噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)保證率41.6 作物對灌水要求42灌溉系統(tǒng)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(tǒng)的平面布置173.1管網(wǎng)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(shè)計(jì)及水力計(jì)算184.1灌溉時(shí)間安排184.2管道材料選擇184.3管道直徑計(jì)算184.4水頭損失224.5水泵的揚(yáng)程234.6驗(yàn)證壓力是否滿足要求235設(shè)備用量明細(xì)表245.1管材設(shè)備245.2噴頭245.3接頭245.4閘閥255.5其它設(shè)備25參考文獻(xiàn)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(gòu)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(qiáng)，日照時(shí)間長，光熱資源豐富，降水量較少，且季節(jié)分配不均。 根據(jù)已有基本資料進(jìn)行灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，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(chǎn)性優(yōu)質(zhì)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(tǒng)，選擇全圓噴灑，組合形式為正方形，以保證灌區(qū)的噴灌質(zhì)量。 灌區(qū)干管應(yīng)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(wǎng)布置形式，采用圭字形布置。根據(jù)灌區(qū)管道進(jìn)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(shí)延分支管依次灌水。將整個(gè)地塊分成3個(gè)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(shí)位于同一輪灌區(qū)的支管同時(shí)進(jìn)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(wù)是灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)

4、計(jì)。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(gòu)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(qiáng)，日照時(shí)間長，光熱資源豐富，降水量較少，且季節(jié)分配不均。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)年均氣溫8.4C，多年月平均最高氣溫12.5C，多年月平均最低氣溫2.2C，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(fēng)速2.0m/s，無霜期185d，最大凍土深度約0.6m。設(shè)計(jì)年有效降雨月份4567旬上中下上中下上中下上中下m3/

5、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(xié)調(diào)，完全適宜蔬菜和其它農(nóng)作物生長。土壤空隙率為50.5%（以土體計(jì)）,地下水埋深1.5m，生育期補(bǔ)給總量40m3/畝。土壤最大適宜含水率為75%(以占土壤空隙率計(jì))，土壤最小適宜含水率為40%(以占土壤空隙率計(jì))，土壤播前含水率為50% 。1.4 水源 灌溉水源有保證。農(nóng)田一側(cè)天然河流經(jīng)過，在保證率P=75%時(shí)多年平均徑流量W=3.05108m3，多年平均流量Q=9.6m3/s。1.5 灌溉設(shè)計(jì)保證率根據(jù)灌溉與排水工程規(guī)范（GB50288-1999）規(guī)定，干旱、半干旱地區(qū)灌溉設(shè)

6、計(jì)保證率采用5075%，結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況，灌溉設(shè)計(jì)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(shù) 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數(shù)251211202410計(jì)劃濕潤層深度（m）0.50.60.7油菜生育階段及模比系數(shù) 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數(shù)201010152410計(jì)劃濕潤層深度（m）0.40.50.6蠶豆生育階段及模比系數(shù) 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621

7、/69/710/725/7模比系數(shù)151010102410計(jì)劃濕潤層深度（m）0.30.40.5馬鈴薯生育階段及模比系數(shù) 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系數(shù)1581015245計(jì)劃濕潤層深度（m）0.30.50.62灌溉系統(tǒng)選型2.1擬定灌溉制度根據(jù)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(jù)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(shí)段內(nèi)，土壤計(jì)劃濕潤層內(nèi)的水量平衡公式如下： 式中 時(shí)段末土壤計(jì)劃

8、濕潤層內(nèi)的儲水量（） 時(shí)段初土壤計(jì)劃濕潤層內(nèi)的儲水量（） 由于計(jì)劃濕潤層增加而增加的水量（） 土壤計(jì)劃濕潤層內(nèi)保存的有效降雨量（） 時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量（） 時(shí)段內(nèi)的灌溉水量（） 時(shí)段內(nèi)的作物需水量（）2.1.1生育期需水量根據(jù)微灌工程技術(shù)規(guī)范GB/T 50485-2009，按產(chǎn)量法計(jì)算:作物總需水量： 式中：作物全生育期內(nèi)的總需水量（） 作物單位面積產(chǎn)量（） 需水系數(shù)（）帶入數(shù)據(jù): 按照需水模系數(shù)法進(jìn)行分配得到作物各生育階段的需水量，計(jì)算公式為： 式中：-某一生育階段作物需水量； -需水量模系數(shù)；的意義同前； 各生育階段的作物需水量計(jì)算結(jié)果如下表：日期28/36/57/528/529/56/

