噴灌系統(tǒng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)

1、第八節(jié)噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)噴灌系統(tǒng)是由水源取水，經(jīng)過水泵加壓(自壓系統(tǒng)除外)，再通過各級(jí)壓力管道， 送至豎管與噴頭而形成一個(gè)完整的管道系統(tǒng)。其中固定管道式多是將干、支管均 埋入地下。半固定管道式多是將干管鋪設(shè)在地上， 支管位于地面，灌完一片后移 動(dòng)到另一片，它們的管道設(shè)計(jì)方法根本一致。 機(jī)組式噴灌系統(tǒng)如此有所不同，這 里重點(diǎn)講述固定管道式噴灌工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)。、噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的原如此和內(nèi)容(一) 原如此1 、管道工程分級(jí) 噴灌系統(tǒng)較小時(shí)，管道分成兩級(jí)，干管和支管；有三級(jí) 管道時(shí)分為干管，分干管和支管；有四級(jí)管道時(shí)，分總干管、干管、分干管和支 管。最末一級(jí)，帶有噴頭的工作管道，稱為支管。連接噴頭與

2、支管的管道稱豎管。2 、管道布置原如此(1) 管道布置應(yīng)使管道總長(zhǎng)度盡量短，管徑小，造價(jià)省，有利于防止水擊(2) 山丘區(qū)布置噴灌系統(tǒng)時(shí)，一般應(yīng)使干管沿主坡向布置，支管如此平行等咼線布置。(3) 管道布置應(yīng)考慮各用水單位的需求，便于用水管理，有利于進(jìn)展輪灌分 組。(4) 平原地區(qū)，支管盡量與作物耕作方向一致。(5) 充分考慮地塊的地形變化，力求使支管長(zhǎng)度一致，規(guī)格統(tǒng)一。管線縱剖 面應(yīng)力求平順，減少折點(diǎn)，盡量防止管線出現(xiàn)駝峰。(6) 管線的布置應(yīng)結(jié)合排水系統(tǒng)，道路林帶，供電系統(tǒng)與行政村的規(guī)劃統(tǒng)一 規(guī)劃，山、水、田、林、路。(二) 噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1 、勘測(cè)和收集根本資料：(1)地形圖，(

3、2) 土壤，(3)氣候，(4)水源， 農(nóng)作物，(6)動(dòng)力供給，(7)交通，(8)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀。2 、確定噴灌區(qū)域 根據(jù)水源、地形、土壤、農(nóng)作物與經(jīng)濟(jì)條件，確定噴灌 區(qū)域的X圍和面積。3 、計(jì)算噴灌用水量，進(jìn)展水源工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)。4 、確定噴灌系統(tǒng)類型，對(duì)選定的方案進(jìn)展設(shè)計(jì)，也可以選兩種以上方案進(jìn)展比擬，確定最優(yōu)方案。5 、計(jì)算工程、設(shè)備統(tǒng)計(jì)表、編制概預(yù)算。6 、編制工程施工進(jìn)度計(jì)劃表。（三）主要設(shè)計(jì)成果1 、噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)說明書一份。2 、噴灌工程平面布置圖，管道、溝渠縱剖面圖，管道結(jié)構(gòu)示意圖，建筑物 設(shè)計(jì)圖（泵站、泄水井、支墩、鎮(zhèn)墩、農(nóng)橋等）。（四）噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)類型1 、管道式噴灌工程

4、規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括固定式和半固定式。2 、機(jī)組式噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括定噴機(jī)和行噴機(jī)。3 、自壓噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)。（五）噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)）1 、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)噴灌工程技術(shù)規(guī) XGBJ85- 85。2 、噴灌工程設(shè)計(jì)手冊(cè)水電。思考題：噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和主要設(shè)計(jì)成果、噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的根本資料（噴灌工程的勘察設(shè)計(jì)）（一）地形資料噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃布置應(yīng)有實(shí)測(cè)的地形圖， 其比例視灌區(qū)大小，地形的復(fù)雜程 度以與設(shè)計(jì)階段要求的不同而定。在規(guī)劃階段，5000畝以上灌區(qū)要求1/5000 1/10000的地形圖，5000畝以下灌區(qū)，1/2000 1/5000地形圖。對(duì)于小地塊要 求1/500 1/100

