井灌區(qū)管灌工程規(guī)劃設(shè)計

井灌區(qū)管灌工程規(guī)劃設(shè)計

二OO六年十一月IAILIII項目節(jié)水灌溉培訓(xùn)講座之二1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成2管灌系統(tǒng)規(guī)劃

2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2.2規(guī)劃基本資料的搜集

2.3水量供需平衡分析

2.4井臺及井房規(guī)劃布置

2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置

2.6田間灌水系統(tǒng)布置

3管灌工程設(shè)計

3.1管網(wǎng)設(shè)計流量計算

3.2水頭損失計算

3.3管徑確定

3.4樹狀管網(wǎng)水力計算

3.5環(huán)狀管網(wǎng)水力計算

討論內(nèi)容1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.1按固定方式分類移動式。除水源外，管道及分水設(shè)備都可移動，機泵有的固定，有的也可移動，管道多采用軟管，簡便易行，一次性投資低，多在井灌區(qū)臨時抗旱時應(yīng)用。但是勞動強度大，管道易破損。固定式。管灌系統(tǒng)中的各級管道及分水設(shè)施均埋入地下，固定不動。給水栓或分水口直接分水進(jìn)入田間溝、畦。田間毛渠較短，固定管道密度大，標(biāo)準(zhǔn)高。一次性投資大，運行管理方便，灌水均勻。半固定式。一般是干管或干、支管為固定地埋管，由分水口聯(lián)接移動軟管輸水入田間。介于移動式和固定式之間，比移動式勞動強度低，但比固定式管理難度大。1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.2按管網(wǎng)形式分類1）樹狀網(wǎng)。管網(wǎng)為樹枝狀，水流從“樹干”流向“樹枝”，即在干管、支管、分支管中從上游流向末端，只有分流而無匯流。2）環(huán)狀網(wǎng)。管網(wǎng)通過節(jié)點將各管道聯(lián)結(jié)成閉合環(huán)狀網(wǎng)。根據(jù)給水栓位置和控制閥啟閉情況，水流可作正逆方向流動。3）混合型管網(wǎng)。管網(wǎng)由樹枝狀和環(huán)狀兩者相結(jié)合的管網(wǎng)類型。其優(yōu)缺點介于上述兩種類型管網(wǎng)之間，但管網(wǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，管理運用不方便。1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.3按管道輸水壓力分類1）低壓管道系統(tǒng)。其最大工作壓力一般不超過0.25MPa，最遠(yuǎn)出口的水頭一般在0.002--0.003MPa。我國大部分平原井灌區(qū)管道輸水灌溉系統(tǒng)采用這種形式。2）非低壓管道系統(tǒng)。工作壓力超過0.25MPa，該形式對管材質(zhì)量要求較高，一般應(yīng)采用塑料管，鋼筋混凝土管、鋼管等，管道系統(tǒng)中的分水、調(diào)壓等附屬設(shè)備要求配套齊全，多在輸水量較大或地形高差較大的灌區(qū)應(yīng)用。1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.4按結(jié)構(gòu)形式分類

（1）開敞式。在管道上下游高差不太大的一些部位設(shè)有自由水面調(diào)節(jié)井的管道系統(tǒng)形式。調(diào)節(jié)井除具有調(diào)壓作用外，一般還兼有分水或泄水功能。調(diào)節(jié)井之間根據(jù)需要可設(shè)置直接配水設(shè)施，當(dāng)進(jìn)行配水時，要調(diào)節(jié)配水設(shè)施下面調(diào)節(jié)井的水位以確保所需要的水頭。1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.4按結(jié)構(gòu)形式分類（2）半封閉式。在輸水過程中，管道系統(tǒng)不完全封閉，在適宜的位置保持自由水面或使用浮球閥控制閥門啟閉的一種輸水形式。這種形式只要下游閘閥不開啟，就不會引起上游水的流動，也不會像開敞式那樣產(chǎn)生無效放水。