9、67/620/621/69/710/725/7模比系數(shù)（%）151010102410需水量（mm） 81545454129.6542.1.2生育期地下水補(bǔ)給水量 K生育期地下水補(bǔ)給總量40m3 /畝，40m3 /畝=1.540=60mm近似認(rèn)為生育期地下水補(bǔ)給是在全生育期內(nèi)均勻補(bǔ)給；蠶豆的整個(gè)生育期是120天，則平均每天地下水補(bǔ)給量為40/120=0.333=0.5mm。因而，全生育期內(nèi)蠶豆地下水補(bǔ)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(jì)天數(shù)40229141916地下水補(bǔ)給量累積值（mm）20114.579.582.1.3

10、計(jì)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(jì)劃濕潤層深度（m）0.30.40.5計(jì)劃濕潤層允許的最小儲水量（mm)60.680.8101計(jì)劃濕潤層允許的最小儲水量（mm)113.63151.5189.382.1.4計(jì)劃濕潤層增加而增加的水量 式中：-計(jì)算時(shí)段初計(jì)劃濕潤層深度（mm）； -計(jì)算時(shí)段末計(jì)劃濕潤層深度（mm）； -（）深度內(nèi)土層中的平均體積含水率（%）；因?yàn)楦魃A段計(jì)劃濕潤層增加的厚度均為0.1m ， 帶入數(shù)據(jù)： 2.1.5設(shè)計(jì)年有效降雨量月份4567旬上中下上中下上中下上中下各旬有效降雨量（m

11、m）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(jì)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 4.5 7 9.5 8ET-(+K) (mm）611241

12、76215.6 325 360.52(mm)113.63151.5189.38（mm）60.680.8101P0累積（mm）16.537.555.58188.5100.5根據(jù)上表數(shù)據(jù)，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(jì)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(jì)劃濕潤層土壤體積含水率（%）；帶入數(shù)據(jù) M1=44.18mm根據(jù)計(jì)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期灌水定額（）灌水定額（）播前灌溉03月20日44.1829

13、.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(jì)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(chǎn)，保土保肥，適應(yīng)性強(qiáng)，便于機(jī)械化灌水等特點(diǎn)。噴灌是把由水泵加壓或自然落差形成的有壓水通過壓力管道送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，形成細(xì)小水

14、滴，均勻地灑落在農(nóng)田，達(dá)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(shù)參數(shù)有：噴灌強(qiáng)度，噴灌均勻度及水滴打擊強(qiáng)度幾項(xiàng)指標(biāo)，也是衡量噴灌質(zhì)量的主要指標(biāo)和設(shè)計(jì)噴灌系統(tǒng)的重要依據(jù)。該地區(qū)面積相對較大，種植作物為高產(chǎn)性優(yōu)質(zhì)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(tǒng)。 2.3選擇噴頭 2.3.1噴頭選擇原則 噴頭是噴灌系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)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(nóng)作物進(jìn)行灌溉，因此噴頭的結(jié)構(gòu)形式制造質(zhì)量以及使用是否得當(dāng)，都是影響噴灌效果的重要因素。 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

15、頭之后，噴頭的流量，射程等性能參數(shù)也就隨之確定。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB85-85噴灌工程技術(shù)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(qiáng)度不超過土壤的允許噴灌強(qiáng)度值。在本設(shè)計(jì)中噴頭的組噴灌強(qiáng)度均要求小于灌區(qū)土壤允許噴灌強(qiáng)度。各類土壤的允許噴灌強(qiáng)度如下表：注：有良好覆蓋時(shí)，表中數(shù)值可提高20。對本灌區(qū)取p=10mm/h。 2）在設(shè)計(jì)風(fēng)速下，噴灌均勻系數(shù)不應(yīng)低于75 3）經(jīng)濟(jì)作物霧化指標(biāo)取值范圍在30004000，在選擇噴頭時(shí)作為依據(jù) ，選擇滿足作物要求霧化指標(biāo)的噴頭。 霧化指標(biāo)如下表：種類pd值蔬菜及花卉40005000糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物及果樹30004000牧草、飼料作物、草坪及綠化林木

16、 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(shù)，有條件時(shí)宜實(shí)測確定。無實(shí)測資料時(shí)，可根據(jù)氣候條件在下列數(shù)值范圍內(nèi)選?。猴L(fēng)速噴灑水的利用系數(shù)風(fēng)速低于3.40.80.9風(fēng)速3.45.40.7-0.8灌區(qū)風(fēng)速為2m/s,則取為0.8。2.3.2噴頭選擇 根據(jù)作物對霧化指標(biāo)的要求，由噴灌工程設(shè)計(jì)手冊選取金屬搖臂式噴頭。由于本灌區(qū)多年平均風(fēng)速為，相對較大，運(yùn)行方式為多支，多噴頭輪灌噴灑，因此選單噴頭噴灌強(qiáng)度較小噴頭。選擇如下參數(shù)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

