[文章]：水利灌溉工程设计

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水利水电工程 初步设计阶段
灌溉工程设计大纲范本















水利水电勘测设计标准化信息网
1999年7月



     工程 初步设计阶段
灌溉工程设计大纲




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        勘测设计研究院

       年    月




目    录


1  引言?………………………………………………………………………………………（4）
2  设计依据文件和规范?……………………………………………………………………（4）
3  设计基本资料………………………………………………………………………………（4）
4  灌区设计……………………………………………………………………………………（5）
5  应提供的设计成果…………………………………………………………………………（14）  
  



















1  引言

_____工程位于_____，是以_____水库(或_____引水枢纽、或泵站枢纽)为水源工程的_____型灌溉工程。设计灌溉面积_____万亩，设计灌溉保证率_____；渠首进水闸闸下设计水位_____m；设计流量_____m3/s。_____水库(或_____引水枢纽、或_____泵站枢纽)的控制流域面积_____km2，多年平均流量_____m3/s；水库总库容_____万m3，兴利库容_____万m3，正常蓄水位_____m，死水位_____m。(或_____江引水坝坝顶高程_____m，坝上设计水位_____m；或_____泵站枢纽设计扬程_____m，装机容量_____ kW。)

2  设计依据文件和规范

2.1  有关本工程的文件
    (1) _____可行性研究报告；
    (2) _____可行性研究报告审批文件；
    (3) _____初步设计任务书；
    (4)有关部门的协议文件；
    (5)与本工程有关的流域规划、地区规划报告。
2.2  主要设计规范
    (1)DL 5021—93  水利水电工程初步设计报告编制规程；
    (2)SDJ 11—77   水利水电工程水利动能设计规范；
    (3)SDJ 12—78   水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定(山区、丘陵区部分)(试行)；
    (4)SDJ 217—87   水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)；
    (5)SDJ 217—84   灌溉排水渠系设计规范；
    (6)SL 44—93     水利水电工程设计洪水计算规范；
    (7)SL 44—94     水利建设项目经济评价规范；
    (8)SD 204—86    泵站技术规范。
2.3  设计参考资料
    (1)农田基本建设规划(水电部水利建设司1987)；
    (2)灌溉经济效益计算方法研究与应用(河海大学出版社1993)；
(3)排灌机械配套手册(农业出版社1962)

3  设计基本资料
3.1  灌区自然地理资料
    收集灌区的地形图、土壤调查和试验资料以及必要的工程地质、水文地质等资料。
      




3.2  社会经济资料
    收集灌区内的社会经济、水利设施现状和发展规划等资料。包括行政区及其人口、劳力、土地面积、耕地、中小型水库、塘坝、泵站、历年水旱自然灾害、以及地区电网、城镇工业、乡镇企业的产量、产值、城镇居民及工业用水等统计资料。
3.3  农业资料
    收集灌区内的农业生产现状和发展规划资料，包括水、旱作物组成、农业耕作制度、农作物产量、产值、农业成本、人均农业收入、作物需水量、灌水技术以及塘坝容量等资料。
3.4  灌溉试验资料     收集灌区内外的有关水、旱作物的灌溉试验分析资料，包括水稻及旱作物各生育阶段的需水量、灌溉制度及水稻受旱试验产量影响等资料。
3.5  水文气象资料
    (1)收集灌区内有25年以上观测资料的水文、气象代表站的历年逐月旬的降水量、水面蒸发量、径流量等资料。
    (2)收集水库水源工程历年逐月旬的泄流量资料；江、河引水枢纽或泵站枢纽水源工程取水口的外江、河历年逐月旬的平均水位、平均流量、历年最高、最低水位及最大、最小流量特征值资料。
      


    (3)收集灌区内及相邻地区有关山、丘区中、小面积设计洪水计算方法等方面资料。水库水源工程调洪后的设计及校核洪水资料。
    (4)收集水库及江、河水源的水质、泥沙资料。
3.6  水利工程单价分析资料
为了进行工程方案比较，应收集本地区有关水利工程的单价分析指标及面上小型水利工程的扩大指标等资料。