1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.1輸配水管道系統(tǒng)的類型

1.1.4按結(jié)構(gòu)形式分類（3）封閉式。是指水流在全封閉的管道中從上游管端流向下游管道末端。輸水過程中管道系統(tǒng)不出現(xiàn)自由水面。這種形式適合于輸水需要一定壓力的情形，在平原井灌區(qū)應(yīng)用較多。1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)的類型與組成1.2管道輸水灌溉系統(tǒng)的組成由水源與取水工程、輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間灌水系統(tǒng)三部分組成。1）水源與取水工程。水源為地下水。水質(zhì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。取水部分除選擇適宜機泵外，還應(yīng)安裝壓力表及水表，并建有管理設(shè)施。2）輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)。指管道輸水灌溉系統(tǒng)中的各級管道、分水設(shè)施、保護(hù)裝置和其他附屬設(shè)施。3）田間灌水系統(tǒng)。指分水口以下的田間部分。2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.1.1五個基本原則（1）管灌系統(tǒng)規(guī)劃屬農(nóng)田基本建設(shè)規(guī)劃范疇。必須與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)區(qū)劃、水利規(guī)劃及農(nóng)田基本建設(shè)規(guī)劃相適應(yīng)。綜合考慮與規(guī)劃區(qū)內(nèi)溝、渠、路、林、電、水源等布置的關(guān)系，統(tǒng)籌安排、全面規(guī)劃，充分發(fā)揮已有水利工程作用。（2）近期需要與遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合。根據(jù)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)狀況和今后農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要，特別是節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展要求。如果管道系統(tǒng)有可能改建為噴灌或微灌系統(tǒng)，規(guī)劃時，干支管應(yīng)采用符合改建后系統(tǒng)壓力要求的管材。（3）系統(tǒng)運行可靠。對水源、管網(wǎng)布置、管材、管件和施工組織等進(jìn)行反復(fù)比較。不可匆匆施工，不可采用劣質(zhì)產(chǎn)品。做到對每一個環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量。2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.1.1五個基本原則（4）運行管理方便。規(guī)劃時，應(yīng)充分考慮到運行管理的方便。否則便會棄置不用而受到破壞。特別在田間工程部分采用何種方式，對整個管網(wǎng)系統(tǒng)的管理是否方便影響較大。既要管理方便，又要灌水均勻。（5）綜合考慮管道系統(tǒng)各部分之間聯(lián)系，取得最優(yōu)規(guī)劃方案。管道輸水灌溉系統(tǒng)規(guī)劃的方案應(yīng)反復(fù)比較，進(jìn)行技術(shù)論證，要考慮引水水源與管網(wǎng)線路以及調(diào)蓄建筑物，分水設(shè)施之間的關(guān)系，使整體系統(tǒng)規(guī)劃趨于合理優(yōu)化。最終達(dá)到節(jié)省工程量、減少投資和最大限度地發(fā)揮管道輸水灌溉系統(tǒng)效益的目的。2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.1.2規(guī)劃內(nèi)容1）確定適宜的引水水源和取水工程的位置及規(guī)模、型式。2）確定田間灌溉工程標(biāo)準(zhǔn)、畦田的適宜長、寬。給水栓或分水口入畦方式，是否連接軟管，軟管適宜長度，壟溝適宜長度。3）論證管網(wǎng)類型、研究管網(wǎng)中管道線路的走向與布置方案。確定線路中各控制閥門，保護(hù)裝置、給水栓或分水口及附屬建筑物的位置。4）擬定可供選擇的管材材料、給水栓、保護(hù)裝置、控制閥門等設(shè)施系列范圍，以供設(shè)計采用。2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.1.3規(guī)劃的主要技術(shù)參數(shù)（1）灌溉設(shè)計保證率不低于75%。（2）管系水利用系數(shù)應(yīng)不低于0.95。（3）田間水利用系數(shù)應(yīng)不低于0.85。（4）灌溉水利用系數(shù)應(yīng)不低于0.80。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.1井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃的原則與內(nèi)容

