农业水利工程毕业设计(灌排工程规划设计—管道灌溉.doc
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华北水利水电学院毕业设计
灌排工程规划设计
——青华镇西区井灌工程
摘要
为了提高青华镇西区土地有效利用率和土地产出率,增加耕地面积,提高耕地质量,增加农民收入,特进行了土地整理项目的可行性研究。
因灌排工程设计也属于土地整理项目中的重要内容,项目区土地平整规划设计;所以本次设计主要是进行项目区内的灌排工程的设计,以达到充分利用水资源和提高水资源的利用效率的目的。
本次设计的主要内容如下:
水资源评价及平衡分析,在一定的灌溉保证率下的水量供需平衡;灌溉管网规划设计;排涝工程设计水源设计;工程量统计及效益分析;在设计过程中,采用管道灌溉和明沟排水,灌溉管网的设计,主要是作物灌水率、管道设计流量以及管网压力的推求。
明沟排涝工程设计,目的是为了在排水标准要求的时间内排出田间积水,排水沟采用梯形断面;建筑物及构筑物的设计,包括桥涵、跌水等的设计;另外还有道路工程和农田生态防护林工程的设计。
关键词:
水资源平衡分析、管网计算、明沟排水
目录
摘要 1
Abstract:
2
绪论 1
1.1项目建设背景 1
1.2项目建设目的 1
1.3项目规划任务 2
1基本资料的分析与整理 3
2.1青华镇西区简况 3
2.2项目区自然与地理条件。
3
2.2.1位置与范围 3
2.2.2地形、地貌、地质 3
2.2.3气候与水文 3
2.2.4土壤与主要农作物 5
2.2.5自然灾害 5
2.2.6社会经济条件 5
2.2.7水资源 5
2.3项目区基础设施状况 6
2.3.1交通道路 6
2.3.2水利设施状况 6
2.3.3电力设施 6
2.3.4林网建设状况 6
2.4土地利用结构 6
2.4.1土地利用概况 6
2.4.3土地利用存在的问题 9
3水资源平衡分析 9
3.1需水量分析 9
3.1.1灌溉设计保证率 9
3.1.2灌溉定额:
10
3.1.3灌溉需水量的计算 10
3.1.4乡镇,企业,及生活用水。
11
3.2供水量分析 11
3.3.1降雨入渗补给量 11
3.3.2灌溉回归补给量 11
3.3.3河道渗漏补给水量 12
3.3水资源平衡分析 12
4土地平整规划设计 13
4.1规划目标 13
4.2规划原则 13
4.3土地权属调整 13
4.4耕作田块规格 13
4.4.1灌水定额 13
4.4.2灌水周期 14
4.4.3单井控制面积 14
4.5土地平整 15
4.7.1土方平整方案 15
4.7.2平整土方量计算。
15
5灌溉管网工程设计 19
5.1管网布置原则与要求 19
5.2选择管网的依据 19
5.3管网的布置形式 20
5.4管网流量的推求 20
5.4.1确定灌水制度 20
5.4.2划分轮灌组 20
5.5管道设计 21
5.5.1管道流量计算 21
5.5.2管型选择 22
5.6管网水力计算 23
5.6.1沿程水头损失的计算 23
5.6.2局部水头损失的计算 24
5.6.3管网入口设计压力 24
5.7管道附件设计 25
5.7.1管道附件的技术要求 25
5.7.2连接附件 25
5.7.3控制附件 25
5.8附属设施 26
5.8.1一般规定 26
5.8.2镇墩 26
5.8.3配水井 26
5.8.4放水井 26
5.8.5其他设施 27
6排涝工程设计 27
6.1除涝设计标准、除涝模数。
27
6.2排水沟系的布置 27
6.2.1布置原则 27
6.2.2明沟排水系统 27
6.3排水沟断面设计 29
6.3.1排涝流量的计算 29
6.3.2排水沟横断面设计 29
