《灌溉排水工程学》教学用课件-第五章电子教案.ppt
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1、第五章第五章 旱区雨水旱区雨水(y shu)径流集蓄径流集蓄灌溉工程灌溉工程第一页,共37页。旱区通常是指广大的干旱地区、半干旱地区、半干旱半湿润旱区通常是指广大的干旱地区、半干旱地区、半干旱半湿润(shrn)(shrn)地地区以及个湿润区以及个湿润(shrn)(shrn)偏旱地区。偏旱地区。雨水径流集蓄灌溉工程是导引、收集雨水径流,并把它蓄存起雨水径流集蓄灌溉工程是导引、收集雨水径流,并把它蓄存起来,作为一种有效水资源而予以灌溉利用的工程技术措施。来,作为一种有效水资源而予以灌溉利用的工程技术措施。第二页,共37页。第一节第一节 雨水径流集蓄灌溉工程的组成雨水径流集蓄灌溉工程的组成(z ch
2、n)与与类型类型一、雨水径流集蓄灌溉工程的组成雨水径流集蓄灌溉工程基本上是由三部分组成:即集水工程、蓄水工程和灌溉工程。集水工程是雨水集蓄灌溉工程的基础;蓄水工程是雨水集蓄灌溉工程的“心脏”(起调节的作用,类似于调节水库);灌溉工程则是其目的。1、集水工程建立集水区、应用工程技术措施处理集水面,以减少渗漏,提高集水效率,尽量聚集天然降水,充分发挥降水作为一种有效的灌溉补充水源和人蓄饮用供水水源的作用,为旱区农业(nngy)持续发展提供保证。第三页,共37页。2 2、蓄水工程、蓄水工程蓄存由集水区导引聚集的雨水径流水量蓄存由集水区导引聚集的雨水径流水量(shu(shu lin lin),以备灌溉
3、利用的工,以备灌溉利用的工程程技木设施。技木设施。蓄水(x shu)工程引水渠沟或管道:导引(do yn)集水区集水面上的雨水径流入水口:蓄水池的入口拦污栅、沉沙槽:拦截污物和沉淀泥沙蓄水设施、放水装置:存蓄水量、引水灌溉第四页,共37页。3、灌溉工程由于利用集蓄雨水径流(jngli)灌溉作物,而雨水少,因此客观上就要求采用最为节水的灌溉方式,目前主要选用滴灌、微喷灌和渗灌。一般蓄水设施的灌溉取水放水方式有:(1)自压放水方式。直接在蓄水设施底部安装输水管道和闸阀,由输水管连接滴灌、微喷灌或渗灌的干、支管向田间供水。(2)人力提水取水方式。对地下式蓄水设施,由人力提水使用。(3)机械提水取水方
4、式。包括手动机械提水和电动水泵提水两种。第五页,共37页。二、雨水径流集蓄灌溉工程类型二、雨水径流集蓄灌溉工程类型一般依据雨水径流微型聚集区域的结构性质划分为以下一般依据雨水径流微型聚集区域的结构性质划分为以下4 4种类:种类:1 1、田面集蓄灌溉工程类、田面集蓄灌溉工程类利用休闲田块、打谷场等地面修建临时性的集水区,配合蓄水利用休闲田块、打谷场等地面修建临时性的集水区,配合蓄水(x shu(x shu)设施,进行灌溉的工程类型。设施,进行灌溉的工程类型。特点:临时性。特点:临时性。蓄水蓄水(x shu(x shu)设施:主要用水窖。设施:主要用水窖。2 2、坡面集畜灌溉工程类、坡面集畜灌溉工
5、程类利用坡面人工营造集水区聚集雨水径流,并在靠近集水区适当利用坡面人工营造集水区聚集雨水径流,并在靠近集水区适当位置处修筑蓄水位置处修筑蓄水(x shu(x shu)设施,利用蓄水设施,利用蓄水(x shu(x shu)设施内贮存的雨设施内贮存的雨水,进行灌溉水,进行灌溉的类型。的类型。坡面的类型:素混凝土板、沥青说凝土板、三七灰土等。坡面的类型:素混凝土板、沥青说凝土板、三七灰土等。特点:长期性的。特点:长期性的。蓄水蓄水(x shu(x shu)设施:水窖、水窖窑。设施:水窖、水窖窑。第六页,共37页。3、路面集蓄灌溉工程类利用道路作为集水区,在道路侧边开挖导引雨水径流进入蓄水设施的截水沟
