 R P I
2、田间排水沟的深度与间距 末级固定排水沟的间距，要根据田间作业对田块的要求并 结合田间灌溉渠道的规划布置统考虑确定。一般北方地区 排涝农沟的间距多为200~400m；南方地区农沟间距多为 100~200m。单纯排涝用的农沟深度一般为1.0m左右。 二、控制地下水的田间排水沟 控制农田地下水位的目的是有效地排除渍害和防止土壤盐 碱化。控制地下水位的田间工程，有水平排水和垂直排水 两种形式。当作物允许的地下水埋深△H一定时，排水农 沟的深度D可用下式计算：
三、农田排水对作物生长的影响
1、排水对作物根系生长的影响
2、排水对作物植株生长及产量的影响
四、农田排水对地下水动态的影响 1、排水沟对地下水位的调控作用
2、排水对农田地下水动态的影响 水稻的晒田期间，地下水位迅速下降，其处于动态变化过 程。若无水补给，地下水呈非稳定流状态。 地下水位下降值计算公式为：

第四章 灌溉渠道系统
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本章重点内容：输配水工程和田间工程的规 划、设计方法。
渠道系统的概念：指从水源取水、通过渠道 及其附属建筑物向农田供水、经由田间工 程进行农田灌水的工程系统。
渠道系统的组成：
➢ 渠首工程（取水枢纽） ➢ 输配水工程（渠道） ➢ 田间工程精选课件ppt源自2灌溉排水系 统示意图
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第二节 田间工程规划
三、田间渠系布置
在以上两种布置形式中，纵向布置适用于地形 变化较复杂、土地平整较差的条田；横向布置 适用于地面坡向一致、坡度较小的条田。但是， 在具体应用时，田间渠系布置方式的选择要综 合考虑地形、灌水方向以及农渠和灌水方向的 相对位置等因素。
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第四章 灌溉渠道系统 第三节 灌溉渠道流量推算
在灌溉实践中，渠道的流量是在一定范围内变化的，设计 渠道的纵横断面时，要考虑流量变化对渠道的影响。
一般以设计流量作为确定渠道过水断面的依据，同时考虑 非常规情况下的加大流量和最小流量。
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第三节 灌溉渠道流量推算
一、灌溉渠道流量概述
1．设计流量 设计流量：在灌溉设计标准条件下，为满足灌溉用水要求， 需要渠道输送的最大流量。通常是根据设计灌水模数（设计 灌水率）和灌溉面积进行计算的。 渠道的净流量：需要渠道提供的灌溉流量。 渠道的毛流量：计入水量损失后的流量。 设计流量是渠道的毛流量，它是设计渠道断面和渠系建筑 物尺寸的主要依据。
在平原地区和小型灌区，可用比例尺等于或大于万分之一的 地形图进行渠线规划，先在图纸上初定渠线，再进行实际调 查，修改渠线，然后进行定线测量。一般不测带状地形图。 斗、农渠的规划也可参照这个步骤进行。
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有坝取水 有河流地区
抽水取水
水库取水
无坝取水
有坝取水 抽水取水
（1）无坝取水：灌区附近的河流水源丰富，河道枯水期
的水位和流量均能满足灌溉要求时，可在河岸上选择适宜
的地点作为取水口，修建取水建筑物，从河流侧面引水。
优点：工程简单、投资省、施工易、工期短、收效快；
缺点：不能控制河道水位，常受河水涨落、泥沙运动以及
无坝取水口 布置平面图
①河槽主流在凹岸； ②弯道处横向环流使其表层为清流； ③避开凹岸水流顶冲取水口。
横向环流：
引水角，即引水渠轴线与河道水流所形成的夹角，应为锐 角，通常采用30~45 °。 若灌区位置及地形条件限制，无法把渠首布置在凹岸而必 须放在凸岸时，可把渠首放在凸岸中点的偏上游处。
无 进水闸：控制入渠流量 坝 渠 首 冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙 的 组 成 导流堤：平时导流引水、防沙，枯水期截断水流
灌溉设计保证率的选定，将影响工程建筑物的规模、灌溉 面积、工程建设的投资。其选取太高或过低都是不太经济 的，应选定一个经济效益最优的保证率作为设计标准。
