噴灌系統規(guī)劃設計說明書

1、27 摘要21基本資料31.1 地形31.2 氣象31.3 土壤41.4 水源41.5 灌溉設計保證率41.6 作物對灌水要求42灌溉系統選型52.1擬定灌溉制度52.2區(qū)域分析及規(guī)劃122.3選擇噴頭132.4噴頭組合形式143管道系統的平面布置173.1管網布置形式173.2管道工程分級173.4 確定支管的輪灌方式174管道設計及水力計算184.1灌溉時間安排184.2管道材料選擇184.3管道直徑計算184.4水頭損失224.5水泵的揚程234.6驗證壓力是否滿足要求235設備用量明細表245.1管材設備245.2噴頭245.3接頭245.4閘閥255.5其它設備25參考文獻26 摘要

2、 工程區(qū)地處黃青藏高原，海拔高程28582940m。按地表形態(tài)及成因類型特征，分為構造剝蝕中低山丘陵區(qū)和河谷堆積區(qū)兩大地貌單元。目區(qū)屬高原大陸性氣候，氣溫垂直變化明顯，太陽輻射強，日照時間長，光熱資源豐富，降水量較少，且季節(jié)分配不均。 根據已有基本資料進行灌溉系統規(guī)劃設計，本區(qū)灌溉作物為蠶豆，灌溉面積130.93畝。利用水量平衡法擬定作物的灌溉制度，求得本區(qū)蠶豆灌溉定額為203.26mm。 從地形圖可以看出該片區(qū)域總體趨勢為北高南低 , 東西比較平坦，田塊大致為長方形，河流自西向東流過，天然徑流滿足灌區(qū)用水需求，適合采用抽水取水的方式。該地區(qū)面積相對較大，種植作物為高產性優(yōu)質作物，灌水頻繁，為

3、了操作使用方便和易于管理，采用固定式噴灌系統，選擇全圓噴灑，組合形式為正方形，以保證灌區(qū)的噴灌質量。 灌區(qū)干管應沿主坡方向、大致垂直等高線布置，支管則平行等高線布置，部分與等高線斜交。管網布置形式，采用圭字形布置。根據灌區(qū)管道進行分級，管道分成干管和支管兩級，在支管上安裝噴頭。 灌區(qū)有一支干管工作，輪灌時延分支管依次灌水。將整個地塊分成3個輪灌區(qū)，編號I、II、III，支管編號從1到18，其中輪灌區(qū)I支管編號從1到6，輪灌區(qū)II支管編號從7到12，輪灌區(qū)III支管編號從13到18，灌溉時位于同一輪灌區(qū)的支管同時進行噴灌。 1基本資料 青藏高原某地，屬半干旱大陸性高原氣候。任務是灌溉系統的規(guī)劃設

4、計。1.1 地形 工程區(qū)地處黃青藏高原，海拔高程28582940m。按地表形態(tài)及成因類型特征，分為構造剝蝕中低山丘陵區(qū)和河谷堆積區(qū)兩大地貌單元。1.2 氣象目區(qū)屬高原大陸性氣候，氣溫垂直變化明顯，太陽輻射強，日照時間長，光熱資源豐富，降水量較少，且季節(jié)分配不均。項目區(qū)內年均氣溫8.4ºC，多年月平均最高氣溫12.5ºC，多年月平均最低氣溫2.2ºC，多年平均降水量291.5mm，主要集中在69月，占年降水量的76.6%；年蒸發(fā)量1914mm，為降水量的6.57倍，以58月為最大，年平均風速2.0m/s，無霜期185d，最大凍土深度約0.6m。設計年有效降雨月份45

5、67旬上中下上中下上中下上中下m3/畝11141217581.3 土壤 土壤屬輕粘壤土，土壤肥力高，耕性適宜，適種性廣，保水、保肥性能好，土壤水、肥、氣協調，完全適宜蔬菜和其它農作物生長。土壤空隙率為50.5%（以土體計）,地下水埋深1.5m，生育期補給總量40m3/畝。土壤最大適宜含水率為75%(以占土壤空隙率計)，土壤最小適宜含水率為40%(以占土壤空隙率計)，土壤播前含水率為50% 。1.4 水源 灌溉水源有保證。農田一側天然河流經過，在保證率P=75%時多年平均徑流量W=3.05×108m3，多年平均流量Q=9.6m3/s。1.5 灌溉設計保證率根據灌溉與排水工程規(guī)范（GB5