2.1.4規(guī)劃步驟框圖規(guī)劃設(shè)計之前，必須收集以下基本資料，經(jīng)過對資料進(jìn)行分析后，便可作為系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)。（1）近期與中長期發(fā)展規(guī)劃。農(nóng)田基本建設(shè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、水利區(qū)劃和水利中長期發(fā)展供求計劃等。（2）地形地貌。（3）水文氣象。（4）土壤及其特性。土壤類型及分布；土壤質(zhì)地和層次；耕作層厚度及養(yǎng)分狀況；土壤主要理化性能等。（5）灌溉水源。地下水、河水、水庫塘壩等。（6）水利工程?，F(xiàn)有水利設(shè)施狀況。（7）灌溉試驗資料。（8）管材管件種類、規(guī)格與造價。（9）社會經(jīng)濟(jì)。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.2規(guī)劃基本資料的收集2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.3水量供需平衡分析卞工前天已講，在此不再重復(fù)。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.4井臺及井房規(guī)劃布置2.4.1井臺井臺是機井井口建筑物，也是井泵的基礎(chǔ)，因此井臺的尺寸和強度都要符合一定的技術(shù)要求，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的。一般情況下應(yīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場澆筑。井臺立墻可采用水泥砂漿砌磚結(jié)構(gòu)和預(yù)制混凝土構(gòu)件，也可混凝土現(xiàn)場澆筑。井蓋一般都采用鋼筋混凝土構(gòu)件。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.4井臺及井房規(guī)劃布置2.4.2井房（1）基本要求：井房是機井配套工程的重要工程，其作用是保護(hù)機泵設(shè)備，為運行管理人員提供良好的工作環(huán)境，儲放安裝檢修工具和物料等。井房的結(jié)構(gòu)及其尺寸應(yīng)便于機泵安裝、管理和維修，并應(yīng)考慮通風(fēng)采光等。（2）井房類型以井房所處地面位置可分為地面式、半地下式和全地下式三種形式。其中地面式應(yīng)用最廣泛。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.4井臺及井房規(guī)劃布置2.4.2井房

（2）井房類型地面式。按其形狀可分為圓形、正方形、長方形和方圓結(jié)合四種形式；按其建筑材料不同可分為磚砌和鋼筋混凝土裝配式井房兩種。半地下式。地下水位較深且水位變幅較大，井泵采取下臥安裝時采用。多圓形，也可方形和方圓結(jié)合式。一般為青磚、水泥砂漿砌筑，墻表面和地面必須用混凝土和防水砂漿抹面。全地下式。井泵采取落井安裝，且安裝深度較大時采用。形狀多為圓形。這種房由主井房（安裝井泵）和副井房（安裝電氣控制設(shè)備和供運行管理人員居住或休息）組成。主井房位于地下，副井房位于地面以上。

