滴灌系統(tǒng)設計以茶葉為例

1、茶葉滴灌系統(tǒng)設計系統(tǒng)簡介：本設計灌區(qū)茶葉種植面積為 500 畝。首先確定滴灌系統(tǒng)的各 個設計參數(shù)， 繼而選用某公司一次成型薄壁滴灌帶， 內徑 16mm， 壁厚0.31mm。通過計算滴灌的灌水定額、灌水周期、一次灌水 延續(xù)時間來確定滴灌的灌溉制度； 通過水量平衡計算， 確定當?shù)?水源是否夠用。 根據(jù)設計參數(shù)把整個灌區(qū)劃分為 4個輪灌組， 進 行管網(wǎng)系統(tǒng)的布置，推算各級管道的流量，進行管網(wǎng)水力計算， 確定各級管道的直徑、長度，并選擇水泵型號為D185-67 9最后設計首部樞紐，進行材料統(tǒng)計和概預算。第一章 基本資料一、項目概況 項目位于某某市某某縣， 屬貧困地區(qū)。 項目區(qū)位于某某縣府 城鎮(zhèn)的某某村

2、南茶北移示范區(qū)，規(guī)劃滴灌茶葉滴灌面積 500 畝。本項目將引進先進的農業(yè)生物技術，與小型灌溉工程相結 合，建設生態(tài)型灌溉工程。 從生產技術手段和使用方式兩方面對 當?shù)氐霓r業(yè)生產進行改進， 主要建設內容是小型農田生態(tài)灌溉工 程的建設。二、地形地質概況某某省某某市地處中國中部的黃土高原， 是中國水土流失較 嚴重的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被土壤中有益微生物缺失，沙土 化嚴重。某某縣位于某某市東北方向， 面積1965hm2,東部由北向南 與晉東南的沁源、屯留、長子和沁水接壤，西鄰古縣和浮山。境 內山嶺起伏，溝壑縱橫，地形復雜。整個地勢北高南低，東部山 峰有安太山、盤秀山等，海拔在 1400m以上，西部有

3、大東溝梁、 牛頭山等，海拔在千米以上。省內第二大河、唯一的一條無污染 河流沁河縱貫境內95km。南部沁河谷地，地勢較低，有小塊平 川，海拔在800m左右。三、作物種植1、作物名稱：茶葉。2、間距：株距0.4m，行距0.4m，畦距1m。3、灌溉方式：滴灌。4、滴灌設計補充強度為 4mm/d。5、茶葉滴灌面積500畝，種植株距0.4m，兩行為一畦，行距0.4m，畦與畦距離1m，3畦建一個大棚，棚與棚間距 1m，大 棚選用簡易竹木材料，單棚尺寸為長0.25-0.3m，寬5m,占地0.22 畝。900m。四、氣象資料某某縣位于典型的黃土高原殘垣溝壑區(qū)，區(qū)內生態(tài)環(huán)境脆 弱，年度降雨和年內分配極不均勻，十

4、年九旱，當?shù)剞r業(yè)抵御自 然災害的能力較低。示范區(qū)茶園位于沁河東的谷地， 地形東高西低。區(qū)內氣候溫 和，年均氣溫9.4C, 一月零下6.7C,七月248C，年降雨量 622mm,霜凍期為10月上旬至次年四月中旬，無霜期 180天， 土壤主要為褐化淺色草甸土。五、水源資源某某縣有大小河流 12 條，其中最大的河流沁河發(fā)源于某某 縣西北山麓二郎神溝，北南縱貫流經(jīng)羅云、和川、城關、冀氏、 馬壁 5 鄉(xiāng)鎮(zhèn) 35村，于馬壁村南出縣。境內全長 95km ，河床高程 942-732m之間，落差210m，平均比降2.21%。東西兩側有 23 條支流匯入，枯水季節(jié)清水流量保持在1.5m3/s 以上，流域內植被覆蓋

5、密度大， 流水含沙量小， 平均年含沙量每立方米約 6.95kg。 項目區(qū)沒有農田灌溉設施， 沁河從項目區(qū)橫穿而過， 正常清水流 量約為 8.0m3/s。 1956-2000 年多年平均徑流量為 22121 萬 m3， 50%保證率年徑流量17800萬m3，75%保證率年徑流量11800m3， 95%保證率年徑流量8210萬m3,水量豐富。茶葉灌區(qū)的水源位置在沁河， 由于從沁河引水， 故水量充足， 并且水質情況良好,適于灌溉。第二章 滴灌系統(tǒng)的設計一、滴灌系統(tǒng)參數(shù)的選擇與確定1 、滴灌設計日耗水強度的確定 一般取作物全生育期平均作物耗水強度峰值作為滴灌設計 耗水強度 Ea 的值。設計耗水強度是指

