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文檔簡介
膜下滴灌系統(tǒng)的組成與規(guī)劃設計
TheComponentandDesignofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
國家節(jié)水灌溉工程技術研究中心(新疆)NationalCenterofEfficientIrrigationEngineeringandTechnologyResearch-XinJiang何林望HeLinwang1、膜下滴灌系統(tǒng)的組成
ComponentofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
水源工程Watersourceproject
首部樞紐Headofpivot
輸配水管網(wǎng)Pipenetworksforwatertransportation
滴頭及控制測量和保護裝置
Emitters,pressureregulator,measuringmeterandprotectiondevices1.水源WaterSource2.水泵Pump3.供水管WaterSupplyPipe4.蓄水池Pond5.逆止閥BackflowPreventionDevice6.施肥開關Fertilizervalve7.灌水總開關IrrigationHeadValve
13.滴頭Emitter14.毛管(滴灌帶)Lateral(Dripline)15.滴灌支管Manifold16.尾部開關(電磁閥)ZoneValve(Electricalvalve)17.沖洗閥FlushValve18肥料罐FertilizerTank19.肥量調(diào)節(jié)閥FertilizerRegulator
20.施肥器FertilizerInjector
21.干管MainLine2、膜下滴灌系統(tǒng)設備
EquipmentofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
2.1滴灌管(帶)
Dripline(tape)柱狀滴頭Columnardriptape
微噴帶
Micro
spraytape
壓力補償式滴頭Pressurecompensatingdriptape微噴Micro-sprinkle2.2輸配水管道
Pipesforwatertransportation
PVC干管PVCMainpipePE支管、輔管PESubmainLine
pipeandFeederLinepipe
2.3首部控制樞紐HeadControl
水泵Pump過濾設備Filtrationdevice12347568離心式過濾器CentrifugalFilterWateroutletwaterinlet3.罐體tanksandinletsandoutlet6.支架supportsand-inpotflushingoutletCentrifugalFilter網(wǎng)式過濾器ScreenFilter離心網(wǎng)式過濾器組合UnitedCentrifugalFilterandScreenFilter砂石過濾器SandFilter工作原理OperatingPrincipleInletShelfBodyFilterMediumOutlet疊片式過濾器DiscFilter施肥罐:FertilizerTank3.膜下滴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設計
ProjectPlanningandDesignofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
Basicprincipleofprojectplanning滴灌工程的規(guī)劃應與農(nóng)田基本建設規(guī)劃相結合Projectofdripirrigationshouldconsiderthebasicconstructionoffarmland.近期需要與遠景發(fā)展規(guī)劃相結合
Requirementinthenearfutureshouldconnectwithdevelopmentinthefuture.滴灌工程的規(guī)劃應綜合考慮工程的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。
Projectofdripirrigationshouldtakeintoaccountbenefitsofeconomic,socialandecology.3.1.2規(guī)劃的內(nèi)容
Contentsofproject勘測收集基本資料Surveyandcollectbasicdata論證工程的必要性和可行性Evaluatenecessityandfeasibilityofproject確定工程的控制范圍和規(guī)模
Ascertaincontrollingareaandscopeofproject選擇適當?shù)娜∷绞紺hooseproperfetchingwatermode滴灌系統(tǒng)選型Choosedripirrigationsystem工程布置Projectdisposal做出工程概算Workoutprojectbudgetaryestimates3.1.3資料的收集
Data
collection地理位置與地形資料Geographicallocationandtopographydata土地與工程地質(zhì)資料Soilandprojectgeologydata水文與氣象資料Hydrologyandweatherdata農(nóng)作物資料Cropdata水源與動力情況Watersourceanddrivercondition社會經(jīng)濟狀況及農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃方面的基本資料
Situationofsocialeconomyandagriculturedevelopmentproject3.2滴灌系統(tǒng)的布置
Layoutofdripirrigationsystem控制面積的確定Ascertainmentofcontrollingarea水源供水流量穩(wěn)定且無調(diào)蓄能力時可用下式確定滴灌面積Usethefollowingformulatodecideirrigationarea,aswaterissupplyingstablyandnoadjustment:式中:intheformula:
A——可灌面積,hm2;irrigationarea,hm2;Q——可供流量,m3/h;flowrate,m3/h;Ia——設計供水強度,mm/d;designedwatersupplyintensity,Ia=Ea-P0Ea——設計耗水強度,mm/d;designedwaterconsumeintensity,mm/d;P0——有效降雨量,mm/d;efficiencyofrainfall,mm/d;t——水源每日供水時數(shù),h/d;hourofwatersupplyeveryday,h/d;η——灌溉水利用系數(shù)。coefficientofirrigationwater.
