蔬菜基地喷灌工程设计.docx

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蔬菜基地喷灌工程设计

1.1.1.1蔬菜基地喷灌工程设计

1）工程总体规划

为便于管线布置管理，拟将蔬菜基地北面三块规化为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ区，并布置斗、农沟。

这六个区在梅江沟建一个泵站供水，采用U型槽输水（见蔬菜基地规划图）。

因为此喷灌用于蔬菜生产，所以选择固定式灌溉管道系统。

它有灌水均匀，用水量省，作物增产幅度大以及省地省工等优点。

2）灌溉制度

喷灌的灌溉水利用系数可按下式确定。

式中η——灌溉水利用系数：

ηG——管道系统水利用系数，可在0.95~0.98之间选取；

ηP——田间喷洒水利用系数，根据气候条件可在下列范围内选取：

，ηP=0.8~0.9；

风速为3.4~5.4m/s，ηP=0.7~0.8。

根据当地气象资料取田间喷洒水利用系数ηP=0.8，计计算得灌溉水利用系数为0.78。

灌水定额

设计灌水定额计算公式:

式中H——作物土壤计划湿润层的厚度，取35cm；

θmax——适宜土壤含水量上限（体积百分比）；

θmin——适宜土壤含水量下限（体积百分比）；

计算得设计灌水定额为25mm。

灌水周期（以天计），按下式计算：

式中e——作物耗水最旺时期的日平均耗水量（mm/d），取5mm/d；

其余符号同前。

计算得灌水周期T=5d。

3）喷头选择

3/h，喷头射程17米。

在田块边缘使用20PY2H-30°喷头，进行扇形喷洒。

（一）喷灌技术参数

由资料查得砂壤土的允许喷灌强度[ρ]=15mm/h

蔬菜适宜雾化指标：

式中Wh——喷灌的雾化指标；

hp——喷头工作压力水头（m）；

d——喷头主喷嘴直径。

（二）雾化指标校核：

雾化指标满足要求。

4）确定喷头组合间距

喷头设计射程可按下式计算：

式中R设—喷头的设计射程，m；

K—系数取0.8；

R—喷头的射程，m。

经计算得喷头设计射程为13.6m。

喷头组合形式采用正三角形布置。

a=1.73×13.6=23.5m，取23m；

b=1.5×13.6=20.4m，取20m。

灌溉系统的平均喷灌强度（mm/d）可按下式确定：

式中q——一个喷头的流量，m3/h;

a——喷头布置间距，m；

b——支管布置间距，m。

 经计算得平均喷灌强度为3.42mm/d，小于砂壤土的允许喷灌强度，喷灌强度满足要求。

5）确定工作制度

（一）计算一个轮灌组的喷灌时间

式中：

t——喷头在工作点的工作时间，h；

m——毛喷灌定额，mm；

其余符号同前。

经计算得t=7.35h，取7.5h。

（二）同时工作的喷头数

A、Ⅰ区工作制度

①Ⅰ区每天工作的时间取td=20小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=52.3，取52个。

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

N支=7.4，取7条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

B、Ⅱ区工作制度

①Ⅱ区每天工作的时间取td=20小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=52.3，取52个。

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

，取7条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

C、Ⅲ区工作制度

①Ⅲ区每天工作的时间取td=20小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=57.8，取58个

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

N支=8.3，取8条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

D、Ⅳ区工作制度

①Ⅳ区每天工作的时间取td=20小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=57.8，取58个

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

N支=8.3，取8条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

E、Ⅴ区工作制度

①Ⅴ区每天工作的时间取td=20小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=56.6，取57个

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

N支=8.1，取8条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

F、Ⅵ区工作制度

①Ⅵ区每天工作的时间取td=14小时

同时工作的喷头数（np）可按下式计算：

np=56.6，取57个

②同时工作的支管数

式中n支——一条支管上的喷头数，7个。

N支=8.1，取8条支管同时工作。

③确定轮灌组数

轮灌组数：

6）管道水力计算

（一）初选管径

A、Ⅰ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——管道直径；

Q——管道设计流量；

v——管道经济流速取1.5m/s。

设计流量可按下式求得：

式中q——设计压力下喷头流量（m3/h）;

ηG——管道系统水利用系数；

N喷头——一条支管上喷头个数。

支管上设计流量为14.4m3/h。

计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

干管上设计流量为101m3/h，计算得经济流速下干管直径为154.5mm，选取外径160mm，内径150mm的干管。

B、Ⅱ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——管道直径；

Q——管道设计流量；

v——管道经济流速取1.5m/s。

设计流量可按下式求得：

式中qp——设计压力下喷头流量（m3/h）;

