农田水利学喷灌系统规划设计.docx

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农田水利学喷灌系统规划设计

学校：

—云南农业大学—学院：

水利水电与建筑学院一指导老师：

—

教学班号：

一班

专业：

一水利水电工稈

学号：

姓名：

农田水利学课程设计

课程设计目的

通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。

具体要求

1、管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基

本要求与设计方法；

2、掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；

3、学会收集，分析，运用有关资料和数据；

4、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。

基本资料

某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m,行距6m,正值盛果期。

园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m,东西向为3mo果园由道路分割成为4小区。

详见1：

2000果园规划图。

该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最

大供水量60m3/h，动水位距地面20m,该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。

为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。

据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mmZd,

灌水周期可取5〜7天。

该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，

月平均风速为2.5m/s，且风向多变。

该地冻土层深度0.6m

灌溉区域如下图所示：

果园平面图

要求:

（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式（包括验核组合平

均喷灌强度（'）是否小于土壤允许喷灌强度（'允）；

（2）布置干、支管道系统（包括验核支管首、尾上的喷头

工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》）;

（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮

灌工作制度;

（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。

（5）水泵和动力选型。

1、喷灌选型与总体规划

1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则

资料收集：

1、地形：

地面平坦

2、土壤：

砂壤土冻土层深0.6m

3、作物：

苹果树园林，正值盛果期

3

4、水源：

机井，果园南部井水，最大供水量为60m/h,水位距地20m。

5、气象：

灌溉季节多风，平均风速2.5m/s，风向多

变

6、种植面积95亩，果树2544株，株距4m,行距6m,园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。

社会经济条件：

果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力

供应不足；

系统选型：

工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择

系统类型：

1、水源类型位置；

2、地形地貌；

3、地块形状；

4、土壤地质；

5、降水量灌溉区风速；

6、风向；

7、对象；

&社会经济条件；

9、生产管理体制；

10、劳动力状况及使用者素质等情况。

由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较

高。

灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。

喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不应低于85%。

灌溉试验资料：

该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田

间持水率为32%（占容重，下同），凋萎系数为田间持水率的60

%。

在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为6mm/d。

2.规划和设计

2.1喷头选择和组合间距

喷头的选择包括喷头型号，喷嘴直径和工作压力的选择。

在选定喷头之后，喷头的流量，射程等性能参数也就随之确定。

按照国家标准GB85-85《喷灌工程技术规范》规定，选

择喷头和确定间距的具体原则：

（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值。

在本

设计中喷头的组喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。

各类土壤的允许喷灌强度如下表:

土壤类别

允许喷灌强度（mm/h）

砂土

20

砂壤土

15

壤土

12

壤粘土

10

粘土

8

注：

有良好覆盖时，表中数值可提高20%

对本灌区取p=15mm/h。

（2）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75%，但对行喷式

喷灌系统，不应低于85%。

对本灌区取喷灌均匀系数为80%

（3）果树雾化指标取值范围在3000~4000，在选择喷头时作为依据，选择满足作物要求雾化指标的喷头。

雾化指标如下表：

种类

hp/d值

蔬菜及花卉

4000〜5000

粮食作物、经济作物及

果树

3000〜4000

牧草、饲料作物、草坪

及绿化林木

2000〜3000

注：

①hp为喷头工作压力水头;

2d为喷头主喷嘴直径

（4）喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。

无实测资料时，可根据气候条件在下列数值范围内选取：

风速低于3.4米/秒，n=0•8〜0.9;

风速为3.4〜5.4米/秒，n=0.7〜0.8。

注：

湿润地区取大值，干旱地区取小值。

对本灌区取n=0.8

2.2喷头的选择

由于本灌区多年平均风速为2.5m/s，相对较大，运行方式为多

支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。

本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。

根据作物对雾化指标的要求，由《喷灌技术规范》选取金属摇臂式喷头，参数如

F表所示:

型号

接头形式

及尺寸

工作压

力kPa

喷头流

m3/h

量

喷头直

径mm

射程m

喷灌强度

（mm/h）

PY120

H

G1

300

2.96

8

20.0

3.13

2.3确定组合及间距

该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷

头组合形式为正方形，支管间距、喷头间距选取见表：

喷头组合喷头间距

设计风速

m/s

垂直风向a

平行风向b

031.6

R

1.3R

1.6-3.4

（1-0.8）R

（1.3-1.1）R

3.4-5.4

（0.8-0.6）R

（1.1-1）R

注：

①R为喷头射程；

2在每一档风速中可按内插法取值；

3在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏

的数值；

4表中风速是指地面以上10米高处的风速。

确定喷头组合间距，由V=2.5m/s,又R=20m

当Vi=l.6m/s时,ai=1.0R=1.0x20=20m

当V2=3.4m/s时,a2=0.8R=0.8x20=16m

所以a=b=18m

A有效=ab=18x18=324m

2.4校核

1）雾化程度

P100hp

按式：

dd计算

式中：

hp为喷头工作压力,d为喷嘴直径8mm;Pd值越大,

说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式

中hp选300kPa的喷头，

100hp100x300

Pd3750

d8

对于果树，Pd值控制在3000~4000，所以所选喷头满足雾化

指标要求。

2）喷灌强度

324

忑九W皿J0002960.80=7.3mm/h

一；有效

喷灌强度小于15mm/h，满足。

32

已知:

q=2.96m/hA有效=a汉b=18m=<18m=324m

q—喷头的喷水量

—喷灌水的有效利用系数；".80；

A—在全圆转动时一个喷头的湿润面积;

■全一喷灌系统的平均喷灌强度

2.5灌溉制度

1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm,则:

m设一IUH-'--0.1X900X1.42x（30%-18%）

=15.34mm

2、计算灌水周期

皿设15.34=2.56d,

T设=^=仃取T设3天

4、计算同时工作的喷头数

又设计日净喷时间宜符合下列规定:

固定管道式喷灌系统，不宜少于12小时;

半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时;

移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于小时；

行喷式喷灌系统，不宜少于16小时。

因此，选c=12.5h

水源满足供给

5、轮灌组数为：

m二T设*c/t=3X12.5/2.5=15（组）

式中：

N—同时工作的喷头数；

C――天中喷灌系统的有效工作小时数，C取12.5h；

N喷头

n

6、同时工作的支管数为：

13

兰=3根

4

、支为同时工作的支管

n为一根支管喷头数,n=4

该灌区的管网配置如下图：

干管

工作制度如下表:

轮灌顺序

支管号

同

时

每日工作的

喷头数

第一组

1-1,1-2,1-3,1-11

支管

13

第

第二组

1-4,1-5,1-6,1-7

支管

13

——一

第三组

1-8,1-9,1-10

支管

12

64

天

第四组

1-12,2-10,2-11,2-12

支管

13

第五组

2-6,2-7,2-8,2-9,2-10

支管

13

第一组

2-3,2-4,2-5,2-6

支管

12

第

第二组

4-9,4-10,4-11,4-12

支管

12

二

第三组

4-4,4-5,4-6,4-7,4-8

支管

12

53

天

第四组

4-1,4-2,4-3

支管

9

第五组

2-1,2-2支管

8

第一组

3-1,3-2,3-3

支管

12

第三

第二组

3-4,3-5,3-6

支管

9

43

天

第三组

3-7,3-8,3-9

支管

12

第四组

3-10,3-11,3-12

支管

10

管道设计及水力计算

干支管选择硬塑料管，竖管选用DN32钢管

3、扬程的确定

3.1选择支管管径

考虑多口流，多口流系数选取如下表:

N

m=1.77

X=1

X=0.5

2

0.648

0.530

3

0.544

0.453

4

0.495

0.423

5

0.467

0.408

6

0.448

0.398

f,m,b数值表

管材

m

f

b

混凝土管钢

筋混凝土管

n=0.013

2.00

1.312心06

5.33

n=0.014

2.00

1.516O06

5.33

n=0.015

2.00

1.749I06

5.33

钢管、铁铸管

1.90

6.250"0

5.1

硬塑料管

1.77

5

0.948X0

4.77

铝质管及铝合金管

1.74

0.861"05

4.74

由上表及管道具体情况得

则：

0.423X0.948x105X63X11.841.77/d4.77<0.2X30

Q—喷灌系数设计流量（m3；h）

d>55mm

式中：

d—管道内径（mm）;

