《灌溉排水工程学》教学第三章灌溉系统规划设计PPT课件

第三章 灌溉系统规划设计 第一节 灌区总体规划 基本任务： 论证建设农田灌溉设施的可行性，确定规划原则，通过 技 术经济论证，选定最优规划方案，以达到重新调整当地 水 资源在时间和空间的分布，改善农业生产条件的目的。 一、灌区总体规划的原则 （1）结合实际情况，根据灌溉水源的可供水量进行灌 溉 工程的总体现划，力求单位水量达到最大的增产效益； （2）灌区总体布置应尽可能兼顾防洪、除涝、排渍、 水 电、航运和工业、城市供水等各方面的要求； （3）按投资少、效益大的原则，选定灌溉工程方案； （4）灌区总体规划应考虑涉及到的各方面的问题； （5）灌区水资源的开发利用应符合全流域水利规划和 保 护生态环境原则。 二、灌区总体布置 原则：根据旱、涝、洪、渍、碱综合治理和水土资源合 理 利用的原则。 内容：设计灌区防洪工程、布置灌排渠系、选定灌溉方 式 、规划灌区与居民点相关的设施并绘制灌区总体布置图 。 1、灌区防洪 农田基本建设必须以确保灌区防洪安全为前提，灌区应 按 照蓄泄兼顾和因地制宜的原则，做好防洪工程设计，并 将 防洪工程纳入灌区的总体布置。 2、灌排渠系布置 灌溉和排水两者的布置应协调一致，满足灌和排的要求 ， 有效地控制地下水位，防止土壤盐碱化或沼泽化。 3、灌溉方式 灌溉方式的确定：根据作物组成、地形、土壤、水源等 条 件，结合灌区分区和土壤改良区划，经分析论证后确定 。 4、灌区道路、林带与居民点的规划布置 道路：应尽量与灌排系统的布置相协调。 林带：应充分利用渠、沟外坡、塘边、路旁的空地结合 防 风、防沙种植树木。 居民点：应尽量少占耕地，以原有的自然村进行改建。 输电线路和通信线路应进行专项设计。 灌区的总体布置，根据当地具体条件和要求，从充 分 发挥水资源的综合效益和改善生态环境出发，发展城乡 供 水、航运、水面养殖、水力发电、旅游等。 三、水土资源平衡及环境影响与经济评价 1、水土资源平衡 灌区水土资源平衡分析，应根据水资源评价成果、土地 利 用结构、作物种植结构、灌溉制度、灌溉用水量、灌区 内 城乡和工矿企业用水量等进行综合分析和方案比较，并 以 此确定灌排工程规模。 2、环境影响评价 从环境角度论证灌排工程建设的可行性，并对可能产生 的 不利影响提出相应的对策及环境保护措施。 3、经济评价 国民经济评价 财务评价 评价工程的合理性 评价工程项目财务可行性 经济评价 四、灌溉设计标准 灌溉设计标准一般以灌溉设计保证率或抗旱天数表示。 1、灌溉设计保证率P 灌溉设计保证率是指灌区灌溉用水量在多年期间能够得 到 充分满足的机率。采用设计灌溉用水量全部获得满足的 年 数占计算总年数的百分率表示，它综合反映了水源供水 和 灌区用水两方面的情况。即： 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： 连续无雨日数，即雨量小于2mm或3mm的天数； 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。 第二节 灌溉水源与取水方式 灌溉水源是指天然水资源中可用于灌溉的水体。 一、灌溉对水源的基本要求 在选择水源时，除考虑水源的位置应尽可能靠近灌区， 其 地形、地质条件便于引水以外，还应考虑水源的水质、 水 位和水量。 1、灌溉对水质的要求 所谓水质，主要指水的化学、物理性状，水中含有物的 成 分及其含量。其主要包括含沙量、含盐量及水温等。灌 溉 水应符合作物生长和发育的要求。还要兼顾人畜饮用以 及 鱼类生长的要求。 （1）灌溉水的泥沙。灌溉对水中泥沙的要求主要指泥 沙 的数量和组成。 粒径大于0.1mm，其不含有任何养分，而且极易沉淀 淤 积在渠道中，故不允许引进渠道和送入田间。 