6.3.3排水沟纵断面设计 32
7水源工程设计 32
7.1水泵选型:
32
7.1.1水泵流量 32
7.1.2水泵扬程的计算 33
7.2建筑物及构筑物工程设计 33
7.2.1跌水工程设计 33
7.2.2消力池的设计 34
7.3交叉建筑物的设计 36
7.3.1农桥设计 36
7.3.2涵洞设计 37
7.4道路工程 37
7.5电力工程 38
7.6农田林网工程 38
7.7典型田块说明 38
8工程量估算及工程效益分析 39
8.1工程量估算统计 39
8.2社会效益评价 39
8.3生态效益评价 39
结束语 40
参考文献 41
绪论
农业节水是我国水资源优化配置的关键。
水资源短缺限制了我国农业用水不可能大幅度增加,而且随着我国人口的增加,农业工程还必须满足人们生活需求的粮食增长。
因此,节水农业是我国农业发展的唯一出路,发展节水农业既是对水资源的有效保护,也是对农业发展的有利促进。
节水农业,不仅仅就是灌溉用水量的减少,其实质是高效用水。
同时,根据灌区当地的作物种类及水文气象等条件自己来制定作物的灌水计划,确定灌溉流量。
土地开发整理是增加有效耕地面积,实现耕地总量动态平衡的有效措施,是提高土地的质量,促进集约化利用的重要手段,积极发展土地整理对于缓解人地矛盾,改善农业生产条件和生态环境,促进农业现代化建设及经济发展具有极其重要的意义。
为了更好的完成项目区土地开发整理,进行规划。
在本设计中,作物的灌溉设计流量的推求,渠道纵横断面的计算,渠系交叉建筑物的设计等都是为了合理利用土地,合理分配水资源而计算的。
1.1项目建设背景
青华镇西区灌溉排水项目涉及村庄为三李营、养心庄、杜庄三个行政村。
该区群众以务农为主,有部分群众外出务工或从事建筑业,少数群众从事第三产业。
农民人均纯收入为1150元,生活水平低于全县平均水平。
项目区水利设施配套标准低,土地质量有待提高;土地利用结构不尽合理;粗放经营,土地生产力水平有提高潜力。
耕地质量不高,人均有效耕地面积少,因此,为了提高该地区土地有效利用率和土地产出率,增加耕地面积,提高耕地质量,增加农民收入,壮大地方经济,做此灌溉排水项目。
1.2项目建设目的
设立该项目的主要目的是:
(1)贯彻“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策,增加耕地面积,实现耕地总量动态平衡。
(2)实施田、水、路、林综合治理,配套、完善农业基础设施,改善农业生产条件,保证土地可持续利用和农业可持续发展,更好地发挥土地资源在国民经济中的作用。
(3)优化配置土地资源,促进农业结构调整,增加农民收入,确保项目区农民的经济利益。
(4)调整土地权属关系,保护产权主体的合法权益,维护项目区的社会稳定。
(5)通过此项目的实施,为盱眙县的土地整理积累经验,推动其土地整理工作。
1.3项目规划任务
(1)基本资料的分析整理;
(2)项目区灌溉水资源平衡分析计算;
(3)项目区土地平整规划设计;
(4)灌溉管网规划设计;
(5)排涝工程设计
(6)水源工程设计;
(7)工程量统计及效益分析;
1基本资料的分析与整理
1.1青华镇西区简况
青华镇位于河南省南阳市市境西南部。
东靠潦河,与陆营乡、潦河镇毗邻,西与邓州市穰东镇接壤,南与新野县歪子乡相接,北与镇平县彭营乡毗邻,总面积91.59平方公里。
辖青华南、青华北、王珍庄、远场、高老家、杨李庄、杜庄、牛岗、杨官寺、席庄、岭上、蔡庄、赵寨、马集、华寨、叶寨、民金营、上徐寨、养心庄、三李营、黑家庄、任家庄、前所、后所24个村委会,115个自然村,总人口69200人。
多为汉族,另有蒙古族、回族等兄弟民族。
