渠道横纵断面设计
灌溉与排水工程课程教案
《灌溉与排水工程》课程教案一、课程的基本要素1、课程中文名称：灌溉与排水工程2、课程英文名称：Irrigation and Prainage Engineering3、课程编号：0312094、学科分类：农业工程4、课程类别：专业课。
5、课程性质：必修课。
6、适用层次：汉族本科7、适用专业：农业水利工程。
9、学时：总学时60（理论课学时52，实验课学时8）。
10、学分：311、先修课程水力学、水文与水资源学、土壤与农作、地下水利用等有关基础课12.并修课程水工建筑物、水利工程经济、水利工程概预算等二、课程介绍：1、教学目的：通过本课程的教学使学生掌握灌溉与排水的基本理论和灌排技术、灌排系统规划设计方法及地区水利规划的基本知识和方法等。
具体要求为：(1)知识方面了解农田水分变化规律，掌握控制农田土壤水分以及进行合理灌排的基本理论和知识；掌握灌溉排水系统的规划设计方法；掌握灌区田间工程的规划方法；了解灌区水利规划的方法步骤以及掌握有关基本知识；明确农田水利管理工作的重要性，掌握灌排管理的基本知识。
(2)技能方面能根据水源条件选择合理的取水方式，能进行引水工程的水利计算；能进行灌区灌排系统的规划布置；能进行灌排系统的流量计算和纵横断面设计。
(3)能力方面能独立担当中小型灌区的规划设计及灌、排管理工作。
2、课程特点《灌溉与排水工程》是农业水利工程专业的一门主干必修专业课。
其基本任务是：使学生掌握灌溉与排水的基本理论与基本原理，灌排技术，灌排系统规划设计的方法；了解灌、排工程对水环境的影响及其评价；使学生重视灌、排管理；了解灌排系统管理中的一些现代化技术；掌握灌排工程的经济评价，掌握新疆盐碱土防治的水利措施等基本知识和技能。
3、使用教材《灌溉排水工程学》.汪志农主编中国农业出版社出版，2005年5月第一版4、参考教材（1）《农田水利学》（第三版）. 郭元裕主编,中国水利水电出版社,1999年8月（2）《灌溉排水工程学》汪志农主编中国农业出版社出版，2000年5月（3）《农田水利学习题试验集》.张增圻、沈荣开合编, ,水利电力出版社,1994年（4）《新疆垦区盐碱地改良》.罗家雄等编著·水电出版社·1985．4三、教学要求与学习方法1、教学要求由本课程的特点，要求在教学过程中始终贯彻从实践中来到实践中去的认识过程。
D80渠道工程设计
D80渠道工程设计本设计选用张庆乡郝村灌溉农田为典型设计区域，灌溉面积2900亩。
1渠道纵横断面设计灌溉支渠一般应高于地面，使支渠最小水位高于控制面积内中上等地面点15～20cm，干渠进水口水位高程应满足支渠控制面积的引水高程和引水流量，渠道流速、比降尽量保持不冲不淤。
1.1斗、农渠设计流量计算依据前得出的灌溉制度，干渠的设计流量为0.457 m3/s。
1.2渠道断面设计渠道比降：根据地形及渠道纵断面情况，干渠设计比降为1/800；设计流量为0.457m3/s。
渠道断面型式。
根据近几年来灌区改造和开发过程中渠道砌护经验，结合防冻、稳定和过水最优断面分析，斗、农渠采用“U”型断面。
渠道糙率取n=0.014。
各级渠道断面水力要素均按明渠均匀流公式计算：()5.0iQ⋅WRC=⋅⋅式中Q—渠道设计流量（m3/s）；W—渠道过水断面面积(m2)；i—渠道比降；R—水力半径（m），R=W/X；X—湿周（m）；C —谢才系数； 6.11R n C ⋅=；n —渠道砌护糙率取0.014。
经计算和综合考虑施工等因素，采用D80U 型渠，现浇砼U 型渠道设计图采用山西省水利厅发布的定型图册。
2渠系建筑物设计建筑物的设计为达到技术先进、经济合理、安全适用、施工管理方便。
都采用定型设计和砼结构。
本区干渠上有节制、分水口6处。
2.1.结构型式：水闸由进口段、闸室段、出口段组成，进口段由进口渐变护砌段及进口挡土墙组成，出口段由出口渐变护砌段及挡土墙组成，闸室段、进出口段均采用混凝土结构。
2.2斗、农渠闸闸孔宽度计算采用公式宽顶堰公式：g BHo m Q 223⋅⋅⋅⋅=εσδ式中：Q —过闸流量B —闸孔宽M —流量系数，无坝取0.385δ—侧堰引水系数，夹角等于90°时，δ=0.86σ—淹没系数，由Hs/H O 查表确定。
