大学课程《水利工程概论》教学PPT课件：第6章 灌溉排水工程

水利工程概论 水利工程概论 主讲人：XXX 教 授 专业带头人 高级工程师 一级建造师 土木工程师向家坝溪洛渡三 峡共68页 第1页 第二章 水利工程的基础知识 第五章 取水建筑物 第六章 灌溉排水工程v本教材共有9个教学章：第四章 泄水建筑物 第七章 治河防洪工程 第三章 挡水建筑物 第一章 绪 论 第八章 水利工程施工 第九章 水利工程管理水利工程概论第六章 灌溉排水工程第六章 灌溉排水工程学习单元知识目标能力目标素质目标6.1 了解灌溉制度和技术标准，掌握灌溉制度编制的内容和灌排技术的型式；根据灌溉工程的具体情况，初步具备编制灌溉制度的能力；具备独立思考、有效沟通与团队合作的能力；了解与本课程有关的时事议题，了解工程技术对环境、社会及全球的影响，了解本行业技术革新的信息；按时到课，遵守纪律，回答问题；认真完成练习布置任务，按时上交作业；养成科学严谨、实事求是的学习精神，具备一定的国际观及服务社会的信念与态度。6.2 灌排系统布置的原则和形式；初步掌握灌排系统布置的方法；6.3 了解渠道纵横断面设计及渠系建筑物隧洞、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡的类型、组成和特点；初步具备渠道设计的能力；6.4 掌握节水灌溉技术类型、特点、适用范围。根据灌溉工程的具体情况，初步具备选择节水灌溉类型的能力。共68页 第2页水利工程概论 第一节 灌溉制度与灌排技术共68页 第3页水利工程概论 灌溉是按照作物的需水要求，通过灌溉系统有计划地将水量输送和分配到田间，并采用一定的灌水技术以补充农田水分不足的水利措施；排水是通过修建排水系统将农田内多余的地面水和地下水排入容泄区以及除涝治碱的水利措施。灌溉和排水可以促进农业生产的发展，并为高产和稳产提供保障。灌溉工程排水渠道第一节 灌溉制度与灌排技术共68页 第4页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术一、灌溉制度 灌溉制度是根据作物需水特性和当地气候、土壤、农业及灌水技术等条件，为作物高产及节约用水而制定的适时适量的灌水方案。主要内容包括灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。灌水定额是指一次灌水在单位灌溉面积上的灌水量，灌溉定额是指播种前和全生育期内单位面积上的总灌水量，即各次灌水定额之和。灌溉制度可根据水量平衡原理、灌溉试验资料或群众丰产灌水经验来制定。充分充分灌溉条件下的灌溉制度灌溉条件下的灌溉制度 充分灌溉条件下的灌溉制度，是指灌溉供水能够充分满足作物各生育阶段需水量要求情况下制定的灌溉制度。灌溉工程一般按充分灌溉条件下的灌溉制度来进行规划设计。共68页 第5页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 用水量平衡原理制定旱作物的灌溉制度，就是以作物主要根系吸水层为灌水时的土壤计划湿润层，用水量平衡原理分析计算其储水量的变化情况，按照适合作物生长需要的储水量条件，来确定灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。土壤任一时段计划湿润层中含水量的变化，取决于需水量和来水量的多少，其关系可用下列平衡方程式表示：Wt-W0=WT+P0+K+M-ET （6-1）式中 Wt、W0时段初和时段末土壤计划湿润层内的储水量，mm或m3/亩；WT由于计划湿润层增加而增加的水量，mm或m3/亩，如计划湿润层在时段内无变化则无此项；P0时段内保存在土壤计划湿润层内的有效雨量，mm或m3/亩；K时段t（单位为日，以d表示，下同）内的地下水补给量，mm或m3/亩，即K=kt，k为t时段内平均每昼夜地下水补给量，mm或m3/（亩d）；M时段t内的灌溉水量，mm或m3/亩；ET时段t内的作物田间需水量，mm或m3/亩，即ET=et，e为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量，mm/d或m3/（亩d）；共68页 第6页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 为了满足农作物正常生长的需要，任一时段内土壤计划湿润层内的储水量必须经常保持在一定的适宜范内，即通常要求不小于作物允许的最小储水量（Wmin）和不大于作物允许的最大储水量（Wmax）。