镇政府驻地青华,又名青华街,在礓石河右岸,距市区21.4公里。
1984年改建为青华乡;1996年撤乡改建为镇。
,海拔在115米-110米之间。
1993年耕地面积99364亩,辖区主要河流有:
礓石河,清代称汇集河,北由王珍庄村流入,南从上徐寨出界,段长10公里;华河,源于杜庄村,南由叶寨村出境。
境内地表水缺乏,农田灌溉主要依靠地下水,为主要井灌区。
南邓公路经青华街东、南两面,焦枝铁路经过街北。
该镇马集村有3.5万伏变电站,主、干线通往6个乡镇,全镇村村通电。
文物古迹有杨官寺的两汉、三国安众古城遗址;三里营的新石器时代文化遗址,为县级文物保护单位。
青华镇主要经济作物有小辣椒、大枣、金针菇、棉花等。
1.2项目区自然与地理条件。
1.2.1位置与范围
项目西区涉及村庄为三李营、养心庄、杜庄三个行政村。
地理位置为:
东经112°20′06″-112°25′06″,北纬32°49′16″-32°53′23″。
大致范围为东至五道庙,南至张庄,西至石龙村、磨涧村,北至高低洼。
1.2.2地形、地貌、地质
卧龙区地处南阳盆地西北缘,地貌为山前冲、洪积平原。
地下水类型为第四系孔隙水,浅层地下水埋深小于10m,含水层岩性为砂及砂卵砾石,单井出水量500-1000m3/d,地下水流向NW-SE向。
富水层埋深在32~53m之间,含水层为多层结构含水层,岩性为多层砂及砂砾石层。
1.2.3气候与水文
(1)气候
项目区气候类型属北亚热带半湿润区大陆性季风气候,四季分明,气候适宜。
春暖多变大风多,夏热雨大多旱涝,秋凉风少日照足,冬长轻寒雨雪少。
(2)气温
年平均气温14.9℃。
气温变差以4月份最大,温度递增最快,从8月份以后则依次递减,11月份降温最快。
全年中7月份温度最高,多年平均为27.1℃;1月份温度最低,多年平均为0.4℃。
历年极端最高气温41.3℃,极端最低气温-16℃,分别在1966年7月19日和1969年1月31日。
多年平均终霜日为3月28日,平均初霜日为11月4日,年平均无霜期229d。
(3)日照
项目区内光热资源丰富,全年平均日照总时数2116h,日照率49.2%,太阳辐射年总量为116.6千卡/cm2,稳定超过0℃的年积温为5279℃,超过5℃的年积温为5067℃,超过10℃的年积温为4675℃,超过20℃的年积温为2990℃,可满足农作物一年二熟所需积温的需求。
(4)风
项目区属季风气候,5~6月份西南风频率最高,其他月份东北风频率最大。
全年最多风是东北风,频率为17,次多风是西南风,频率为12。
年平均风速3.2m/s。
各月平均风速在2.8~3.8m/s之间。
多年平均最大风速是东北风,为5.1m/s。
(5)降雨量
项目区多年平均降水量805.8mm,最大降水量1323mm,最小降水量420mm。
年降水量相对变率为19.2%。
多年来年降水一般集中在6~9月份,占全年总降水量的60%以上,且多为暴雨。
每年的1月、2月、12月份,降水量仅占全年总降水量的4.6%。
多年平均相对湿度71%,为半湿润气候项目区属长江流域汉水系。
设计典型年平均月降雨量分配表:
(2-1)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
比例(%)
1.3
1.8
3.9
8.6
8.1
9.7
24.6
17.7
12.3
7.6
3.3
1.1
100
(6)河流及沟渠
礓石河从项目区西侧流过,潦河从项目区东侧流过,两段河均是春涸秋溢季节性河流,沿岸地势平坦而历史上旱涝交替。
建国后对两河进行系统治理,基本上控制了水灾。
其中在礓石河沿岸有大片的滩涂。
在项目区内部有几条人工开挖的排水沟,河流及排水沟的走向均是从北向南,排入下游的华河内。
