农业综合开发土地治理项目 水利规划和工程设计的有关内容及基础知识

第一章 水利规划和工程设计的

有关内容及基础知识

一、水利工作的任务

1、研究与水有关的各种因素，如降雨、蒸发、渗漏、径流、地下水位、流向等年内及年际的变化规律。

2、分析水资源情况，如地表水、地下水的数量及储量分布，年内及年际的变化情况。

3、研究各地水量供需情况，制定流域或区域近期和远期水资源规划，改善水资源状态，保持水资源平衡。

4、通过蓄泻、引水、提水、调水、排水等工程措施，消除或减轻水旱灾害，满足工业、农业及城镇居民生活用水的需求，兼顾发电及航运事业。

5、坚持实事求是的科学态度，以提高经济效益为中心，为国民经济总目标服务。

二、水利工作的特点

水利是农业的命脉，也是国民经济的命脉，水利工作在国民经济中起着重要作用，具有很强的政策性和战线长、覆盖面广、工程量大、投入多、建设周期长的特点，涉及农业、气象、土壤、建筑力学、交通、金属、电器等多门科学领域，技术复杂。

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三、水利规划与工程设计

水利规划是流域的或区域的水利战略部署，基本任务是根据当地水利上存在的问题及水资源条件，考虑国民经济有关部门的需要，按照统筹兼顾，全面安排，综合利用水资源并取得最优经济效果的原则，经过充分技术和经济论证，制定出水利开发的方针、部署和目标。

水利工程是实施水利规划的技术手段或措施，包括：防洪、除涝、灌溉、灌溉、供水、水土保持、发电、航运等。为这些工程服务的有多种水工建筑物，如坝、闸、泵站、涵洞、隧洞、倒虹吸、跌水、桥梁等。

水利设计是在水利规划确定的方针部署下，对其中就要实施的单项工程进行的具体技术经济工作，要绘制出详细的工程设计图。

#四、规划设计的有关内容

工程不同，建设内容不尽相同，对我省最多的灌溉、防洪、治涝、供水等共有的内容介绍如下：

（一）规划设计标准

1、防洪工程按多少年一遇表示，如河道有五十年、二十年的，防洪水库有五十年、百年、千年的。在一些重要的水库和河道上还要考虑超标准洪水处理措施。

2、治涝工程按多少年一遇表示，一般用五年、十年，还要按几日降雨几日排完控制。

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3、灌溉供水按保证率表示，灌溉设计保证率是指灌区用水量在多年期间能够得到充分满足的机率，一般以正常供水的年数或供水不破坏的年数占总年数的百分比表示。山东为50%--75%，表示灌溉设施在长期运用过程中，平均每100年可保证50--75年正常供水。

规划设计标准，国家有规范规定，是根据我国国情、工程规模及重要性拟定的，标准太高，经济上不合理。标准不同，技术要求及报批手续都不同。

农作物的灌溉制度：是指作物播种前及全生育期内的灌水次数，每次的灌水日期和灌水定额以及灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位灌溉面积上的灌水量。农作物在整个生育期要进行多次灌水，全生育期各次灌水定额之和，叫灌溉定额。作物灌溉制度随作物种类、品种、自然条件及农业技术措施的不同而变化。

灌溉用水量：是灌溉面积上需要水源供给的灌溉水量，其大小及在多年和年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积以及渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。

灌水率：是指灌区单位面积上所需灌溉的净流量。它是根据灌溉制度确定的，利用它可以计算灌区渠首的引水流量和灌溉渠道的设计流量等。

（二）水文分析

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水文分析是规划设计的先行工作，是为规划设计标准定量的工作，非常重要，它所依据的是历年降雨、径流水位等观测资料，计算烦琐。