5、0的地形圖，對(duì)于地勢(shì)平坦的小塊灌區(qū)，至少應(yīng)用平面位置圖， 包括田塊高程，水源位置（水位、高程）等資料。（二）土壤資料土壤資料包括：（1） 土壤質(zhì)地，（2）田間持水能力，（3） 土壤入滲速度，（4） 土壤化學(xué)性質(zhì)。1 、土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地是指土壤顆粒的機(jī)械組成，即按不同粒徑的礦物質(zhì) 顆粒在土壤中所占比例對(duì)土壤進(jìn)展分類。 土壤一般分為：砂土、砂壤土、輕壤土、 中壤土、重壤土、粘土、分類方法有顆粒分析法和野外手測(cè)法。2 、土壤容量 單位體積自然狀態(tài)下的干土的重量。單位 g/cm3，其X圍在 1.3 1.6之間。主要測(cè)試方法有環(huán)刀法，參考農(nóng)田水利學(xué)教材。3 、田間持水量 土壤田間持水量是指在有良好排水

6、條件下的土壤中，排水 后不受重力影響而保持在土壤中的水分含量，常用占干土重的百分?jǐn)?shù)表示。在有條件的地方，可對(duì)灌區(qū)土壤田間持水量進(jìn)展野外測(cè)定。4、土壤入滲能力 土壤入滲能立一般用土壤入滲速度來表示，主要是選定允許 噴灌強(qiáng)度。5 、土壤化學(xué)性 包括PH值，含鹽量，有機(jī)質(zhì)含量以與氮、磷、鉀等含量。6 、土壤最大凍土層深度。（三）氣象資料噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)收集的氣象資料有：降雨量 （年降雨量、典型年日降雨 量），蒸發(fā)量（水面、陸面），氣溫（最高、最低、極端），濕度，日照，無霜期（被 霜期、冬霜期）。噴灌的缺點(diǎn)之一就是受風(fēng)影響大，所以做噴灌工程設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意此問題。 風(fēng)速風(fēng)向是確定噴頭布布置形式和管道布

7、置方式的重要依據(jù)。風(fēng)向：一般可分為8個(gè)方位，即東、南、西、北、東北、西北、東南、西北 八個(gè)方向。設(shè)計(jì)風(fēng)向是指灌區(qū)主要農(nóng)作物灌水時(shí)期內(nèi)灌水日的主風(fēng)向。如此季節(jié)沒有時(shí)顯的主風(fēng)向，應(yīng)按多風(fēng)向設(shè)計(jì)。風(fēng)速：指噴灌工作日的平均風(fēng)速。氣象站給出的風(fēng)速為10米高處風(fēng)速，手持風(fēng)速儀可測(cè)量2米處的風(fēng)速，它們之間換算關(guān)系U102式中：Uio為10米高處風(fēng)速，V2為2米高處風(fēng)速。5.5m/s），4 級(jí)（5.5 7.9m/s）。當(dāng)風(fēng)力等級(jí)大于3級(jí)風(fēng)時(shí)應(yīng)停止噴灌。（四）水源條件噴灌所用水源有：河流、水庫(kù)、池塘、山泉、湖泊、井水等。對(duì)水源的調(diào)查 內(nèi)容包括：1）來水量，2）水位，3）水質(zhì)，4）含砂量等。其資料應(yīng)有一定的代 表

8、性（長(zhǎng)系列水文資料，典型年日來水量資料），特別要注意灌溉季節(jié)的水位流量 變化。應(yīng)用地下水作噴灌工程水源時(shí)，應(yīng)查明灌區(qū)地下的情況，包括可供開采的單 井出水量，水質(zhì)等，要了斛地下水多年平均降深的變化， 做到在多年的運(yùn)行中保 證地下水采補(bǔ)平衡，保護(hù)地下水資源。在多泥沙河流上取水時(shí)，要特別注意河流的含沙量，重要工程要做沉沙工程, 以保證噴灌工程的正常運(yùn)行。應(yīng)用城市污水灌溉時(shí)，應(yīng)對(duì)污水進(jìn)展水質(zhì)處理。噴灌水源的水質(zhì)應(yīng)滿足農(nóng) 田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB508令92。(五) 農(nóng)作物包括：灌區(qū)作物種類、種植面積、種植方式、作物布局和結(jié)構(gòu)、 復(fù)種指數(shù)。其中作物耗水資料，作物根系活動(dòng)層有條件時(shí)應(yīng)作實(shí)驗(yàn)， 無條件可查 閱相關(guān)