6、渠或暗管,并修筑蓄水设施群,以分段集蓄径流而进行灌溉的工程类型。特点:投资少,流量大。需要设置沉沙槽和拦污栅等装置。蓄水设施:主要用水窖。4、屋面庭院集蓄灌溉工程类利用屋面和庭院集蓄天然降水,为人畜饮用、温室瓜果蔬菜提供水质良好的水源。特点:屋面使用瓦、水泥(shun)屋面,地面需处理。蓄水设施:水窖。第七页,共37页。第二节第二节 雨水聚集雨水聚集(jj)技术技术雨水聚集技术包括集雨面的处理、集水效率的确定和聚集水量雨水聚集技术包括集雨面的处理、集水效率的确定和聚集水量的分析计算。的分析计算。一、集水面的处理一、集水面的处理处理方法主要有:处理方法主要有:植被管理;植被管理;地表处理;地表处
7、理;化学化学(huxu)(huxu)处理。处理。雨水径流的收集方法主要有雨水径流的收集方法主要有微型集水区雨水收集系统微型集水区雨水收集系统径流农业雨水收集系统。径流农业雨水收集系统。第八页,共37页。干旱地区的自然地面降水入渗大、快,其集水效率干旱地区的自然地面降水入渗大、快,其集水效率(xio l(xio l)低。低。常用的集水面材料及其处理措施有:常用的集水面材料及其处理措施有:(1)(1)混凝土集水面。混凝土集水面。(2)(2)水泥土夯实处理。水泥土夯实处理。(3)(3)塑料薄膜。塑料薄膜。(4)(4)三七灰土夯实处理。三七灰土夯实处理。(5)(5)原土夯实处理。原土夯实处理。(6)(
8、6)水泥瓦、青瓦屋面。水泥瓦、青瓦屋面。(7)(7)钠盐处理。钠盐处理。(8)(8)粗石蜡处理。粗石蜡处理。(9)(9)硅有机树脂处理。硅有机树脂处理。(10)(10)喷洒沥青处理。喷洒沥青处理。第九页,共37页。二、集水效率集水效率通常是指某时段内或某次集水面的集水量占同一时期内的降雨量的比值。1、影响集水效率的因素影响集水效率的因素主要是降水和集水面。(1)降水与集水效率的关系次降水量与次集水效率的关系在其它(qt)条件已定时,降水量越大,其集水效率越高。次降水强度与集水效率的关系在其它(qt)条件相同的情况下,降水强度越大,来不及入渗的降水量越多,从而导致集水效率越大。因此,集水效率随降
9、水强度的增大而提高,成正相关关系。第十页,共37页。(2)(2)集水面对集水效率的影响。集水面对集水效率的影响。集水面质地对集水效率的影响。集水面质地对集水效率的影响。用不同材料制成、不同措施处理的集水面,其表面或内部结构用不同材料制成、不同措施处理的集水面,其表面或内部结构不同,相应的透水性、吸水件或持水性不用,从而不同,相应的透水性、吸水件或持水性不用,从而(cng r)(cng r)导致了导致了对降对降水产流有不同的影响。水产流有不同的影响。集水面坡度对集水效率的影响。集水面坡度对集水效率的影响。一般建议,集水面坡度应不小于一般建议,集水面坡度应不小于1 11010。集水面前期含水量对集
10、水效率的影响集水面前期含水量对集水效率的影响在其它条件相同的情况下,前期含水量越高,越易饱和。吸水在其它条件相同的情况下,前期含水量越高,越易饱和。吸水性越弱故其集水效率就会越高。性越弱故其集水效率就会越高。集水区面积对集水效率的影响。集水区面积对集水效率的影响。一般其它条件相同时,集水区而积越大,集水效率越低。一般其它条件相同时,集水区而积越大,集水效率越低。集水面的施工质量对集水效率的影响。集水面的施工质量对集水效率的影响。施工质量越好,集水效率越高。施工质量越好,集水效率越高。第十一页,共37页。2、集水效率的计算方法集水效率的计算可分为三类:能获得次降水量、次平均降水强度以及(yj)集