6、0288-1999）規(guī)定，干旱、半干旱地區(qū)灌溉設計保證率采用5075%，結合該地區(qū)實際情況，灌溉設計保證率采用P=75%。1.6 作物對灌水要求該地區(qū)適宜種植的作物為小麥、油菜、蠶豆、馬鈴薯。小麥生育階段及模比系數 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數251211202410計劃濕潤層深度（m）0.50.60.7油菜生育階段及模比系數 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數201010152410計劃濕潤層深度（m）0.40.50.6蠶豆生育階段及模比系數 日期28/36/

7、57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數151010102410計劃濕潤層深度（m）0.30.40.5馬鈴薯生育階段及模比系數 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數1581015245計劃濕潤層深度（m）0.30.50.62灌溉系統選型2.1擬定灌溉制度根據灌溉面積和種植的作物等資料，利用水量平衡法擬定作物的灌溉制度：種植的作物：蠶豆 灌溉面積：130.93畝 根據灌溉與排水工程規(guī)范（GB50288-1999）規(guī)范，使用水量平衡圖解法確定旱作物的灌溉制度。 旱作物生育期任一時段內，土壤計劃濕

8、潤層內的水量平衡公式如下： 式中 時段末土壤計劃濕潤層內的儲水量（） 時段初土壤計劃濕潤層內的儲水量（） 由于計劃濕潤層增加而增加的水量（） 土壤計劃濕潤層內保存的有效降雨量（） 時段內的地下水補給量（） 時段內的灌溉水量（） 時段內的作物需水量（）2.1.1生育期需水量根據微灌工程技術規(guī)范GB/T 50485-2009，按產量法計算:作物總需水量： 式中：作物全生育期內的總需水量（） 作物單位面積產量（） 需水系數（）帶入數據: 按照需水模系數法進行分配得到作物各生育階段的需水量，計算公式為： 式中：-某一生育階段作物需水量； -需水量模系數；的意義同前； 各生育階段的作物需水量計算結果如下

9、表：日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數（%）151010102410需水量（mm） 81545454129.6542.1.2生育期地下水補給水量 K生育期地下水補給總量40m3 /畝，40m3 /畝=1.5×40=60mm近似認為生育期地下水補給是在全生育期內均勻補給；蠶豆的整個生育期是120天，則平均每天地下水補給量為40/120=0.333=0.5mm。因而，全生育期內蠶豆地下水補給的累積值如下表：日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7累計天數40229141916

10、地下水補給量累積值（mm）20114.579.582.1.3計劃濕潤層允許的最小儲水量和最大儲水量 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7計劃濕潤層深度（m）0.30.40.5計劃濕潤層允許的最小儲水量（mm)60.680.8101計劃濕潤層允許的最小儲水量（mm)113.63151.5189.382.1.4計劃濕潤層增加而增加的水量 式中：-計算時段初計劃濕潤層深度（mm）； -計算時段末計劃濕潤層深度（mm）； -（）深度內土層中的平均體積含水率（%）；因為各生育階段計劃濕潤層增加的厚度均為0.1m ， 帶入數據： 2.1.5設計年有效降

11、雨量月份4567旬上中下上中下上中下上中下各旬有效降雨量（mm）16.5211825.57.512逐旬累積有效降雨量（mm）16.537.555.58188.5100.52.1.6作物播種前的灌水定額 式中：M1作物播種前的灌水定額（mm）； H作物播種前計劃濕潤層的厚度（mm）； max允許最大土壤體積含水率（%）；2.1.7蠶豆的灌溉制度日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7ET（mm） 階段8154 54 54129.654累積81135189243372.6426.6（mm）階段008.511.917.719.98 K(mm)2011