9、農(nóng)田試驗(yàn)站的實(shí)驗(yàn)資料或有關(guān)書籍農(nóng)田水利學(xué)、作物耗水量等資料。(六) 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)概論(1) 灌區(qū)農(nóng)業(yè)開展規(guī)劃，水利工程現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度灌區(qū)農(nóng)業(yè)收入情況，糧食單產(chǎn)，價(jià)格、生產(chǎn)費(fèi)用等。交通條件。(4) 行政區(qū)劃。(5) 動(dòng)力設(shè)備情況。三、噴灌工程類型選擇噴灌工程的類型應(yīng)根據(jù)作物種類、經(jīng)濟(jì)條件、動(dòng)力設(shè)備條件、地形條件等因 素確定。經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的作物可采用固定管道式噴灌工程， 大田作物宜采用半固定 式或機(jī)組式噴灌系統(tǒng)，有自然水頭的地方盡量采用自壓噴灌工程。四、噴灌制度的制定噴灌制度包括：(1)灌溉定額，(2)灌水定額，(3)灌水次數(shù)，(4)灌水周 期等。灌溉定額指各次灌水定額之和，灌水定額指一次灌水時(shí)，

10、單位面積上的灌 水量。(一) 設(shè)計(jì)灌水定額設(shè)計(jì)灌水定額按下式計(jì)算m 0.1rH max min /式中：m設(shè)計(jì)灌水定額，(mm)； H為噴灌土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，(cm)，對(duì)于大田 作物可取4060cm r為土壤干容量，（g/cm3） ； max土壤含水量上限（取田間持水率），min為土壤含水量下限（取田間持水率的60%）,為噴灑水利用系數(shù)（般取 0.85 0.95）。3假如用m表示米/畝的灌水定額，m表示mn«水定額，它們之間關(guān)系為：2m0m mm33/畝的灌水量 （二）設(shè)計(jì)灌水周期設(shè)計(jì)灌水周期指兩次灌水的時(shí)間的間隔， 以天數(shù)表示。設(shè)計(jì)灌水周期可用下 式確定：式中：T為設(shè)計(jì)灌水周期，

11、（d） ; m為設(shè)計(jì)灌水定額，（mm）;噴灑水利用系 數(shù)；E為作物臨界耗水期日平均耗水量，（mm/d）。（三）噴灌制度確定方法1 、水量平衡法1）播前灌水定額M 00.1rH max 0 /式中：m為播前灌灌水定額，（mm） ;0為播前土壤含水量。2）生育期內(nèi) 以農(nóng)田水學(xué)利中水量平衡法來制定生育內(nèi)的灌水定額和灌水 次數(shù)Wt W0 Wr P0 K M ET式中：W、W為時(shí)段初和時(shí)段t時(shí)的土壤計(jì)算濕潤(rùn)層的儲(chǔ)水量，（mm） ; W為由 于計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量，（mm） ； P0為保存在土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的有效 雨量，（mm） ； K為時(shí)段t內(nèi)的地下水補(bǔ)給量 M為時(shí)段t內(nèi)的灌溉水量，（mm）；ET

12、為時(shí)段t內(nèi)的作物田間需水量，（mm）n3)全生育期m=m+mMi mi 12 、彭曼公式法1）參作物需水量計(jì)算參照作物是指土壤水分充分、地面完全覆蓋、生長(zhǎng)正常、高矮整齊的開闊（地塊長(zhǎng)寬大于200m）的矮草地（草高8-15cm），以苜蓿草 為代表作物，計(jì)算ET02） 實(shí)際需水量的計(jì)算ET=Kc（ET°）式中：Kc為作物系數(shù)葉面蒸滕量+棵間蒸發(fā)量二騰發(fā)量二作物田間需水量水田：田間需水量+滲漏量=田間耗水量 由于水田不同土壤滲漏量大小差異很大， 為了使不同土質(zhì)田塊水稻需水具有可比 性，因此水稻的田間需水量不包括滲漏量， 如計(jì)入滲漏量，如此稱為田間耗水量 五、噴灌工作制度噴灌工作制度是指噴灌

13、工程運(yùn)行中, 的噴頭數(shù)以與噴頭輪灌組的劃分等內(nèi)容。噴頭在固定位置的噴灌時(shí)間，同時(shí)工作NtAmTCq式中：Nt為同時(shí)工作的噴頭數(shù)；A為噴灌工程控制面積，（m 、噴頭在一個(gè)位置（工作點(diǎn)）的噴灌時(shí)間按下式確定t abm1000q 、同時(shí)工作的噴頭數(shù)和支管數(shù)同時(shí)工作的噴頭數(shù)可按下式計(jì)算）;C為一天中噴灌 工程有效工作的時(shí)間（2024h）同時(shí)工作的支管數(shù) 式中：Nt為同時(shí)工作的支管數(shù)；N為一根支管安裝的噴頭數(shù)，以上計(jì)算結(jié)果均 應(yīng)取整數(shù)。3 、輪灌方案1） 輪灌組劃分要點(diǎn)： 輪灌的編組應(yīng)有一定的順序，以便管理。 一樣 類類型的輪灌組的工作噴頭總數(shù)應(yīng)盡量接近，從而使噴灌工程的流量變幅較小。 輪灌編組時(shí)，應(yīng)使

