农田水利学

1. 农田水利学 水利土木工程学院 2011年6月

2. 第四章 灌溉渠道系统 本章主要内容 渠道系统组成、规划的原则； 渠道及其建筑物的规划布置； 田间工程规划； 渠道设计流量的推算； 灌溉明渠的纵横断面设计； 渠道防渗措施。

3. 第一节 灌溉渠系规划与布置 • 灌溉系统：指从水源取水、通过渠道或管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（渠道输配水、地面灌溉） • 灌溉系统：喷灌、微灌 管道系统 低压管道灌溉 本章主要学习渠道系统。 一、灌溉渠道系统的组成 渠道灌溉系统由三部分组成： ——渠首工程（水库、拦河坝、进水闸、提水泵站等） ——输配水工程（干、支、斗、农渠，属于固定渠道） ——田间工程（农渠以下：毛渠、输水垄沟、灌水沟、畦，属于非固定渠道）

4. 河流 进水闸 节制闸 斗门 农门 1、灌溉系统的组成 渠 干 斗渠 拦河坝 支渠 斗沟 泄水闸 冲沙闸 分水闸 支沟 排沙渠 农沟 农渠 泄 水 闸 退水闸 容（承）泄区 退水渠 干沟 • 渠首工程 • 输配水工程 固定渠道： 干渠 (输水) 支、斗、农渠(配水) • 田间工程 临时渠道：毛渠、输水垄沟、灌水沟、畦等

5. 2、灌溉渠道规划原则 • 尽量自流灌溉控制较大灌溉面积（各级渠道布置在各自控制范围内的较高地带）；需做经济分析比较； • 工程量、费用最小（渠线短、建筑物少）； • 渠道行水安全，避免深挖、高填或穿过地质很差的地带； •考虑行政区划、土地利用规划（各用水单位拥有独立的用水渠道，同时考虑道路、林带、居民点规划）； • 斗农渠布置考虑机耕（垂直、平行、间距）； • 考虑综合利用（集中落差发电、农副业）； • 灌排系统同时规划； •渠系规划和田、路、林、水、居民点规划相结合，提高土地利用率，方便生产、生活。

6. 二、干支渠的规划布置形式 1、山区丘陵型灌区 • 灌区特点：地形复杂，坡度较陡，多为梯田或坡地。 • 渠系特点：渠道弯曲，纵坡较陡，深挖、高填高多，交叉建筑物多。 •干、支渠布置的主要形式： —— 干渠沿等线布置，以求控制较多的灌溉面积； —— 支渠沿主要分水岭布置，支渠的走向大致与等高线垂直。

7. 2、平原型灌区 • 灌区特点： 地型开阔、平坦，地下水位较浅，涝碱威胁严重。如华北平原。 灌排渠沟系特点：灌排分开

8. 3、圩垸型灌区 • 灌区特点： ①地形低洼平坦、地下水位较高，存在外洪内涝。 ②有时没有自流排灌条件，需进行提排、提灌。 •渠系特点： 以排为主， 兼顾灌溉， 灌排分开， 各成系统。

9. 四、斗农渠的规划布置 • 斗、农渠的规划要求 ——有利于机械化耕作 ——有利于配水和灌水管理 ——有利于灌水和耕作的密切配合； ——土地平整工程量较少 1.斗渠布置原则 山区、丘陵区的斗渠长度较短，控制面积较小。 平原地区斗渠较长，控制面积较大。 我国北方地区一些大型自流灌区的斗渠长度一般为3～5km，控制面积为3000~5000亩。

10. 2.农渠布置原则 农渠控制范围为一个耕作单元，长度根据机耕要求确定。 平原区通常为500～1000m，间距为200～400m，控制面积为200～600亩。 丘陵区农渠的长度和控制面积适当减小。有控制地下水位要求的地区，农渠间距根据农沟间距而定。