12、 4.5 7 9.5 8ET-(+K) (mm）61124176215.6 325 360.52(mm)113.63151.5189.38（mm）60.680.8101P0累積（mm）16.537.555.58188.5100.5根據上表數據，繪出蠶豆灌溉制度，如下圖： 2.1.8灌水定額及灌溉定額 作物播種前的灌水定額（M1） 式中：M1作物播種前的灌水定額（mm）； H作物播種前計劃濕潤層的厚度（mm）； max允許最大土壤體積含水率（%）； 0灌溉前計劃濕潤層土壤體積含水率（%）；帶入數據 M1=44.18mm根據計算及圖解則可得出播前及生育期灌溉制度如下表。 蠶豆灌溉制度灌水次序灌水日

13、期灌水定額（）灌水定額（）播前灌溉03月20日44.1829.45生育期灌溉16月12日70.747.1326月26日88.3858.92 則生育期的灌溉定額為： =159.08mm 把播前灌水定額加上則得蠶豆的總灌水定額M M=M1+M2=203.26mm 2.2區(qū)域分析及規(guī)劃編號為11的蠶豆種植區(qū)面積共計130.93畝。從地形圖可以看出該片區(qū)域總體趨勢為北高南低 , 東西比較平坦，田塊大致為長方形，河流自西向東流過，天然徑流滿足灌區(qū)用水需求，適合采用抽水取水的方式。該灌溉地塊擬使用噴灌的灌水方式，噴灌具有省水，增產，保土保肥，適應性強，便于機械化灌水等特點。噴灌是把由水泵加壓或自然落差形成

14、的有壓水通過壓力管道送到田間，再經噴頭噴射到空中，形成細小水滴，均勻地灑落在農田，達到灌溉的目的一種灌溉方式。噴灌幾乎適用于除水稻外的所有大田作物，以及蔬菜、果樹等。噴灌的主要技術參數有：噴灌強度，噴灌均勻度及水滴打擊強度幾項指標，也是衡量噴灌質量的主要指標和設計噴灌系統的重要依據。該地區(qū)面積相對較大，種植作物為高產性優(yōu)質作物，灌水頻繁，為了操作使用方便和易于管理，采用固定式噴灌系統。 2.3選擇噴頭 2.3.1噴頭選擇原則 噴頭是噴灌系統中的關鍵設備，噴頭的作用是將有壓的灌溉水流以噴灑形式均勻地散在田間對農作物進行灌溉，因此噴頭的結構形式制造質量以及使用是否得當，都是影響噴灌效果的重要因素。

15、 噴頭的選擇包括噴頭型號 ，噴嘴直徑和工作壓力的選擇 。在選定噴頭之后 ，噴頭的流量 ，射程等性能參數也就隨之確定 。按照國家標準GB85-85噴灌工程技術規(guī)范規(guī)定 ，選擇噴頭和確定間距的具體原則:  1）組合噴灌強度不超過土壤的允許噴灌強度值 。在本設計中噴頭的組噴灌強度均要求小于灌區(qū)土壤允許噴灌強度。 各類土壤的允許噴灌強度如下表：注：有良好覆蓋時，表中數值可提高20。對本灌區(qū)取p=10mm/h。 2）在設計風速下，噴灌均勻系數不應低于75 3）經濟作物霧化指標取值范圍在30004000，在選擇噴頭時

16、作為依據 ，選擇滿足作物要求霧化指標的噴頭。 霧化指標如下表：種類pd值蔬菜及花卉40005000糧食作物、經濟作物及果樹30004000牧草、飼料作物、草坪及綠化林木 20003000注： p為噴頭工作壓力水頭； d為噴頭主噴嘴直徑。 4）噴灑水利用系數，有條件時宜實測確定。無實測資料時，可根據氣候條件在下列數值范圍內選?。猴L速噴灑水的利用系數風速低于3.40.80.9風速3.45.40.7-0.8灌區(qū)風速為2m/s,則取為0.8。2.3.2噴頭選擇 根據作物對霧化指標的要求，由噴灌工程設計手冊選取金屬搖臂式噴頭。由于本灌區(qū)多年平均風速為，相對較大，運行方式為多支，多噴頭輪灌噴灑，因此選單噴

