(二)灌溉系统的组成一般灌溉系统应包括水源取水工程,各级输配水渠道,渠系配套建筑物和田间工程等.实际上很多灌区都有灌溉与排水两个方面的要求,旱时灌溉,涝时排水.所以还要安排与灌溉渠系相对应的排水沟系,组成灌溉排水系统.1,水源取水工程自水源取水并引入农田灌溉所需修筑的进水闸,拦河坝,水库,泵站等,均属于取水工程.2,各级输配水渠道按照灌区的地形条件和所控制灌溉面积的大小,灌溉渠系一般分为干,支, 斗,农四级固定渠道.对于小型灌区,地形平坦,面积较小,只设干,支两级渠道即可.干渠主要起输水作用,它把从渠首引入的水量输送到各灌溉地段.支渠主要起配水作用,把从干渠分来的水量,按用水计划分配给各用水户.3,渠系配套建筑物灌溉渠系配套建筑物,一般包括分水闸,节制闸,泄水闸,渡槽,倒虹吸,跌水,陡坡,涵洞,桥梁和量水建筑物等,其作用主要是输送,控制,分配和量测水量等.4,田间工程32田间工程是指农渠以下的毛渠,输水沟,畦和灌水沟以及护田林网,道路等,水田还包括格田田埂.其主要作用是调节农田水分状况,满足作物对灌溉,排水的要求,促进农业增产.(三)灌溉水源和取水方式1,灌溉水源选择灌溉水源,除考虑水源的位置要靠近灌区便于引水外,还应根据灌溉方式考虑水源的水质,水位和水量是否符合要求.1)灌溉对水质的要求灌溉对水质的要求,包括水的物理性质,化学性质及生物性质等方面.灌溉对水质的基本要求是保证作物正常生长发育.并保证作物产品符合卫生标准.具体要求见国家制定的《农田灌溉水质标准》(GB5084-92).2)灌溉对水源水位与水量的要求灌溉对水源水位的要求,是要保证自流灌溉控制面积最大所需要的水位高程;在水量方面是要满足灌区不同时期的用水需要.实际上,水源来水过程与灌溉用水过程之间经常不相适应,不能满足水位上和水量上的要求.因此,要考虑修建壅水坝,节制闸,水库等水利工程建筑物,以抬高水源的水位,并调节水源的流量,或者兴建泵站,将所需的灌溉水提到灌区所要求的高程.2,取水方式不同的灌溉水源,其取水方式也不同.但大致上可分为自流取水灌溉和提水取水灌溉两种方式,上海市主要是提水取水灌溉方式.提水取水是在水源水量丰富,但水位较低,自流引水灌溉困难或不经济,应考虑采用提水取水,就近建泵站提水灌溉,这种方式可使干渠长度大为缩短, 输水建筑物工程量相应减少,但增加了机电动力设备以及年运行费用.(四)渠系建筑物的规划布置骨干与田间工程配套合理与完善,才能充分发挥工程效益.因此搞好渠系建筑物的配套工作至关重要.1,渠系建筑物的规划要求农田水利配套建筑物面广量大.为加快建设进程,应注意革新改造原有设备, 挖掘当地资源潜力,作出经济论证方案比较,择优选用,降低工程造价.在规划布置上应满足下列要求.331)满足渠系输水,分水,量水,泄水,排水和防洪等要求,保证渠系正常运行.2)建筑物的数量,类型,应在符合安全运行便于管理的条件下,方便实用,费省效宏.3)应使流态稳定,水头损失小,能控制较大的自流灌溉面积.4)保证灌区交通顺畅,满足群众生产,生活需要.5)应成片建设,配套一片成一片,发挥一片效益.2,渠系建筑物的选型与布置渠系建筑物按其构造,作用与位置的不同,可分为下列几种:1)交叉建筑物当渠道遇到特殊地形,河流或排水沟时,为使渠水通过这些障碍而修建的建筑物,如渡槽,倒虹吸,渠道涵洞等.(1)渡槽渡槽,又名过水桥,在上海地区主要是在渠与河流相交,渠底高于河流最高水位,河道没有通航要求时采用.(2)倒虹吸倒虹吸适合于渠与道路或河流相交,渠底高于路面或河流,为不影响通车或行船,要求渠道从路下或河底穿过时采用..