水源有調(diào)蓄能力且調(diào)蓄容積已定時,可用下式確定滴灌面積Usethefollowingformulatodecideirrigationarea,aswatersourceisadjustableandadjustingcubageisfixed:
式中:intheformula:
K——塘壩復蓄系數(shù),K=1.0—1.4;K——efficiencyofponddamrepeatedsavingwater,;η——蓄水利用系數(shù),η=0.6—0.7;η——coefficientofsavingwater,η=0.6—0.7;V——蓄水工程容積,m3;V——watersavingprojectcubage,m3;Ii——灌溉季節(jié)各月的毛供水強度,mm/d;Ii——grosswatersupplyintensityofeverymonthinirrigationseason,mm/d;Ti——灌溉季節(jié)各月的供水天數(shù),d。Ti——supplywaterdaynumberofeverymonthinirrigationseason,d.3.2.2常見的幾種管網(wǎng)布置方式
Somefamiliarpipenetworkslayouts水源位于田塊的中心,控制面積較大時,常采用一字形樹枝裝管網(wǎng)布置形式“一”disposaltreeformofpipenetworks,ascontrollingareaislargeorwatersourceislocatedincenterofthefield.“一”字形布置“一”disposalT形布置“T”disposal梳齒形布置Combformdisposal
3.3系統(tǒng)設計參數(shù)的確定
Ascertainmentofsystemdesignparameter
基本參數(shù)Basicparameter1、設計保證率Insurancerateofdesign2、灌溉水的利用率不低于90%Irrigationwateruseefficiencyisnotlessthan90%3、設計系統(tǒng)的日工作小時應根據(jù)不同水源和農(nóng)業(yè)技術條件確定,一般不宜大于20hWorkhourofdesignedsystemaccordingtodifferentwatersourceandagriculturetechnicalcondition,anditisbetternottoworkmorethan20hours.4、滴頭設計工作水頭應取所選滴頭的額定工作水頭,或由滴頭壓力與流量關系曲線確定。Choosenominalworkingwaterheadasworkpressure,ordoaccordingtopressureandflowratecurveofemitter.5、設計耗水強度應采用作物耗水強度峰值,并應由當?shù)卦囼炠Y料確定。Designedconsumewaterintensity(Ea):shouldadoptcropconsumewaterpeakvalue,localexperimentdatadecidetheEa.6、計劃土壤濕潤層深度,不同作物不同生育階段的計劃濕潤層深度不一樣,根據(jù)各地的經(jīng)驗確定。Planeddepthofwettedsoil(Z):planeddepthofwettedsoilindifferentcropanddifferentgrowthstagearedifferent,accordingtodifferentlocalexperience.3.3.2灌溉制度
Irrigationscheme設計灌水定額:根據(jù)當?shù)卦囼炠Y料按下面公式之一計算Designirrigationquota:Accordingtolocalexperimentdatum,useoneofthereinafterformulastocalculate:m=0.1γZP(θmax-θmin)/ηOrm=0.1ZP(θmax-θmin)/η式中:intheformulas:
m——設計灌水定額mm;designirrigationquota(mm);γ——土壤容重g/cm3;
γ——soildensityg/cm3,toselectaccordingtoFig.2.3-1;z——計劃土壤濕潤層深度m;z——thedepthofplannedwettedsoilm;P——濕潤比%;P——percentageofwettedarea%;θmax、θmin——適宜土壤含水率上、下限(占干土重的百分比),θmax可取田間持水率的90%,θmin可取田間持水率的60%,可根據(jù)表2.3-1選用;θmax、θmin——upanddownlimitofwatercontent(weightpercentageindrysoil),θmaxreferto90%offieldmoisturecapacity,θminreferto60%offieldmoisturecapacity.Choosetheparameter;θmax、θmin——適宜土壤含水率上、下限(占土壤體積百分比),θmax可取田間持水率的90%,θmin可取田間持水率的60%,可根據(jù)表2.3-1選用;θmax、θmin——upanddownlimitofwatercontent(cubagepercentageindrysoil),θmaxreferto90%offieldmoisturecapacity,θminreferto60%offieldmoisturecapacity.Choosetheparameter.η——灌溉水利用系數(shù)。η——irrigationwaterusecoefficient.表3-1不同土壤的物理特性表
Table3-1physicalcharacteristicsofdifferentsoil土壤質(zhì)地Soilcharacteritisc容重Density(g/cm3)田間持水量Fieldmoisturecapacity
凋萎系數(shù)Wiltingcoefficient
重量含水率WCWM(%)體積含水率CCWM(%)重量含水率WCWM(%)體積含水率CCWM
%)砂土Sand1.45-1.8016-2026-32
砂壤土Sandysoil
1.36-1.5422-3032-404-65-9輕壤土Lightloam