一般灌溉工程是根据当地水文条件和作物种植状况选 用灌溉设计保证率。
2、抗旱天数 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。其反映了灌溉工程的抗旱能力。 抗旱天数的两种统计方法： ①连续无雨日数，即雨量小于2mm或3mm的天数； ②连续无透雨日数，即两次透雨的间隔天数。 确定抗旱天数时应进行经济比较： 抗旱天数过高，抗旱能力强，但工程规模大，投资多； 抗早天数过低，工程规模小，投资少，农作物易受旱灾。 合适的抗旱天数，要根据当地水资源条件、作物种类及经 济状况来确定。
二、灌溉取水方式 1、河流水源的取水：天然河道的水位、流量和含沙量等 随时间变化大，难以满足农田灌溉的需求。故必须修建用 以调节水源状况的的综合取水建筑物，即取水枢纽。取水 枢纽位于灌溉渠道的首部，故又称渠首工程。

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灌溉排水工程学实验
四、试验成果整理和分析
2）计算流量偏差系数
CV＝
s
_
×100％
q
式中 CV——流量偏差系数，％；
s——滴头出流量标准偏差；
_
q ——25个滴头的平均流量。
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灌溉排水工程学实验
四、试验成果整理和分析
2、灌水均匀度Cu的计算
根据每次测试结果，计算毛管上滴头出水量均匀系数，
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灌溉排水工程学实验 一、实验目的：
3 、学会测针使用方法及量水堰测流技术。 4、通过对输水渠道在不同流量（加大、设计及最小）情况 下不同水深（加大、设计及最小）的测试，加深对渠道横 断面设计原理的影响。 5、熟练运用明渠均匀流公式。利用测试数据和渠道的其他 已知设计参数（如流量Q，底宽b，边坡系数m，糙率n和 比降i等）对输引水渠道进行设计、校核。
灌溉排水工程学实验
水利与土木工程学院 Collage of Water Conservancy and
Civil Engineering
农业水利工程系 2020年4月
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灌溉排水工程学实验
教学目标
通过实验，使学生初步具有灌溉排水工程学的 基本知识和实验技能，掌握灌溉排水工程中灌 溉渠道实验设计和排水沟道实验设计等。
明渠均匀流公式是个高阶隐函数方程，含有渠道底宽b和水深h 两个未知数，不能直接求解。在实际设计中，常采用试算或图解 法求解。该公式表述如下：
QAC Ri
②
式中 Q ----- 渠道设计流量（m3/s）；
A ----- 渠道过水断面面积（m2），梯形断面渠道，；
R ----- 水力半径（m），，式中x为湿周，；

灌溉定额：农作物在全生育期各次灌水定额之和。
以m3／hm2或mm表示，它是灌区规划及管理的依据。 灌溉制度的3种确定方法： （1）根据群众丰产灌水经验来确定； （2）根据灌溉实验资料来确定； （3）按水量平衡原理分析、确定。 生产实践中，第3种方法结合第1、2种方法的实际资料， 得出的制度比较完善，以水稻和旱作物为例进行介绍：
式中：ETi 某一生育阶段作物需水量；K i 为某阶段需水模 系数，可以从试验资料中取得。
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2、基于参照作物蒸发蒸腾量的作物需水量计算方法 理论、实验证明： ①土壤水分充足，气象条件是影响需水量的主要因素； ②土壤水分不足，各因素对需水量都有较大影响。
参照作物需水量ET0：指的是土壤水分充足，地面完全
水层的适宜深度：由作物品种、生育阶段、自然环境 、人为条件由经验来决定。
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三、农田土壤水分运动
1、土壤水分运动基本方程 非饱和土壤水流动空间中点(x,y,z)上取单元体(dx, dy,dz), 由达西定律知x,y,z轴向的水流通量为
k(θ) 土壤的非饱和导水率 分别为x、 y、 z方向的水势梯度