粒径0.0050.1mm的泥沙，粒径较大，可减轻土壤的 粘 性，改良土壤结构，但肥分价值不高，可少量引入田间。 粒径小于0.005mm的泥沙，常具有一定的肥分，是很 好 的肥源，应适量输入田间。但若引入田间过多，大量淤积 就可能会减弱土壤的透水性和通气状况。 引入灌溉渠道的河水含沙量不应大于渠道的输沙能力。 避免渠道淤沙的措施： 控制灌溉水的含沙量； 合理设计引水口； 设置沉沙池； 适当加大引水渠道坡降。 汛期引洪淤灌，将肥沃的浑水引入田间，改造土壤。 (2)灌溉水的盐类。主要是从含盐量和有害盐类的含量两 方 面来考虑。灌溉水中可溶性盐类的总含量称矿化度。 矿化度5g/L的水，一般不宜灌溉。 允许矿化度的高低与土壤状况、盐类成分和农业技术及 灌 水方法有关。灌溉水中无害盐类的含量不应超过允许的 浓 度，更不可含对作物有害的盐类。以钠盐危害最大。 含 量 严 格 限 制 含 量 限 制 较 宽 干涸的湖泊地面覆盖了一层白色的盐碱 1、眉山芒硝水灌溉返硝 2、露天堆放的芒硝矿渣 3、矿渣水流过的农田 1 3 2 (3)灌溉水中的有害物质含量。污水中含的有毒无机物， 有 的可直接使作物或牲畜、鱼类中毒；有的可经过食物链 的 生物放大作用，造成慢性累积中毒。 污水中含有的有机化合物在微生物的作用下最终分解成 简 单的无机物质。其消耗氧的数量称为生物化学需氧量， 水 中溶解氧的含量是一定的。水中有机化合物过多，势必 造 成缺氧以致脱氧，用于灌溉就会对作物生长以至鱼类的 正 常生活产生不良影响。适宜的灌溉水质对有机物的含量 有 一定限制。 灌溉回归水在流返河流过程中淋溶了一定数量的可溶性 盐 类、化肥和农药，使水的矿化度提高，可根据具体含量 直 接使用、掺混好水使用或净化后使用。 (4)灌溉水的温度 灌溉水的要求GB508492农田灌溉水质标准。 2、灌溉对水源的要求 水位： 要求：应保证灌溉所需要的控制高程； 自然现状：水源水位通常较低； 解决办法：修建水库、拦水坝、抽水站来提高水位。 水量： 要求：满足不同时期的用水需求； 自然现状：未经调蓄的水源与灌溉用水经常不协调； 解决办法： 修建水库、拦水坝以调蓄自然水流； 采用节水灌溉技术，以变动灌溉对水源水量提出的要求 。 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。 水源决定不同 灌溉取水方式 山区丘陵地区：修建塘坝、水库蓄水 各个地区：打井取水 有河流地区 无坝取水 有坝取水 抽水取水 水库取水 抽水取水 有坝取水 无坝取水 （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 河床变迁等的影响。 无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小 坝 高，使灌区农田大部分能自流灌溉。设在河岸坚固、河 床 较稳定、河流弯道的凹岸。 取水口宜设在凹岸中点的偏下游处，其距离弯道凹岸顶 点 的距离为 式中：L 为引水口至弯道段凹岸顶点的距离(弧长，m)；K 为系数，K0.61.0，一般取0.8；B为弯道水面宽度(m)； R为弯道段河槽中心线的曲率半径(m)。 河槽主流在凹岸； 弯道处横向环流使其表层为清流； 避开凹岸水流顶冲取水口。 无坝取水口 布置平面图 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3045 。 