水利灌溉典型工程设计方案Word文件下载.docx
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更新机井依据《机井技术规范》(GB/T50625-2010)并参考周边机井的设计进行。
新打机井为混凝土管井和钢管井,混凝土管井主要分布在赤峰市和通辽市,新打水源井的原因是更新和重新布局调整。
设计混凝土管井的内径为Φ300mm,壁厚50mm,下管深度为60m,其中沉淀管5m,滤水管40m,井壁实管15m。
根据项目区水文地质情况,单井出水量分别为50m3/h和80m3/h。
(2)井房设计
由于原有机电井和现有可利用机电井没有井房,本次设计为了保护配电设备、水泵和滴灌工程首部系统的正常工作,每眼机电井建一个机井管理房,单个井房建筑面积12m2,地面以上尺寸为:
长×
宽×
高4×
3×
4.3m,基础采用砖砌体和混凝土圈梁结构,地上墙体采用砖砌体结构,井房内采用C15混凝土地面,房顶采用蓝色彩钢板。
1.2.2滴灌节水灌溉制度设计
(1)灌溉设计保证率
依据《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006,《滴灌工程技术规范》GB/T50485-2009,确定设计灌溉保证率为85%。
(2)基本资料
项目区土壤主要为砂壤土,土壤干容重1.42g/cm3,田间持水率为23%,灌溉水利用系数为0.95,项目区主要种植作物为玉米。
(3)滴灌灌溉制度设计
①最大灌水定额计算
最大灌水定额采用适宜水量法确定,采用公式:
max=0.001γzp(θmax-θmin)
式中
max-最大净灌水定额(mm);
γ-土壤容重(g/cm3),1.42g/cm3;
z-土壤计划湿润层深度(cm),取50cm;
p-设计土壤湿润比,取75%;
θmax-适宜土壤含水率上限(%),一般情况下玉米取田间持水率的80%-90%,本次设计取86%;
θmin-适宜土壤含水率下限(%),一般情况下玉米取田间持水率的60%-70%,本次设计取65%。
计算结果:
ms=0.001×
1.42×
50×
75×
(19.78-14.95)=25.72mm
上述计算结果为最大净灌水定额,实际需水要求可按下式确定:
m≤ms,本次设计选取净灌溉定额为25.7mm(17m3/亩)。
根据项目区灌溉实际情况,滴灌灌溉水利用系数取0.95,故滴灌毛灌溉定额为27mm(18m3/亩)。
②设计灌水周期的确定
=6.1,取T=6天
式中T-设计灌水周期,d;
ETd-作物日蒸发蒸腾量,取设计代表年灌水高峰期平均值,取4.2mm/d。
③作物灌溉制度
在85%保证率时左右,查《内蒙古自治区主要作物灌溉制度与需水量等值线图》,并考虑采用膜下滴灌玉米灌水量减少20%左右,故项目区玉米需水量为290~269m3/亩),作物生育期有效降水量为180~125m3/亩),不考虑土壤储水量的差值,参考邻近类似地方的试验成果,确定玉米的净灌溉定额为110~144m3/亩,滴灌的灌溉水利用系数0.95时,节水灌溉毛定额为112~146m3/亩。
P=85%时玉米滴灌设计灌溉定额计算见表1.2-1,玉米滴灌设计灌溉制度见表1.2-2及续表1.2-2。
表1.2-1玉米滴灌设计灌溉定额计算表(P=85%)
行政区
作物
需水量
(m3/亩)
有效
降雨量
缺水量
净灌溉
定额
毛灌溉
节水灌溉
呼伦贝尔
290
180
110
116
112
兴安盟
165
125
132
130
通辽市
296
131
138
136
赤峰市
乌兰察布市
269
144
152
146
表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
灌水定额
灌水次数
生育期及灌溉定额
生育期
灌溉定额
玉米
10
苗期
16
拔节
抽雄
11
乳熟
续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
12
18
14
④一次灌水延续时间
根据选取毛管(滴灌带)参数计算一次灌水时间
-一次灌水延续时间,h;
m-设计毛灌水定额,27mm;
-灌水器间距,0.3m;
-毛管间距,1m;
-灌水器设计流量,2.8L/h。
经计算灌水器设计流量采用2.8L/h时,一次灌水延续时间为2.9h。
