小管出流灌溉工程設(shè)計

1、天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)田節(jié)水灌溉課程設(shè)計 學(xué)生姓名 渠樹成 系 別 水利工程系 專業(yè)班級 2013 級水文與水資源專業(yè) 指導(dǎo)教師 王 仰 仁 2013 年12月目錄（一） 設(shè)計任務(wù)1（二）設(shè)計基本情況1（三）氣象資料1（四）設(shè)計依據(jù)2（五）灌溉制度的確定2 （1）灌溉系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)2 （2）灌水器的選擇3 （3）灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)布置3 （4）水量平衡計算4 設(shè)計灌溉用水量4 設(shè)計蓄水容積及數(shù)量的確定4 （5）灌溉制度的設(shè)計5 灌水定額5 灌水周期6 灌水系統(tǒng)設(shè)計流量6 一次水延續(xù)時間6 輪灌組劃分6 毛管最大鋪設(shè)長度7 （6）灌溉系統(tǒng)水力計算8 灌溉設(shè)計流量8 管道系統(tǒng)水力計算和管徑的計算9 管道節(jié)點壓力的

2、計算11 （7）首部樞紐設(shè)計13 （8）低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的工程量13 （9）運行費用14 （10）高效節(jié)水項目區(qū)作物需水量1611工程設(shè)計圖17小管出流灌溉工程設(shè)計（一）設(shè)計任務(wù)為了更好的理解農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)原理，掌握基本方法，了解的灌溉技術(shù)基本依據(jù)和節(jié)水灌溉的課程要求，靈活運用課程中所學(xué)習的方法，本設(shè)計以山地果樹管灌工程設(shè)計為例，以課程設(shè)計的形式給出了管灌工程設(shè)計的基本資料，進行完整的管灌系統(tǒng)設(shè)計工作。（二）、基本情況： 1、地塊：矩形地塊、長為3640m，寬為1649m，山地、坡度為1:4，其中沿著寬度方向有一個400m高差。 2、水源：地塊右下角有個泵站，從水庫中取水，取水過程中，水

3、庫水位最大變化不超過10m。 3、土壤質(zhì)地：中壤土、田 =22%，r干 =1.4t/m3 。 4、種植作物：芒果，植株間距3.3m，行間距3.36m。調(diào)查知，芒果全年需要灌水6次左右。（三）氣象資料 根據(jù)氣象站實測資料分析，多年平均年降雨量783.1mm，全年降雨量的60%集中于7月9月，并收集到歷年降雨量資料。 表1-1 芒果的作物系數(shù)作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果0.20.20.590.70.80.870.870.870.840.660.590.2 表1-2 芒果的逐月蒸發(fā)蒸騰量 單位：mm作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果19.

4、426.9123.0 152.8 194.5 154.7 115.2 98.8 91.0 62.6 43.3 14.8逐月降水量和計算出來的芒果的逐月蒸發(fā)蒸騰量，可以計算逐月的灌溉需水量，見表1-3。 表1-3 芒果灌溉需水量 單位：mm作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果15.724.1118.0 139.4 143.7 10.3 -80.3 -76.6 -44.4 13.2 29.0 11.6（四)、列出設(shè)計依據(jù): 農(nóng)田水利學(xué)、小管出流灌溉技術(shù)、節(jié)水灌溉新技術(shù)； 農(nóng)田小管出流灌溉工程技術(shù)規(guī)范(GB/T20203-2006)； 灌溉用塑料管材和管件基本參數(shù)及技術(shù)條件

5、（GB/T23241-2009） 節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范GB/T50363-2006；水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）；灌溉與排水工程技術(shù)管理規(guī)程（SL/T246-1999）水利工程基礎(chǔ)信息代碼編制規(guī)定（SL213-98）水利水電工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程（DL5021-93）農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準（GB5084-92） 水利工程水力計算規(guī)范（SL104-95）（五)、灌溉制度的確定（1）灌溉系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)根據(jù)設(shè)計規(guī)范及參照四川省攀枝花市仁和區(qū)混撒拉村的實際情況選用如下設(shè)計參數(shù)： 日耗水強度：e=3mm/d; 土壤設(shè)計濕潤比：P=40%； 灌水有效利用系數(shù)：=0.90。 （2）灌水器