2.5.1重要性管網(wǎng)規(guī)劃與布置是管灌系統(tǒng)規(guī)劃中關(guān)鍵的一部分。一般管網(wǎng)工程投資占管灌系統(tǒng)總設(shè)資的70%以上。管網(wǎng)布置的合理與否對管網(wǎng)造價、運行狀況和管理維護(hù)有很大影響。對管網(wǎng)規(guī)劃布置方案應(yīng)反復(fù)比較，最終確定合理方案，以減小工程投資和保證運行可靠。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.2規(guī)劃布置的原則1）井灌區(qū)的管網(wǎng)宜以單井控制灌溉面積作為一個完整系統(tǒng)。大型灌區(qū)應(yīng)根據(jù)作物布局、地形條件、地塊形狀等分區(qū)布置，盡量將壓力接近的地塊劃分在同一分區(qū)。2）應(yīng)首先確定分水口或給水栓的位置。給水栓的位置應(yīng)當(dāng)考慮到灌水均勻。若不用軟管灌溉，向一側(cè)灌溉時，給水栓縱向間距可在40--50m之間；橫向間距一般按80--100m布置。在山丘區(qū)梯田中，應(yīng)考慮在每個臺地中設(shè)置給水栓以便于灌溉管理。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.2規(guī)劃布置的原則3）在已確定分水口或給水栓位置的前提下，力求管道總長度最短。管線盡量平順，減少起伏和折點。若管線有起伏時，應(yīng)考慮到避免管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。管道最高點應(yīng)設(shè)排氣裝置，最低點應(yīng)設(shè)泄水裝置，易發(fā)生水擊處設(shè)安全閥或減壓裝置。4）最末一級固定管道的走向應(yīng)與作物種植方向和耕作方向一致，移動軟管或田間壟溝垂直作物種植行。在山丘區(qū)，干管應(yīng)盡量平行于等高線、支管垂直等高線布置。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.2規(guī)劃布置的原則5）管網(wǎng)布置要盡量平行溝、渠、路、林帶，順田間生產(chǎn)路和地邊布置，以利耕作和管理。若必需穿過溝、路時，盡量結(jié)合已有水利工程，如穿路涵管等。6）充分考慮管路中量水、控制和保護(hù)等裝置的適宜位置。7）各級管道盡可能采用雙向供水。8）避免干擾輸油、輸氣管道及電訊線路等。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.3規(guī)劃布置的步驟根據(jù)地形條件分析確定管網(wǎng)類型。確定給水栓的適宜位置。按管道總長度最短的原則，確定管網(wǎng)中各級管道的走向與長度。在縱斷圖上標(biāo)注各級管道樁號、高程、給水裝置、保護(hù)設(shè)施、連接管件及附屬建筑物的位置。對各級管道、管件、給水裝置等，列表分類統(tǒng)計。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.4井灌區(qū)典型管網(wǎng)布置形式（1）機井位于地塊一側(cè)，控制面積較大且地塊近似成方形，可布置成下圖所示的形式。這些布置形式適合于機井出水量60-100m3/h，控制面積10-20hm2，地塊長寬基本相同的情況。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.4井灌區(qū)典型管網(wǎng)布置形式（2）機井位于地塊一側(cè)，地塊呈長條形，可布置成一字形、L形、T形。這些布置形式適合于井出水量20-40m3/h，控制面積3-6hm2，地塊長寬比大于3的情況。2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置2.5.4井灌區(qū)典型管網(wǎng)布置形式（3）機井位于地塊中心時，常采用H形布置形式。這種布置形式適合于井出水量40-60m3/h，控制面積6-10hm2，地塊長寬比不大于2的情況。（4）當(dāng)?shù)貕K長寬比大于2時，宜采用長一字形布置形式。

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.5管網(wǎng)規(guī)劃布置田間灌水系統(tǒng)是指給水栓以下的田間溝渠或配水閘管，以及灌水畦田的規(guī)格等。輸水損失是造成灌水利用率較低的主要原因，但田間灌水工程標(biāo)準(zhǔn)低也是造成灌溉水浪費的重要原因之一。因此，提高田間灌水工程標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)作物合理需水要求、提高整個灌溉系統(tǒng)灌水利用率的一項重要措施。溝、畦規(guī)格

2井灌區(qū)管灌系統(tǒng)規(guī)劃2.6田間灌水系統(tǒng)布置管灌工程設(shè)計的核心是管灌系統(tǒng)的水力計算。工程設(shè)計的目的是確定管網(wǎng)中各級管道的適宜管徑并計算其工作壓力，選擇適宜的機泵。管灌系統(tǒng)水力計算，需要確定規(guī)劃區(qū)的灌溉制度、灌溉方式、系統(tǒng)的總設(shè)計流量和各級管道的設(shè)計流量。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.1概述3.2.1灌溉制度的確定

公式：Q設(shè)=0.667mA/（ηTt）

計算管網(wǎng)設(shè)計流量需要先確定作物灌溉制度，包括播種前及全生育期內(nèi)的灌溉定額、灌水定額、灌水日期和灌水次數(shù)等。

設(shè)計凈灌水定額：理論灌水周期：3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.1灌溉制度的確定公式：Q設(shè)=0.667mA/（ηTt）

當(dāng)管灌系統(tǒng)內(nèi)種植多種作物時，灌溉設(shè)計流量公式中的m應(yīng)按下式計算。

注意：灌水期間每天的工作時間t，應(yīng)盡量按可能實施的灌水時間確定，以減小管灌系統(tǒng)設(shè)計流量、減小管灌系統(tǒng)工程投資。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.2灌溉設(shè)計流量計算內(nèi)容：包括系統(tǒng)總設(shè)計流量、各級管道設(shè)計流量、分水口出水量等。管道的設(shè)計流量應(yīng)以灌溉期間的最大流量為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確定管道斷面，同時應(yīng)以灌溉期間最小流量校核流速能否滿足要求，并計算其工作壓力，最終選擇適宜的機泵能夠在高效區(qū)內(nèi)工作。管網(wǎng)設(shè)計流量的與系統(tǒng)工作制度有關(guān)。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.3系統(tǒng)灌溉工作制度：續(xù)灌、輪灌和隨機灌溉三種方式。