1.2.3不同类型滴灌典型设计
1.2.3.1有关技术规范与技术标准依据
(1)《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006;
(2)《机井技术规范》GB/T50625-2010;
(3)《微灌工程技术规范》GB/T50485-2009;
(4)《农田灌溉水质标准》GB5084-2005;
1.2.3.2出水量32t/h的水源控制大田滴灌典型设计(坡耕地)
以机电井作为灌溉水源,单井出水量为32m3/h,单井控制坡耕地面积为181亩,典型地块尺寸为360m×
336m。
(1)首部枢纽设计
首部主要设备由施肥罐、过滤器及逆止阀等,地埋管坡度为1:
2000,首端高末端低,管内积水向末端排水井排放。
滴灌灌溉系统首部设有逆止阀、排气阀、压力表、水表、水嘴、过滤器、施肥罐。
过滤器作用是将水中的固体大颗粒、藻类、漂浮物沉淀过滤,防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。
过滤器有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等,各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用,也可以根据水源水质情况组合使用。
根据项目区水中固体砂颗粒含量很少的情况,过滤设备采用3"
离心加网式过滤器,过流量32m3/h。
在每个地块设置独立的施肥罐,施肥罐的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化学药品等在施肥罐内充分溶解,然后再通过滴灌系统输送到作物根部,便于作物吸收,充分发挥肥效,同时减少肥料浪费,本系统选用容积为100升的施肥罐。
(2)滴灌带选择
根据目前国内市场上滴灌带的种类和水利性能,以及对各厂家滴灌带的应用调查,典型地块灌水器选择壁厚0.2mm的内镶式滴灌带,滴头工作压力为100KPa,滴头间距
为0.3m,毛管布置间距
为1m,滴水流量2.8L/h。
(3)管网布设
①分干管及给水栓:
根据地块大小、作物种植方向、毛管最大铺设长度和毛管的布设情况(双向或单项),首先确定分干管的布设位置和布设方向(垂直于种植方向),根据支管的布设情况(双向或单项),再确定分干管的布设长度和给水栓布设位置。
本次典型地块设计,共布设分干管3条,间距120m,每条分干管输水长度为308m,典型地块分干管的输水总长度为924m,考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗,实际管材总用量为970m。
给水栓布设按照28m的间隔均匀布设在分干管上,典型地块共布设36个给水栓。
②干管:
干管布设应根据地形高差、水源井的位置、分干管的布设情况并考虑管网各节点的压力均衡进行布设。
本次典型地块干管的布设为:
在地块高程较高处垂直于分干管的位置布设一条干管,在这条干管的中间垂直方向再布设一条干管,与位于低处的水源井连接,干管输水长度为544m,考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗,实际管材总用量为571m。
干管和分干管具体布设见图2,为避免冬季冻害,干管和分干管均采用地埋,管槽开挖根据《滴灌工程设计图集》及当地实际,沟槽断面为梯形,下口宽为管道外径加0.3,即下口取0.5m,上口宽取1.5m,管槽开挖深度根据当地冻深情况确定为1m,为便于施工弃土堆放在沟槽一侧0.3m以外,典型地块土方开挖、回填量均为2936m3。
③支管(给水软管):
支管是根据水源井的出水量、灌水小区大小和布设方式(双向或单项)进行布设,为均衡毛管的压力,一般情况支管应布设在灌水小区的中央,并与毛管垂直,另外支管与分干管上的给水栓相连接,且平行于分干管,支管长度是由支管上的毛管数量确定的。
本次典型地块支管的布设为:
在每根分干管上平行于分干管方向布设12根支管,支管布设方式为双向,每条支管长度为28m,典型地块共设置36条支管,总长度为1008m,每条支管设置独立闸阀,并与分干管上的给水栓相连接。
支管为地面管道,具体布设见图1-2-1。
④毛管:
是直接向作物施水的管道,是滴灌系统中用量最多的管道,其作用是把管网中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤,满足作物对水分的需要,还可随水施肥施药。
毛管的布设是根据作物种植方向、作物种植行距、毛管单向最大铺设长度、支管中的水量和毛管的性能参数等因素确定的。
根据项目区实际,本次典型地块毛管的布设为:
毛管垂直于支管两侧呈鱼骨式布置,方向与种植方向一致,毛管间距为1m,毛管上每隔0.3m设一个灌水器(滴头),灌水器流量2.8L/h,工作水头为10m。
毛管用按扣三通与支管连接,毛管上不设球阀,即同一支管上所有毛管同时工作,每条支管的两侧各布设28根毛管,每根毛管长60m,典型地块共布设2016根毛管,毛管总长为120.96km。
毛管为地面铺设管道,具体布设见图7-2-2。
⑤支管及毛管为地面管道,为防止管材管件的丢失及损坏,每到冬季支管应及时收起妥善保存,毛管每年进行更新,由生产厂家回收。
停泵或冬季不用时,为排除管道冲砂水和防止出地竖管积水冻害,在分干管道末端的最低处设排水井。
图1-2-1坡耕地大田滴灌典型地块工程布置图
图1-2-2单支管控制面积布置图
(4)管材和管径选择
根据当地类似工程实践经验,干管和分干管选择PVC管材,支管和毛管采用PE管材。
管网的干、分干、支、毛各级管道管径按经验公式计算,计算管径和选取管径见表1.2-3。
表1.2-3各级管道设计管径计算表
管道
流量(m3/h)
计算管道内径(mm)
双壁厚(mm)
设计管径(mm)
干管(PVC管)
102
分干管(PVC管)
支管(PE管)
58
63
毛管(PE管)
0.36
11.28
0.4
(5)滴灌系统水力设计
①各级管道流量推算
a、单根毛管设计流量
单根毛管流量等于灌水器流量乘以毛管上灌水器总数,即:
Q毛=N·
q
=200×
0.0028
=0.56(m3/h)
即单根毛管的总流量为0.56m3/h。
式中q-滴头流量,2.8L/h;
N-毛管的滴头数,为毛管总长度÷
滴头间距。
b、支管设计流量
支管双侧连接56根毛管,故支管设计流量为:
Q单支=Q毛·
N=0.56×
56=31.36(m3/h)
式中N-支管上毛管的数目N=56条;
Q毛-单根毛管总流量。
c、分干管设计流量
Q分干管=Q支=31.36(m3/h)
d、干管设计流量
Q干=Q分干=31.36(m3/h)
②毛管铺设长度校核
a、灌水小区最大水头差
小区内最大、最小水头计算
hmax=(1+0.65qv)1/xhd
hmin=(1-0.35qv)1/xhd
hv=hmax-hmin
式中hmax-滴头最大水头,m;
hmin-滴头最小水头,m;
qv-流量偏差率,取0.2;
x-流态指数,取0.5;
hd-额定压力,取10m。
计算得,hmax=12.77m,hmin=8.65m,hv=4.12m。
b、灌水小区毛管铺设长度
按照《微灌工程技术规范》要求,初步估算时,分配给毛管的水头差可取设计允许水头差的50%,并以此计算毛管最大铺设长度。
毛管水头损失为:
式中
-管道沿程水头损失,m;
-摩阻系数,0.505;
-管道流量,L/h;
-管道内径,15.6mm;
-流量指数,1.75;
-管径系数,4.75;
-管长,m。
计算得,毛管最大铺设长度为65m,本次设计毛管长度为60m,符合规范要求。
③轮灌制度的确定
根据滴灌系统的布置,为保证系统各级管道安全稳定运行,故需将系统划分轮灌组。
典型设计地块共有1条干管、3条分干管,每条分干管共布设10条支管,支管共计36条。
灌溉时开启1条支管闸阀,典型地块共布置36个轮灌组。
运行时,每次灌水时间为2.9小时,即2.9小时可完成一个轮灌组。
按照每天工作21小时计算,一天可以完成7个轮灌组的灌水定额,5.14天可完成全部36组轮灌区,即一个灌溉周期为5.14天,小于设计灌水周期。
④管网最不利点水力计算
根据各级管道流量及最不利工作点的位置,根据前面给出的公式计算管网的水头损失。
管道水力计算包括管道沿程水头损失和局部水头损失。
a、管道沿程水头损失计算
b、管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。
计算结果见表1.2-4。
c、泵管损失计算
H泵管=L·
I(υ≥1.2m/s)
式中L–泵管长度,L=30m;
I=0.00107υ2/d1.3;
υ–管内流速,m/s;