17、頭噴灌強度較小噴頭。選擇如下參數噴頭：型號接頭形式及尺寸工作壓力噴頭流量噴頭直徑射程3003.94820.02.4噴頭組合形式噴頭的組合形式包括支管布置方向，噴頭組合方式及噴頭沿支管的間距，支管和支管間距。2.4.1支管布置方向支管布置的方向，除考慮灌區(qū)地形因素及作物種植方向外，還考慮灌區(qū)風向和地形的坡度方向。噴頭工作時受風的影響：無風條件下，噴頭噴嘴為圓形面積。有風時，順風向一側，噴頭射程增加，逆風向一側，噴頭射程減小，而平行風向的兩側，射程也相應的變小。所以，在一般情況下，支管布置在垂直主風向的位置，干管則布置在平行主風向的位置。地面坡度也會影響支管的布置方向，地面有坡度時，下坡方向，噴頭

18、射程加大，上坡方向，噴頭射程變小。一般情況，支管平行等高線布置，干管垂直等高線布置，即干管與主坡向大致垂直布置。為了將支管的布置盡量與作物方向一致，減少豎管對機耕的影響，所以，支管方向為東西方向。2.4.2確定組合及間距（1） 該灌區(qū)面積較大，已采用固定式噴灌系統，因此選擇全圓噴灑，組合形式為正方形，以保證灌區(qū)的噴灌質量。在該管道式噴灌系統中，除了在田邊路旁及房屋附近采用扇形噴灑外，其余均采用全圓噴灑。噴頭組合形式的支管間距、噴頭間距和有效控制面積見下表： 噴頭組合形式的支管間距、噴頭間距和有效控制面積噴灑方式組合方式支管間距噴頭間距有效面積全圓正方形2.0扇形矩形 根據變系數法在滿足噴灑均勻

19、系數大于的條件下，噴頭間距和支管間距按參考文獻中的公式計算： 式中：噴頭的設計射程，。 系數，根據設計資料可確定此地為多風地區(qū)，可采用。 噴頭的射程（或稱最大射程），。全圓噴頭正方形組合： 2.4.3霧化程度按式：計算式中：為噴頭工作壓力,為噴嘴直徑8mm；值越大，說明其霧化程度越高，水滴直徑就越小，打擊強度也越小，式中選（30m）的噴頭。 值控制在30004000，所以所選噴頭滿足霧化指標要求。2.4.4噴灌強度 對于單噴頭全圓噴灑時，噴灌強度按下式計算。噴灌強度小于10mm/h，滿足已知： ，式中： 噴頭的噴水量（） ； 噴灌水的有效利用系數，；在全圓轉動時一個噴頭的濕潤面積（）；噴灌系統

20、的平均噴灌強度（）；3管道系統的平面布置3.1管網布置形式 從地形圖可以看出該灌區(qū)總體趨勢為北高南低 , 東西比較平坦，干管應沿主坡方向、大致垂直等高線布置，支管則平行等高線布置，部分與等高線斜交。管網布置形式：“圭”字形布置。3.2管道工程分級根據灌區(qū)管道進行分級。管道分成干管和支管兩級，在支管上安裝噴頭。3.4 確定支管的輪灌方式灌區(qū)有一支干管工作，輪灌時延分支管依次灌水。將整個地塊分成3個輪灌區(qū)，編號I、II、III，支管編號從1到18，其中輪灌區(qū)I支管編號從1到6，輪灌區(qū)II支管編號從7到12，輪灌區(qū)III支管編號從13到18，灌溉時位于同一輪灌區(qū)的支管同時進行噴灌。4管道設計及水力計