1、防洪、除涝工程要分析计算设计及校核标准的来水洪峰量及来水过程，来水过程反映水量的变化，水库、滞蓄及排涝都与水量有关。

2、灌溉及工业城镇供水，要分析计算出引水渠首设计标准的来水过程，以确定可引水量及相应水位。

3、引黄灌溉要分析随来水过程的含沙量，以控制引水时间及引沙量。

#（三）可供水量

1、河水：在水文分析设计保证率下的可引水量即可供水量，我省很少有长年流水河道，很多地方建闸拦蓄，可供水量就是计入调蓄次数的拦蓄水量。

2、地下水：按水文地质条件及各种观测试验资料计算，当前主要使用潜水，工业城镇及特别缺水地区有的已用承压水。

3、客水：对我省来说主要是黄河水、长江水，对省内来说是跨流域调水，使用时要经过客水所属水资源管理部门的同意。

#（四）需水量

需水量要考虑规划范围内所有行业和部门的用水量和

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年内分配。其中除农业用水外，其他用水可通过用户提供要求，或调查获得。灌溉用水量最大，要通过分析作物耗水量和制定灌溉制度确定。

1、作物耗水量：是田间农作物生长期间消耗的总水量，对旱田就是植株蒸腾，株间土壤蒸发，渗漏和作物本身吸收量之和，与气象、土壤含水量状况、作物种类、作物产量、生长发育期及农业技术措施有关，这些因素相互关联，错综复杂，在理论上只能是大体估算，目前主要依赖于试验。

2、灌溉制度：作物耗水量扣除同期有效降雨量，不足部分由灌溉水补给。将灌溉水量按作物不同发育阶段分几次不同的灌水量予以补给，形成灌溉制度。

3、农业用水量：按作物组成，复种指数及渠系有效利用系数算得每亩的灌溉定额从而确定总用水量。应考虑单位耗水量的增产值，使灌溉定额经济合理，大量的丰产水不一定合算。应通过平整土地、改善灌水技术、衬砌渠道及提高灌溉管理水平，提高水的有效利用系数。

#（五）工程布臵

工程布臵：工程布臵主要是渠道布臵及建筑物布臵 1、渠道布臵： 灌区渠系一般分为干、支、斗、农、毛五级渠道，以下是进入田间灌水沟系，渠系布臵要与排水沟、道路、林网布臵相结合。

山丘区的干渠可平行或垂直等高线，渠道最好半挖半

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填，渗透性小，要注意沿线河沟及坡水处理。

平原区要尽可能排灌分设，以结合除涝控制地下水位，防止次生盐碱化，通过排灌冲洗压碱达到改良土壤、淡化地下水的作用。

在我省也有排灌合一的，利用现有河道开挖新渠输水，再分散提水灌溉，以减少占地及工程量，但要严格控制输水位在临界水位以下，防止盐碱上升。

排涝工程除充分利用又以有河沟外，还要加挖排水沟，一般也按干、支、斗、农、毛五级控制。布臵时应尽量将排水沟布臵在洼地，支沟以下要照顾行政区划的地界及机耕要求，尽量顺直。

2、建筑物布臵

（1）引水建筑物，如河道上的引水闸、提水泵站，水库上的放水洞等，引水建筑物的位臵要选在河槽稳定，地质条件较好，河道凹岸弯道顶点下游的地方，引水角不要太大。

（2）渠系建筑物，是水在输送分配中必需的一系列配套建筑物，如节制闸、分水闸、泻水闸、渡槽、倒虹吸、涵洞、跌水、桥梁等。布臵要尽量使不同建筑物结合在一起，地质条件较好，型式考虑就地取材，尽量结合当地交通，从数量及型式上控制水头流失。

（3）沉沙池，引黄必然引沙，我省有条渠及湖泊式两种沉沙方式，后者适用于渠首有大量涝洼碱地，可结合沉沙

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淤地改土。条渠及湖泊式沉沙都是分条分块轮流使用的，一个条块淤满后，还耕为田，再使用另一条块。沉沙池或沉沙区的可用淤积容量，要与工程使用期限一致。