ε—侧收缩系数，取0.9g —重力加速度H O —自堰算起的总水头（m ）闸孔宽B取0.8m,计算结果见设计图,闸底槛顶高程与渠底齐平，闸孔设计按照过水流量与渠道过水断面积相一致的原则确定。
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• 满足A、B条件的横断面
• 渠道的纵横断面设计不是相互独立的，而是互相 联系的。
（一）梯形渠道设计参数确定
• 1、渠道比降i
–尽量使i与地面坡度一致 –满足渠床稳定要求
• 小于不冲流速 • 大于不淤流速：多泥沙河流不许考虑。
–随着渠道设计流量的减少，底坡逐渐增加
• 干渠、支渠较缓，斗渠、农渠陡
–
R=A0/X
–
Q0=A0*R**(2/3.0)*SQRT(I)/N
–
E＝ABS(Q0-Q)/Q0
–
IF(E.LE.0.001) GOTO 200
– 100 CONTINUE
–
WRITE(*,*) ‘H=’,H
– END
2、迭代公式（梯形渠道）
h2
(nQ)3 / 5 i 3 / 10
(b
2h1 1 m2 b mh1
– 1、地面高程线 – 2、建筑物位置和符号 – 3、设计水位线 – 4、渠底线（平行设计水位线减去设计水深） – 5、最小水位线（渠底＋最小水深） – 6、堤顶线（渠底线＋加大水深＋超高） – 7、桩号和高程
3、水位衔接
• （1）同级渠道不同渠段水位衔接
– A 上下段渠道流量差别不大时，调整渠道宽深比，使其 水深一致。
• B 以下级渠道最小水位为准，抬高上级渠道 最小水位；多余水头采用进水闸消除。
• 抬高渠首水位 • 减小渠道底坡
谢谢大家！
– B 建筑物较长（图中标注长度），在其进出口 和长度方向上扣除局部和沿程损失（图）
– C跌水可用垂线连接
（3）上下级渠道水位衔接
• A、以设计水位为准，上级渠道水位高于下 级渠道；
渠道横纵断面设计
渠道横纵断面设计渠道横截面设计需要考虑以下几个因素：1.渠道的输水能力：渠道截面的宽度和深度会影响渠道的输水能力。
一般来说，宽度越大，渠道的输水能力越大，但也要考虑到过大的宽度会增加渠道的建造成本。
深度越深，渠道的输水能力也会增加，但过深的渠道容易发生冲淤变形，需要采取防护措施。
2.渠道的排水能力：渠道横截面设计需要根据区域的排水需求确定，一般来说，快速排水的渠道横截面应该是宽度大、深度相对较浅的U型槽或V型槽，以增加水流速度和排水能力。
而对于慢速排水的渠道，可以采用平底槽或者S型槽的设计，以减小水流速度。
3.渠道的稳定性：渠道的稳定性是设计中最重要的考虑因素之一、渠道的横截面设计需要根据土壤质地、坡度和水流速度等因素进行合理选择，以确保渠道不会发生冲淤变形或塌陷。
通常来说，渠道的侧坡应该尽量陡，以增加渠道的稳定性，但也需要结合实际情况，如土壤类型和坡度等因素进行综合考虑。
4.渠道的生态环境：渠道的横截面设计还需要考虑渠道的生态环境保护。
设计时要尽量减少渠道对周围生态环境的影响，如选择护岸的设计、设置沟底结构等，以保护渠道周边的生物多样性。
渠道的纵断面设计也是很重要的一部分1.渠道的坡度：渠道的纵断面设计需要确保渠道具有良好的自流能力，可以顺利排水。
根据渠道的长度和自然坡度，确定渠道的纵坡，并在设计中保持适宜的坡度。
2.渠道的起点和终点高程：根据渠道的起点和终点高程，确定渠道的纵断面设计方案，以确保渠道在整个工程区域内稳定并完成预定的排水任务。
3.渠道的过渡段设计：渠道的纵断面设计还需要考虑渠道的过渡段设计，包括渠首和渠尾的设计。
渠首的设计需要考虑渠道的进水能力，而渠尾的设计需要确保渠道能够平稳地将水流排入下水道或者渠道。
总之，渠道横纵断面设计需要综合考虑渠道的输水能力、排水能力、稳定性和生态环境等因素。
设计时还需要结合实际工程条件和地质环境进行分析和判断，以确定最佳的设计方案。
农田水利学—渠道灌溉系统
第四章渠道灌溉系统§1灌排渠系规划布置灌溉系统是指从水源取水并输送分配到田间的灌溉工程。
按输水方式的不同可分渠道灌溉系统和管道灌溉系统两大类。
本章介绍渠道灌溉系统。
管道灌溉系统将在第五章中介绍。