项目区内缺少地表水,农田灌溉主要依靠地下水。
现存部分机电井、提灌站,但不能满足整个项目区内农业生产所需,需要进一步配套完善。
1.2.4土壤与主要农作物
(1)土壤
项目区土层主要由河道冲积形成,地质岩性为第四纪沉积物,表层为砂姜黑土。
砂姜黑土和黑老土占90%,余为黄老土和灰两合土。
砂姜黑土成土母质主要为湖沼相沉积物、上覆盖洪积、冲积物,耕作层质地中壤,底层重壤,局部砾姜石直径较大,分布较多。
砂姜黑土中有机质、钾元素含量高,磷元素含量低。
养分含量统计为:
有机质含量平均为1.098%,全氮0.079%,速效磷600ppm,速效钾100-150ppm,总体上是富钾、贫磷、少氮、有机肥不足。
潮土成土母质主要为河流沉积物,疏松易耕,耐旱耐涝,但面积小;养分情况是:
有机质含量平均为1.043%,养分含量统计为:
全氮0.082%,速效磷8-15ppm,速效钾100-150ppm。
(2)农作物及植被
项目区植被的种类较多,自然植被以灌木和杂草状态存在,林木多为人工营造的农田林网和果园;人工植被中,农作物有小麦、玉米、红薯、豆类、谷子等,经济作物有棉花、辣椒、烟叶、花生、芝麻、中草约等。
现状农作物一般一年两熟,以小麦-玉米和小麦-红薯种植结合较多,作物复种指数2.0。
1.2.5自然灾害
主要自然灾害有风灾、旱灾、涝灾、雹灾、霜冻等。
1.2.6社会经济条件
该区群众以务农为主,有部分群众外出务工或从事建筑业,少数群众从事第三产业。
农民人均纯收入为1150元,经济状况一般。
项目区共涉及6个行政村,人均收入仅为1150元,生活水平低于全区平均水平。
1.2.7水资源
(1)地表水
项目区属长江流域汉水系。
礓石河从项目区西侧流过,潦河从项目区东侧流过,两段河均是春涸秋溢季节性河流,不能满足项目区的灌溉用水需要。
项目区内缺少地表水,农田灌溉主要依靠地下水。
(2)地下水
项目区内地下水丰富,水质较好。
根据水利部门的打井物探资料,在100深度内含水层总厚度在30~50米之间,当钻井深度到达30~60米时,单井出水量超过45立方米/小时。
以往成井深度约在50米左右。
浅层地下水埋深5~10米,静水位5~8米,动水位10~15米。
项目区内有长期井灌的经验,有试验的机井及成井资料。
地下水地下水质好,水温低于35℃,pH值在5.5~8.5之间,全盐量小于1g/l。
适于作物生长发育,也符合生活饮用水标准。
1.3项目区基础设施状况
1.3.1交通道路
项目区内县级公路从项目区附近通过,交通条件较好,但项目区内村与村相连接和田地之间的道路大多是简易土路,布局凌乱,宽度规格不一,路面高低不平,通过能力有限,不能满足机械化耕作和对外交通的需要。
遇雨天路面泥泞不堪,不利于农业生产及农民生活。
1.3.2水利设施状况
(1)供水
整个项目区内原有部分机井,但由于年久失修,同时随着地下水位的下降,机井大多已无法正常使用,此次设计中不予考虑。
(2)排水
项目区内有部分人工排水沟,项目规划时候需加宽断面,保证排水通畅。
项目区田间内部没有其它任何的排灌配套设施,局部地方出现积水项目区属长江水系,项目区的西侧有礓石河流过,东侧潦河从项目区边界流过。
二河均属季节性河流,春涸秋溢,可做为排水承泄区使用。
二河向下游汇入华河。
1.3.3电力设施
项目区内有10kVA高压线路和380V低压线路通过,为项目区供电力系统的配套(备)提供了条件。
完全可以满足用电要求。
1.3.4林网建设状况
项目区内没有农田防护林网,仅在公路两侧有林带,农村道路两旁仅有稀疏的林木,但还不成规模,杂乱无章,且缺乏经济效益。
1.4土地利用结构
1.4.1土地利用概况
(1)利用结构