6、在設計條件下微灌的作物 耗水強度,它是確定微灌系統(tǒng)最大輸水能力和灌溉制度的依據(jù)。設計耗水強度越大，系統(tǒng)的輸水能力也越大，保證程度越高，但 系統(tǒng)的投資也越高，反之亦然。在本設計中，不考慮淋洗水量，滴灌設計灌溉補充強度為Ea=la=4.6mm/d。2、滴灌土壤濕潤比的確定滴灌不濕潤整個灌溉土地，它由許多濕潤土體互相連接起來 形成濕潤鏈對作物供水。 濕潤的部分土體占灌溉土體的百分比成 為土壤濕潤比。土壤濕潤比 p值是滴灌設計時的重要參數(shù)之一， 在確定土壤濕潤比時，不僅要考慮作物對水分的要求，還要考慮到工程投資的合理性。因為設計濕潤比越大，系統(tǒng)的流量越大， 越容易滿足作物需水要求，但是系統(tǒng)的投資和運行

7、費用也就越 大，反之亦然。根據(jù)相關資料，對于寬行作物，在北方干旱和半 干旱地區(qū)，設計十壤濕潤比可取20%-30%，南方地區(qū)可取25%-35%。考慮到茶葉是經(jīng)濟作物，故滴灌土壤濕潤比取 p 30%3、灌水小區(qū)流量偏差的確定在本設計中灌水小區(qū)流量偏差取 qv=20%。4、滴灌水利用系數(shù)的確定灌溉水利用系數(shù)為滿足作物消耗和淋洗的有效水量占灌溉 供水量的百分比，它主要與灌水均勻度、 由于土壤濕潤模式和不 定時的降雨可能產生的滲漏損失、過濾沖洗水量損失、管線沖洗損失有關。對于滴灌，水量損失很少，本設計中灌溉水利用系數(shù) n取 0.9。5、滴頭的選擇 滴頭是滴灌系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是形成水頭損失。 壓

8、力水流進入滴頭后， 經(jīng)滴頭消能， 以穩(wěn)定均勻的低流量滴入土 壤。因此對滴頭的基本要求是：（1）出水量小，均勻而穩(wěn)定；（2）且受外界因素影響?。唬?）結構簡單，便于制造和安裝；（4）價格低廉，堅固耐用，不易堵塞。本設計中選用某公司一次成型薄壁滴灌帶，內徑16mm，壁厚 0.31mm 。二、滴灌灌溉制度的確定1 、滴灌灌水定額的確定（1 ）最大凈灌水定額設計凈灌水定額計算采用聯(lián)合國組織和美國水土保持局建 議的方法：mmax=1000 B （Fd-Wo） Zp,式中：B為土壤中允許消耗的水量占土壤有效水量的比例，取30%;Fd 為田間持水量，取 30%；Wo為凋萎系數(shù)，取10%；Z 為微灌土壤計劃濕

9、潤層厚度，茶葉取 0.75m;p 設計土壤濕潤比，茶葉取 30%。計算得出茶葉的最大凈灌水定額 mmax=13.5mm/d(2)毛灌水定額m毛=m凈/ n計算得出茶葉毛灌水定額為 15mm/d。2、設計灌水周期的確定T= m 凈/laIa 為作物日需水強度，本設計中 Ia=Ea=4.6mm/d。計算得出T=2.93d，所以T取3d。3、一次灌水延續(xù)時間的確定t= m 毛 SeSl /qd ， 式中：Se為灌水器間距；Sl 為毛管間距；qd 為灌水器流量，單位 L/h。計算 t=15 04 化4/1.05=8h。4、水量平衡計算Qd= (10 AXIa) / (nXC)Qd 為滴灌系統(tǒng)需水流量，

10、 m3/h；A 為灌溉面積， hm2；n為灌溉水利用系數(shù)；C 為系統(tǒng)日運行時間，本項目取 16h。計算得出 Qd=106.47m3/h。滴灌的用水量是指作物正常生長發(fā)育時需要水源提供的水量。井水、泉水、河流、水庫、塘堰都可以作為滴灌系統(tǒng)的水源， 關鍵是進行水量平衡計算， 以確定水源是否能滿足設計滴灌面積 的用水量。本設計中，水源來自沁河，水量豐富，不用擔心水源 水量不足的情況，沁河的水源足夠 500 畝茶葉地的水源需求。第三章 管網(wǎng)系統(tǒng)的布置根據(jù)地塊形狀，干管沿山脊線布置，分干管垂直干管布置，支管垂直分干管單向布置進入地塊，支管長101m，間距25m,控制17個大棚；毛管鋪設長度為25m,毛管

11、垂直支管單向布置。 單棚種植 6 行茶葉， 3 條毛管。一、毛管布置考慮茶葉的種植特點和種植模式, 選用某公司一次成型薄壁 滴灌帶，內徑16mm，壁厚0.31mm。滴頭額定工作壓力 10m， 額定流量1.05L/h，流態(tài)指數(shù)0.5,滴頭間距0.4m，采用單行直線 布置，滴灌帶沿作物行布置。 滴灌帶從雙種植行中間茶樹基部穿 過，噴水眼朝下，每隔 3m用0.5mm厚、20cm 30cm大小的塑 料薄膜鋪蓋固定。選用的滴灌帶滴頭濕潤直徑為0.5m，因此P=0.785D2/SeS 溝00%=0.785 0.52/ (0.4 1.4) 3100%=35%P30%,說明選用的灌水器與毛管布置方式滿足設計濕