1.40-1.5222-2830-364-96-12中壤土loam1.40-1.5522-2830-356-108-15重壤土Heavyloam
1.38-1.5422-2832-426-139-18輕粘土Lightclay
1.35-1.4428-3240-451520中粘土clay1.30-1.4525-3535-4512-1717-24重粘土Heavyclay1.32-1.4030-3540-50
設計灌水周期:可按下式計算Designirrigationintervalcalculateaccordingtothereinafterformula:T=(m/Ea)η式中:T——設計灌水周期d;Intheformula:T——designedirrigationcycled;Ea——設計耗水強度mm/d。Ea——designedwaterconsumeintensitymm/d.按上式求得的值為作物需水高峰期的灌水周期。Withforegoingformula,wecouldworkoutirrigationwatercycleasthecycleatpeakofcroprequirementwater.一次灌水延續(xù)時間Durationofirrigation
t=m?Se?Sr/(ηqd)式中:t——一次灌水延續(xù)時間h;intheformula:t——durationofoneirrigation(h);qd——設計滴頭流量l/h。qd——designeddischargeofemitterl/h.灌水次數(shù)與灌水總量的確定irrigationtimesandgrossirrigationquality
3.3.3滴灌灌水均勻度
Irrigationuniformityofdripirrigation
滴灌均勻系數(shù)Uniformitycoefficientofdripirrigation
灌水器設計允許流量偏差率qv應不大于20%,設計灌水均勻度不應低于0.95。Designedallowableflowratedeviation(qv)islowerthan20%,designirrigationuniformityisbetterthan0.95.灌水小區(qū)允許水頭偏差Permitflowratedeviationofirrigationblock滴頭工作水頭偏差率hV與流量偏差率qV之間的關系可用下式表示:Wecouldusethereinafterformulatoshowrelationofdeviationrateofemitterworkwaterhead(hv)andpermitflowratedeviation(qv):式中:X——滴頭流態(tài)指數(shù)。intheformula:X——emitterdischargeexponent。灌水小區(qū)允許水頭偏差按下式計算:Wecanworkoutpermitflowratedeviationofirrigationdistrictwiththereinafterformula:[ΔH]=hV×hd式中:[ΔH]——灌水小區(qū)允許水頭偏差,m;intheformula:[ΔH]——permitflowratedeviationofirrigationdistrict,m;hd——設計滴頭工作水頭,m。hd——designemitterworkwaterhead,m.3.4.滴灌系統(tǒng)設計
Designationofdripirrigationsystem毛管設計Driptapedesign1、滴灌帶的選型Driptapespecification2、水平毛管極限滴頭個數(shù)的確定Confirmlimitdrippernumbersofdriptape式中:Nm——毛管的極限分流孔數(shù);Inthisformula:Nm:limitdrippernumbersofdriptape[△h2]——毛管的允許水頭差,m,[△h2]=β2[△h],β2應經(jīng)過技術經(jīng)濟比較確定,對于平地β2可取0.55;
[Δh2]permitwaterheadlossofdriptape.[△h]——灌水小區(qū)允許水頭差m;[Δh]permitwaterheadlossofirrigationregion.d——毛管內(nèi)徑mm;d------innerradiusofdriptape,mmk——水頭損失擴大系數(shù),一般為1.1~1.2;
qdk:waterheadlossenlargemodulus;commonlyis1.1~1.2.
qd:——滴頭設計流量L/h。qd:Designedflowrateofdriptape,L/h.確定毛管極限長度(Lm)Confirmoflimitlengthofthepipetape(Lm)Lm=Nm×Se根據(jù)毛管極限長度及條田的實際情況可確定毛管的實際鋪設長度。Confirmlimitlengthoflateral,calculatethereallengthoflateralaccordingtolimitlengthandrealsituationoffarmland.確定毛管的沿程水頭損失h毛(多孔管)Confirmofwaterheadlossalonglateral,h(porouspipe)式中:f、m、b——分別為摩阻系數(shù),流量指數(shù)和管徑系數(shù),可由表3-3查得;Inthisformula:f、m、bisrespectivelyattritionmodulus,flowrateindexandpiperadiusmodulus,youcanchoosetheparameterfromtable2.3-3:
N——出水孔個數(shù);
N:numberofoutlet;
S0——進口至首孔的間距,m。S0:spacebetweenfirstemitterandthebeginningofthelateral,m確定毛管局部水頭損失
Confirmlocalwaterheadlossoflateral當參數(shù)缺乏時,毛管局部水頭損失可按沿程水頭損失的10%-20%計算。Take10%-20%ofwaterheadlossalongthelateralasthelocalwaterheadlossifnotoomuchparameters.