(3)涵洞涵洞适用于渠与道路相交,渠水位低于路面,且流量较小时采用.2)分水建筑物上级渠道向下级渠道分配水量,需建分水建筑物,如分水闸,斗门,农门等, 位于各级渠道的首端.(五)灌溉渠道流量计算1,渠道设计流量设计流量表示渠道在正常工作条件下通过的最大流量,用符号Q设表示.它是渠道和渠系建筑物设计的主要依据,与渠道控制灌溉面积大小,作物组成,作物需水量,渠道配水方式,以及渠道的输水损失有关.1)渠道田间净流量渠道田间净流量系指渠道应该输送主田间的实际净流量,用Q田净表示.34Q田净=Aq净 (1-32)式中:A――渠道控制的灌溉面积(万亩)q净――设计灌水率,m3/s/万亩.2)渠道净流量渠道净流量系指某渠道(或渠段)未计入输水损失的流量,用Q净表示.如农渠净流量Q农净考虑到田间水量损失,用下式计算Q农净=Q农田净/η田 (1-33)式中:Q农田净――农渠控制面积上的田间净流量(m3/s)η田――田间水利用系数3)渠道损失流量渠道损失流量系指渠道在输水过程中损失掉的流量,用Q损表示.4)渠道毛流量在确定渠道设计流量时.必须计入损失流量,即将净流量与损失流量相加.便得毛流量,用Q毛表示,也可用下式表示Q设=Q毛=Q净 + Q损 (1-34)例如农渠毛流量Q农设=Q农毛=Q农净 + Q损,依此类推,设计渠核对道断面尺寸就是采用毛流量作设计流量.2,渠道输水损失和水的利用系数1)渠道输水损失渠道的输水损失,包括渗水损失,漏水损失和水面蒸发三部分.其中渠道渗水损失约占渠道输水总损失量的 80%,水面蒸发损失只占百分之几,常忽略不计.因此,把渗水损失近似地作为渠道在输水过程中的总损失水量.其数值对己建渠道最好通过实测确定,在规划设计阶段,常采用经验公式或经验系数来估算渠道损失水量.2)水的利用系数水的利用系数是衡量灌区在输水,配水,灌水过程中灌溉水的有效利用程度, 也是表示灌区工程质量,管理水平和灌水技术水平的指标.通常用下述四个利用系数来表示:35(1)渠道水利用系数η渠渠道水利用系数是指某一条渠道在沿途无分水的情况下,渠道末端放出的净流量Q净与进入渠道首端的毛流量Q毛的比值,即η渠 = Q净/Q毛.它是衡量该渠道的输水损失,工程质量和管理水平的指标.根据上海渠道基本为砼衬砌或暗渠, η渠的一般范围是:η干渠 = 0.92～0.97η支渠 = 0.90～0.96η斗渠 = 0.85～O.95(2)渠系水利用系数η系渠系水利用系数表示灌区整个渠道系统对水的利用程度,为各条末级固定渠道(农渠)放出的净流量与从渠首引入的毛流量的比值.其数值等于各级渠道水利用系数的乘积:斗渠系水利用系数η斗系 =η斗η农支渠系水利用系数η支系 =η支η斗η农干渠系水利用系数η干系 =η干η支η斗η农(3)田间水利用系数η田田间水利用系数指灌到田间的有效水量(旱田包括叶面蒸腾和棵间蒸发,水稻田还包括渗漏量,但不包括田间流失)与农渠放入田间的水量的比值.它是反映田间工程质量和灌水技术优劣的指标,上海地区水稻灌区为 0.90-0.95,旱地为0.85-0.95.(4)灌溉水利用系数η水灌溉水利用系数指灌区实际灌溉面积上田间有效利用水量与渠首引入水量之比.其数值等于渠系水利用系数与田间水利用系数的乘积,即:η水 =η系η田它是评价全灌区灌溉水利用程度,渠道工作状况,灌溉管理和灌水技术水平的综合指标.3,渠道设计流量的简化计算方法渠道设计流量包括净流量和损失流量两部分.一般应自田间由下而上逐级计入输水损失,来推算各级渠道的设计流量.在缺乏资料情况下,可用利用系数法进行简化计算.36设计流量计算公式如下:Q设 = Q净/η渠 (1-35)式中:Q净――渠道净流量(m3/s)η渠――渠道水利用系数,参考数值见上述本节内容.