（2）入渗量的计算：采用公式计算入渗速度i t和入渗量I
1）考斯加可夫公式
式中：i t是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤 的水层厚度(mm／min或cm/h)计；i 1是第一单位时间末 的人渗速度；t为人渗别间(min或h)；α为经验指数,决定 于土壤性质和初始合水牟,α =0.3-0.8,—般土壤取0.5。 将实验资料I、t按时序求出i=△I／△t，取lg i及1g t，点 绘于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图1—5所示 。
物需水量乘以土壤水分修正系数而得到，即： KW ：土壤水分修正系数；

2、畦田规格 畦田规格主要指畦田的长度、畦田的宽度和畦埂断面。 （1）畦宽 主要取决于畦田的横向坡度、土壤性质和农业技术要求， 以及农业机具的宽度。通常，畦宽多为当地农业机具宽度 的整倍数确定，一般约2~4m。为灌水均匀，要求畦田无 横向坡度，以免水流集中，冲刷畦田表面土壤。 （2）畦长 根据畦田纵坡、土壤质地及土壤透水性能、土地平整情况 和农业技术条件等合理确定。 ①纵坡坡度大的畦长宜长，纵坡坡度小的畦长可稍短； ②砂质土壤，土壤透水性强，畦长宜短；
3、畦灌法灌水技术 其要素主要指畦田长度l、畦宽b、单宽流量q和放水入畦时 间t。影响这些要素的因素主要有土壤渗透系数、田面纵向 坡度、畦田粗糙率与平整程度，以及作物的种植倩况等。
为使田间灌水均匀度高，湿润土层基本均匀，畦灌灌水技
术要素之间应满足如下关系：
(1)渗入到畦田内土壤中的水量达到计划灌水定额时，畦田 内各处所需要的入渗时间tn满足下式：
t :放水历时(s)；
y: 停水时刻田面水流推进长度内任一点的地面水深(m);
x: 任意时间的水流推进长度(m);
z: t时段内任意一点x处的入渗水层深度(m)；
l: 关闭首端进水口后停止供水时的水流推进长度( m)。
地面水流推进函数和土壤入渗函数的确定：
水流推进函数 L： aTb
土壤入渗函数 Z ： ktna
式中：
T ：水流推进时间；
a、b：水流推进函数的系数和指数； t n：向土壤中入渗的时间； k和α：为土壤入渗函数的系数和指数。 上述两个函数中的系数均通过田间试验实测确定。
二、畦灌法：用临时修筑的土埂将灌溉田块分隔成一系 列的长方形田块，灌水时，水从输水垄沟或田间毛渠引 入畦田后，在畦田田面上形成很薄的水层，沿畦长坡度 方向均匀流动，在流动的过程中主要借重力和毛细管作 用，以垂直下渗的方式逐渐湿润土壤的地面灌水方法。

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第二阶段：
开始于土壤含水率减少到θ=θk 时，由于土壤含水率降 低，土壤向上输送水分的能力减弱，土壤水分的蒸发强
度取决于大气蒸发力与土壤向上输送水分能力二者的制
约关系。该阶段的土壤水蒸发强度随含水率减小而逐渐
减小，所以称为蒸发强度递减阶段。
该阶段土壤蒸发强度ε由下式计算；
ε =（aθ+b）E0
重力水：如地下水位高，停留在根系层 的重力水影响土壤的通气，这部分水称 为过剩水。
田间持水率：灌水两天后土壤所能保持的含水率，它是重力 水和毛管水、有效水分和过剩水分的分界线。
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二、作物生长对农田水分状况的要求
水对作物的生长的影响： （1）水是作为进行光合作用、制造有机物的原料； （2）水使作物保持正常、稳定状态； （3）水是作物营养元素、矿物质的载体； （4）水分是作物细胞原生质的重要成分； （5）水分可以调节作物体温。
将实验资料I、t按时序求出i=△I／△t，取lg i及1g t，点
绘于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图1—5所示。
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由于（lg i1-lg i2）/ （lg t1-lg t2）=-t gθ=-α 即α为拟合直线与横轴的夹角的正切值
拟和直线与纵轴的截距即为l g i1
则累积入渗量I与入渗时间t的关系