ηG——管道系统水利用系数；

N喷头——一条支管上喷头个数。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

干管上设计流量为101m3/h，计算得经济流速下干管直径为154.5mm，选取外径160mm，内径150mm的干管。

C、Ⅲ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——管道直径；

Q——管道设计流量；

v——管道经济流速取1.5m/s。

设计流量可按下式求得：

式中qp——设计压力下喷头流量（m3/h）;

ηG——管道系统水利用系数；

N喷头——一条支管上喷头个数。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

3/h，计算得经济流速下干管直径为165.2mm，选取外径180mm，内径169mm的干管。

D、Ⅳ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——支管直径

Q——管道设计流量

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

3/h，计算得经济流速下干管直径为165.2mm，选取外径180mm，内径169mm的干管。

E、Ⅴ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——支管直径；

Q——管道设计流量；

，

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

3/h，计算得经济流速下干管直径为165.2mm，选取外径160mm，内径150mm的干管。

F、Ⅵ区

干管、支管采用UPVC管，竖管采用镀锌钢管。

式中：

D——管直径；

Q——管道设计流量；

V——管道经济流速取1.5m/s。

3/h，计算得在经济流速下支管直径为58.4mm，选取外径63mm，内径58mm的支管。

3/h。

计算得在经济流速下支管直径为82.5mm，选取外径90mm，内径84mm的支管。

3/h，计算得经济流速下干管直径为165.2mm，选取外径180mm，内径169mm的干管。

（二）管网水力计算

式中hf——沿程水力损失；

f——摩阻系数；

Q——管道流量；

d——管道内径；

L——管长；

m——流量指数；

b—管径指数。

A、Ⅰ区水管水头损失计算

①Ⅰ区支管水头损失计算

Ⅰ区支管为PVC管查《喷灌工程设计手册》得：

等距等流量多喷头支管沿程水头损失可按下式计算：

式中F——多口系数；

N——喷头或孔口数目；

X——多孔支管首孔位置系数；

m——流量指数。

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅰ区干管水力损失计算

干管总长600m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

由于分干管较干管长度非常短，可忽略分干管上水头损失，因此Ⅰ区典型轮灌组总水头损失:

B、Ⅱ区水管水力损失计算

①Ⅱ区支管水力损失计算

Ⅱ区支管为PVC管查《喷灌工程设计手册》得：

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅱ区干管水力损失计算

干管总长600m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

由于分干管较干管长度非常短，可忽略分干管上水头损失，因此Ⅰ区典型轮灌组总水头损失:

C、Ⅲ区水管水力损失计算

①Ⅲ区支管水力损失计算

Ⅲ区支管为PVC管查《喷灌工程设计手册》得：

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅲ区干管水力损失计算

干管总长610m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

由于分干管较干管长度非常短，可忽略分干管上水头损失，因此Ⅲ区典型轮灌组总水头损失:

D、Ⅳ区水管水力损失计算

①Ⅳ区支管水力损失计算

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅳ区干管水力损失计算

干管总长620m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

由于分干管较干管长度非常短，可忽略分干管上水头损失，因此Ⅳ区典型轮灌组总水头损失:

E、Ⅴ区水管水力损失计算

①Ⅴ区支管水力损失计算

Ⅴ区支管为PVC管查《喷灌工程设计手册》得：

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅴ区干管水力损失计算

干管总长580m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

由于分干管较干管长度非常短，可忽略分干管上水头损失，因此Ⅴ区的总水头损失:

F、Ⅵ水管水力损失计算

①Ⅵ区支管水力损失计算

Ⅵ区支管为PVC管查《喷灌工程设计手册》得：

经计算得典型支管上：

F=0.448（N=6，x=0.5）

局部水头损失按延程水头损失的15%计算

支管上水头损失：

支管上最后一个喷头到干管处的压力差应该小于20%H。

hz符合规范要求。

②Ⅵ区干管水力损失计算

干管总长587m，干管上的沿程水头损失：

干管上局部水头损失：

干管上的水头损失：

Ⅵ区的典型轮灌组总水头损失:

7）计算系统扬程

式中：

Hp—典型喷点的喷头工作压力水头，25m;

H—喷点的竖管高度，1.6m;

h支—支管的水头损失；

h干—干管的水头损失；

h泵—水泵进出水管口的水头损失取1m；

Δh—水源水位与支管入口地形高差，-0.6m。

A、Ⅰ区系统扬程

B、Ⅱ区系统扬程

C、Ⅲ区系统扬程

D、Ⅳ区系统扬程

E、Ⅴ区系统扬程

F、Ⅵ区系统扬程

8）选择水泵和电机

A、Ⅰ区水泵及配套电机选型

Ⅰ区系统最大流量Q=14.4×7=101（m3/h）

扬程H=38.91m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-1水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

101

40

2950

B、Ⅱ区水泵及配套电机选型

Ⅱ区系统最大流量Q=14.4×7=101（m3/h）

扬程H=38.91m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-2水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