6、的選擇根據(jù)土壤類型和種植作物種類，擬選用小管灌水器。該灌水器由4PE管和40L/h穩(wěn)流器兩部分組成，穩(wěn)流器插入毛管后，水流過穩(wěn)流器4PE流到果樹樹冠2/3處的溝環(huán)內(nèi)。穩(wěn)流器額定工作壓力為0.05MPa0.4MPa，設(shè)計工作水頭Hd=10m，出水流量qd=40L/h。 （3）灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)布置a.毛管與灌水器的布置：每一列樹布置一條毛管，每棵樹安裝一個灌水器，小管出口位于果樹的環(huán)溝，環(huán)溝一般位于果樹樹冠的2/3直徑處，安裝方式用專用打孔器在毛管打孔4，將穩(wěn)流器直接插入毛管中，穩(wěn)流器出水口接4PE小管。b.管道分為干管、支管和毛管三級，主干管平行于矩形地塊的短邊，分干管垂直主干管，主支管垂直分干管

7、，分支管又垂直于主支管。毛管長度80m，毛管間距3.36m。c.管材的選擇：灌水器間距3.3m。干管采用PE80級乙烯管，公稱壓力1.0Mpa，外徑125mm，壁厚9.2mm；支管選用PE63級乙烯管，公稱壓力為1.0MPa，外徑90mm，壁厚8.2mm；毛管為管徑為32mm，壁厚2.4mm，公稱壓力0.6Mpa的PE63級乙烯管。d.出水口與軟管的布置:出水口通過三通與支管連接，出水口端與塑料軟管連接，連接方式為快速接頭式。以出水口為中心，塑料軟管長度（80m）為半徑在全圓范圍內(nèi)灌溉。塑料軟管為涂塑軟管，其內(nèi)徑65mm，公稱壓力0.3MPa.e.控制調(diào)節(jié)和保護裝置的布置：在各支管進口均設(shè)置閘

8、閥、水表各一個，在總干進口設(shè)水表一塊，網(wǎng)式過濾器和離心式過濾器各一個。 (4)水量平衡計算 設(shè)計灌溉用水量 灌溉用水量是指為滿足作物正常生長需要，有水源向灌區(qū)提供的水量。它取決于灌溉面積、作物生長情況、土壤、水文地質(zhì)和氣象條件等。 各年灌溉用水量不同，因此需要選擇一個典型年作為規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)。 管灌工程一般采用降雨頻率75%90%的水位年作為設(shè)計典型年。（設(shè)計典型年的選擇和計算方法可參考有關(guān)工程水文書籍） 設(shè)計蓄水容積及數(shù)量的確定蓄水池起調(diào)節(jié)作用，其容積按下式計算， 式中，為蓄水池容積，m3；為入池管道工作時間；為入池流量，m3/h；為出池管道工作時間；為出池管道流量，m3/h，。取24小時，

9、即向蓄水池供水的提水本站或渠道全天24小時工作；考慮灌溉系統(tǒng)每天工作14小時，即取14h，其灌溉用水流量平均取50 m3/h?，F(xiàn)有蓄水池的入池流量多數(shù)在20 m3/h左右，其容積為200 m3，按上式計算，其容積滿足要求；為了減小入池流量，使單個供水水源同時控制更多的蓄水池，新建蓄水池的容積均要求達到500 m3，其入池流量可減小到8m3/h。本專項區(qū)共有灌溉系統(tǒng)12個，需要新建蓄水池12個。 單個蓄水池工程總投資2.52萬元（500m3），單位水量的投資為0.010527萬元/m3。（5）灌溉制度的確定 灌水定額: m=0.1rZP(max-min)/式中：m設(shè)計灌水定額，mm； r土壤容重

10、，g/cm3； z計劃濕潤土層深度，m； p微灌設(shè)計土壤濕潤比，%； max適宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%）； min適宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%）； 灌溉水利用系數(shù)； 田間持水量，%。取r=1.4 g/cm3，z=60cm，p=40%， =0.90，、分別取田間持水量的90%和70%,田間持水量為22%。經(jīng)計算：m=18.48mm=12.32 m3/h。 灌水周期： T=(m/Ea)式中：m設(shè)計灌水定額，mm；e設(shè)計耗水強度，mm/d；T設(shè)計灌水周期，d。 經(jīng)計算：T=6.16d，根據(jù)實際情況取6d。 一次水延續(xù)時間： t=mSeSr/(qd)式中：t一次灌水延續(xù)時