（1）續(xù)灌。灌水期間，整個灌溉系統(tǒng)上一級管道和所有下一級管道內(nèi)同時有水流通過的灌水方式稱為續(xù)灌。在地形平坦且引水流量能夠滿足上下級管道同時出流的流量要求時，可采用續(xù)灌方式。系統(tǒng)主管道流量等于各級管道的流量之和。（2）輪灌。灌水期間，灌溉系統(tǒng)內(nèi)的所有管道不是同時通水工作，而是分組輪流灌溉。在井灌區(qū)，一般每次開一個或兩個給水栓出流，上下級管道流量相同，這樣的方式多為集中輪灌。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算（3）隨機方式。是把管網(wǎng)各給水栓或分水口的取水作為獨立的隨機事件。每個給水栓或分水口任何時候都可取水，也可不取水。把每個出水口作為一個取水計算單位，應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計分析方法推算各級管道的設(shè)計流量，管網(wǎng)系統(tǒng)的運行是使各出水口以上的管道中任何時候都充滿水，各用水單位按需要隨時取水灌溉。多在用水單位較多、作物種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜及取水隨意性較大的大型灌區(qū)中采用。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.4編制輪灌組注意的問題。①每個輪灌組內(nèi)工作的管道應(yīng)盡量集中，盡量與農(nóng)業(yè)管理體制的管理范圍適應(yīng)，以便控制管理。②各輪組的總流量盡量接近，但分組時離水源較近的輪灌組總流量可小些，但變動幅度不能太大。③因地形地貌的變化，可將高程相近地塊的管道分在同一輪組，同區(qū)內(nèi)水頭壓力偏差≮20％，以利控制管理。④各輪灌組灌水時間總和應(yīng)不大于T。確定輪灌組數(shù)目應(yīng)以能充分利用每天可進(jìn)行灌溉的時間為原則，輪灌組不宜過多。⑤同一輪灌組內(nèi)的種植作物和種植方式應(yīng)力求相同，以方便灌溉和田間管理。⑥輪灌組的編組運行方式應(yīng)有一定規(guī)律，要有利于提高管道利用率并減少運行費用。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.5樹狀管網(wǎng)各級管道流量計算（1）續(xù)灌因整個系統(tǒng)出水口同時出流，所以管網(wǎng)中上一級管道流量等于其下一級各管道流量之和。支管各管段設(shè)計流量按其控制的出水口個數(shù)及各出水口設(shè)計流量推算；同樣，干管各管段設(shè)計流量按其控制的支管條數(shù)及各支管入口流量推算。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.5樹狀管網(wǎng)各級管道流量計算（2）輪灌對于單井出水量小于60m3/h的井灌區(qū)，通常按開啟一個出水口的集中輪灌方式進(jìn)行，此時各條管道的流量均等于井出水量；同時開啟的出水口個數(shù)超過兩個時，按輪灌組計算各級管道流量。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.2.6環(huán)狀管網(wǎng)管道流量計算環(huán)狀管網(wǎng)管道各管段的流量與各節(jié)點的流量均有聯(lián)系，流向任何一節(jié)點的流量不只一條管段。在管徑未確定的情況下，到任一節(jié)點的水流方向有多種組合，不可能像樹狀管網(wǎng)一樣得到每一管段唯一的流量值。因此，應(yīng)根據(jù)質(zhì)量守恒定理進(jìn)行流量分配，即流向任一節(jié)點的流量必須等于流出該節(jié)點的流量。

對于開啟1個出水口的單環(huán)網(wǎng)管道的設(shè)計流量。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.2管網(wǎng)設(shè)計流量計算3.3.1沿程水頭損失計算公式