101

40

2950

C、Ⅲ区水泵及配套电机选型

Ⅲ区系统最大流量Q=14.4×8=115.2（m3/h）

扬程H=36.25m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-3水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

39

2950

D、Ⅳ区水泵及配套电机选型

Ⅳ区系统最大流量Q=14.4×8=115.2（m3/h）

扬程H=36.36m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-4水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

39

2950

E、Ⅴ区水泵及配套电机选型

Ⅴ区系统最大流量Q=14.4×8=115.2（m3/h）

扬程H=35.90m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-4水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

39

2950

F、Ⅵ区水泵及配套电机选型

Ⅰ区系统最大流量Q=14.4×8=115.2（m3/h）

扬程H=35.98m。

选择SLW100-200A型离心泵。

其性能参数如下表

表5-4水泵性能参数

水泵型号

流量（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

SLW100-200A

39

2950

9）枢纽设计

如规划图的管网布置图，在梅江沟上修建1座泵站，流量要保证在360m3/h。

并在梅江公路西边修建输水渠道，采用D60U型槽。

喷灌泵房前修建10m3的沉淀池，并在水泵进水口处安装过滤设施。

蔬菜基地喷灌区管网布置见管网规划图，单体设计见单体图SSJHY-SS-076-082。

1.1.1.2蔬菜基地滴灌工程设计

本项目蔬菜基地最南部殷家洲一块规划种植果树，灌溉方式采用滴灌，系统控制面积421亩，共分2大片，具体见表5-7，3，田间持水量20%，滴灌日工作小时数取20h/d。

表5-7各分区工程型式及面积统计

项目分区

种植种类

灌水方式

株×行距（m）

日最大耗水强度（mm/d）

泵房（个）

项目面积（亩）

1区

葡萄

滴灌

1

201

2区

葡萄

滴灌

1

220

合计

2

421

1）总体布设

果树滴灌区共分2片，如表5-1所示，梅江沟上建泵房一座，采用U型槽向田间的加压泵房供水，田间泵房均配首部一套，且水泵进水口前需建一个10m3沉淀池，用于沉淀大颗粒杂质等。

首部布置在泵房内，由离心过滤器、叠片式过滤器、止回阀、控制阀、水表、压力表等组成。

2）果树滴灌制度的拟定

（一）滴灌设计灌溉补充强度

式中：

——滴灌作物耗水强度，mm/d；

——作物遮阴率对耗水量的修正系数；

——传统灌溉条件下作物需水量，mm/d；

——作物遮阴率，

＝70％。

经计算：

＝82.35％，

＝4.12mm/d。

因此，

为耗水高峰期的日耗水强度，所以设计耗水强度为：

（二）灌水定额

式中：

——设计灌水定额，mm；

——土壤容重，g/cm3；

——计划湿润土层湿度，m；

——设计土壤湿润比，%；

——适宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%）；

——适宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%）；

——灌溉水利用系数。

田间持水率为20%，适宜土壤含水率上、下限分别为田间最大持水率的85%和65%，即

=17%，

=13%；耕层土壤容重

=1.50g/cm3；设计湿润比P为30%；按《节水灌溉工程实用手册》要求，取计划湿润层深度为0.8m；滴灌灌溉水利用系数为0.9。

经计算，滴灌设计灌水定额

3/亩；

（三）灌水周期T

式中符号同上。

经计算：

滴灌灌水周期为3.88d。

（四）一次灌水延续时间t

式中：

——一次灌水延续时间，h；

——设计灌水定额，mm；

——滴头间距，m；

——毛管间距，m；

——滴头设计流量，L/h。

。

（五）轮灌组划分

本系统采用轮灌的灌溉方式，最大轮灌组数可按下式计算，并取整数。

由于该地区面积较小，故灌水周期取1d

取C＝20h；T＝1d；t=2.67h。

经计算N葡萄＝7.5，故取轮灌组数为8个。

为了编组和运行管理，各区需要分成若干个工作组。

3）系统设计标准

一般情况下，当滴灌的均匀系数Cu=95%，滴头的流量变差qv≤10%，如取滴头的流态指数X=0.5，则滴灌的允许设计水头偏差率[hv]应为：

[hv]≤0.203=20.3%，取[hv]=20%。

果园耕层土壤为其砂壤土，根据《微灌工程技术规范》，取滴灌的允许灌水强度б允=15mm/h，设计湿润比P=30%。

4）各区各级管道直径的确定及水力计算

（一）1区

①毛管与滴头间距的确定

果树采用单行毛管直线布置，株行距为1×2.5米，采用PE滴灌管，直径20mm，壁厚1.2mm，毛管间距（SL）为2.5m，滴头间距（Se）为0.5m，设计工作压力0.1MPa，流量6.0L/h。

