城郊菜田噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設計說明書

目錄1基本資料 11.1地形 11.2氣象 11.3土壤 11.4水源 11.5澆灌試驗資料 11.6作物對噴灌的要求 11.7現(xiàn)有設備供應狀況 12噴頭及支管組合形式 12.1灌水定額和灌水周期 12.2設計灌水周期 22.3選擇噴頭 22.4噴頭的組合形式 33編制輪灌依次 43.1計算噴頭平均噴灌強度 43.2計算噴頭在一個噴點上的工作時間 43.3計算同時工作的噴頭數(shù) 43.4確定支管的輪灌方式 44進行管道系統(tǒng)的平面布置 55管道設計及水力計算 55.1管材的選擇 55.2管徑的選擇 55.3沿程水頭損失計算 66首部樞紐的布置 76.1水泵的設計流量 76.2水泵的揚程計算 76.3水泵的選型及動力配套 76.4沉淀池的設計 86.5施肥罐的選擇 96.6鎮(zhèn)墩 96.7閥門井 106.8泵房 106.9噴灌系統(tǒng)協(xié)助設備 10附表 11致謝 12參考文獻 13TOC\o"1-2"\h\z\u1基本資料設計地點是北方某城市郊區(qū)蔬菜生產(chǎn)基地的一部分。蔬菜為灌水頻繁、管理精細的作物，在常規(guī)澆灌狀況下，澆灌施肥平整土地須要耗費大量勞動力，且生產(chǎn)效率低。故擬興建操作便利，運轉敏捷，生產(chǎn)率高，并可兼顧噴化肥的固定式噴灌系統(tǒng)。1.1地形沖積平原，地勢平坦，條田東部有澆灌渠道通過，水量、水質(zhì)可滿意澆灌要求。規(guī)劃的標準田塊，呈正方形，尺寸為，中間為寬的十字形道路，將田塊劃分成四小塊，每小塊，近畝。條田東部排水溝道，可用作排水出路。1.2氣象該地區(qū)雨量稀有，年均分布不均，除多雨低溫的春季外，蔬菜一般都要灌水。每年月燥熱少雨，為蔬菜需水高峰期。該地區(qū)常有風速為的風，風向多變。1.3土壤屬中壤土，肥力中等，穩(wěn)定入滲強度。1.4水源已建有澆灌渠道，水源足夠，水網(wǎng)水位距地面；澇時可排入排水溝道。1.5澆灌試驗資料田間持水率為（占土體，下同），凋萎系數(shù)為，蔬菜田允許消耗的水量占土壤有效持水量的，在需水高峰期，蔬菜的需水強度為。1.6作物對噴灌的要求噴灌區(qū)種植產(chǎn)值高的蔬菜，對噴灌的要求是灌水勻稱，水滴霧化良好。1.7現(xiàn)有設備供應狀況本地區(qū)電源有保障，市內(nèi)有（金屬）及（塑料）系列的搖臂式噴頭、輸水管道(鋼管、石棉水泥管、硬塑及鋁合金管)和農(nóng)田水泵供應。2噴頭及支管組合形式2.1灌水定額和灌水周期設計灌水定額是正確噴灌系統(tǒng)設計流量的依據(jù)，干脆影響著噴灌工程的投資。灌水定額是指一次灌水的水層深度或一次灌水單位面積水量，目前生產(chǎn)實踐中，大田作物的灌水周期一般取7-10天，蔬菜的灌水周期一般取1-3天。所以設計灌水定額式中：—支配潮濕層深度（）；—相宜土壤含水量上限的體積百分比，%（一般在田間持水量的85%—100%）；—相宜土壤含水量下限的體積百分比，%（一般在田間持水量的60%—80%之間改變）；—噴灑水的有效利用系數(shù)。