在天然情况下，由于各时段内需水量是一种经常的消耗，而降雨则是间断的补给。因此，当某些时段内降雨很小或没有降雨时，往往使土壤计划湿润层内的储水量很快降低到或接近于作物允许的最小储水量，此时即需进行灌溉，以补充土层中消耗的水量。共68页 第7页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 非充分灌溉条件下的灌溉制度 在缺水地区或时期，由于可供灌溉的水资源不足，不能充分满足作物各生育阶段的需水要求，从而只能实施非充分灌溉，在此条件下的灌溉制度称非充分灌溉制度。非充分灌溉是允许作物受一定程度的缺水和减产，但仍使单位水量获得最大的经济效益，有时也称为不充足灌溉或经济灌溉。非充分灌溉的情况比充分灌溉要复杂，不仅要研究作物的生理需水规律，研究什么时候缺水、缺水程度对作物产量的影响，而且要研究灌溉经济学，使投入最小获得产量最大。非充分灌溉的基本原理可用效益和费用函数来说明，如图6-1。图图6-1 6-1 灌溉水量与效益、费用关系曲线灌溉水量与效益、费用关系曲线共68页 第8页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 从图中分析，当投入水量达到Wm时，其净效益最大，即Em点，该点的曲线斜率恰好与生产费用直线的斜率相等。如果投入的水量继续增加到Wy点，这时的作物产量可能是最大，但由于生产费用的增加，Ey点净效益却不是最大。一般来说，Wy就是最大供水量，也即达到充分供水的上限。如果用水量继续增加到W0,就形成过量用水，产量和效益都要下降。所谓非充分灌溉，就是让用水量适当减少，使其小于Wy。如果用水量减少至Wd,这时的净效益（Edd）刚好等于获得最高产量时的净效益（Eyy）,显然Wd就是非充分灌溉的下限。如果用水量继续减少，超过这个限，则灌溉净效益就会锐减。所以，非充分灌溉的用水范围是在Wy与Wd之间，即WyWWd。在这个范围内进行灌溉，虽然获得的作物产量不是最高，但其净效益却始终大于在最高产量时获得的净效益（Eyy），这也是把非充分灌溉称之为经济灌溉的道理。共68页 第9页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术二、灌排技术二、灌排技术 灌水灌水技术技术 地面灌溉是指灌溉水在田面流动的过程中，借重力和毛细管作用湿润土壤，或在田面建立一定深度的水层，借重力作用逐渐渗入土壤的一种方法。地面灌溉具有田间工程简单、需要设备少、投资省、技术简单、操作方便、水头要求低、能耗少等优点，但又有明显的缺点，如容易破坏土壤团粒结构、表土容易板结、水的利用率低、平整土地工作量大等。地面灌水方法按其湿润土壤的方式不同，又可分为畦灌、沟灌、淹灌、波涌灌、长畦（沟）分段灌等。共68页 第10页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术图图6-2 6-2 畦灌示意图畦灌示意图 1.畦灌 畦灌是用田埂将灌溉土地分割成一系列畦，灌水时将水引入畦田后，在畦田上形成很薄的水层，并沿畦长方向流动，在流动过程中主要借重力作用逐渐润湿土壤，如图6-2所示。畦灌技术要素主要包括畦田坡度、畦长、畦宽、入畦流量、改水成数。畦田坡度一般为0.002-0.005为宜，自流灌区的畦长一般以50100m为宜，畦宽为24m，入畦单宽流量控制在38L/(s.m)，畦田的改水成数应根据畦长、畦田坡度、土壤透水性以及入畦流量和灌水定额等因素确定。共68页 第11页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 2.沟灌 沟灌是在作物行间开挖灌水沟灌水，如图6-3所示。和畦灌比较，其明显的优点是不会破坏作物根部土壤结构，不导致田面板结，能减少田面蒸发损失，多雨季节还可以起排水作用。沟灌技术要素有沟长、沟底比降、入沟流量，根据土壤的透水性强、中、弱进行确定。图图6-3 6-3 沟灌示意图沟灌示意图共68页 第12页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 3.淹灌（又称格田灌）淹灌是用田埂将灌溉土地划分成许多格田，灌水时使格田内保持一定深度的水层，借重力作用润湿土壤，如图6-4所示。