4  灌区设计

4.1  灌区设计原则和任务
在批准的可行性研究报告的基础上，进一步根据农业发展规划要求，考虑灌区的气候、土壤、作物组成等条件，充分利用当地水源，合理引用外水，分析水土资源及城乡其他用水要求等情况，按照大中小并用，蓄引提、近远期结合的原则，合理确定灌区开发方式和工程设计规模。
    具体任务是：
    (1)进一步确定取水水源工程；
    (2)核定灌区范围及灌溉面积；
    (3)选定设计水平年及灌溉设计标准；
    (4)核定灌溉制度；
    (5)进一步选定取水方式及灌区渠系总体布局；
    (6)确定干、支渠布置、渠道设计断面及渠系建筑物位置、规模；
(7)确定渠首工程位置、规模；
(8)田间排灌渠系典型区规划；
    (9)必要时研究提水灌区分区分站多级泵站规划；
    (10)研究灌区内反调节水库规划；
    (11)拟订工程管理运用规划；
    (12)计算工程投资和阐明工程效益。
      


4.2  灌区范围及灌溉设计标准
4.2.1  灌区范围及灌溉面积
根据灌区水土资源平衡条件，复核灌区范围和灌溉面积。   





4.2.2  选定设计水平年及灌溉设计标准
    根据国民经济发展计划要求，并与当地农业发展规划相适应，确定灌区设计水平年。
      









4.3  制订灌溉制度
    根据灌区自然条件、作物组成、耕作制度、灌水方式等通过调查研究、总结先进灌溉经验，结合灌溉试验资料选定灌溉制度。计算方法应采用时历年法。计算内容和方法、步骤如下：
    (1)作物需水量计算
      







    (2)灌溉定额计算
    作物灌溉定额分别为水稻移栽前或旱作物播种前和生长期各阶段(可采用月旬)灌水定额的总和。
    通过水稻田间供需水量平衡及旱作物土层水量平衡计算，分别确定历年水稻及旱作物的灌水定额和灌溉定额，并按作物组成确定历年综合灌溉定额。
      


    (3)塘坝调节计算
    塘坝调节即为灌区内水土平衡计算，是利用灌区分散的小型塘坝蓄水工程进行灌区内供需水量平衡计算，用以充分利用当地径流及削减渠系的灌水模。其任务是求得历年塘坝供水后的需灌水量(即塘坝缺水量)及田间灌水模。
      





    (4)灌区设计灌溉用水定额和设计灌水模
    灌区净灌溉用水定额和灌水模，分别为塘坝调节计算成果中的历年单位面积塘坝缺水量和最大旬的单位面积塘坝缺水流量。如为平畈灌区，则可直接采用历年的
综合灌溉定额求得。根据历年的净灌溉用水定额(m3/亩)和净灌水模(m3/(s•万亩))，分别进行排频计算，并绘制频率曲线，求得灌区内设计保证率的净灌溉用水定额及净灌水模。
4.4  灌溉供水水源工程及其调节计算
根据灌区所在流域的地理位置及邻近地区的水源条件，一般灌溉供水水源工程可分大型综合利用水库及江河引水枢纽或泵站枢纽两大类，其调节计算一般采用长系列逐年各时段的水库来水、用水调节计算或引水、提水枢纽的供需水量平衡。
  






4.5  灌区开发方式
    根据灌区地理位置、地形、水系特征及邻近地区的水源条件，确定不同的灌区开发方式：
    (1)以综合利用水库为水源的灌区开发方式，一般有水库坝上或坝下直接引水，或在水库坝下建引水坝枢纽引水等几种方式，要根据灌区位置、高程和工程措施等综合因素研究确定，必要时还应进行方案比选。
    (2)以灌区下游的大江、大河或湖泊为水源的灌区开发方式，一般有从湖泊或大江、大河直接多级提水灌溉或从大江、大河抽引江河水入本灌区河调蓄后，再分区分站多级提水灌溉等形式。
4.6  灌区干、支渠规划
4.6.1  灌区干、支渠线路选择
      





    (1)选择原则
    灌区干、支渠线路选择，应根据地形、水系、地质等条件，并尽量照顾行政区划，充分利用现有和计划的水利设施及适当考虑综合利用等原则，拟订不同线路或站级布置的比较方案。
      