表1水的有效利用系數(shù)風速噴灑水的利用系數(shù)風速低于3.40.8—0.9風速3.4—5.4已知：蔬菜需水臨界期支配潮濕層深度為；灌區(qū)風速，因此取;灌區(qū)土壤田間持水率為（占土體%）；取%；??；2.2設計灌水周期灌水周期是指在連續(xù)無雨條件下，某種作物需水臨界期的允許最大灌水間隔時間。灌水周期一般采納下式計算：—設計灌水周期，；—作物日耗水量，；已知：日耗水量為，為，所以，取2.3選擇噴頭2．3．1噴頭選擇和組合間距噴頭的選擇包括噴頭型號，噴嘴直徑和工作壓力的選擇。在選定噴頭之后，噴頭的流量，射程等性能參數(shù)也就隨之確定。依據(jù)國家標準GB85-85《噴灌工程技術規(guī)范》規(guī)定，將選擇噴頭和確定間距的詳細原則歸納為下列4點:（1）噴頭必需是質(zhì)量合格的正規(guī)產(chǎn)品，性能參數(shù)（工作壓力，力氣，射程等）符合設計要求。本設計選用質(zhì)量合格、正規(guī)廠家生產(chǎn)、性能參數(shù)符合設計要求的優(yōu)質(zhì)噴頭。（2）組合噴灌強度不超過土壤的允許噴灌強度值。在本設計中噴頭的組合噴灌強度均要求小于灌區(qū)土壤允許噴灌強度。（3）噴灌系統(tǒng)的噴灑勻稱系數(shù)值一般不應低于，本設計取，在滿意規(guī)范規(guī)定的勻稱度的條件下，確定噴頭和支管的間距。（4）蔬菜霧化指標取值范圍在4000~5000，在選擇噴頭時作為依據(jù)，選擇滿意作物要求霧化指標的噴頭。32．3．2噴頭的選擇選擇噴頭的方法許多，本設計采納先選擇噴頭的形式再確定噴頭和支管組合間距，然后演算是否滿意噴灌的質(zhì)量要求。選擇噴頭參數(shù)時，首先滿意作物對霧化程度的要求；其次是噴頭的流量和射程，同時開啟的噴頭數(shù)乘以單噴頭流量應與系統(tǒng)流量符合。噴頭與噴灑時設計的幅寬吻合。選擇噴頭時還應留意單噴頭的噴灌強度值，選取時應考慮以下因素：（1）土壤質(zhì)地對允許噴灌強度的數(shù)值有很大的影響，項目區(qū)土壤為中壤土，其噴灌強度還應小于土壤的入滲強度，故取。（2）風對噴灌影響很大，風速大時噴灑的潮濕面積急劇減小，使組合噴灌強度增大，對于風速較大的地區(qū)，應選擇單噴頭噴灌強度較小的噴頭。（3）噴灌系統(tǒng)的運行方式也影響噴灌強度，灌區(qū)運行方式為多支管，多噴頭同時噴灑，為了保證灌區(qū)的噴灌質(zhì)量，要求單噴頭噴灌強度最小。由于本灌區(qū)多年平均風速為1～3m/s，相對較大，運行方式為多支，多噴頭同時噴灑，因此選單噴頭噴灌強度較小噴頭。本灌區(qū)噴頭的噴灑方式有全圓噴灑和扇形噴灑。依據(jù)作物對霧化指標的要求，由《節(jié)水澆灌技術》查得常用金屬搖臂式噴頭性能參數(shù)見下表2所示：表2噴頭參數(shù)型號接頭形式及尺寸工作壓力噴頭流量噴頭直徑射程3002.96719.02.4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)風向和地形的坡度方向。噴頭工作時受風的影響：無風條件下，噴頭噴嘴為圓形面積。有風時，順風向一側，噴頭射程增加，逆風向一側，噴頭射程減小，而平行風向的兩側，射程也相應的變小。所以，在一般狀況下，支管布置在垂直主風向的位置，干管則布置在平行主風向的位置。地面坡度也會影響支管的布置方向，地面有坡度時，下坡方向，噴頭射程加大，上坡方向，噴頭射程變小。