輔管、支管設計
Designforassistantpipelineandsubmain輔管、支管的選型Chooseassistantpipelineandlateral確定經(jīng)濟管徑Confirmeconomypipediameter式中:D——管內(nèi)徑,mm;Inthisformula:Dpipeinsidediameter,mmQ——管設計流量,m3/h;Q——pipedesignflowrate,m3/hI——經(jīng)濟水力坡度,支管、輔管沿程水頭損失的計算Calculatelateral、assistantpipewaterheadloss對于有輔助支管的滴灌系統(tǒng),支管沿程水頭損失計算至最后一個給水閥,當只開一條或兩條輔管時,其沿程水頭損失計算公式為:Fordripirrigationsystemwithassistantsubmain,calculatewaterheadlossalongassistanttillthelastsupplyvalve.Whenopeningoneortwoassistantlateral,itscalculationformulaofwaterheadlossalongsubmainis:
支管的鋪設長度L,在系統(tǒng)分析的基礎上,用線性規(guī)劃或動態(tài)規(guī)劃的方法確定支管的水頭損失hf,然后反推算出管長LSubmainlengthL:afteranalyzingthesystem,getthelengthwithabackcalculationbylinearconfirmoflateralwaterheadlosshfuselinearityprogramordynamicprogram.管道沿程水頭損失計算系數(shù)、指數(shù)表
modulus、indexforwaterheadlossalongpipelinecalculation管材PipeFmb硬塑料管Hardplasticpipe0.4641.774.77微灌用聚乙烯管PEpipeformicroirrigation
d>8mm0.5051.754.75D≤8mmRe>23200.5951.694.69Re≤23201.7514支管局部水頭損失Calculatelocalwaterheadlossofsubmain當參數(shù)缺乏時,局部水頭損失可按沿程水頭損失的5%~10%計算Take5%-10%ofwaterheadlossalongthesubmainasthelocalwaterheadlossifparametersarenotenough.薄壁支管水頭損失計算Calculatewaterheadlossalongsubmainwiththinwall干管的設計Mainlinedesign
干管的沿程和局部水頭損失計算Calculatewaterheadlossalongsubmainwiththinwall沿程水損局部水損
CalculationformulaofCalculationformulaofwaterheadlossalongmainline
partwaterheadloss式中ζ為局部水頭損失系數(shù)。Informula:ζislocalwaterheadlossmodulus.
首部樞紐設計HeadControlDesign水源過濾及施肥設備選型Watersourcefiltrationandfertilizerequipmentselection
應根據(jù)水源水質(zhì)和滴頭抗堵塞能力選擇過濾設備型號,由于流道設計上的差異,各種灌水器對水質(zhì)的要求不同。若已知灌溉水中各種污物的含量,則可根據(jù)以下條件選配過濾設備:Selectfiltrationequipmentaccordingtoqualityofwaterresourceandemittercharacterofanti-clogging.Duetodifferenceonflowpassagedesign,emittersrequiredifferentwaterquality.Differentwaterqualitiesneeddifferenttreatment.
Ifweknowthecontentofimpurityintheirrigationwater,wecanselectfiltrationequipmentsbasedonfollowingconditions:當灌溉水中無機物含量小于10ppm或粒徑小于80μm時,宜選用砂石過濾器或篩網(wǎng)過濾器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterislessthan10ppmorgraindiameterislessthan80μm,sandfilterorscreenfilterisbetter.灌溉水中無機物含量在10~100ppm之間,或粒徑在80~500μm之間時,宜先選用離心過濾器或篩網(wǎng)過濾器作初級處理,然后再選用砂石過濾器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterisbetween10and100ppm,orgraindiameterisbetween80and500μm,centrifugalfilterorscreenfilterisasthefirstclass,screenfilterandsandfilterisbetterforsecondclass.灌溉水中無機物含量大于100ppm或粒徑大于500μm時,應使用沉淀池或離心過濾器作初級處理,然后再選用篩網(wǎng)或砂石過濾器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterismorethan100ppmorgraindiameterbiggerthan500ppm,screenfilterorsettlingpondsareneededforprimaryfiltration,andthenscreenfilterorsandmediafilter.灌溉水中有機污物含量小于10PPm時,可用砂石過濾器或篩網(wǎng)過濾器。灌溉水中有機污物含量大于100PPm,應選用初級攔污篩作第一級處理,再選用篩網(wǎng)或砂石過濾器。Whenorganic
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