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 坝 渠 首 的 组 成 进水闸：控制入渠流量 冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙 导流堤：平时导流引水、防沙，枯水期截断水流 内 江 外江 鱼嘴 宝瓶口 金钢堤 飞沙堰 百丈堤 鱼嘴 飞沙 堰宝 瓶 口 都 江 堰 全 景 图 都江堰全景图 （2）有坝取水：当河流水源较丰富，而水位较低，不 能 满足引水灌溉要求时，在河床上修拦河坝(又称壅水坝、 溢流坝或滚水坝)，抬高水位，以便自流引水灌溉。这种 引水方式叫有坝(或低坝)取水，所建工程称有坝渠首。 拦水坝 优点：引水口距灌区较近，缩短了干渠长度； 缺点：增加了拦河坝(闸)工程； 无坝渠首位置的选择： 一般选择在灌区的上游，以减小 坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。 有 坝 取 水 的 组 成 拦河坝：壅水、泄水双重作用 进水闸：控制入渠流量，闸底高程比河床高0.51.0m 冲沙闸：冲刷留在闸前的淤泥、砂石到下游河道， 闸底高程比进水闸闸底低0.51.0m，比下游河床高。 其他功能性建筑物：船闸、鱼道、电站等。 有坝渠首的布置形式根据对泥沙处理的不同，有如下两种 ： 正面排沙、侧面引水 优点：布置和构造简单 施工方便，造价低 缺点：防沙效果差 正面引水、侧面排沙 优点：防沙效果好 （3）抽水取水：河流水量丰富，但灌区位置较高，修建 自流引水工程困难或不经济时，可采取抽水取水方式。 优点：干渠工程量小； 缺点：增加了机电设备和管理费用。 （4）水库取水：当河流来水与灌溉用水不相适应，其流 量、水位均不能满足灌溉要求，必须在河流的适当地点修 建水库进行径流调节，以解决来水和用水间的矛盾。 实现途径：修建大坝，用来蓄水、提高水位。 优点：能充分利用河流资源； 缺点：工程量大，有库区淹没。 上述几种取水方式，即可单独使用，也能综合地使用 多种取水方式，引取多种水源，形成蓄、引、提相结合的 灌溉系统。 蓄 引 提 2、地下水的利用：埋藏在地面下的地层空隙中的重力 水，统称为地下水。 优点：地下水取用方便，可就地开采利用，无需渠道 ，投资少，收效快；在地下水位较高的地区，抽取 地下水还可以降低地下水位，防治土壤沼泽化与盐 碱化。 缺点： 地下水埋藏较深时，不易勘测； 出水量往往不太稳定而且较小，有的矿化度比较高。 适用：干旱、半干旱地区。 根据埋藏条件和开 采方式，地下水的开发 利用与取水建筑物大致 可分为垂直取水、水平 取水、双向取水建筑物 及引泉工程四大类： （1）垂直取水建筑物 ： 垂直钻取地下水的各种 类型的井。依井径大小 与结构不同，可分为管 井和筒井。 井水利用 1）管井：井径小、深度大，一般采用 机 械提水，又称机井。 结构：把井壁管和滤水管连接起来， 垂 直安装在已打成的井孔中，井壁管安 装 在隔水层部位和不拟开采的含水层高 度 范围，滤水管安装在开采的含水层高 度 范围，管井最下部为沉淀管（沉淀流 入 井中的泥沙）。在取水的含水层段， 井 管与井孔的环状间隙中，填入经过筛 选 的砾石（滤水阻沙）；在填砾石顶部 的 隔水层或不开采的含水层段，用粘土 球 止水（防止水质不好的水渗入到井内 以 破坏水源）。 沉淀管 滤 水 管 井 壁 管 滤 料 粘 土 球 2）筒井：直径大、形似圆筒的井 。 优点：结构简单、施工容易、可就 地取材； 缺点：开采深度不大。 筒井由3部分组成： 井台：筒井的地上部分，保护井 身、安放水泵和生产管理的作用； 井筒：含水层以上的部分，视当 地岩层的坚固程度，部分或全部予 以衬砌加固； 进水部分：埋藏在含水层高度范 围的部分，又称水筒。地下水通过 井壁进入井中。 井台井台 井井 筒筒 进进 水水 部部 分分 沉淀部分沉淀部分 2007年四川春旱。 在四川省中江县春 笋村，村民正在打 井。这口井已打 了3个月，8米多深 ，仍无法取水。 （2）水平取水建筑物：水平截取地下水的建筑物，如坎 儿 井和截潜