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.3水頭損失計算3.3.2局部水頭損失計算公式

注意斷面進(jìn)出流速問題。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.3水頭損失計算3.4.1管徑確定的方法簡便的：經(jīng)濟(jì)流速法界限設(shè)計流量法復(fù)雜的：需借助計算機來優(yōu)化求解。微分法（非線性規(guī)劃方法）線性規(guī)劃方法枚舉法等。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定3.4.2應(yīng)滿足約束條件①管網(wǎng)任意處的工作壓力最大值應(yīng)不大于該處管材的公稱壓力。②管道流速應(yīng)≮不淤流速（一般取0.5m/s），≯最大允許流速（通常限制在2.5-3.0m/s）。③設(shè)計管徑必須是在已有生產(chǎn)，且常用的管徑規(guī)格內(nèi)選擇。④樹狀管網(wǎng)各級管道管徑應(yīng)由上到下逐級逐段變小。⑤在設(shè)計運行工況下，不同運行方式時水泵工作點應(yīng)盡可能在高效區(qū)內(nèi)。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定3.4.3經(jīng)濟(jì)流速法

在井灌區(qū)和其他一些非重點的管道工程設(shè)計中，多采用計算工作量較小的經(jīng)濟(jì)流速法。該法是根據(jù)不同的管材確定適宜流速，然后由管道水力學(xué)公式計算理論管徑，最后根據(jù)商品管徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化修正。注意：d-mm；Q-m3/h；v-m/s。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定3.4.3經(jīng)濟(jì)流速法

經(jīng)濟(jì)流速受當(dāng)?shù)毓懿膬r格、使用年限、施工費用及動力價格等因素的影響較大。若當(dāng)?shù)毓懿膬r格較低，而動力價格較高，經(jīng)濟(jì)流速應(yīng)選取較小值，反之則選取較大值。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定3.4.4界限設(shè)計流量法

每種標(biāo)準(zhǔn)管徑不僅有相應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)流量，并且有其界限設(shè)計流量，在界限設(shè)計流量范圍內(nèi)，只要選用這一管徑都是經(jīng)濟(jì)的。確定界限設(shè)計流量的條件是相鄰兩個商品管徑的年費用折算值相等。當(dāng)兩種管徑的折算費用相等時，相應(yīng)的流量即為相鄰管徑的界限設(shè)計流量。例如，設(shè)d1＜d2＜d3，若Q1既是管徑d1的上限設(shè)計流量，又是管徑d2的下限設(shè)計流量；Q2既是管徑d2的上限設(shè)計流量，又是管徑d3的下限設(shè)計流量。則，凡是管段流量在Q1和Q2之間的，應(yīng)選用d2的管徑，否則就不經(jīng)濟(jì)。標(biāo)準(zhǔn)管徑分檔越細(xì)，則管徑的界限設(shè)計流量范圍也越小。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定3.4.4界限設(shè)計流量法（PVC）

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.4管徑確定樹狀管網(wǎng)水力計算是在管網(wǎng)布置和各級管道流量已確定的前提和滿足約束條件下，計算各級管道的經(jīng)濟(jì)管徑。對于管道首端水壓未知時，根據(jù)管徑、流量、長度計算水頭損失，確定首端工作壓力，從而選擇適宜機泵。對于管道首端水壓已知時，則是在滿足首端水壓條件下，確定管網(wǎng)各級管道的管徑。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.1確定管網(wǎng)水力計算的控制點管網(wǎng)水力計算的控制點是指管網(wǎng)運行時達(dá)到最大揚程的出流點，即最不利灌水點。一般應(yīng)選取離管網(wǎng)首端較遠(yuǎn)且地面標(biāo)高較高的地點。在管網(wǎng)中這兩個條件不可能同時具備，距管網(wǎng)入口處最遠(yuǎn)的點不一定地面標(biāo)高最高，地面標(biāo)高最高的一點也不一定距管網(wǎng)入口最遠(yuǎn)。因此，應(yīng)在符合以上條件的地點中綜合考慮，選出一個最不利的控制點。在輪灌方式中：不同的輪灌組應(yīng)選擇各輪灌組的最不利的控制點。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.2確定管網(wǎng)水力計算的線路管網(wǎng)水力計算線路的是自設(shè)計控制點到管網(wǎng)首端的一條管線。對于不同的輪灌組，水力計算的線路長度和走向不同，應(yīng)確定各輪灌組的水力計算線路。對于續(xù)灌方式則只需選擇一條計算線路。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.4確定各管段管徑及水頭損失（1）計算給水栓工作水頭在采用移動軟管的系統(tǒng)中，一般采用φ50-110mm的軟管，長度一般不超過100m。給水栓工作水頭：