淹灌要求格田有比较均匀的水层，为此要求格田地面坡度小于0.0002，而且田面平整。在平原地区，农渠和农沟之间的距离通常是格田的长度。格田宽度则按田间管理要求而定，不要影响通风、透光，一般为1520m。在山丘地区的坡地上，格田长边沿等高线方向布置，以减少土地平整工作量，其长度应根据机耕要求而定，格田的宽度随地面坡度而定，坡度愈大，格田愈窄。图图6-4 6-4 淹灌示意图淹灌示意图共68页 第13页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 4波涌灌（又称间歇灌溉）利用间歇阀向沟（畦）间歇地供水，在沟（畦）中产生波涌，加快水流的推进速度，缩短沟（畦）首尾受水时间差，使土壤得到均匀湿润。波涌灌较传统的地面沟（畦）灌具有灌水均匀，灌水质量高，田面水流推进速度快，省水、节能和保肥，可实现自动控制等优点，缺点是比畦灌投资大。5.长畦（沟）分段灌 将一条长畦、长沟分为若干个设有横向畦梗的短畦，用塑料软管或地面输水沟将灌溉水输送入畦（沟）灌完为止。优点是节约水量，容易实现小定额灌水，灌水均匀，田间水有效利用率高，灌溉设施占地少，土地利用率高。共68页 第14页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 排水排水技术技术 为了除涝、防渍和制盐，就要排除地面涝水、地下渍水和盐碱冲洗水，并控制地下水位。田间排水系统分为竖井排水和水平排水两大类。1.竖井排水：用抽水打井的方式进行排水。降低地下水位，防止土壤返盐。由于水井的排水作用，增加了地下水人工排泄。地下水位显著降低，有效地增加了地下水埋深，减少了地下水的蒸发，因此可以防止土壤返盐。腾空地下库容，用以除涝治碱。由于开发利用地下水，使汛前地下水位达到年内最低值，这样就可以腾空含水层中的土壤容积，供汛期存蓄入渗雨水之用，达到除涝治碱的目的。促进土壤脱盐和地下淡化。由于地下水位的下降，增加了田面水的入渗速度，因而为土壤脱盐淡化创造了有力的条件。但竖井排水需消耗能源，运行管理费用较高，且需要有适宜的水文地质条件，在地表水透水系数过小或下部承压水压力过高时，难以达到预期的排水效果。共68页 第15页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 2.水平排水：有明沟排水系统和暗管排水系统两种型式。明沟排水系统 在地下埋深较大，无控制地下水位要求的易旱易涝地区，或虽有控制地下水位要求，但由于土质较轻，要求的末级固定渠道间距较大（如200300m以上）的易旱、易涝、易渍地区，排水农沟可兼排地面水和控制地下水位的作用。若农田的地面坡度均匀一致，则毛渠和输水垄沟可全部结合使用，农沟以下可不布置排水沟道，见图6-5。若农田地面有微地形起伏，则只须在农田的较低处布置临时毛沟，其输水垄沟可以结合使用，见图6-6。若控制地下水位要求的末级排水沟间距为100150m，则可只设毛沟，见图6-7。若要求末级排水沟间距仅为3050m,则在农田内部须布置毛沟和小沟两级排水沟，小沟的方向应大致平行等高线，以利地表径流的排除，见图6-8。如末级排水沟的深度较大，为便于机耕及少占耕地，则以做成暗管形式为宜。共68页 第16页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 图图6-5 6-5 毛渠、输水垄沟灌排两用的田间渠系毛渠、输水垄沟灌排两用的田间渠系 图图6-6 6-6 输水垄沟灌排两用的田间渠系输水垄沟灌排两用的田间渠系图图6-7 6-7 只设毛沟的田间排水网（单位：只设毛沟的田间排水网（单位：m m）图图6-8 6-8 设有毛沟小沟的田间排水沟（单位：设有毛沟小沟的田间排水沟（单位：m m）共68页 第17页水利工程概论第一节 灌溉制度与灌排技术 暗管排水系统 暗管排水系统一般由吸水管、集水管（或明沟）、检查井和出口控制建筑物等几部分组成，有的还在吸水管的上游端设置通气孔。吸水管是利用管壁上的孔眼或接缝，把土壤中过多的水分，通过滤料渗入管内；集水管则是汇集吸水管中的水流，并输送至排水明沟排走；检查井的作用是观测暗管的水流情况和在井内进行检查和清淤操作；出口控制建筑物用以调节和控制暗管水流。暗管排水系统的基本布置形式有以下两种：1）一级暗管排水系统（如图6-9、图6-10所示）在田间只布置吸水管，吸水管与集水明沟垂直，且等距离、等埋深平行布置。每条暗管都