11、間，h； m設(shè)計灌水定額，mm； Se設(shè)計灌水間距，=3.3m； Sr毛管間距，=3.36m； n灌水器個數(shù)，n=1； qd灌水器流量，qd=40L/h； 灌溉水利用系數(shù)。 經(jīng)計算：果樹一次灌水延續(xù)時間為t=3.84h。 輪灌組劃分 系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)為：NcT/t式中：C系統(tǒng)日最大運行時數(shù)，h；其他符合意義同前。取C=14，則N=21.87。根據(jù)地塊果樹的種植情況和地塊尺寸，整個系統(tǒng)共有10條支管，分10個組輪灌，每組灌1條支管，每天灌三個輪灌組，則4天可灌完全部系統(tǒng)。750畝地塊的輪灌順序見表1-1表1-1 750畝輪灌順序表工作日期輪灌組編號灌水支管灌水時間第一天1主支53.84h2

12、主支103.84h3主支43.84h第二天4主支93.84h5主支33.84h6主支83.84h第三天7主支23.84h8主支73.84h9主支13.84h第四天10主支63.84h毛管最大鋪設(shè)長度計算a. 允許水頭差Hs的確定設(shè)計灌水器均勻度Cu=95%，設(shè)計流量偏差率qv=0.2，灌水器的流態(tài)指數(shù)x=0.5，設(shè)計水頭hd=10m，則毛管允許水頭差為：hmax=hd (1+0.65qv)1/x=10(1+0.650.2)1/0.5=12.77(m)hmin= hd (1-0.35qv)1/x=10(1-0.350.2)1/0.5=8.65(m)Hs=Hmax-Hmin=12.77-8.65=

13、4.12(m)則：h毛=0.55Hs=2.26mh支=0.45Hs=1.84mb. 毛管允許出水口數(shù)目和最大長度的計算Nm=INT()0.364式中：Nm毛管允許出水口數(shù)目，個； D毛管直徑，mm； S灌水器間距（m），S=3.3m； K水頭損失擴大系數(shù)，K=1.1； qd毛管上灌水器的設(shè)計流量，L/h。經(jīng)計算：Nm=12，即毛管最大允許長度：Lm=12×3.3=40m。根據(jù)地塊尺寸，實際取Lm=40m，以滿足灌水均勻性要求。（6） 灌溉系統(tǒng)水力計算 灌溉設(shè)計流量 a.一條毛管上的流量：式中：Q毛毛管的設(shè)計流量 Nd毛管上滴頭的個數(shù) qd滴頭設(shè)計流量以毛管上最多（100/3.3）12

14、個噴頭計算，毛管進口流量為12*200(L/h)=2.4m3/h b.干、支管流量 一條分支管上的流量：式中：N毛支管上毛管的條數(shù) 一條主支管上的總流量： 一條干管上的總流量：式中：N支干管上同時工作的支管數(shù)目 每條支管控制一個灌水單元區(qū)，每條支管布置（50/3.36）15條毛管，因此支管上最大流量為：15*6=90m3/h，逐條支管灌溉因此干管流量與支管相同。 灌溉系統(tǒng)水力計算和管徑的確定 a.管道水頭損失的計算選取該地塊右上角處最右端分支管上末端的毛管的末端為最不利點，進行水頭損失的計算。毛管和支管均為塑料管，且均為多孔管出流，考慮到毛管局部水頭損失較支管大，確定支管和毛管水頭損失計算公式

15、如下，其中毛管水頭損失，支管水頭損失，干管水頭損失，式中：F多孔出流系數(shù)；h毛、h支、h干分別為毛管、支管和干管的水頭損失，m；Q流量,L/h；L管道長度,m；d管道內(nèi)徑,mm。其中，多孔出流系數(shù)F用下式計算式中：N出口數(shù)目；m流量指數(shù)，取1.77； X進口端口至第一個出水口的距離與孔口間距之比，一般取 X=0.5。 b.管道水力計算 D=1.13式中：D管道內(nèi)徑，mm Q設(shè)計流量，m3/s V管內(nèi)流速，m/s c.各管道流量的推求過程則750畝地塊水頭損失計算如下表2-1所示：表2-1 750畝水頭損失計算表主干管分干管主支管分支管毛管N156324m1.771.771.771.771.77

16、X0.50.50.50.50.5F10.3800.3970.4510.368Q(m3/h)70.5670.5635.285.880.98D(mm)106.6106.673.673.627.2L(m)10002509208.580水頭損失（m）41.473.38926.9950.0160.046總水頭損失(m)72.34管道節(jié)點壓力的計算要求每個支管管道節(jié)點壓力計算主要指支管首端和末端、每條支管上第一條毛管（支管首端處）尾端壓力和最后一條毛管（支管末端）尾端壓力。要求節(jié)點壓力小于支管的允許壓力1.0MPa，要求支管上每個出水口處的節(jié)點壓力大于0.02MPa，小于0.3MPa。管灌系統(tǒng)（300畝）