项目区总面积2002.31公顷,建设规模1790.52公顷。
其中农用地1691.66公顷,占项目区总面积的84.49%,其中耕地面积1580.82公顷,占项目区土地总面积的78.95%;其他农用地面积106.95公顷,占项目区土地总面积的5.31%。
建设用地面积224.93公顷,占项目区总面积的11.23%。
未利用土地85.71公顷,占项目区总面积的4.28%(其中耕地1580.82公顷,占78.95%;园地1.91公顷,占0.10%;林地2.0公顷,占0.10%;农村道路42.75公顷,占2.14%;沟渠用地52.0公顷,占2.60%;打谷场9.70公顷,占0.45%;河流水面10.87公顷,占0.54%;坑塘水面2.5公顷,占0.12%;居民点211.79公顷,占10.58%;砖瓦窑及工矿废弃地11.38公顷,占0.61%;水工建筑物1.09公顷,占0.05%;闲散地6.91公顷,占0.35%;滩涂44.87公顷,占2.24%;未利用地23.06公顷,占1.16%。
)项目区分片现状情况详见附表。
(2)权属
项目区共涉及卧龙区青华镇的的3个行政村。
项目区土地详查和确权工作已经完成,土地权属明确,界线清楚,权属性质均为集体所有,无权属纠纷问题。
1.4.2土地适宜性评价
土地利用适宜性评价指标
表(1-1)土地利用适宜性指标
评价因素
宜耕指标
自然坡度
<25°
土层厚度
>50厘米
土壤质地
石砾含量<15%
地下水位
>1米
经分析,青华镇西区的土地完全适宜耕种。
1.4.3土地利用存在的问题
(1)产出率低
两片项目区现有耕地1580.82公顷,园地1.91公顷。
由于缺少水利设施,加上耕作粗放,土地产出率极低.目前项目区土地缺水少肥,土壤养分不足,产出率低下。
(2)利用率低
两片项目区现有未利用地85.71公顷,为闲散地、滩涂及未利用地等。
项目区土地利用率79.95%。
土地利用率较低主要受经济和自然条件限制。
2水资源平衡分析
水资源平衡是一个相对的概念,是指在一定的保证率下的水量供需平衡。
根据区域均衡法原理,将规划区作为一个储水整体,计算一年内区域边界补给或排泄水量,检查是否平衡,能否满足灌溉生产的需要。
2.1需水量分析
2.1.1灌溉设计保证率
在进行水资源平衡分析之前,首先确定灌溉设计保证率。
灌溉设计保证率:
灌溉用水量在多年期间能够得到满足的概率。
一般用设计灌溉用水量全部获得满足的年份占总年数的百分数表示。
灌溉设计保证率可按公式(2-1)计算[1]:
﹪(2-1)
灌溉设计保证率是在进行灌溉工程设计时选定的灌溉保证率,它因各地自然条件、经济条件、种植情况等不同而有所不同,可按我国GB50288—《灌溉与排水工程设计规范》中的规定选取,见下表(2—1)。
表2—1灌溉设计保证率标准参考值
灌水方法
地区
作物种类
灌溉设计保证率(﹪)
地面灌溉
干旱地区
或水资源紧缺地区
以旱作物为主
50~75
以水稻为主
70~80
地面灌溉
半干旱、半湿润地区
或水资源不稳定地区
以旱作物为主
70~80
以水稻为主
75~80
地面灌溉
湿润地区
或水资源丰富地区
以旱作物为主
75~80
以水稻为主
80~95
喷灌、微灌
各类地区
各类作物
85~95
本项目区属半干旱、半湿润地区,作物种类以旱作物为主,虽然雨量充沛,地下水丰富,但水源水位普遍偏低,所以灌溉保证率不宜太高,依据《土地开发整理标准》,确定灌溉设计保证率为75%。
2.1.2灌溉定额:
参照项目所涉及的村庄目前的种植制度和今后种植业结构调整的要求,以玉米和冬小麦等两种典型作物来确定灌溉定额
项目区内复种指数为2.0,小麦和玉米种植结构比为1:
1。
根据《中国主要农作物需水量与灌溉》与《卧龙区农业区划》得到:
在75%灌溉保证率时,小麦净灌溉定额为:
120.7m3/亩,玉米净灌溉定额35m3/亩。
2.1.3灌溉需水量的计算
项目区农业灌溉需水量可利用下面的公式进行计算[2]:
式中——农业生产总需水量,m3;
——综合毛灌溉定额m3/亩;
——综合净灌溉定额m3/亩;
A——灌溉面积亩;
——作物种植比例;
——灌溉水利用系数,本设计采用低压管道灌溉,取0.9[2]。
,——各种作物的灌水定额。
故:
2.1.4乡镇,企业,及生活用水。
在本项目区中,工业或乡镇企业用水量,及除工业、农业、生活以外的部门用水量,因并无具体资料,故按灌溉用水量的10%估算[3]。
2.2供水量分析
项目区所在地的地下水,浅层地下水埋深一般在5~10米,富水层埋深在32~53m,含水层厚度在21米左右,含水层为多层结构含水层,岩性为多层砂及砂砾石层。
静水位5~8米,动水位10~15米。
地下水的供水量主要考虑降雨入渗补给量、灌溉回归水量、河道侧向补给量等。
2.3.1降雨入渗补给量
项目区多年平均降水量值为805.8mm,年降水量相对变率为19.2%,降水量一般集中在6-9月份,占全年降水量的60%以上,多为暴雨。
全年中,各月降水量以7月份最多,12月份最少,1-4月份降水量递增,5月份略减,6月份回增,7月份达到全年最高值,8-12月份递减,12月份降到最低值。
对应灌溉保证率在75%时的雨量为586.5mm。
夏季雨量集中,雨热同期,对农作物生长十分有利,具体降水入渗补给可按式(2-2)计算如下:
R=0.1××P×F(2-2)
式中:
R——降雨入渗补给量;
P——典型年降雨量,为704.4mm(75%保证率时);
——降雨补给系数;根据当地水文地质资料取0.23;
F——项目区内总面积;
则:
项目区降水入渗补给量为
R=0.1×0.23×704.4×2002.31×0.01
=324.40(万m3/年)
2.3.2灌溉回归补给量
规划区内渠灌和井灌水均会部分入渗补给地下水,灌溉回归水量受多种因素影响,因此,一般由当地地下水文地质资料查得的灌溉回归系数,计算灌溉回归水量,其计算过程如下:
(2—3)
式中——灌溉回归补给地下水量,;
——灌溉毛水量,;
——灌溉回归入渗系数,根据《南阳市卧龙区水利区划》,β取0.08。
灌溉毛水量取作物总的灌溉需水量,即:
2.3.3河道渗漏补给水量
河道补给是影响浅层地下水储量的因素之一,其具体计算过程可按下式计算:
式中――河道侧向渗漏补给量(m3);
K——渗透系数(m/日);查《河南省卧龙区水利区划》为7.5;
I——垂直河流方向的水力坡降;查《河南省卧龙区水利区划》为0.00518;
L——河道长度(m);为礓石河和潦河在项目区内的总长,经量算为8035米;
M——含水层厚度(m);取21米;
T——蓄水天数(天)。
T值取210天;
故:
河道补给量为
2.3.3水资源平衡分析
由以上的计算可知,设计本项目区可供水量
需水量
>。
可见,项目区年度水资源供给量大于年度需水量,可以满足农业灌溉需求。
3土地平整规划设计
3.1规划目标
(1)通过土地整理,提高土地利用率,改良土壤,提高抗御自然灾害的能力。
(2)通过土地平整和完善田间道路系统,使项目区达到“田成方,路成框”的效果,既为合理布局各种农作物,调整农业生产结构提供良好的平台,又能满足机械化作业的需要。
(3)合理配置灌排系统,增强农田水利设施排灌功能,提高灌溉保证率,使农业生产持续、稳定发展。
(4)通过改造中低产田,提高作物产量,增加农民收入。
3.2规划原
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