d–管道内径,0.06m。
按照上述公式计算,泵管水头损失为12.31m。
表1.2-4管网最大水头损失计算表
项目
干管
分干管
竖管
支管
合计
94800
89800
(mm)
59
60
m
1.77
1.75
4.77
4.75
(m)
424
19
2.5
多孔系数F0.5
0.397
沿程水头损失(m)
4.87
0.22
0.39
0.23
5.31
局部水头损失(m)
0.49
0.02
0.04
0.53
总水头损失(m)
5.35
0.24
0.43
0.25
6.28
⑤管网压力分析
本次典型设计主要针对坡耕地,地形高差变化较大,在满足管网最不利点水头损失的同时,部分滴灌小区毛管接口压力大于选取毛管的爆破压力,因此需要进行压力调节,设计在毛管与支管连接处采用稳流三通,以保证滴灌系统正常运行。
各节点扬程计算见表7.2-5。
⑥滴灌典型地块小区流量偏差率计算:
根据小区地面软带及毛管损失计算得,滴灌典型地块小区水头偏差为1.92m,则hv=0.192,通过上式计算可得小区流量偏差qv为0.096,小于《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)所要求的0.2,故设计合理。
表1.2-5小区各节点扬程计算表
节点
管网损失
泵管损失
动水位
高差(相对水源)
过滤器
工作水头
总扬程
相对差值
12.31
30
86.59
-1
6.15
84.46
-3.13
6.5
15.5
84.31
-3.28
6.86
83.17
-4.42
7.21
13
82.52
-5.07
7.56
80.87
-6.72
7.92
8.5
78.73
-8.86
8.27
5.5
76.08
-11.51
9
8.62
3.5
74.43
-13.16
8.98
1.5
72.79
-14.8
9.33
0.5
72.14
-15.45
9.68
-0.5
71.49
-16.1
4.76
86.07
-1.52
4.63
84.94
-2.65
15
4.99
17
84.3
-3.29
5.34
82.65
-4.94
5.69
81
-6.59
6.05
10.5
78.86
-8.73
6.4
75.71
-11.88
20
6.75
75.06
-12.53
21
7.11
4.5
73.92
-13.67
22
7.46
72.77
-14.82
23
7.82
71.63
-15.96
24
8.17
70.98
-16.61
25
87.59
26
18.5
86.96
-0.63
27
16.5
85.31
-2.28
28
14.5
83.67
-3.92
29
81.52
-6.07
31
9.5
79.73
-7.86
79.08
-8.51
33
7.5
78.43
-9.16
34
77.29
-10.3
35
75.64
-11.95
36
73.99
-13.6
(6)水泵的选型
①总扬程计算
水源井动水位为30m,泵管损失为12.31m,最不利点管网损失为6.28m,高差为19m,滴灌带要求压力水头10m,过滤器水头损失为10m。
则总扬程为:
H扬=H入+H动+H损+H过+H高差=30+12.31+6.28+10+10+19=87.59(m)
②水泵的选型
根据上述计算总扬程和系统总流量确定水泵的型号。
本次设计拟选用200QJ32-78/6潜水泵,其性能及参数见表1.2-6。
表1.2-6潜水泵性能及参数
水泵型号
扬程(m)
水泵效率(%)
配套功率(KW)
200QJ32-91/7
91
72
(7)典型地块设备材料用量及投资
滴灌典型地块材料用量及工程量统计见表1.2-7。
表1.2-7典型地块设备材料用量及投资表
工程及费用名称
单位
数量
单价(元)
合计(元)
备注
第一部分建筑工程
47913
一
水源工程
29600
机电井
眼
20000
井房
m2
800
9600
二
节水灌溉工程
18313
管道工程
15913
土方开挖
m3
2936
2.99
8779
土方回填
2.43
7134
管道附属建筑物
2400
排水井ф1.2m
第二部分机电设备及安装
38595
机电设备
3508
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