11、水面前期含水量资料的集水效率计算:能获得能获得(hud)(hud)次降水量、次平均降水强度的集水效率次降水量、次平均降水强度的集水效率计算:计算:式中:E h为各次降水的集水效率;P 为各次降水的次降水量(nm);I 为次降水平均(pngjn)降水强度(rn m/min);W 为集水面前期含水量;a、b、c、d:为待走常数。第十二页,共37页。仅能获得次降水量仅能获得次降水量(shu(shu lin lin)的集水效率计算:的集水效率计算:对于降水资料不详或缺乏试验资料的地区,可直接建立降水对于降水资料不详或缺乏试验资料的地区,可直接建立降水 径流关系,或引用其它地方同类处理集水面的集水效率。
12、径流关系,或引用其它地方同类处理集水面的集水效率。三、集水量三、集水量(shu(shu lin lin)的计算的计算 若已知集水效率和次降水量若已知集水效率和次降水量(shu(shu lin lin),进行集水量,进行集水量(shu(shu lin lin)的的计算方法可采用:计算方法可采用:先依据试验资料,在一般性产流理论的指导下,得出次降水的先依据试验资料,在一般性产流理论的指导下,得出次降水的集水效率集水效率E hiE hi;用公式用公式Poi=E hi PiPoi=E hi Pi计算出该次降水的集水量计算出该次降水的集水量(shu(shu lin lin););累加各次集水量累加各次集
13、水量(shu(shu lin lin)即得到该时段内的总集水量即得到该时段内的总集水量(shu(shu lin lin););考虑到集水面积的影响,实际集水量考虑到集水面积的影响,实际集水量(shu(shu lin lin)为:为:第十三页,共37页。第三节第三节 蓄水蓄水(x shu)设施设施一、蓄水设施类型的选择一、蓄水设施类型的选择蓄水设施的类型有多种,应尽量采用现成蓄水设施,或进蓄水设施的类型有多种,应尽量采用现成蓄水设施,或进行必行必要的修复要的修复(xif)(xif)改造后利用。若地形、地质适宜,蓄水设改造后利用。若地形、地质适宜,蓄水设施以选择水施以选择水窑窖为宜。窑窖为宜。其优
14、点有:其优点有:沿岸而挖窑,水窖设在窑内,可少占耕地;沿岸而挖窑,水窖设在窑内,可少占耕地;有窑的保护,可有效地减少水面蒸发,并可使其水质基有窑的保护,可有效地减少水面蒸发,并可使其水质基本不本不受污染;受污染;可沿窑身长度方向发展,容易增大水窖容积;可沿窑身长度方向发展,容易增大水窖容积;水窖较浅,取水较方便;水窖较浅,取水较方便;技术简单,施工容易。技术简单,施工容易。第十四页,共37页。二、水窑窖1、水窑密的结构形式修建程序:修面 挖洞 防渗处理(chl)埋设附属设施第十五页,共37页。2 2、水窑窖位置的选择、水窑窖位置的选择选定窑窖位置时,要依据如下选定窑窖位置时,要依据如下(rxi
15、)(rxi)原则:原则:地形:选择有利于挖掘窑洞的地形尽量把水窑窖修建在耕地地形:选择有利于挖掘窑洞的地形尽量把水窑窖修建在耕地高处,以实现自流灌溉或便十灌溉利用;高处,以实现自流灌溉或便十灌溉利用;地质:避免有断层、裂斜、砂砾层地带、树根较多的地方;地质:避免有断层、裂斜、砂砾层地带、树根较多的地方;集水面:靠近沥青路边、场边等,以扩大集水面集水面:靠近沥青路边、场边等,以扩大集水面 。3 3、水窑容的养护与管理、水窑容的养护与管理水窑窖的养护管理工作水窑窖的养护管理工作蓄水时,不应超过最高蓄水位;蓄水时,不应超过最高蓄水位;只有集水时才打开进水孔眼,以免泥土和杂草、污物等由进只有集水时才打