（六）水位分析及纵横断面设计

规划阶段可只对主要河道及干沟干渠按预定设计流量及糙率系数推算水位，以确定沟渠的坡降、底宽、边坡比、筑堤高程及与有关河渠沟的水位衔接关系。设计阶段要对所有河渠沟逐条逐级进行推算，以确定其纵横断面，还要对特殊河段进行护坡或防渗处理。

#（七）建筑物设计

建筑物设计是为确定建筑物整体及各部位的形式、尺寸及构造，主要工作有：

1、选择结构形式：这直接影响建筑材料，施工难易程度，造价及设计计算的工程量。

2、挡水建筑物的倾覆及抗滑稳定。 3、挡水建筑物的底渗及侧渗的渗流稳定。 4、地基处理。 5、下游消能防冲。

建筑物设计涉及一系列外力、内力的分析计算及大量的制图工作。

中小型建筑物有时可套用定型设计，较大的、主要的建筑物除某些上层部位（如桥面、渡槽槽身、机房）可套用定

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型设计外，大部分都要通过计算确定。

设计中的安全系数十分必要，安全系数大小国家都有规定，这是对力的计算、结构分析计算方法、材料性能、施工质量等一些难以预见的因素的保证。

#（八）工程数量

水利工程即使不大的也涉及多种工作量，土方、石方、混凝土、砌石、三材、机电设备等。

规划阶段的工程数量允许估算，并乘以扩大系数，骨干工程土石方开挖根据规划的纵横断面估算，面上的土石方和建筑物根据扩大指标或相似工程估算。

设计阶段需根据施工图纸分类别、分部位、分规格进行详细计算。

（九）实施方案及施工组织设计

规划阶段可只列出实施方案，安排工程的实施次序，分年度（季度）工程的主要工程量、投资、劳务等。

设计阶段要作出施工组织设计，首先要建立施工领导机构，要明确施工方法、施工进度，工程、物资招标，落实施工队伍，安排施工场地（如内外交通、施工导流、供电、供水、排水、通讯、生活供应及相关的临时建筑物）。

#（十）投资

规划阶段可只列出总投资，分年度使用计划及劳务计划。

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设计阶段需分门别类详细计算，要说明定额依据，工资标准，资金来源，偿还能力，材料设备来源及出厂价格，并按费用分类编制概预算表。费用分类分为永久性工程，临时工程，其他费用及预备费，其他费用中包括迁占赔偿、管理、设备购臵、勘察设计等费用。

#（十一）工程管理

规划阶段应明确工程管理范围、管理体系，制定管理、维修、控制、工程观测、水费征收、综合经营等制度和办法。

第二章 排灌沟渠系统的规划布置

#第一节 灌区类型及灌排系统布置形式 一、灌溉排水系统是农田水利工程的主要组成部分。完整的排灌系统主要包括取水枢纽，各级输、配水渠道，各级排水、泄水沟道，灌区内部的蓄水工程，各种田间工程以及灌排渠系上的建筑物等。

二、灌排沟渠系统一般分为五级，即灌溉干渠、支渠、斗渠、农渠和毛渠及其相应的排水干沟、支沟、斗沟、农沟和毛沟。各灌区的面积不一，地形条件各异，渠、沟分级可以不同，较大的灌区可以多于五级，较小的灌区也可以少于五级。干、支渠主要用于输水，斗、农渠主要用作配水。农渠、农沟是固定渠沟的最末一级。农渠、农沟及其以下的毛渠、毛沟和灌水沟等，均属于田间工程，主要发挥调节农田