給水栓工作水頭、移動軟管沿?fù)p、給水栓局損失、移動軟管出口與給水栓出口高差。

當(dāng)出水口直接配水入畦時，上式中的3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.4確定各管段管徑及水頭損失（2）干管各管段管徑確定對于需要配機泵的管網(wǎng)，首先根據(jù)各管段流量和管材確定經(jīng)濟(jì)流速，然后根據(jù)管段流量和經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。在工程運行中，通常上級管道累計通過的水量大于下級管道，故上級管道的水頭損失在運行費用中所占的比例也大于下級管道。因此，確定經(jīng)濟(jì)流速時，累計通過水量大的管段應(yīng)選較小值，累計通過水量小的管段應(yīng)選較大值。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.4確定各管段管徑及水頭損失（2）干管各管段管徑確定對于已有水泵的管網(wǎng)系統(tǒng)，由于管網(wǎng)首端水壓已定，應(yīng)根據(jù)各出口高程及所需水頭擬定計算線路中各級管道水力坡度，根據(jù)各段設(shè)計流量按水力坡度計算管徑，所確定的管徑并不一定滿足商品管材規(guī)格，應(yīng)當(dāng)選擇與計算管徑值接近的商品管材規(guī)格管徑。管徑選擇時，下游管徑不應(yīng)大于上游管徑。選擇完畢后，還應(yīng)根據(jù)不淤流速和最大允許流速校核各級管道的流速。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.4確定各管段管徑及水頭損失（3）水頭損失計算根據(jù)選用的管材和各管段管徑，計算各管段沿程水頭損失及局部水頭損失。不同輪灌組的各管段管徑和水頭損失應(yīng)分別計算。在各輪灌組共用的干管管段中應(yīng)當(dāng)選取相同的管徑，最后選取管網(wǎng)首段壓力最高的輪灌組壓力為系統(tǒng)設(shè)計壓力。計算時，局部水頭損失可按沿程水頭損失的10％～15％。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.4確定各管段管徑及水頭損失（3）水頭損失計算控制線路的水力計算可用下表5格式進(jìn)行。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.5控制線路各節(jié)點水頭推算

輸水干管線路中，各節(jié)點水壓是根據(jù)各管段水頭損失和節(jié)點地面高程自下而上推算得出的。管網(wǎng)各節(jié)點及沿線不得出現(xiàn)負(fù)壓，節(jié)點自由水頭應(yīng)滿足支管配水要求，且不得大于管材的允許工作壓力。管網(wǎng)入口節(jié)點的水壓確定之后，可根據(jù)靜揚程進(jìn)一步計算水泵所需總揚程，以便選擇適宜的機泵。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.6配水支管的管徑確定

干管各節(jié)點水壓確定后，各條支管起點水壓即可確定。首先根據(jù)各支管末水頭計算各支管平均水力坡度，然后計算各條支管管徑。支管中間如有出流，可先確定出流處的水壓。由此確定出流處上下管段的平均水力坡降，再分別計算出管段的管徑。其中，平均水力坡度為計算管段上下游節(jié)點水頭差與計算管段管長的比值。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.5.6配水支管的管徑確定

與干管管徑的確定方法不同，支管按水力坡度確定管徑，以便充分利用干管中各節(jié)點的水頭。對于機泵已配置的輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)，選出最不利灌水點作為控制點計算各支管的平均水力坡度，然后根據(jù)各管段設(shè)計流量和平均水力坡度按下式計算并確定管徑。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.5樹狀管網(wǎng)水力計算3.6.1