11. 3.灌溉渠道和排水沟道的配合 在地形平坦或有微地形变化的地区，灌溉渠道和排水沟道交错相间布置，双向控制。 当地面有一侧倾斜，渠道只能向一侧灌水，排水沟也只能接纳一边的径流时，灌排采取相邻布置。

12. 四、渠线规划步骤 干、支渠道的渠线规划大致可分为查勘、纸上定线和定线测量三个步骤 ： 1．查勘 先在小比例尺(一般为1/50000)地形图上初步布置渠线位置，然后进行实际查勘，调查渠道沿线的地形、地质条件，估计建筑物的类型、数量和规模，对难工地段要进行初勘和复勘，经反复分析比较后，初步确定一个可行的渠线布置方案。 2．纸上定线 对渠线测量带状地形图，比例尺为1/1000～1/5000，等高距为0.5～1.0m，测量范围从初定的渠道中心线向两侧扩展，宽度为100～200m。在带状地形图上准确地布置渠道中心线的位置。 平原地区，渠道设计水位一般应高于地面，形成半挖半填渠道。 丘陵山区，当渠道沿线地面横向坡度较大时，可按渠道设计水位选择渠道中心线的地面高程。

13. 3．定线测量 通过测量，把带状地形图上的渠道中心线放到地面上去，沿线打上木桩，木桩间距一般为50m，变化较大时可取25m，再根据设计的渠道纵横断面确定各桩号处的挖、填深度和开挖线位置。

14. 五、渠系建筑物的规划布置 渠系建筑物是指为安全、合理的输配水量，满足各部门的需要而在渠道系统上修建的建筑物，担负着输配水、控制渠道水位、量测渠道过水流量、宣泄灌区多余水量以及便利交通等任务。

15. 1．引水建筑物 包括：渠首进水闸，水泵站等 • 无坝取水 地表水 取水方式 • 有坝取水 • 提水取水 • 水库取水

16. 2、配水建筑物 （主要包括分水闸、节制闸） （1）分水闸:干渠以下各级渠道首部控制并分配流量的闸。如斗门、农门等。 （2）节制闸：调节上游水位，控制下泄流量的水闸。 节制闸的设置： ——节制闸常建在分水闸的稍下游，以利分水； ——轮灌组之间的分界处。 ——重要建筑物或险工段上游。

17. 3、交叉建筑物 （1） 渡槽 (2)倒虹吸管 （3）涵洞

18. （4）桥梁 （5）隧洞

19. 4、 落差建筑物(衔接建筑物) • 落差建筑物：是指渠道高低不同部位之间的连接建筑物。 • 主要有：跌水、陡坡等。 陡坡 跌水

20. 5、泄水建筑物 干渠、支渠及主要斗渠末端的退水闸； 多泥沙河道引水渠排沙的退水闸； 险工段、重要设施上游及山洪入渠处的下游修建的泄水建筑物：如泄洪闸、溢流堰、甚至溢洪道等。 （6）量水建筑物： 巴歇尔量水槽

21. 河流 进水闸 节制闸 斗门 农门 5、泄水建筑物 渠 干 斗渠 干渠、支渠及主要斗渠末端的退水闸； 多泥沙河道引水渠排沙的退水闸； 支渠 斗沟 退水闸 分水闸 支沟 排沙渠 农沟 农渠 险工段、重要设施上游及山洪入渠处的下游修建的泄水建筑物：如泄洪闸、溢流堰、甚至溢洪道等。 泄 水 闸 退水闸 容（承）泄区 退水渠 干沟

22. 第二节 田间工程规划 田间工程通常指最末一级固定渠道(农渠)和固定沟道(农沟)之间的条田范围内的临时渠道、排水小沟、田间道路、稻田的格田和田埂、旱地的灌水畦和灌水沟、小型建筑物以及土地平整等农田建设工程。 一、规划要求和原则 1、规划要求 灌水沟 农渠 • 田间灌排系统完善。 • 田面平整、灌水均匀、排水及时。 • 田块形状和大小适应机械化耕作条田的规划