17、管道水力計算（見附表一）。管道水力計算與管道布置同時進行，在計算過程中，若壓力不符合要求，應(yīng)首先調(diào)整管道的布置，若仍然無法滿足壓力要求，可設(shè)置減壓閥（型號為Y42X，既能減動壓，又能減靜壓），或增設(shè)水泵加壓，直至滿足水泵要求為止。故管道水力計算與管道布置同時完成，管道布置結(jié)果見附圖（管道布置平面圖）。由干管首端開始，逐條支管推算其首末端壓力，推算每條支管上第一條和最后一條毛管的壓力。并且要求同一支管上第一條毛管的第一個灌水器的水頭與最末一條毛管的最后一個灌水器的水頭的差值，不超過灌水器設(shè)計工作壓力的20%（已知灌水器的工作壓力為），以求滴頭的滴水量比較均勻。管道節(jié)點壓力計算是逐條支管進行的，其

18、計算公式如下，所在干管尾端壓力：h干尾=z干首-10-h干-z干末支管尾端壓力：h支尾=h干尾+（z支尾-z支末）-h支毛管1(支管進水口處第一條毛管)尾端壓力: h毛尾1=h支尾+（z毛首1-z毛末1）-h毛11 毛管2（位于支管末端）尾端壓力： h毛尾2=h支尾+（z毛首2-z毛末2）-h毛21式中：z干首、z干末為所在干管首（進水口處）末端的地面高程，m;10為蓄水池深度（4m）與過濾器等水利樞紐水頭損失（6m）之和，m；h干、h支、h毛1、h毛2為干管、支管、毛管的水頭損失，m;z支尾、z支末為支管首、末端的地面高程，m;z毛首1、z毛末1為毛管首、末端的地面高程，m。 1)的計算該地

19、為平地，所以不存在著水頭差的值，即=0。2)水泵的工作壓力 H=H0+hf+hj+式中H0-灌水器工作水頭（m水柱）hf-首部到典型點之間管路沿程水頭損失之和，m；hj-首部到典型點之間管路局部水頭損失之和，m；-典型點高程與水源水面的高程，m。（7）首部樞紐設(shè)計本系統(tǒng)采用無圧取水方式，直接從蓄水池中取水。首部設(shè)置施肥罐、離心式過濾器（一級過濾器）和篩網(wǎng)式過濾器（二級過濾器），閘閥、進排氣閥、水表等。（8） 小管出流系統(tǒng)的工程量編號名 稱規(guī)格型號單位數(shù)量一水源工程1新蓄水池個12輸水管（鍍鋅焊接鋼管）125（1.0MPa）M415二首部樞紐工程1泵房面積40m2座12水泵(SLS65-200(

20、)臺13逆止閥DN125只14水表LXL DN125只15閘閥DN125只16空氣閥DN25只17壓力表1.0MPa只18網(wǎng)式過濾器3套19離心式過濾器4套110施肥罐200L個1三田間管網(wǎng)工程1鍍鋅焊接鋼管（1.0MPa）125m19702PE63管（0.6MPa）90m12433LDPE管（0.4MPa）32m292474PE小管4m26595鋼法蘭Dn125個166四通3*125×90個17四通125只2四通2*125×2*90只08鋼三通2*125×90只89鋼三通125只410三通2*90×125只010支管彎頭90只011穩(wěn)流器個886312

21、Pe堵頭90只1613PE堵頭32只36614旁通4只886315旁通3236616泄水閥DN50只117球閥DN63只1618DN125彎頭個1019減壓閥個1320Pe63接頭32個366四其它1管道鎮(zhèn)墩C15砼m3182安裝費套 750畝小管出流管道工程量統(tǒng)計主干管： 1條，1000m分干管： 1條，200m主支管： 26條，920m/條分支管： 300條，8.5m/條毛管：1800條，80m/條灌水器：44100個（9）運行費用 1）灌水過程中，只同時開啟一條支管灌水；2）根據(jù)當?shù)厣a(chǎn)實踐和相關(guān)試驗結(jié)果，葡萄樹適宜的灌水周期可以達到15天。本項目設(shè)計是依據(jù)規(guī)范確定灌水周期，該值偏于保守、安全，實際灌水過程中可適當延長灌水周期，但也不宜超過10天。芒果全生育期中逐月的蒸發(fā)蒸騰量，見表1-2。作物蒸發(fā)蒸騰量計算模型如下:式中：作物實際蒸發(fā)蒸騰量；作物系數(shù)；水面蒸發(fā)量，20cm口徑蒸發(fā)皿；需水系數(shù)