一般狀況，支管平行等高線布置，干管垂直等高線布置。在該區(qū)，地勢比較平坦，將以風向作為推斷支管方向的主要依據(jù)。該地區(qū)風向多變，因此可不考慮風向對噴頭的影響，為了將支管的布置盡量與作物方向一樣，削減豎管對機耕的影響，所以，支管方向為東西方向。2．4．2確定組合及間距該灌區(qū)多風且風向多變，以減小風的影響采納全圓噴灑和扇形噴灑，以保證灌區(qū)的噴灌質(zhì)量。噴頭組合形式的支管間距、噴頭間距和有效限制面積見表3：表3噴頭組合形式的支管間距、噴頭間距和有效限制面積噴頭方式組合方式支管間距噴頭間距有效面積全圓正方形1.0扇形矩形依據(jù)變系數(shù)法在滿意噴灑勻稱系數(shù)大于的條件下，噴頭間距和支管間距按參考文獻中的公式計算：式中：—噴頭的設計射程，?！禂?shù)，依據(jù)設計資料可確定此地為多風地區(qū)，可采納。—噴頭的射程（或稱最大射程），。全圓噴頭正方形組合：2．4．3霧化程度按式：計算式中：為噴頭工作壓力水頭，；為噴嘴直徑，；值越大，說明其霧化程度越高，水滴直徑就越小，打擊強度也越小，式中選的噴頭，可換算成的水柱高。對于蔬菜作物，值限制在~5000，所以所選噴頭滿意霧化指標要求。3編制輪灌依次3.1計算噴頭平均噴灌強度已知：，，所以式中：—噴頭的噴水量；—噴灌水的有效利用系數(shù)；；—在全圓轉動時一個噴頭的潮濕面積；—噴灌系統(tǒng)的平均噴灌強度。3.2計算噴頭在一個噴點上的工作時間式中：—一個噴點上的工作時間；即噴頭在一個噴點上的工作時間是：，取。3.3計算同時工作的噴頭數(shù)（1）式中：—同時工作的噴頭數(shù)；——天中噴灌系統(tǒng)的有效工作小時數(shù)，由李宗堯主編《節(jié)水澆灌技術》查得?。ǘ囡L地區(qū)值較小，但不宜小于8）；（2）式中：—一根支管的上的噴頭數(shù)?！Ч艿拈L度?！獓婎^的間距。（3）式中：一塊地的支管數(shù)（4）（根）式中：—同時工作的支管。因為考慮到實際須要，所以在每一塊田上加扇形噴頭，即在條田邊上布置扇形噴頭。即一根支管上有個噴頭，一個區(qū)有根支管。3.4確定支管的輪灌方式每塊田上有一根支管同時工作，輪灌時延分干管依次灌水。4進行管道系統(tǒng)的平面布置如大圖所示（管道系統(tǒng)平面規(guī)劃圖），在東、西區(qū)中間標出主干管的位置，并分為四個區(qū)，每個區(qū)面積相等，兩兩對稱。分干管與干管垂直布置，支管與分干管垂直，每個區(qū)的東部都布置一條分干管，每條分干管分別布置條支管，在分干管始末間隔處各布置一條支管，選工作壓力為的噴頭，噴頭間距為，每條支管布置個噴頭，采納扇形噴灑。其他每隔布置一條支管，選用工作壓力為的噴頭，支管上噴頭間距和噴頭數(shù)與始末支管上的噴頭間距扇形的一樣，但采納全圓正方形噴灑，四邊采納扇形矩形噴灑。5管道設計及水力計算5.1管材的選擇管材的選擇應當依據(jù)當?shù)氐脑敿殸顩r，如地質(zhì)、地形、氣候、運輸、供應以及運用環(huán)境和工作壓力等條件，結合各種管材的特性以及運用條件進行選擇。依據(jù)本設計資料，主干管和干管采納硬聚氯乙烯管，支管和豎管采納薄壁鋁管。5.2管徑的選擇在管道系統(tǒng)布置以及噴灌工作制度確定之后，各級各段管道的長度以及通過的流量便為已知，這時可將各管道的流量按輪灌依次列成表格，據(jù)此進行管道水力計算和選擇管徑。（1）從噴頭性能表查得噴頭流量為：工作水頭噴頭的流量：（2）支管、分干管、主干管的流量及管徑選擇（由《噴灌工程學》查得閱歷公式）：當＜時，；當≥時，。式中：—管道內(nèi)徑；