    (2)选择工作内容与方法
      1)方案拟订
    根据可研阶段选定的干渠及其审查意见，对干渠线路或提灌干渠上的站级布置结合渠系建筑物，拟订二、三个比较方案。
      2)工程布置和工程设计
    根据拟订的不同干渠线路或部分线段的布置方案，对渠道及渠系建筑物进行工程设计；或对提灌干渠上拟订的不同站级布置方案，进行渠道设计及泵站规划。
      3)工程费用计算
    工程费用包括工程投资及年运行费两部分。工程投资是根据干、支渠道、渠系建筑物及泵站等工程的设计规模，计算工程量(考虑阶段系数)；由施工预算单位提供各项工程的单价指标后，进行工程投资计算。年运行费包括工程大修、维修、管理费及泵站抽水电费等项，参照《水利建设项目经济评价规范》、《灌区编制定员标准》等文件进行计算。
      4)方案比较
    对效益相同的方案进行比较时，可采用年费用法或费用现值法；如效益不相同时，可采用经济效益费用比法、经济现值法、经济净年值法。
      5)干、支渠线路选定
    根据上述经济比较成果，并考虑工程地质、施工条件、地方意见等因素综合比较选定。
      




4.6.2  干、支渠断面设计
    (1)渠道设计流量计算
    渠道设计流量应包括灌区内的农业灌溉用水、城镇工业与居民生活用水及干旱地区的农村人畜用水三部分。农业灌溉用水是按灌区净灌水模与渠道控制的灌溉面积计算；其他城镇等工业、居民生活用水，可按有关工业产值、城镇人口、农村人畜数量和各项单位用水资料进行估算，并考虑渠系水利用系数确定。渠系水利用系数，应根据灌区大小、渠系布置、渠道长度、土质、防渗措施和管理水平等因素，
并可参考条件相似灌区的渠道输水损失分析资料予以合理选定。也可参见SDJ 217—84中表7.4.4。
      


    (2)渠道断面设计
    渠道比降是确定渠道纵断面的关键因素，应根据沿渠线的地形、地质等条件，并满足不冲、不淤流速的要求予以制订。为了多控制自流灌溉面积，干渠一般采用较平缓的比降如1/10000左右。
渠道横断面设计，应根据地形、地质和边坡稳定等条件进行计算，也可用实用经济断面的计算方法设计，参见SDJ 217—84附录六。        










4.7  渠系建筑物规划
4.7.1  渠系建筑物布置
    渠系建筑物的布置，应满足渠系输水、分水、联结、泄水、量水、排洪及交通等要求，以保证渠系运行。其位置和形式，应结合渠系总体布置，并考虑地形、地质、水文、建筑材料及施工管理运用等条件选定。
    (1)输水建筑物：一般在跨越河沟时采用渡槽或倒虹吸；穿越山岗时为避免渠道深切或沿岗陡壁绕道开渠，宜采用输水隧洞。必要时，应结合该段渠道选线进行方案比选。     (2)分水建筑物(分水闸)：主要布置在下级渠道的进水口处。控制建筑物(节制闸)，布置在分水闸、泄水闸的下游，以保证下一级渠道引水要求及泄水闸正常运行；通航渠道上的节制闸应尽量照顾航运要求。
    (3)联结建筑物：一般布置在地形坡度较陡渠段，采用陡坡或跌水联结，如在通航渠道上，应结合航运要求统一布置。
    (4)泄水建筑物(退水闸)：可设在干渠上大型建筑物或难工险段之前及干、支渠渠尾。
    (5)量水建筑物：可利用渠道上渡槽、倒虹吸、节制闸等建筑物量测，有必要时在各级渠道的首部，设置量水堰等设施，以保证调配水和为按方收取水费提供依据。
    (6)排洪交叉建筑物的型式：应根据沟渠交叉的相对高程确定。当沟渠之间高差较大时，可结合输水建筑物采用立交的渡槽或倒虹吸；如河沟流量不大时，可采用双坝地下涵。当沟渠之间高差不大时，可用平交的泄洪闸。排洪交叉建筑物侧面洪水的防洪设计及校核标准，应根据渠道控制的灌溉面积、洪水灾情等条件确定。可参见SDJ 217—84第6.5.1条选用。
    (7)交通建筑物：应根据道路与渠道的相对高程及道路等级标准等因素，分别设置公路桥、机耕桥、生产桥及人行更桥等四类桥梁或渠下路涵。如渠道口宽较大，行人不多时，也可采用渡船通行。桥孔应满足过水要求，桥面标准应与道路等级相一致，渠下路涵孔径应满足交通要求。
4.7.2  渠系建筑物的规划数据
    (1)渡槽、倒虹吸、隧洞、分水闸、节制闸、陡坡、跌水、量水堰等建筑物的设计流量、设计水位，应与干、支渠所在位置的设计流量、设计水位相一致；
    (2)渡槽、倒虹吸、隧洞等建筑物的设计比降及节制闸、分水闸的设计落差，由水工设计部门确定。
    (3)排洪交叉建筑物的设计洪水位及洪水流量，应通过河沟调洪演算后确定。
4.8  渠首枢纽工程规划
  