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水分状况的作用。

三、按地形条件，我省灌区大致分为两种基本类型：山地、丘陵灌区和平原灌区。

（一）山地、丘陵灌区

这类灌区的地形一般比较复杂，起伏剧烈，坡度较陡。耕地大多为坡地与梯田，位于分水岭、沟谷、河流之间，分布比较分散，很少有大片集中的平坦土地，而且耕地高程较高，往往需从河流上游远处引水灌溉。所以，山丘区灌溉渠道的特点，一般是位臵较高，渠道弯曲，渠线较长，渠道深挖和高填方多，渠道石方工程和建筑物也多，而且地形条件是确定渠线布臵的主要因素。在山地、丘陵地区，干、支渠的布臵主要有两种形式。

1、干渠沿等高线布臵。干渠沿灌区上部的边缘布臵，以求控制全部灌溉面积，支渠从干渠的一侧引出。这种布臵干渠渠线较长，渠底比降宜缓，以便控制较大面积，但干渠位臵不能布臵的过高，以免建筑物和石方工程量增加。

2、干渠沿主要分水岭布臵。干渠沿灌区内的主要地面岗脊线布臵，走向大致与等高线垂直，干渠比降视地面坡度而定。支渠自干渠两侧分出，控制大片灌溉面积，这种布臵常见位于浅丘岗地的灌区，干渠与天然河沟交叉极少，因而建筑物较少，工程量较省。

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要求保持的地下水最小埋藏深度，叫做地下水临界深度。防止盐碱化，田间工程必须满足地下水临界深度。

10、机耕要求：田间工程规划必须满足机耕方面的要求。 二、田间灌排渠系布臵

田间灌排渠系是指末级固定渠道（一般指农渠或农沟）及其所包围的田块内部的毛渠、输水垄沟、毛沟等灌排渠系而言。

1、平原地区田间渠系

斗、农级渠系布臵形式主要有三种布臵形式：一是灌排相临布臵（灌溉渠道和排水沟相邻平行布臵，适用于地形有单一坡向、排灌方向一致的地区）；二是灌排相间布臵（渠道向两侧灌水，排水沟承泄两侧的排水。适用于地形平坦或有一定波浪状、起伏不大的地形，灌溉渠布臵在高处，排水沟布臵在低处）；三是排灌合渠（只有在地势较高、地面有相当坡度的地区或地下水位较低的平原地区才适用，在这种条件下，不需要控制地下水位，灌排矛盾小）。

条田内部的渠系布臵一般包括灌溉毛渠、输水沟和灌水沟等，分为纵向布臵（毛渠布臵与灌水沟方向一致）和横向布臵（毛渠布臵与灌水沟方向垂直，不设灌水沟）。

2、山地、丘陵区的田间渠系

山丘区的支、斗渠一般沿岗岭脊线布臵，农渠垂直于等高线，沿梯田短边布臵。由于梯田间有一定高差，农渠上修

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筑跌水衔接。农渠多为双向控制。梯田地势较高，农渠灌排两用，每个格田都要单独设有进出水口，消灭串灌串排。

三、灌溉渠道设计的有关基本概念

灌溉渠道设计，主要包括确定渠道设计流量、渠道断面尺寸、渠道水位控制以及纵横断面结构和估算渠道工程量等。

灌溉渠道的设计流量是指正常情况下渠道需要通过的最大流量。它是设计渠道断面和渠系建筑物尺寸的主要依据。渠道设计流量与渠道控制的灌溉面积大小、作物组成和作物的灌溉制度以及渠道的工作制度等有关。其净流量是设计灌水率与渠道控制的灌溉面积的乘积。

某渠道的净流量（下级渠道或断面）与毛流量（上级渠道或断面）的比值叫该渠道的渠道水利用系数。

农渠以下（包括临时毛渠直至田间）的水的利用系数叫田间水利用系数。在田间工程配套齐全、质量良好，灌水技术合理的情况下，一般为0.95--0.98。全灌区的灌溉水利用系数为田间所需要的净流量与渠首引入流量之比，或等于渠系水利用系数和田间水利用系数的乘积。

渠系水利用系数综合反映渠道工作状况和灌溉管理水平，是衡量灌区管理水平的重要指标。在规划设计渠道时，应根据灌区大小、渠床土质、渠道长度、防渗措施和管理水平等因素，选用一个合适的渠系水利用系数，这一数值要求