16、开进水孔眼,以免泥土和杂草、污物等由进水孔眼进人窑窑内;水孔眼进人窑窑内;集水区在集水前应打扫干净,以防止泥砂和污物进入水窖;集水区在集水前应打扫干净,以防止泥砂和污物进入水窖;水窑窖应定期清淤,以保持其原有容积;水窑窖应定期清淤,以保持其原有容积;经常检查进水口、沉砂槽、拦污栅;经常检查进水口、沉砂槽、拦污栅;平时应锁闭窑窖门,以减少蒸发、防止杂物进入污染水源。平时应锁闭窑窖门,以减少蒸发、防止杂物进入污染水源。第十六页,共37页。三、水窖三、水窖选择水窖形式的要求:结构选择水窖形式的要求:结构(jigu)(jigu)简单,容积大,受力性能好,简单,容积大,受力性能好,安全安全可靠,施工容易
17、,灌溉取水方便,并便于治淤和维护。可靠,施工容易,灌溉取水方便,并便于治淤和维护。水窖与水窑窖的结构水窖与水窑窖的结构(jigu)(jigu):由引水渠、沉沙槽、进水管以及:由引水渠、沉沙槽、进水管以及存贮容存贮容器等四部分组成。器等四部分组成。第十七页,共37页。第四节第四节 雨水径流雨水径流(jngli)集蓄灌溉系统的优集蓄灌溉系统的优化设计方法化设计方法一、系统的基本一、系统的基本(jbn)(jbn)结构结构主要由主要由3 3个主体部分组成:个主体部分组成:即集水区域即集水区域A A、蓄水设施、蓄水设施 V V和灌溉和灌溉(gungi)(gungi)利用区域利用区域AMAM:系统的结构优
18、化就是确定出该系统集水区面积与灌溉利用区面积的最佳比例。这其中蓄水设施的容积及其调蓄能力对最佳面积比例起着决定性的影响。雨水径流集蓄利用灌溉系统的优化设计就是要建立系统的优化调蓄模式。第十八页,共37页。二、降雨量的分析计算二、降雨量的分析计算 1 1、年降雨量的设计计算、年降雨量的设计计算为获得比较适用而精确的降水分析数据,一般选用经验频为获得比较适用而精确的降水分析数据,一般选用经验频率率拟合理论频率的适线法较为合理。拟合理论频率的适线法较为合理。2 2、时段降水量的分析计算、时段降水量的分析计算一般采用随机水文相关一般采用随机水文相关(xinggun)(xinggun)解集模型进行分析计
19、解集模型进行分析计算确定。算确定。3 3、次降水量的分析计算、次降水量的分析计算一般采用同倍比缩放法。一般采用同倍比缩放法。三、优化调蓄模型的建立三、优化调蓄模型的建立1 1、某时段蓄水设施巾可获得的总水量、某时段蓄水设施巾可获得的总水量WAWA第十九页,共37页。2、灌溉利用区单作面积(min j)上可获得利用的水量 3、作物产量(chnling)对灌溉的反应 作物产量(chnling)Y 对灌溉的反应取决于灌水量m及外界因素;4、调蓄模型的目标函数凋蓄模型的最终目标是要确定集水区面积A、灌溉利用区面积AM与蓄水(x shu)设施容积V的最佳组合方案,使该系统净效益B最大,即目标函数:第二十
20、页,共37页。5 5、调蓄模型的约束条件、调蓄模型的约束条件调蓄模型优化应考虑调蓄模型优化应考虑(k(k ol ol)3)3种组合方案,即相应的有种组合方案,即相应的有3 3种约束条件:种约束条件:(1)(1)灌溉面积灌溉面积AMAM已确定,寻求最佳蓄水设施容积已确定,寻求最佳蓄水设施容积V V和集水面积和集水面积A A,其约束条件:其约束条件:(2)集水区面积A已确定,寻求最佳蓄水设施容积V和灌溉(gungi)利用区而积AM,其约束条件:第二十一页,共37页。(3)雨水径流集蓄与灌溉(gungi)利用系统总面积已确定,求解集水区面积A、灌溉(gungi)利用区面积AM和蓄水设施容积V的最佳组
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