    (1)河道引水坝的设计水位，主要确定死水位、灌溉蓄水位及防洪水位三项。
      




    (2)渠道进水闸(或泵站)的设计出水位，采用渠首灌溉设计水位。
    (3)渠道灌溉设计水位，应根据灌区控制点的高程自下而上地逐级推求，并考虑沿程水头损失和建筑物局部水头损失，并从水源处引水高程自上而下的控制反复调整比较确定。
    (4)渠首进水闸(或泵站)的设计进水位。
      

(1)有坝引水的进水闸设计进水位，可按渠首灌溉设计水位考虑过闸落差确定；其泵站设计进水位，可采用引水坝的死水位。
(2)无坝引水的进水闸(或泵站)的设计进水位，应根据灌溉高峰期相应于灌溉设计标准的江、河引水口的旬平均水位确定。
(3)对综合利用水库坝上直接引水自流灌溉的渠首枢纽工程，其进水闸的进水位，还需考虑水库大坝内的灌溉放水涵闸及一段灌溉引水渠的水面比降和过闸落差。灌溉放水涵闸的进水位，可采用水库死水位；灌溉引水渠的水面比降，视水库死水位与渠首灌溉设计水位之间的高差研究确定。
    (5)渠首进水闸(或泵站)的设计流量，采用全灌区或分片灌区的灌溉设计流量。
4.9  田间灌排渠系典型区规划
      




4.10  提水灌区分区分站多级泵站规划
4.10.1  分区分站布置
    根据灌区控制范围内的地形、水系、地质等条件，并适当考虑行政区划等因素，在湖泊四周或内河干、支流两岸进行分区分站多级提水布置。
4.10.2  多级泵站规划
    (1)方案拟订
    根据各分区地形特点、灌区高程分布及农用水泵型号等因素，拟订二、三个站级布置比较方案。
    (2)站级布置和水利计算
    工作内容包括站级布置、设计流量计算、设计扬程拟订、泵型选择、装机容量确定及抽水电能计算等六项：
      1)站级布置：各级站址，宜选择地形较陡、地基良好、交通方便、靠近电源的地点，以利于工程安全、经济、施工方便等要求。
2)设计流量：按下式计算??
Q=q灌F+qI                                                                 (1)???
式中：  Q  ——  泵站设计流量，m3/s；   
q灌  ——  设计毛灌水模，m3/s/万亩；
F  ——  设计灌溉面积，万亩；   
qI ——  城市工业及城乡居民生活用水，m3/s。     
3)设计扬程拟订：按下式计算?
?H=H净+ΔH                                  (2)???
式中：  H  ——  水泵设计扬程，m；   
H净  ——  水泵设计净扬程，m；   
ΔH  ——  泵站总水头损失，m。
      





   




  4)泵型选择及机组台数确定
      




      5)装机容量确定
      

6)抽水电能：按下式计算??
                        H净
E=K•W  η装                                                    (3)???
式中：  E ——  泵站抽水电能，万kW•h；   
K ——  系数为27.25(1×104 m3水提升1m高度所耗电能)；   
W ——  年平均灌溉毛用水量，万m3；    H净——  泵站净扬程，m?；   
η装——  泵站装置效率。?  
  (3)泵站费用计算
    费用包括工程投资及年运行费。泵站工程投资包括机、泵、管、电器等设备及厂房土建和进出水池等项；年运行费包括工程的大修、维修、人员管理开支及年平均抽水电费。
    (4)方案比较
    各站级布置方案比较时，如灌区地形、地貌等情况变化不大，可单独以不同方案的泵站工程进行经济比较；如地形、地貌等变化较大时，不同方案的有关渠道及渠系建筑物也应参予方案比较。根据各方案的经济比较成果，并考虑施工条件、地方意见等因素综合比较选定。
4.11  灌区内反调节水库规划
    在灌区范围很大，又有建库的地形条件，应研究灌区内反调节水库工程。其研究内容有：
    (1)反调节水库的主要任务
      