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在工程建成后，在管理运用中经过努力能够达到。

渠道工作制度有续灌和轮灌两种。续灌是上一级渠道同时向下一级渠道配水，续灌渠道在灌水时期内连续工作；轮灌是上一级渠道按预先划好的轮灌组分组向下一级渠道配水，轮灌渠道在灌水时期内轮流工作。为了适时满足各单位用水要求和便于管理，干、支渠多实行续灌，斗、农渠多实行轮灌。

渠道的横断面设计：渠道的横断面尺寸要根据渠道设计流量等通过水力计算加以确定。渠道设计流量（立米/秒）与渠道过水断面面积（平米）、水利半径（米）、水力比降、谢才系数、渠床糙率有关。

四、排水系统设计

排水系统一般包括各级排水沟道、截流沟以及沟道上的各种建筑物等。

除涝设计标准一般以涝区发生某一设计频率（即重现期）的暴雨不受涝为准。我国大多采用5--10年一遇的暴雨作为除涝设计标准。

#第三章 水利规划的基础知识

第一节 山区、丘陵地区的规划

山区、丘陵地区的特点非常明显，地势起伏剧烈，地面高差较大，源远流急，洪枯变差较大，无雨期间常常干涸；

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土层较薄，有机质含量较少；暴雨季节在坡地径流冲刷下，大量的土壤流失。针对山区、丘陵地区的特点，确定其规划治理的主要任务是：

1、修建灌溉系统，以蓄为主，修塘筑坝，引水上山，为农业发展提供充分的水源保证。

2、充分利用水库等蓄水设施，拦洪蓄洪，减轻洪水灾害，蓄水兴利。

3、做好弯曲河道的裁弯取直、改河造地，增加河道的行洪能力，扩大耕地面积，减少水土流失。

4、在做好农业规划的前提下，做好水土保持工作，实现荒山绿化，沟坡治理，耕地梯田化，控制水土流失，发展山区经济。

5、开展多种经营，发展果园灌溉。 山区、丘陵地区的灌溉系统：

目前，各地主要采用大、中、小，蓄、引、提相结合的长藤结瓜式的灌溉系统。这种系统包括三个组成部分：一是渠首引水和蓄水工程；二是输水、配水渠道系统；三是灌区内部的塘堰及小型塘坝。

这种灌区的特点是：

1、比较充分地利用了山区、丘陵地区可能利用的水源。在非灌溉季节利用渠道引取河水灌塘，用水紧张季节河水、塘水同时灌田。

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2、引水上山，盘山开渠，扩大了山区、丘陵地区的耕地和灌溉面积。

3、充分发挥了塘堰的调蓄作用，提高了塘堰的抗旱能力。

4、提高了渠道单位引水流量的灌水能力。由于在渠系内部联结了许多山塘、平塘、河沟及小型水库等蓄水设施，能把非灌溉季节的渠道引水量存储起来，以供灌溉季节时使用，从而提高了渠道单位引水流量的灌溉能力，如一个流量可灌溉1.5--2.0万亩农田。

第二节 平原地区综合治理规划

一、基本特点

黄淮海平原的降雨较丰富，平均气温较高，是发展农业生产的有利条件。而不利条件主要有：受季风影响，降雨集中，年际变化大，常出现连续几年干旱现象；经常发生洪涝灾害；泥沙含量高，河床淤积严重；岗洼起伏，排水困难，常发生大面积内涝并导致土壤盐渍化；海河平原地面坡度小，排水不畅，自然淋碱作用微弱；多沙河流冲积形成的平原，多属粉沙和轻沙壤土，对土壤改良和工程建设不利。

二、综合治理原则

坚持旱、涝、碱综合治理；正确处理排、灌、蓄关系；井渠结合，全面安排；因地制宜，分区治理。

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