△z=0

喷灌手册选取D=63mm内径d=58mm的硬塑料管

干管管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：

Qv120m3/h时，d=137^；

Q>120m3/h时，d"厅戸。

Q=nxq喷头=13x2.96=38.48m3/h

所以干管管径d=13.Q支=1338.48=80.65mm

根据《喷灌设计手册》选管径d=110mm,壁厚为3.5mm,实际内径

为叮-103mm的硬塑料管。

比阻值S0=2.375X10-5

3.2计算水头损失：

1、干管的沿程水头损失为:

hf=soQmL又L=300m

Hf=2.375XIO"5X38.48177X300=3.75m

2、计算典型支管沿程水头损失：

3、计算干管局部水头损失:

Q于38.48x4x106

L28m/s

=

干A干3.14x1032X3600

宀2

L28

h门二（1.7+L2+0.2+1.2x4）x2x

11.84x4x106

3.14x582X3600

1.25m/s

A

支

4、计算支管水头损失:

1252

片支=（0.1X4+0.1）x2x981=0.04m

5,

计算竖管水头损失:

根竖管水头损失为:

6,计算喷头水头损失

h喷=10%hw

二h阡+hf支+仏干+气支+hg

=3,75+0.79+0.66+0.04+0.61=5.85mcrnrh—10%h=5,85x0.1—0,59m

所以'

已知喷头工作压力为

hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取

扬程的确定

管道埋深为0.7m。

水泵的设计扬程

[l=K+h+h++AZ=20+30+5.85+0.59=56.44m

1pw喷

式中：

u为水位距地的距离；

"'为喷头的压力；

为地势的高差；

专业文档供参考，如有帮助请下载。

即水泵的设计扬程为56.44m

水泵的选型及动力配套省略。

4、设备用量与材料细表

表1管材设备

序号

名称

单位

数量

型号

备注

1

干管

m

300

硬质塑料

管PVC

外径

110mm内径103mm

2

支管

m

2424

硬质塑料

管PVC

外径63mm内径58mm

3

竖管

m

480

DN32钢管

内径28mm

表2喷头

型号

接头式及尺寸

工作压

力kPa

喷头流

旦m3/h

量

喷头直

径mm

射程m

喷灌强度

（mm/h）

PY|20

G1

300

2.96

8

20.0

3.13

表3接头

名称

型号

数量（个）

备注

三通接头

三承三通

1

总干管与干管连接:

2

干管与分干管连接

四通接头

三承四通

24

分干管与支管连接

接头

90。

弯管接头

162

用于支管与竖管连接和水泵进出口处

卡套式接头

用于各管长不足时，连接两管

表4闸阀

名称

型号

数量（个）

性能参数

备注

调节阀

ZZYP型-自

力式压力调节阀|

48

公称通径DN=200mm公称压力PN=1.6Mpa

安装于干管与支管连接处，主要调节支管压力

逆止阀

内螺纹止回阀

1

止回阀公称压力

PN1.0MPa公称通径

DN120mm

安装于水泵出水口处，防止水回流或者水锤想

象

弹性座封

闸阀

52

工作温度-29〜

425C

安装于总干管与干，干管与分干管，分干管与支管接头处，控制各管道水流

表5其它设备

名称

数量（个）

备注

堵头

54

安装在干管、分干管、支管尾部

排水井

4

在分干管末端

压力表

4

安装于分干管首部

水表

1

安装于总干管首部

5、水泵和动力选型省略

主要参考文献

1、郭元裕主编，农田水利学，中国水利水电出版社，1997年

2、华东水利学院主编，水工设计手册（8），水电出版社，1984年

3、魏永曜、林性粹编，农业供水工程，水利电力出版社，1992年

4、喷灌工程设计手册编写组，喷灌工程设计手册，水利电力出版社，1989年

5、傅琳、董文楚、郑耀泉编著，微灌工程技术指南，水利电力出版社，1988年