17、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(fēng)向和地形的坡度方向。噴頭工作時(shí)受風(fēng)的影響：無風(fēng)條件下，噴頭噴嘴為圓形面積。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)的變小。所以，在一般情況下，支管布置在垂直主風(fēng)向的位置，干管則布置在平行主風(fēng)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(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，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(jī)耕的影響

18、，所以，支管方向?yàn)闁|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(tǒng)，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(zhì)量。在該管道式噴灌系統(tǒng)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(jù)變系數(shù)法在滿足噴灑均勻系數(shù)大于的條件下，噴頭間距和支管間距按參考文獻(xiàn)中的公式計(jì)算： 式中：噴頭的設(shè)計(jì)射程，。 系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)資料可確定此地為多風(fēng)地區(qū)，可采用。 噴頭的射程（或稱最大射程），。

19、全圓噴頭正方形組合： 2.4.3霧化程度按式：計(jì)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(qiáng)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(biāo)要求。2.4.4噴灌強(qiáng)度 對于單噴頭全圓噴灑時(shí)，噴灌強(qiáng)度按下式計(jì)算。噴灌強(qiáng)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(shù)，；在全圓轉(zhuǎn)動時(shí)一個(gè)噴頭的濕潤面積（）；噴灌系統(tǒng)的平均噴灌強(qiáng)度（）；3管道系統(tǒng)的平面布置3.1管網(wǎng)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(yīng)沿主坡方向、大致垂直等高線布置，支管則平行

20、等高線布置，部分與等高線斜交。管網(wǎng)布置形式：“圭”字形布置。3.2管道工程分級根據(jù)灌區(qū)管道進(jìn)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(shí)延分支管依次灌水。將整個(gè)地塊分成3個(gè)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(shí)位于同一輪灌區(qū)的支管同時(shí)進(jìn)行噴灌。4管道設(shè)計(jì)及水力計(jì)算4.1灌溉時(shí)間安排全生育期內(nèi)共灌水2次，盡量在緊靠灌水日期左右完成，在作物需水關(guān)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44.18

21、29.45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(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況，如地質(zhì)、地形、氣候、運(yùn)輸、供應(yīng)以及使用環(huán)境和工作壓力等條件，結(jié)合各種管材的特性以及使用條件進(jìn)行選擇。根據(jù)本設(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)流量，根據(jù)設(shè)計(jì)流量來確定管道的直徑。4.3.1支管直徑的確定 支管設(shè)計(jì)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)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(gè)噴頭的噴水量之差在10以

22、內(nèi)。此原則也等同于：控制支管上任意兩個(gè)噴頭的工作壓力水頭之差不超過噴頭設(shè)計(jì)工作壓力水頭的20%。為了安裝維護(hù)方便，支管采用一種口徑。 為了安裝維護(hù)方便，支管采用一種口徑。按規(guī)范規(guī)定支管上任意兩個(gè)噴頭之間的水頭差應(yīng)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(zhuǎn)化為壓力水頭，所以式中的可用沿程水頭損失帶入計(jì)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，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(dá)到設(shè)計(jì)的噴灌強(qiáng)度和均勻度的要求，采用靠近干管的一側(cè)的支管尾部都布置一個(gè)扇形噴灑的噴頭，支管的另一

23、端為實(shí)現(xiàn)不漏噴，也設(shè)置一個(gè)扇形噴頭，則輪灌分區(qū)1共有噴頭74個(gè)，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(jīng)計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)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(jì)算： 管材種類 f m bQ(),D(m)Q（），D（m）鋼筋混凝土管糙率n=0.0130.001740 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0.000915

24、1.774.77鋁質(zhì)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(shù)和；查下表得：多口系數(shù)，將代入上式得：出流口數(shù)目N多口系數(shù)F出流口數(shù)目N多口系數(shù)Fx=1x=0.5x=1x=0.520.6480.530160.3930.37330.5440.453170.3900.37240.4950.423180.3890.37250.4670.408190.3880.37160.4480.398200.3870.37170.4350.392220.3840.37080.4250.387240.3820.36990.4180.384260.3800.36810

25、0.4130.382280.3790.368110.4070.379300.3780.367120.4040.378350.3750.366130.4000.376400.3740.366140.3970.375500.3710.365150.3950.3741000.3660.3631000.3610.361 則將數(shù)據(jù)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(jīng)驗(yàn)公式估算干管管徑： 當(dāng)時(shí)， 當(dāng) 由前面的計(jì)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(jì)算 取編號為II的地塊的灌溉流量，采用經(jīng)驗(yàn)公式：,=4.4.2支管沿程水頭損失計(jì)算最長支管沿程水頭損失（支管7） 則，局部水頭損失：4.4.3豎管水頭損失 （豎管一