環(huán)狀管網(wǎng)水力計算基本思路樹狀網(wǎng)和樹環(huán)混合網(wǎng)均是環(huán)狀網(wǎng)的特例。目前，國內(nèi)外環(huán)狀網(wǎng)水力計算方法的思路基本相同，即簡化水頭損失計算公式，然后根據(jù)連續(xù)方程和能量方程建立節(jié)點方程，其次是將非線性方程組線性化，最后選擇合適的計算方法求解線性方程組。通常，環(huán)狀網(wǎng)水力計算程序或軟件均可用于解樹狀網(wǎng)和樹環(huán)混合網(wǎng)。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計算3.6.2

環(huán)狀管網(wǎng)水力計算基本步驟（1）環(huán)狀管網(wǎng)水力計算條件根據(jù)井灌區(qū)管道輸水灌溉管網(wǎng)的特點，在水泵供水的條件下，環(huán)狀網(wǎng)的計算條件：1）任一節(jié)點的流量代數(shù)和等于零。2）任一閉合環(huán)路水頭損失代數(shù)和等于零。3）各供水點出流量符合水泵流量～揚程特征曲線關(guān)系，既各供水點流量隨著與水源距離不同而變化。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計算3.6.2

環(huán)狀管網(wǎng)水力計算基本步驟（2）水頭損失公式簡化將沿程和局部水頭損失公式簡化為下列形式。A為管道過流斷面面積，cp為簡化系數(shù)3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計算3.6.2

環(huán)狀管網(wǎng)水力計算基本步驟（3）建立節(jié)點方程將管網(wǎng)上所有給水栓都看作節(jié)點，每個節(jié)點可有上游節(jié)點集合、下游節(jié)點集合和出流量三部分。對于管網(wǎng)的所有節(jié)點，規(guī)定流入節(jié)點的流量取正值，流出節(jié)點的流量取負(fù)值。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計算3.6.2

環(huán)狀管網(wǎng)水力計算基本步驟（4）非線性方程組線性化將上述方程組變換后可得下列任一節(jié)點的非線性方程組--管網(wǎng)水力學(xué)基本方程式。

這是一個大型非線性方程組，該方程組的求解方法很多，但因計算復(fù)雜，通常進(jìn)行線性化后借助計算機來完成計算工作。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計算3.7.1說明左下圖為井灌區(qū)常見的梳齒形布置形式，把圖中3和5點用管道連起來，則形成典型的單環(huán)管網(wǎng)布置形式。為了討論方便，把環(huán)狀管網(wǎng)一側(cè)管線上的要素均注下標(biāo)i，如水頭損失hi，管徑Di，管長Li。環(huán)狀管網(wǎng)另一側(cè)管線上的要素均用j標(biāo)注，如hj、Dj、Lj等。

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算3.7.2集中進(jìn)出流等直徑單環(huán)網(wǎng)的流量分配系數(shù)推導(dǎo)根據(jù)表達(dá)質(zhì)量守恒的連續(xù)方程式：（式1）

（式2）（式3）環(huán)狀管網(wǎng)采用相同直徑和同種材料的管道，則

由（式2）和（式3）得（式4）因代入（式4）得從而推導(dǎo)出：3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算

3.7.2集中進(jìn)出流等直徑單環(huán)網(wǎng)的流量分配系數(shù)推導(dǎo)

從而推導(dǎo)出：顯然：Ri、Rj稱之為集中進(jìn)流和出流等直徑單環(huán)管網(wǎng)的流量分配系數(shù)。

由以上兩式不難看出，Ri、Rj僅隨自井從兩側(cè)流向出流點的長度比而變化，其值在0到1之間，且

3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算3.7.3單環(huán)網(wǎng)流量分配系數(shù)的特點列表給出了不同Li/Lj的Ri值。3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算3.7.4單環(huán)網(wǎng)流量分配系數(shù)的應(yīng)用3井灌區(qū)管灌工程設(shè)計3.7單環(huán)管網(wǎng)水力計算3.7.5單環(huán)網(wǎng)控制點的確定

對于樹狀布置的管網(wǎng)，計算管徑一般選取距井最遠(yuǎn)的出水口為控制點。對于單環(huán)管網(wǎng)，當(dāng)集中輪灌時，計算管徑應(yīng)該以哪一個出水口作為控制點？所謂控制點，就是說經(jīng)該點流出設(shè)計流量時，在一定水頭之下所要求的管徑最大，或在一定管徑之下所要