—噴灌系數(shù)設計流量。支管：依據(jù)《澆灌工程技術規(guī)范》選管徑，壁厚為,實際內(nèi)徑為的硬聚氯乙烯管。干管是指支管以上的各級管道。由于噴灌管道系統(tǒng)年工作小時數(shù)較少，所占投資比例又大，因此一般在噴灌所需壓力得到滿意的狀況下，選用完可能小的管徑是經(jīng)濟的。計算出的管徑應當依據(jù)規(guī)格取整。對于規(guī)模不大的噴灌工程，也可用如下閱歷公式來估算干管的管徑。分干管：依據(jù)《澆灌工程技術規(guī)范》選管徑，壁厚為,實際內(nèi)徑為。主干管分兩級：一級從水源到田邊的干管，本級主干管要同時滿意四根分干管工作；二級從田邊到道路交叉處的閘閥井，本級主干管要同時滿意兩根分干管工作。一級主干管：選管徑，壁厚為,實際內(nèi)徑為的硬聚氯乙烯管。二級主干管：選管徑，壁厚為,實際內(nèi)徑為的硬聚氯乙烯管。硬聚氯乙烯管的詳細參數(shù)見下表：表4硬聚氯乙烯管的性能參數(shù)表序號外徑壁厚計算內(nèi)徑5.3沿程水頭損失計算式中：—沿程水頭損失，；—摩阻系數(shù)，與摩阻損失有關；—管長，；—流量，；—流量指數(shù)，與摩阻損失有關；—管內(nèi)徑，；—管徑指數(shù)，與摩阻損失有關。各種管材的值可以依據(jù)下表5確定：表5,,數(shù)值表管材種類混凝土及當?shù)夭牧瞎懿诼蕿椴诼蕿椴诼蕿榕f鋼管、舊鑄鐵管石棉水泥管硬塑料管鋁質(zhì)管及鋁合金管由表可知：塑料硬管：，，。（1）最遠距離支管的沿程水頭損失為：已知：，，，則即支管的沿程水頭損失。（2）分干管的沿程水頭損失為：已知：，，，則即分干管的沿程水頭損失。（3）主干管的沿程水頭損失為：一級主干管已知：，，在任務書中沒有明確給出，本設計中取，則二級主干管已知：，，，則總的沿程水頭損失為：局部水頭損失一般為總沿程水頭損失的，即：總水頭損失：6首部樞紐的布置6.1水泵的設計流量由下式計算可得水泵的設計流量：—噴頭數(shù)量；—單噴頭流量。即6.2水泵的揚程計算水泵的設計揚程為：式中：—水泵設計揚程，；—支管入口壓力，；—支管以上水頭損失，；—吸水管水頭損失，；—典型噴頭高程與水源水面高差，；噴管的豎管高度：則：；；；；式中：—泵的高度,；—水網(wǎng)水位距地面高,；—泵深化水面的深度,；即水泵的設計揚程為。6.3水泵的選型及動力配套水泵的選型應先考慮揚程的要求，而且還要滿意流量的要求，由上述計算出的揚程和流量分別為和，考慮到揚程的因素，揚程不能太大，所以用二臺正常工作水泵和一臺備用水泵。依據(jù)計算出的噴灌系統(tǒng)水泵設計流量和總揚程，查選定的水泵生產(chǎn)廠家的水泵技術參數(shù)表，選出合適的水泵型號的單級吸懸臂式清水離心泵。此塊地須要臺水泵，考慮到水泵工作時可能出現(xiàn)故障，所以還須要一臺備用水泵，用以保證不會因為水泵出現(xiàn)故障時，蔬菜不會因為缺水而出現(xiàn)干旱的現(xiàn)象，保證蔬菜的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。