23. 2、田间工程规划原则 • 在农业发展规划(种植作物种类、种植结构调整)和水利建设规划（水源、灌溉方式等，如渠灌、井渠结合灌溉、节水灌溉等）的基础上进行。 • 着眼长远、立足当前，既要充分考虑农业现代化发展的要求，又要满足当前农业生产发展的实际需要。 • 因地制宜，讲求实效。 • 以治水改土为中心，实行山、水、田、林、路综合治理。

24. 二、条田规划 条田：指末级固定灌溉渠道(农渠)和末级固定沟道(农沟)之间的田块，有的地方称为耕作区。 条田的规划要考虑排水要求、机耕要求和田间用水管理要求。 基本尺寸满足以下要求： 排水 间距为100～200m 宽度：100～200m 长度：400～800m 5-250亩 机耕 长度400～800m 田间用水管理 便于灌溉 不超过500～600m

25. 三、田间渠系布置 1、纵向布置 • 水流流向 ：农渠→毛渠→输水垄沟→灌水沟、畦 • 特点：毛渠∥灌水沟、畦 • 布置规格： • 输水垄沟间距等于灌水沟畦的长度，为30~50m • 输水垄沟长等于毛渠的间距，为50~70m • 毛渠间渠等于输水垄沟的长度。 • 毛渠长度与条田宽度相近

26. 2、横向布置 • 水流流向 ：农渠→毛渠→灌水沟、畦 • 特点：无输水垄沟；毛渠⊥灌水沟、畦。 • 布置规格： • 灌水沟、畦长度一般为30~50m • 毛渠长度与条田宽度相近

27. 四、格田规划 • 有利灌溉、有利于提高机耕、机收的效率，一般长约100~150m，宽约15~20m； • 在山丘区坡地上布置格田，一般格田长边方向与等高线平行，此时农渠垂直于等高线顺坡布置； • 在平原地区，格田方向以南北向为好，利于作物通风采光；

28. 五、土地平整 • 土地平整要求： • 田面平整，符合灌水技术要求。 • 合理分配土方，就近挖、填平衡。 • 注意保持土壤肥力。 • 改良土壤，扩大耕地。

29. 第三节 灌溉渠道流量推求 一、渠道特征流量 设计流量 渠道特征流量 最小流量 加大流量

30. 1、设计流量 • 又称为正常流量，是指在设计标准条件下，为满足灌溉用水要求，渠道需要通过的最大流量。 • 是确定渠道断面和渠系建筑物尺寸的主要依据。 • 由灌水率和灌溉面积计算。 （1）净流量 对连续供水的渠道（干支渠），可用下式计算： Q净＝ q净· A Q净－田间需要的净流量，m3/亩； A－渠道控制的灌溉面积（万亩）； q净－设计灌水率（m3/s）/万亩。

31. （2）设计流量（毛流量） 在输水过程中，由于渠道渗漏、水面蒸发等，要损失掉部分流量。 Q毛=Q净+ Q损 Q设= Q毛 2、最小流量 定义 ： 在设计标准条件下，渠道在正常工作中输送的最小流量。 用途 ： ①校核在上下级渠水位衔接，确定是否需节制闸。 ②渠道通过最小流量时，保证渠道不产淤积。因此，最小流量是校核渠道不淤流速的依据。

32. 3、渠道加大流量 定义 ：在短时增加输水的情况下，渠道需要通过的最大灌溉 流量 。 在运行中，当出现规划未能予料到的变化，如：种植比例变化、临时少量的扩大灌溉面积、特大干旱年引水量增加、渠道事故短期停水修复后需加大流量以大补缺等，均需要用加大流量来处理。 用途 ： ①当渠道通过加大流量时，渠堤应有一定的超高，所以，加大流量是设计提顶高程的依据。 ②渠道通过加大流量时，必须保证渠道的安全，所以，加大流量是校核渠道不冲流速的依据。