(六)灌溉渠道纵横断面设计灌溉渠道断面设计的任务,一是使渠道具有足够的输水能力,并具有稳定的渠床;二是具有足够的水位,以自流控制全部灌溉面积内的农田.渠道断面结构设计,包括纵断面和横断面两部分.1,渠道的横断面设计1)渠道设计应满足的要求(1)渠道断面应有足够的过水能力,满足作物的需水要求.(2)渠中流速要适当.渠道设计流速必须小于渠床土壤的允许不冲流速,大于允许不淤流速.(3)渠道应有稳定的渠床,渠中水流不发生左右摇摆,不致于冲刷渠床和边坡,冲淤要平衡.(4)适当考虑综合利用,如结合通航和居民供水点的建设等.(5)渗漏损失小,水的利用系数高.2)渠道横断面结构(1)横断面形状渠道横断面形状,常见的有矩形,梯形,"U"形等三种.矩形和"U"形,多在衬砌渠道或岩石地段上采用.土质渠道明渠断面以梯形为主.(2)横断面组成渠道横断面的组成,见图1-4.渠道底宽以b表示,边坡系数以m表示,渠道边坡则以1:m表示,设计水深以h表示,Δh表示超高,是超出加大水深h 加大以上的高度.渠堤顶宽以d表示.37图1-4渠道横断面组成示意图3)渠道的水力计算横断面设计主要是按照设计流量通过水力计算,确定渠道横断面的底宽(b) 和水深(h)等尺寸.通常采用下述明渠均匀流公式:Q = ωV = ωC Ri (1-36)式中:Q――渠道设计流量(m3/s)ω――渠道过水断面面积(m2)ω=(b +mh)h (1-37)式中:V――渠道平均流速(m/s)R――水力半径(m)R =ω/Χ (1-38)式中:Χ――湿周(m)Χ= b + 2h/21m+ (1-39)式中:i――水力比降,在均匀流中与渠底比降一致C――谢才系数,一般采用公式C = 1/nR 1/6进行计算38n――渠床糙率在进行渠道水力计算时,必须首先确定公式中的各项参数.表1-14 不同性质渠床糙率表渠床渠道特征渠床糙率士渠床1,输水流量大于25m3/s的渠道(1)平整顺直,养护良好(2)平整顺直,养护一般(3)渠床多石,杂草滋生,养护较差2,输水流量为25～lm3/s的渠道(1)平整顺直,养护良好(2)平整顺直,养护一般(3)渠床多石,杂草滋生,养护较差3,输水流量小于 lm3/s的渠道4,毛渠0.0200.02250.0250.O2250.0250.02750.0250.030石渠床5,经过良好修整的表面6,经过中等修整无凸出部分的表面7,经过中等修整有凸出部分的表面8,未经修整的有凸出部分的表面0.02250.0250.0300.035～0.045有护面的渠床9,抹光的水泥抹面10,不抹光的水泥抹面11,光滑的混凝土护面12,粗糙的混凝土护面13,干砌块石护面14,浆砌块石护面15,料石砌护16,卵石铺砌17,砌砖护面0.0120.0140.0150.0170.0275～0.030.0250.010.02250.013(1)渠底比降i渠底比降关系到渠道输水能力的大小及其冲淤问题,也关系到灌溉面积的大小及工程造价.规划设计时应根据渠道沿线实际地面坡度,下级渠道分水点的水位要求,渠床土质,设计流量大小等因素,综合分析比较后,确定适宜的渠底比降.(2)渠床糙率n渠床糙率是用以表示渠床粗糙程度,其数值是否符合实际,直接关系到水力计算的精度.所以,糙率n的选用必须力求符合实际,表1-14可供参考.一般支,斗,农渠道选用对n = 0.0225～0.0275,田间临时渠道n = 0.030～0.0325.(3)边坡系数m边坡系数m值的大小关系到渠道的稳定.按照《灌溉排水渠系设计规范》,一般梯形渠道断面的m值,依土质情况选定.见表1-15,表1-16.(建议根据39。