14、地形較高或路程較遠(yuǎn)的組別的噴頭式支管數(shù)略少，以利于 保持噴灌泵均在高效區(qū)工作。 編制輪灌組輪灌順序，應(yīng)將流量分散到各配水 管中，防止集中在某一條干管配水。2） 支管輪灌方式兩根支管從地塊一頭齊頭并進(jìn)，干管從頭到尾的流量 等于兩根支管流量之和。 兩根支管由地塊兩端中間交叉前進(jìn)。 兩根支管由 中間的兩端交叉前進(jìn)。、 兩種方案只有前半段干管通過流量等于兩根支管 流量之和，而后段干管通過的流量只等于一根支管的流量。這樣，水頭損失小或 可以減少后半段干管的管徑。六、噴灌系統(tǒng)組合距確實(shí)定1 、噴灌方式 噴頭的噴灌方式有園形噴灌（也叫全園噴灌）和扇形噴灌兩種。 一般在管道噴灌工程中，除了位于地塊邊緣的噴頭作

15、扇形噴灌外，其余噴頭均采 用全園噴灌。在機(jī)組式噴灌系統(tǒng)中，為防止噴濕機(jī)道，一般采用扇形噴灌方式。2 、噴頭參數(shù)的選擇1）工作壓力，2）噴頭型號(hào)，3）噴咀直徑，4）射程, 5）噴頭量。3 、計(jì)算和校核霧化指標(biāo) H/D值是否滿足要求。（二）噴頭的組合形式噴頭的組合形式包括支管布置方向、 噴頭組合方式與噴頭沿支管的間距，支 管和支管的間距等。1 、支管布置方向 支管布置的方向，除考慮地形因素與作物種植方向外, 還應(yīng)考慮風(fēng)向和地形坡度的方向。（1）受風(fēng)影響 無風(fēng)條件下，噴頭噴灌為一個(gè)園形面積。有風(fēng)時(shí)，順風(fēng)向一側(cè), 噴頭射程增加，逆風(fēng)向一側(cè)，噴頭射程減小，而平行風(fēng)向的兩側(cè)，射程也相應(yīng)變 小。所以，在一般

16、情況下，支管布置在垂直主風(fēng)的位置，干管如此布置在平行主 風(fēng)向的位置。（2）地面坡度影響 地面有坡度時(shí)，下坡方向，噴頭射程加大，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。2 、噴頭的組合形式 噴頭組合形式也稱布置形式，指噴灌工程中每個(gè)噴頭 所處的相對(duì)位置的排列方式。一般用相鄰4個(gè)噴頭平面位置組成的圖形表示。噴 頭組合形式有長(zhǎng)方形、正方形、三角（正三角和等腰三角形）三種形式。在灌水季節(jié)主風(fēng)向明顯時(shí)，采用支垂直主風(fēng)的長(zhǎng)方形布置，加大支管間距， 可以減少管道的投資。當(dāng)灌水季節(jié)主風(fēng)向多變時(shí)，要采用正方形布置，以減小風(fēng) 的影響。三角形布置復(fù)雜且不實(shí)用，一般較少采用。（三）

17、確定噴頭的組合間距噴頭的組合間距是指噴頭沿支管的間距和兩條相鄰支管間的間距，稱噴頭間 距a和支管間距b1、定系數(shù)法 根據(jù)噴頭不同的噴灑方式與不同的組合形式，根本上以對(duì)角 線方向上的兩個(gè)噴頭的濕潤(rùn)圓相切，按幾何作圖法并以噴頭射程乘以一個(gè)系數(shù)， 求出噴頭間距和支管間距。為了不發(fā)生漏噴現(xiàn)象，常將噴頭射程打一個(gè)折扣，用 設(shè)計(jì)射程（或有效射程）為幾何作圓的依據(jù)，故又稱幾何組合法。噴灑方式組合方式噴頭間距支管間距全園正方形長(zhǎng)方形設(shè)R設(shè)設(shè)設(shè)扇形長(zhǎng)方形R設(shè)設(shè)噴頭的設(shè)計(jì)射程為R 設(shè)=KR式中：R設(shè)噴頭設(shè)計(jì)射程，（m）; K為折減系數(shù)，一般取0.70.9。固定管道式噴 灌工程取0.8，多風(fēng)地區(qū)取0.7，無風(fēng)地區(qū)取