    (2)反调节水库的坝址及大坝型式
      



    (3)反调节水库的设计水位
      



    (4)反调节水库的调节库容
      









    (5)灌区反调节水库与水库水源工程联合调度的原则
      1)在灌溉高峰期以前，引用水库水源工程放水，尽量充蓄反调节水库；       2)在灌溉高峰期内，要求水库水源工程按渠道设计流量向主干渠放水，同时灌区反调节水库也泄放库内蓄水，以补充主干渠末端灌区的灌溉用水；
      3)在灌溉低谷期，水库水源工程的放水尽可能随时充蓄灌区内反调节水库；
      4)在非灌溉期，尽量利用水库水原工程的泄水，以充蓄灌区内反调节水库。
4.12  灌溉工程投资计算
    灌溉工程投资包括灌区工程投资及综合利用水库灌溉分摊投资两部分。
      









4.13  灌溉工程效益计算
    灌溉增产效益受气象因素的影响很大，由于降雨量在年际和年内的变化很大，在雨水稀少的干旱年分灌溉增产效益显著，雨水较丰的年份灌溉效益不大。为此，灌溉增产效益计算，除计算设计标准年的灌溉效益外，还必须进行多年平均灌溉效益计算，用以进行灌溉工程经济效果评价。
      


      








4.14  灌区管理运用意见
    灌区灌溉管理，主要包括建立各级管理机构，完善各项管理设施,进行渠系及其建筑物的维修养护，制订灌水配水的管理运行细则，及按章征收各项水费等内容。
        







5  应提供的设计成果

5.1  设计文件
    (1)设计报告
      



















      









    (2)设计大纲
    (3)调查报告和资料
    (4)计算书
    (5)其他设计文件
5.2  工程特性表
序号及名称        单位        数量
一、        灌区工程
1.        灌溉面积
2.        灌溉设计保证率
3.        灌溉设计用水定额
4.        灌溉设计灌水模
5.        渠首设计流量
6.        渠首设计水位
7.        干渠(含总干、分干)长度
8.        支渠长度
9.        渠系建筑物
10.        灌区多级泵站总扬程
11.        灌区多级泵站规模
12.        灌区反调节水库
反调节水库总调节库容       
万亩
%
m3/亩
m3/s/万亩
m3/s
m
条/km
条/km
座
m
kW/台
座
万 m3       
二、        综合利用水库工程
1.        水库工程集水面积
2.        水库工程多年平均流量
3.        水库灌溉调节库容
4.        水库死库容
5.        水库总库容
6.        水库灌溉蓄水位
7.        水库死水位
8.        水库校核洪水位
9.        库容系数
10.        调节系数
11.水库调节流量
坝下相应水位
     12.水库校核洪水流量
坝下相应洪水位
三、        渠首泵站枢纽
1.        设计流量
2.        设计扬程
3.        设计进水位
4.        设计出水位
5.        最高防洪进水位
6.        最低校核进水位
7．  装机台数及总容量       
km2

亿m3
亿m3
亿m3
m
m
m


m3/s
m
m3/s
m

m3/s
m
m
m
m
m
kW/台       
四、        渠首引水坝枢纽
1.        引水坝坝顶高程
2.        坝上设计水位
3.        坝上死水位
4.        坝上调节库容       
m
m
m
万m3       
五、        经济指标
1.        工程总投资
2.        灌区工程投资
3.        水源工程分摊投资
4.        灌溉效益(设计年/多年平均)
5.        灌溉增产粮食(多年平均)
6.        单位灌溉面积投资
7.        单位灌溉面积效益(年平均)
8. 单位灌溉面积成本(年平均)       
万元
万元
万元
万元/年
万元/年
元/亩
元/亩
元/亩       

5.3  主要附图
    (1)工程总体布置图
    (2)灌区干、支渠布置图
    (3)灌区干渠纵、横断面设计图
(4)灌区田间工程典型区布置图
设计大纲范本
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