33. 二、渠道输水损失 （一）渠道输水损失的类型与成因： ——闸门漏水、渠道退水，取决于工程质量和管理水平，应该避免。 ——地质条件、施工不良而形成漏洞，这是应避免的。 ——渠床渗漏损失，是渠道设计中应当考虑的水量损失。 ——水面蒸发 （<5％的渠道渗漏量,不计） 渠床渗漏损失是渠道主要的水量损失。

34. 表4-1 土壤透水参数表 表4-1 土壤透水参数表 渗水量折减系数β 地下水顶托修正系数γ 防渗措施 备注 渠道流量 (m3/s) 地下水埋深(m) 渠槽翻松夯实(厚度大于0.5m) 渠槽原状土夯实(影响厚度0.4 m) 灰土夯实、三合土夯实 混凝土护面 粘土护面 人工夯填 浆砌石 塑料薄膜 0.3～0.2 0.7～0.5 0.15～0.1 0.15～0.05 0.4～0.2 0.7～0.5 0.2～0.1 0.1～0.05 透水性很强的土壤，挂淤和夯实能使渗水量显著减少，可采取较小的β值。 小于3 3 5 7.5 10 15 0.3 1.0 3.0 10.0 20.0 30.0 50.0 100.0 0.82 0.63 0.50 0.41 0.36 0.35 0.32 0.28 － 0.79 0.63 0.50 0.45 0.42 0.37 0.33 － － 0.82 0.65 0.57 0.54 0.49 0.42 － － － 0.79 0.71 0.66 0.60 0.52 － － － 0.91 0.82 0.77 0.69 0.58 0.94 0.84 0.73 A－渠质土壤透水系数；m－土壤透水指数 A－渠质土壤透水系数；m－土壤透水指数 （三）渠道水量损失计算 1、用经验公式估算损失水量 渠道输水损失流量 渠道长度 渠床土壤透水系数 表4-1 自由渗流时： （不受地下水位顶托） 无防渗措施 每公里渠道输水损失系数 渠道 净流量 渠床土壤透水指数 表4-1 地下水顶托修正系数 表4-2 采取防渗措施后 渠床渗漏水量的 折减系数 表4-3 顶托渗流时 采取防渗措施 自由渗流情形： 顶托渗流情形：

35. Qg Qn 2、用经验系数估算损失水量 （1）渠道水利用系数 指某一渠道在中间无分水的情况下，渠道末端的净流量与进入渠道毛流量的比值。 对于一段渠道而言，流经上游断面的流量为该渠段的毛流量；流经下游断面的流量为该段的净流量。 毛流量Qg 净流量Qn 由定义知：

36. （2）渠系水利用系数 等于灌溉渠道系统中从末级渠道放出的净流量与渠首引进的毛流量的比值，它等于各级渠道水利用系数的乘积。 是灌区规划设计的重要参考依据。 即： •渠系水利用系数：灌溉渠系的净流量与毛流量的比值. • 净流量：末级渠道（农渠）向田间供水的流量； • 毛流量：干渠从水源引水的流量； • 渠系水利用系数等于同时工作的各级渠道的渠道水利用系数的乘积，即：

37. （3）田间水利用系数ηf 指实际灌入田间的有效水量（旱作农田是指存在计划湿润层中的灌溉水量；对水稻田，指蓄存在格田内的灌溉水量）和末级固定渠道（农渠）放出水量的比值。 农渠控制的灌溉面积 净灌水定额 农渠供给田间的水量

38. （4）灌溉水利用系数 为实际灌入农田的有效水量（整个灌溉面积）与渠首引入流量之比。 全灌区的面积，亩 净灌水定额，m3/亩 渠首引入的总水量，m3 它是评价或衡量渠系工作状况、灌水技术水平和灌区管理水平的综合指标。目前我国灌溉水利用系数为0.5左右。