水泵性能參數(shù)如下表6所示：表6水泵性能參數(shù)型號流量Q揚程效率電機功率轉速必需氣蝕余量6.4沉淀池的設計當水中泥沙含量大于過濾器的處理實力時，運用篩網(wǎng)過濾器和介質(zhì)過濾器將因常見的沖洗而不能正常工作時，此時須要借助于沉淀池對澆灌水進行初步沉淀處理。它的目的是去除水中的大量泥沙。表7用水懸浮物濃度與堵塞程度等級懸浮物濃度堵塞程度稍微稍微中度嚴峻（1）設計參數(shù)的選用a.表面負荷率：（建議取~）這里取。b.水平流速：在沉淀池中，增大水平流速，一方面提高了雷諾數(shù)而不利于泥沙顆粒下沉，但另一方面卻提高了弗勞德數(shù)，而增加了水流的穩(wěn)定性，利于提高沉淀效果。沉淀池的水平流速易取。則。c.停留時間：沉淀池的停留時間應考慮原水水質(zhì)和沉淀池水質(zhì)要求，并依據(jù)沉淀池運行閱歷，實行，這里取。d.長寬比：一般認為，沉淀池沉淀區(qū)的長度和寬度之比不得小于4。若計算得出沉淀池的寬度較大時，應進行分格，每格寬度易為，最大不超過。e.池的長深比：沉淀池的長度與深度之比不得小于10。（2）沉淀池設計計算沉淀池的表面積：式中：—產(chǎn)水量；沉淀池長度：式中：—沉淀池長度；—水平流速；—停留時間；沉淀池的寬度：式中：；；；沉淀池的有效水深：式中：沉淀池的有效水深；；；由以上數(shù)據(jù)可知泵深化水面的深度，可設為。6.5施肥罐的選擇施肥罐的選型一般依據(jù)噴灌地的規(guī)劃面積選擇，面積大的選用較大容積的，面積小的選用較小容積的。向壓力管道內(nèi)注入可溶性肥料或農(nóng)藥溶液的設備及裝置稱為施肥裝置。常用的施肥裝置有以下幾種：壓差式施肥罐，開敞式肥料罐自壓施肥裝置，文丘里注入器，注射泵。本系統(tǒng)工程規(guī)劃面積為375畝，選用壓差式施肥罐，型號為SFG—300。測控愛護裝置：包括水表、壓力表、止回閥、排氣閥等。6.6鎮(zhèn)墩鎮(zhèn)墩設置要考慮傳遞力的大小和方向，并使之平安的傳遞給地基，一般在管道分岔，拐彎，變徑，末端，閥門后置和連管處每隔肯定距離設置一個鎮(zhèn)墩。鎮(zhèn)墩采納混凝土墩（），鎮(zhèn)墩尺寸為的個和的個。6.7閥門井為了便利灌區(qū)管段的檢修、維護、運用，須要修建閥門井。6.8泵房為了使系統(tǒng)首部能夠正常的運用和便于維護，需修建泵房，依據(jù)過濾器、施肥罐尺寸，在首部修建泵房。6.9噴灌系統(tǒng)協(xié)助設備在澆灌管道系統(tǒng)中，除直管和接頭外，還有一些特殊的配件，這些配件可以分成兩類：一使限制件，二是連接件。限制件的作用是依據(jù)澆灌的須要來限制管道系統(tǒng)中水流的流量和壓力，如給水閥、閥門、平安閥、逆制閥、空氣閥、流量調(diào)整器、配水井、放水井等。連接件的作用依據(jù)須要將管道連接成肯定形態(tài)旺盛管網(wǎng)，也稱管件，如三通和四通、異徑通、堵頭、一字管、短管等。附表表1管材設備名稱管材內(nèi)徑()管長()數(shù)量(根)型號一級主干管大二級主干管大分干管4小支管小豎管偏小表2三通名稱個數(shù)型號異徑三通接頭（二級主干管與分干管處）大三通接頭（支管與分干管處）大三通接頭(支管