21、算4.1灌溉時間安排全生育期內共灌水2次，盡量在緊靠灌水日期左右完成，在作物需水關鍵期可提前灌水。灌水次序灌水日期灌水定額（）灌水定額（）播前灌溉03月20日44.1829.45生育期灌溉16月12日70.747.1326月26日88.3858.924.2管道材料選擇管材的選擇應當根據當地的具體情況，如地質、地形、氣候、運輸、供應以及使用環(huán)境和工作壓力等條件，結合各種管材的特性以及使用條件進行選擇。根據本設計資料，干管和支管采用采用硬聚氯乙烯管（硬塑料管），豎管選用DN32鋼管。 4.3管道直徑計算 通常選用同一級管道在各輪灌組中可能通過的最大流量，作為本級管道的設計流量，根據設計流量來確定管

22、道的直徑。4.3.1支管直徑的確定 支管設計主要的設計任務是限制噴頭間的流量偏差，獲得滿意的均勻度和灌水效率。一般原則為：控制同一支管上任意兩個噴頭的噴水量之差在10以內。此原則也等同于：控制支管上任意兩個噴頭的工作壓力水頭之差不超過噴頭設計工作壓力水頭的20%。為了安裝維護方便，支管采用一種口徑。 為了安裝維護方便，支管采用一種口徑。按規(guī)范規(guī)定支管上任意兩個噴頭之間的水頭差應不超過噴頭壓力水頭的20%，即，由于所選用的硬聚氯乙烯管在豎管支座處的局部水頭損失不大，且于其后均有一部分流速水頭轉化為壓力水頭，所以式中的可用沿程水頭損失帶入計算。另外，從各條支管位置所處地形來看，因基本上沿等高線布置

23、，同一支管上地形高差不大，最大水頭差是在支管上首末位置兩噴頭之間。為了達到設計的噴灌強度和均勻度的要求，采用靠近干管的一側的支管尾部都布置一個扇形噴灑的噴頭，支管的另一端為實現不漏噴，也設置一個扇形噴頭，則輪灌分區(qū)1共有噴頭74個，輪灌分區(qū)2共有噴頭70，輪灌分區(qū)3共有噴頭57，由于支管十分接近沿平行于等高線布置，支管皆為下坡支管，豎管采用相同規(guī)格，首末端噴頭高差相差很小，經計算比較發(fā)現支管的首末高差為正值，可考慮的作用，取=0.1m，而流量最大的支管為支管7其流量，噴頭流量為；多口出流管道沿程水頭損失用下式計算： 管材種類 f m bQ(),D(m)Q（），D（m）鋼筋混凝土管糙率n=0.0

24、130.001740 糙率n=0.0140.0020105.33糙率n=0.0150.0023205.33舊鋼管、舊鐵鑄管0.0017905.1硬塑料管0.0009151.774.77鋁質管及鋁合金管0.0008001.74 4.74其中，硬塑料管：，；支管7的總長度為：，由空口數和；查下表得：多口系數，將代入上式得：出流口數目N多口系數F出流口數目N多口系數Fx=1x=0.5x=1x=0.520.6480.530160.3930.37330.5440.453170.3900.37240.4950.423180.3890.37250.4670.408190.3880.37160.4480.39

25、8200.3870.37170.4350.392220.3840.37080.4250.387240.3820.36990.4180.384260.3800.368100.4130.382280.3790.368110.4070.379300.3780.367120.4040.378350.3750.366130.4000.376400.3740.366140.3970.375500.3710.365150.3950.3741000.3660.363>1000.3610.361 則將數據代入得：查硬聚氯乙烯管規(guī)格及尺寸公差表選用外徑90mm，壁厚3.0mm的管材4.3.2干管管徑的選擇對于規(guī)模不大的噴灌工程，可用如下經驗公式估算干管管徑： 當時， 當 由前面的計算知干管要通過的最大流量，則=mm，查表三硬聚氯乙烯管材規(guī)格及尺寸公差表選用外徑200mm，壁厚6.0mm的管材。4.4水頭損失 4.4.1干管沿程水頭損失計算 取編號為II的地塊的灌溉流量，采用經驗公式：,=4.4.2支管沿程水頭損失計算最長支管沿程水頭損失（支管7） 則，局部水頭損失：4.4.3豎管