18、0.9。R為噴頭射程，（m），見產(chǎn)品 說明書。2 、變系數(shù)法 這一成果是我院施均亮教授提出的，這一方法是基于對(duì)噴頭 試驗(yàn)研究，歸納出在滿足均勻系數(shù) Cu> 75%條件下，各風(fēng)速等級(jí)條件下的最大組 合間距比。噴頭間距和支管間距按下式計(jì)算a=Ka Rb=KbR式中：a為噴頭間距，（m） ； b為支管間距，（m） ； Ka為噴頭間距布置系數(shù)；K為 支管間距布置系數(shù)。風(fēng)速m/s長(zhǎng)方形布置正方形布置噴頭間距支管間距計(jì)算得到的a與b值還應(yīng)調(diào)整到符合支管管道規(guī)格長(zhǎng)度的倍數(shù)。 一般應(yīng)做取小處 理。3）驗(yàn)算設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度按公式 Kw C s計(jì)算噴灌工程的組合噴灌強(qiáng)度是否滿足允許噴灌強(qiáng)度的要求。如滿足，如此驗(yàn)

19、算通過，a，b值可以確定下來，所選噴頭與參數(shù)確事實(shí)上下來；如不滿足，如此需要重新選擇噴頭與參數(shù)， 上述過程，直到滿足要求為止。七、噴灌管道水力計(jì)算1 、分級(jí) 固定式、半固定式噴灌工程，視系統(tǒng)控制的面積大小對(duì)管道進(jìn)展 分布，面積大時(shí)，可布置成總干，干、分干、支四級(jí)；干管、分干管、支管三級(jí)， 面積較小時(shí)一般布置成干管和支管兩級(jí)。支管是田間末級(jí)管道，支管上安裝噴頭2 、管網(wǎng)布置形式 管網(wǎng)布置形式有：樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)、混合網(wǎng)樹狀管網(wǎng)是噴灌工程管道布置應(yīng)用最多的一種形式。這種管道布置簡(jiǎn)單，適 應(yīng)于各種地形，水力計(jì)算也較簡(jiǎn)單環(huán)狀管網(wǎng)是一種閉合網(wǎng)，由很多閉路環(huán)組成，又稱閉路網(wǎng)。這種管網(wǎng)在供水 工程中應(yīng)用較多，

20、在噴灌工程中應(yīng)用較少。優(yōu)點(diǎn)是某一水流方向的管道出事故， 可由另一方向的管道繼續(xù)供水。環(huán)狀管網(wǎng)的布置和水力計(jì)算可參閱供水工程有關(guān) 書籍。（二）噴灌支管設(shè)計(jì)支管是噴灌工程中最末一級(jí)管道，支管上裝有豎管，豎管上安裝噴頭。豎管 高度可依據(jù)噴灌作物高度確定。H豎=H作+ h噴灌支管設(shè)計(jì)時(shí)，支管的工作壓力差的選取應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，即同一支管上任意兩個(gè)噴頭之間的水頭差應(yīng)在噴頭設(shè)計(jì)工作壓力的20%內(nèi)。hw+ z <(三)輸水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)噴灌工程中管道優(yōu)化設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是選擇管道的最優(yōu)管徑(1)經(jīng)驗(yàn)公式法當(dāng) Q< 120riVh 時(shí) D 13. Q當(dāng) Q> 120nVh 時(shí) D(2)經(jīng)濟(jì)流速法14

21、Q I 2 * *QD1.13 -VV式中：D為經(jīng)濟(jì)管徑,115.Q12mn; Q為管道設(shè)計(jì)流量，m2.189n2q2A215.38(3) 非線性規(guī)劃法目標(biāo)函數(shù)min z=DL約束條件H D5.38L 1.188H / JJ 0.158I式中：J為最優(yōu)水力坡降（4）微分法（年費(fèi)用最小法）當(dāng)管道流量時(shí)，管徑越大，如此投資大，管徑與投資成正比。另一方面，管 徑大，流量一定時(shí)流速小，水頭損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，管徑與運(yùn)行費(fèi)用成反比。 其中必有一種管徑，使上述兩種費(fèi)用之和為最小，這時(shí)管徑常稱為經(jīng)濟(jì)管徑，根 據(jù)這一原理可用年費(fèi)用最小求解最優(yōu)管徑，故又稱年費(fèi)用最小法。以上求解的管 徑尺寸應(yīng)和管徑規(guī)格相符。（四）管道水力計(jì)算1 、沿程水頭損失計(jì)算hfLQ式中：hf為沿程水頭損失，m f為沿程阻力系數(shù)；l為管道長(zhǎng)度，m Q為管道 設(shè)計(jì)流量