植物（P） 应用统一的能量指标“水势”来定量研究整个系统中各个 环节能量水平的变化：
式中：
C(h)=dθ／d h表示压力水头减少一个单位时，单位体积
土壤中所能释放出来的水体积，其量纲为[ L-1 ]，称为容
水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。
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①给水栓
从地埋固定管道直接向田间输水渠供水的装置，称出水口，其
作用是防止出水水流冲刷田面和保护地埋固定管道的安全；
地埋固定管道与连接下一级地面移动管道或地面闸管的装置称
第十页，编辑于星期六：八点 八分。
②水源位于田块中心，管网有以下几种布置形式：
第十一页，编辑于星期六：八点 八分。
2）环状管网
①水源位于田块一侧
②水源位于田块中心
第十二页，编辑于星期六：八点 八分。
（2）地面移动管网的布设和使用 地面移动管网一般只有一级或两级，使用的管材通常有移动 软管、移动硬管和软管硬管联合运用3种。 对于渠灌区，常采用多级半固定式或固定式低压管灌系统，
A为管道控制的灌溉面积(m2)；
T为设计灌水周期，即灌水延续时间(d)；
m为设计灌水定额(mm)；t 为每天灌水小时数(h)， η为管道水的有效利用系数，般取η ＝0.95~0.98。
2、管网各级管道设计流量的推算 （1）续灌方式。上一级管道的设计流量应等于所有下一 级管道 设计流量之和； （2）轮灌方式。上一级管道的没计流量应等于轮灌组中的最大设计流 量值。
式中：F为多口系数，m为流量系数。
第二十页，编辑于星期六：八点 八分。
(2)局部水头损失的计算
局部水头损失的计算一般以流速水头乘以局部水头损失系数表
示。对于管道的总局部水头损失则等于管道上所有各局部水头 损失之和，即：
为简化计算，通常可取沿程水头损失的10％—15％予以估算。
3、管网水力计算与水击压力校核 (1)树枝状管网 把水头要求最高、通过流量最大的点称做控制点或最不利点。按最不 利点进行干管的设计。各管段的直径通常根据所需流量，按经济流速 计算。
2)要能通过设计要求的流量；

第二节 计划用水管理
计划用水：从农业角度讲就是按照作物的需水要求和灌溉水源的 供水情况，结合当地农业生产条件与渠系的工程状况，有计划地 蓄水、引水、配水和灌水，达到适时适量地调节土壤水分，满足 作物高产稳产的需求，在实践中不断提高单位水量的增产效益。
一、灌区计划用水管理
1、灌区各级用水计划的编制 用水计划是灌区从水源取水并向各用水单位或各级渠道配水的计 划。灌区用水计划包括渠首引水计划和渠系配水计划。 计划拟订的步骤如下： (1)河流供水流量分析与引水计划编制 河流供水流量分析的任务是合理地确定某一灌溉时段内河源的平 均来水流量及其季、月、旬的流量过程。有如下方法： 1)成因分析法。从成因上分析水文、气象等因子与河源径流的关 系，并绘制相关图或建立降水径流相关方程式等。 有①退水趋势法、②降水径流相关法。 2)平均流量分析法。按日平均流量，将大于渠首引水能力的部分 削去，再按旬或5日求其平均值，作为设计的河源来水流量。
(2)灌区配水计划的编制 包括确定配水方式、配水顺序及分配的水量与配水时间等。 1)配水方式。配水方式常采用续灌和轮灌两种方式。 ①续灌：当水源比较丰富、供需水量基本平衡时，渠首向全灌区 的干、支渠道采用同时连续供水的方式，即续灌配水。 ②轮灌：把有限的引水量集中供给某一条干渠，灌完以后，再供 给另一条干渠，或先供给干渠下游段，后供给干渠上游段。 2)配水顺序。 配水的方法主要有以下两种： ①按灌溉面积的比例分配。 ②按毛灌溉用水量的比例分配。
第九章 灌排系统管理
第一节 灌排系统管理的意义与内容
一、灌排系统管理的意义
现代灌溉农业的效益在很大程度上取决于灌排系统管理的水平。 有些地区由于缺乏科学、有效的灌排系统，灌溉的过程中却出现 了人们所意料不到的负效益，如引起地下水位逐年上升，洼地逐 步出现渍化现象，并引发土壤的次生盐碱化，造成农业生产力下 降，生态环境恶化。 四川的都江堰工程，历时2000多年盛而不衰，主要就是有一套比 较完整的切合实际、合乎科学的管埋养护和岁修制度。 灌溉管理，需要先进的科学技术和管理方法，实行有偿服务。