12、潤比 的要求。二、水源布置灌溉用水來自沁河中的水, 系統(tǒng)將沁河的水通過提水干管抽 取到山頭蓄水池里, 再通過灌水干管自流灌溉, 流入各支管和毛管，流到各個茶葉大棚中第四章滴灌系統(tǒng)工作制度的確定一、支、毛管水頭差的分配與毛管極限長度的確定當qv=20%時，灌水小區(qū)允許的最大水頭偏差為4.12mhmax= (1+0.65 申)1/x hd= (1+0.65 0.2) 1/0.5 xi0=12.77m hmin= (1-0.35 qv) 1/xhd= (1-0.35 0.2) 1/0.5 10=8.65m H= hhax- hmin= 4.12m，式中:qv為流量偏差率；x為流態(tài)指數(shù)；hd為灌水器額

13、定工作壓力。根據(jù)支、毛管水頭差分配比得到： H 毛=0.55 H=0.554 H=0.45 4.12=1.84m如果選用D16PE管，計算毛管極限長度為S.446 X 226 X 1647!(| 1XO4 X 1.05|)5Z46AHO475()Lm=INT 竺魚0.364 S=INT0.364 旳.4=157m，式中:Lm為毛管允許的極限長度，m； qd為灌水器設計流量，L/h ;S為毛管水灌水器間距，m;D為毛管內徑，mm；K為毛管局部水頭損失加大系數(shù)。二、輪灌組的劃分劃分輪灌組的原則：1、輪灌組的數(shù)目應滿足作物需水要求，同時使水源的水量 與計劃灌溉的面積相協(xié)調；2、每個輪灌組控制的面積應

14、盡可能接近相等，以便水泵工 作穩(wěn)定，提高動力機和水泵的效率，減少能耗；3、輪灌組的劃分應照顧田間管理的要求；4、為了便于運行操作和管理，通常一個輪灌組管轄的范圍 宜集中連片，輪管順序可通過協(xié)商自上而下或自下而上進行；5、確定輪管順序時，應盡量把流量分散到各輸、配水管道 中去， 避免管道的管徑或減少其水頭損失， 降低管道投資或運行 費用。確定輪灌區(qū)能充分發(fā)揮滴灌設備的利用率及挖掘水源灌溉 潛力。在滴灌系統(tǒng)所控制面積內進行輪流滴灌。系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)為：固定式系統(tǒng)：NW CT/t移動式系統(tǒng)：NW CT/ntN 為允許的輪灌組最大數(shù)目C 為系統(tǒng)一天運行的時間，一般為 12-20h；T 為灌水時間

15、間隔周期， d；t 為一次灌水延續(xù)時間， h ；n 為一條毛管在所管轄的面積內移動的次數(shù)。本設計中，NW 16 x 3/8個6項目區(qū)控制面積為 500 畝，考慮灌區(qū)實際情況， 分 4 個輪灌第五章滴灌系統(tǒng)的流量計算一、毛管流量的計算每條毛管的進口流量為Q毛= qd_ 式中：qd為滴頭出水流量，本設計中為1.05L/h ；L為毛管長度，本設計中為 25m；S為滴頭間距，本設計中為 0.4m。計算得出Q毛=66L/h二、支、干管流量計算每個大棚有3條毛管，每條支管控制17個大棚，其控制流 量為3366L/h。每條干管根據(jù)控制的支管數(shù)量計算控制流量。第六章管道水力計算管網(wǎng)水力計算是滴灌系統(tǒng)設計的中心

16、內容， 其目的是在滿足 水量和均勻度的前提下，確定管網(wǎng)布置中各級管道的直徑、 長度 及系統(tǒng)揚程，進而選擇水泵型號。一、毛管水力計算毛管水力計算的任務是根據(jù)灌水器的流量和規(guī)定的允許流量偏差，計算毛管的最大允許長度和實際使用長度，并按實際使用長度計算毛管的進口水頭。毛管實際水頭損失： H 毛實際=1.2 沫 刨 XLXF=1.2 0.505X25X0.365=0.015m,其中:f, m, b為管材系數(shù)；L為毛管長度，F(xiàn)為多口系數(shù)，b為毛管內徑管材系數(shù)表管材fmb硬塑料管0.4641.774.77微灌用聚乙 烯管d 8mm0.5051.754.75d0.505 H 支V H 支實際 =4.105m選用的支管滿足要求，則支管進口水頭為：h支進口 = h毛進口 + H 支+AZBc=8.665+2.17+0=10.835m三、干管水力計算干管的控制流量最大為 41382L/h，長為679.98m,如果干管采用D90PVC管，則干管的水頭損失為：囲pi關產 H 干=1.05 沌=1.05 .505 679.98=22.571m則干管的進口水頭為h干進口 = h支進口 +干 +