39. (a)集中编组 （b）插花编组 三、渠道的工作制度 渠道的工作制度分轮灌、续灌两种。 （1）续灌：是指渠道在一次灌水期间连续输水的工作方式。实行续灌的渠道称为续灌渠道。干、支渠一般实行续灌。 （2）轮灌：是渠道在一次灌水期间只有部分时间输水的工作方式。实行轮灌的渠道称为轮灌渠道。 轮灌又分集中轮灌和分组轮灌： （1）集中编组：将邻近的几条渠道编为一组，上一级渠道按组轮流供水。 （2）插花编组：将同级渠道按编号的奇数或偶数分别编组，上级渠道按组轮流供水。

40. 划分轮灌组的方法或原则： （1）各轮灌组的流量（或控制面积）应基本相等。 （2）每一轮灌组的总输水能力，要与上级渠道供给的流量相适应。 （3）轮灌组的数目不宜太多，一般以2－3组为宜。 （4）尽量把同一轮灌组的渠道归属一个生产单位管理。

41. 四、渠道设计流量推算方法与步骤 （一）轮灌渠道设计流量的推算方法 常用的方法是根据轮灌组划分情况，自上而下逐级分配末级续灌渠道（一般为支渠）的田间净流量到末级固定渠道，再自下(农渠)而上，逐级计入输水损失，推算各级渠道的设计流量。

42. 1、 自上而下分配末级续灌渠道的田间净流量   以下图为例，支渠为末级续灌渠道，斗、农渠的轮灌组划分方式为集中编组，设同时工作的斗渠为n条，每条斗渠里同时工作的农渠为k条。则支渠以下同时工作的农渠有几nk条。 （1）计算支渠的设计田间净流量  将该支渠的流量集中分配到同时工作的轮灌组中，各条工作农渠得到的田间净流量为：

43. 2、自下而上推算各级渠道的设计流量 （1） 计算农渠的净流量 农渠的田间净流量（Q农田净），再计入田间损失水量，即为农渠的净流量（Q农净），亦为田间毛流量。 ηf是田间水利用系数

44. k （2） 推算支渠设计流量(毛流量)   根据农渠的净流量自下而上逐级计入渠道输水损失，得到各级渠道的毛流量，即设计流量。 由于有两种估算渠道输水损失水量的方法，由净流量推算毛流量也就有两种方法（经验公式法和经验系数法）。 1）用经验公式法计算支渠流量 农渠毛流量 斗渠净流量 斗渠毛流量 支渠净流量 支渠毛流量 其中， L农、L斗、L支为渠道的计算长度，km。 L农可取农渠长度的一半进行估算。

45. k 2） 用经验系数估算输水损失的计算方法

46. （3）确定典型支渠的灌溉水利用系数 （4）推算其它支渠设计流量 大、中型灌区，为了简化计算，通常选择一条有代表性的典型支渠(考虑作物种植种类、结构、土壤性质、灌溉面积等因素)，按上述方法推算设计流量，计算支渠范围内的灌溉水利用系数η支水，经过修正，作为扩大指标，用下式计算其余支渠的设计流量。

47. （二）续灌渠道（干渠各渠段）设计流量计算 续灌渠道设计流量的推算方法是自下而上，逐段进行推算，即从最远一条支渠的取水口依次向上推算干渠各段的设计流量。 干渠分L1、L2、L3三段，各支渠的毛流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4，干渠引水流量为QOA，

48. 五、渠道加大流量计算 渠道流量加大系数

49. 第四节  灌溉渠道纵横断面设计 渠道断面应注意的问题： ①渠道应有足够的输水能力； ②渠道横断面应满足稳定条件： ③纵向稳定：不发生冲刷也不发生淤积或冲淤平衡； ④平面稳定：不发生左右摆动，两岸不会局部冲刷或淤积。

50. 一、渠道纵横断面设计原理 渠道纵、横断面设计相互联系，交叉进行，反复调整，才能得出合理的断面尺寸。 渠道的水力计算公式（明渠均匀流）： 其中， Q－渠道设计流量； A－渠道过水断面积； C－谢才系数； R－渠道水力半径； i－水力比降； n－为渠床糙率系数。