一、灌排渠系的组成及布置原则（一）灌排渠系的组成1、灌溉系统：（1）渠首工程（2）灌溉渠道：干、支、斗、农渠等固定渠道（3）渠系建筑物（4）田间渠系工程：毛渠（临时渠道）、灌水沟哇等2、排水系统（1）田间排水工程：毛沟、腰沟、墙沟等（2）排水沟：干、支、斗、农沟（3）排水建筑物：排水闸、涵、站等（4）排水容泄区：大江、大湖、大海等（二）灌排渠系的布置的原则（1）满足作物灌排要求。
1）渠道应布置有高处，排水沟应布置在低处。
2）渠道和排水沟的长度和间距应当适宜，保证灌得上排得出。
（2）灌溉渠道必须与排水沟统一规划布置在规划布置渠道时，必须同时考虑到排水沟的位置，在平原地区、圩区，渠道一般要服从排水沟布置（因为在平原地区，排水问题更为突出）。
（3）安全可靠如渠道要避免深挖高填，山丘区渠系上方必须修撇洪沟（截洪沟）。
（4）经济合理渠道要尽量短直，以减少土方量；要尽量减少压占耕地；排水沟要尽量利用天然河道。
（5）便于管理便于用水管理和工程管理，布置时要考虑行政区划；也要考虑机耕方便；建筑物尽量联合修建，形成枢纽，以便于管理。
（6）综合利用如渠道落差较大可布置水电站，较大的渠道或排水沟要考虑通航，水产养殖等。
二、丘陵山区灌排渠系的规划布置山丘区的水利特点是：排水比较通畅，但干旱问题比较突出。
在山丘区虽然可以修建水库塘坝蓄水灌溉，但是由于其蓄水能力有限，因此干旱问题是山丘区的主要水利问题。
因此山丘区灌排渠系的布置，以灌渠道布置为重点。
山丘灌溉渠道布置的关键是布置干渠。
（一）干渠的两种布置形式(1)干渠沿等高线布置(2)干渠垂直于等高线布置(二)支、斗、农渠布置支渠垂直于干渠，其间距由地形条件决定。
斗渠间距一般为：400〜800m农渠间距一般为：100〜200m两种布置形式：(1)灌排相邻适用于单一坡向地形(2)灌排相间适用于平坦，或有微起伏能渠道建筑物规划布置渠系建筑物指与渠道或排水沟配套的水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。
各级渠道纵横断面设计
各级渠道纵横断⾯设计5.2 各级渠道纵横断⾯设计 5.2.1 典型农渠纵横断⾯设计 5.2.1.1 典型农渠横断⾯设计设计流量是进⾏⽔⼒计算,确定渠道过⽔断⾯尺⼨的主要依据,合理的渠道、横断⾯除了满⾜渠道的输⽔、配⽔要求外,还应满⾜渠床稳定条件,包括纵向稳定和平⾯稳定两个⽅⾯。
纵向稳定要求渠道在设计条件下⼯作，不发⽣冲刷和淤积，或在⼀定时期内冲淤平衡。
平⾯稳定要求渠道在设计条件下⼯作时，渠道⽔流不发⽣左右摇摆。
渠道横断⾯尺⼨要依据渠道设计流量通过⽔⼒计算加以确定。
⼀般情况下采⽤明渠均匀流公式计算：即Q=AC Ri式中：Q —渠道设计⽔深（m 3/s ） A —渠道过⽔断⾯⾯积（m 2） R —⽔⼒半径 i —渠底⽐降c —谢才系数，⼀般采⽤曼宁公式 c=n1 R 1/6进⾏计算，其中n 为糙率农渠的渠底⽐降，为了减少⼯程量，应尽可能选⽤和地⾯相近的渠底⽐降。
i=0.0029。
渠床糙率系数：由《灌溉排⽔⼯程学》P 130表3-13，农渠采⽤砼护⾯，预制板砌筑，n=0.017.农渠采⽤梯形断⾯，渠道内、外边坡系数m=1.25。
采⽤试算法：初选定b=0.36m, n=0.017, Q=0.123 m 3/s, i=0.0029⽤迭代公式： h i 10+=hh m b i b nQ ib mi 05/25/3102121+??? ??++??? ??代⼊数据，经试算得 h=0.23mA=(b+mh)h=0.149 (m 2)V=AQ=0.825(m/s) 渠道的不冲流速和⼟壤性质，⽔流含砂量，断⾯⽔⼒要素有关，⼀般⼟渠的不冲流速可依据《灌溉排⽔⼯程学》P136表3-25中查出，V cs1= 5.0(m/s)V 不冲=KQ 0.1 = 5×0.1230.1=4.054( 查表6-21）渠道的不淤流速，由不淤流速经验公式：V cd =C 0Q 0.5式中：V cd 为渠道的不淤流速（m/s ）C 0为不淤流速系数，随渠道流量和宽深⽐⽽变，见《灌溉排⽔⼯程学》P 136，表3-26查得 C 0=0.4V cd =0.4×0.1230.5=0.140(m/s)V cd =0.140(m/s)满⾜不淤不冲流速，断⾯尺⼨适合，即：b= 0.36 (m), i=0.0029, m=1.25, n=0.017 , Q=0.123。
第一节灌溉渠道流量确定和设计(3)
弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。19:30:4219:30: 4219:3012/1/ 2020 7:30:42 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.119: 30:4219:30Dec-201- Dec-20
重于泰山，轻于鸿毛。19:30:4219:30: 4219:30Tuesday, December 01, 2020
(4) 梯形渠道水力最佳断面的计算公式: 在渠道比降和渠床糙率一 定的条件下，通过设计流量所需要的最小过水断面称为水力最佳断 面，梯形渠道水力最佳断面的水力要素按下表计算。
表3-16 梯形渠道水力最佳断面参数计算公式
梯型渠道水力最优断面常为窄深式，这种渠施工困难， 特别是大型渠道，当地形条件复杂时施工就更加困难， 因此在实际应用中，水力最优断面不一定是经济断面。 但水力最优断面具有工程量最小的优点，小型渠道和 石方渠道可以采用。在工程实践中为了经济合理，常 常放弃水力最优断面，而选用实用经济断面。实际过 程中存在一组宽浅式的梯形断面，其水深和底宽有一 个较广的选择范围，以适应各种具体情况的需要，而 在此范围内又能基本上满足水力最优断面的要求（即
(2) 续灌渠道设计流量的计算: 续灌渠道一般为干、支渠道，流量较大，上、 下游流量相差悬殊，这就要求分段推算设计 流量，各渠段可采用不同的断面。各级续灌 渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间， 可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道 的毛流量。所以续灌渠道设计流量的推算方 法是自下而上逐级、逐段进行推算。生产实 际中一般用经验公式估算续灌渠道分段设计 流量。
土质渠道不冲流速
渠床土质 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
不冲流速(m s-1)
备注
0.6～0.8 0.65～0.85 0.70～0.95 0.75～1.00
渠系建筑物
渠系建筑物第一节渠道与渠首工程一、渠道灌溉渠道一般可分为干、支、斗、农四级固定渠道。
干、支渠主要起输水作用，称为输水渠道；斗农渠主要起配水作用，称为配水渠道。
（一）渠道的布置1、地形条件：在平原地区，渠道路线最好是直线。
在山坡地区，渠线应尽量沿等高线方向布置，以免过大的挖填方量。
2、地质条件：渠道线路应尽量避开渗漏严重、流沙、泥泽、滑坡以及开挖困难的岩层地带。
3、施工条件：施工时的交通运输、水和动力供应、机械施工场地、取土和弃土的位置等条件。
4、管理要求：渠道布置要和行政区划与土地利用规划相结合，以便于管理和维护。
（二）渠道的纵横断面设计1．渠道横断面①渠道横断面尺寸，应根据水力计算确定。
②渠道横断面的形状，常用梯形，它便于施工，并能保持渠道边坡的稳定，2．渠道的纵断面根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置。
二、无坝渠首枢纽（一）位于弯道凹岸的取水枢纽1、适用条件：河岸稳定、引水量小于河道流量的25%~35%。
2、枢纽组成：拦沙坎、进水闸、引水渠、沉沙池等。
3、布置要点：取水口的位置设在弯道顶点以下水深最深的地方；引水角一般采用30°～50°。
（二）、导流堤式取水枢纽1、适用条件：在不稳定的河道上或坡降较陡的山区河流，引取流量较大时使用。
2、枢纽组成：导流堤、泄水冲沙闸、进水闸。
（三）、引水渠式取水枢纽1、适用条件：为防止河岸冲刷变形影响时采用。
2、枢纽组成：引水渠、拦沙坎、冲沙闸、进水闸。
（四）、多首制取水枢纽多首制取水枢纽适用于不稳定的多泥沙河流上，尤其是山麓性河流。
三、有坝渠首枢纽（一）沉沙槽式取水枢纽1、枢纽组成：雍水建筑物、导流墙、冲沙闸、沉沙槽及进水闸等。
2、布置要点：溢流坝坝顶高程以满足引水要求为准，坝顶长度取决于泄洪时上游水位的限制；引水角一般约为45°角，进水闸底板应高出沉沙槽底板1.0～1.5m；冲沙闸必须有一定的过水能力以增加冲沙效果和控制流向；沉沙槽的布置不仅要考虑沉沙所需要的容积，而且还要考虑冲沙防沙的效果。