采用上述滴灌带，其滴灌强度б为：

其实际土壤湿润比P为：

式中：

p——土壤湿润比，%；

St——果树株距，m；

Sr——果树行距，m；

Se——滴头间距，m；

。

当滴头流量为6.0L/h，土壤结构为粗等，查得SL=0.8m，即Sw=SL=0.8m，经计算得：

实际土壤湿润比P=20%<设计湿润比P=30%；

以上计算结果表明，所选滴灌带满足设计要求。

②毛管极限长度校核

设计流量偏差率qv＝0.2，灌水器的流态指数x＝0.5，设计水头hd＝10m，则毛管允许水头差为：

当滴灌管中滴头流量为6.0L/h，滴头间距0.5m，滴灌均匀度为98%时，不考虑地形变化，滴灌毛管允许铺设的最大长度Lm为：

式中：

Lm——毛管允许的极限长度，m；

D——毛管内径，17.6mm；

S——滴头间距，0.5m；

K——水头损失扩大系数，一般取值范围为1.1~1.2；

qa——滴灌管上滴头的设计流量，6.0L/h。

经计算：

滴灌管最大允许铺设长度：

Lm＝150×0.5＝75m。

实际铺设长度Lm＝55m，完全满足灌水均匀性要求。

③各级管道直径的确定及水力计算

Ⅰ、毛管水力计算

，实际铺设长度为55m，毛管实际水头损失：

式中：

——毛管实际总水头损失，m；

F——多口系数，查《节水灌溉实用手册》表5-103；

——无旁孔出流时的沿程水头损失，m；

Q——流量，m3/h；

m——流量指数，1.75；

D——毛管内径，17.6mm；

L——管道长度，m；

N——出口数目；

——温度修正系数，查《节水灌溉实用手册》表5-102；

k——考虑局部水头损失的加大系数，1.15；

x——进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比。

查表F为0.366，

为0.9336。

N为110，计算得：

△H毛=1.0m。

毛管进口压力水头：

h毛进口=hd+△H毛=10+1=11.0m。

Ⅱ、支管水力计算

支管流量Q支=16×Q毛=16×660（L/h）=10560L/h，支管1长度为19m，支管直径：

根据UPVC管规格，选用φ63×3/0.6MPa管材作为支管，其计算内径为d=58mm。

此时，支管实际水头损失为：

式中：

b——管径指数，4.75；

计算得：

hf支=0.041m；

支管进口压力水头：

h支进口=hf支+h毛进口=0.041+11.0=11.04m；

Ⅲ、轮灌组划分

1区由一个水泵控制，该轮灌区域划分8个轮灌组，共控制16个灌水小区；为了减少干管流量，降低系统投资，将每个轮灌组控制的灌水小区分散。

Ⅳ、干管管径及水头损失计算

通过上表轮灌组的划分，干管1上总共有32根支管，需要同时灌溉的有4根；干管2上总共有32根支管，需要同时灌溉的有4根。

，，，则分干管直径为：

干管采用UPVC管，选用φ110×3.5/0.6MPa管作为分干管1，其计算内径d=103mm；选用φ110×3.5/0.6MPa管作为分干管2，其计算内径d=103mm。

此时，此时分干管采用的是硬塑料管，F=0.380，m=1.77，b=4.77，分干管实际水头损失为：

计算得：

分干管水头损失分别13.83m、14.29m。

干管1进口压力水头：

h分干进口=h支进口+h干1=11.14+13.83=24.97m；

干管2进口压力水头：

h分干进口=h支进口+h干2=11.14+14.29=25.43m。

表5-8。

表5-81区滴灌管径及水头损失汇总表

项目分区

种植作物

管路级别

流量（L/h）

长度（m）

管道内径

水头损失（m）

选型

1区

葡萄

毛管

660

55

1

Φ20

支管

11880

38

46

Φ63

干管1

42240

673

103

Φ110

干管2

42240

695

103

Φ110

Ⅴ、水泵选型

枢纽地面与毛管进口取高差0.2~2.0m，取过滤器冲洗前最大水头损失为5.0，枢纽各级闸阀的水头损失和为1.0m，再由前面计算的干、支、毛管各级水头损失，毛管进口设计水头为10m，则系统设计水头H见下表5-9：

表5-9系统设计水头H单位：

m

水泵

枢纽地面与毛管高差

枢纽各级闸阀水头损失

过滤冲洗最大水头损失

各级管路总水头损失

毛管设计水头

系统设计水头

1#

2#

水泵选型：

根据管网设计流量和工作压力，查水泵手册，对1区的水泵进行选型。

其主要技术参数见表5-10：

表5-101区水泵性能参数

分区

水泵型号

台套

流量（m3/h）

扬程（m）

水