节水管道灌溉.docx
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节水管道灌溉
6.2主要建筑物设计
6.2.1红旗村2356组节水管灌工程设计
管灌输水是以管道代替明渠,采用较低的工作压力将灌溉水输送到田间地块的一种形式。
其特点是输水时所需压力较低,出口流量较大,不易发生堵塞。
因此具有较高输水效率、节能、节省渠道占地、省工、成本低等优点,当前特别适合在缺水区进行技术改造的一种节水工程措施。
本项目大部分地区在山区,因此主要采用劳动强度较低,投资较省的管灌输水方式。
灌区主要以丘陵地为主,大多坡度相对较陡,管道铺设难度较大,灌溉作物以为桃为主,本工程拟将灌溉管道敷设至田间,设置给水桩,灌溉时农户采用软管连接至给水桩龙头,农户牵引软管,完成灌溉作业。
(1)基本资料
红旗村2356组为管道节水灌溉,灌溉作物主要为水蜜桃,灌溉面积600亩,区域内新建一座提灌站和3口100方高位水池作为灌溉水源和调节水池。
项目地点为丘陵区坡地,种植面积相对集中成片。
结合项目区水源、气象、土壤和社会经济情况资料,按照地块与水源的位置关系,该区域采用低压管道输水的自流输水方式灌溉,水源点为红旗水库提灌站。
总灌溉面积600亩,灌溉地块主要为红旗水库旁山丘。
根据项目区地形条件及灌面分布,听取当地种植户及业主对管线布置、运行管理等方面的意愿。
拟将项目区分为4个地块,为山丘4面,面积分别为地块A=150亩、地块B=140亩、地块C=160亩、地块D=150亩。
(2)总体布置
管灌工程利用Φ160PE输水主干管用提水输水方式。
首先由基地西南方下的红旗水库新建提水泵站,通过输水管道至灌区内中间的高位水池中,水池分2条主输水管,分别接到两处调节水池中,出水管接闸阀,再由管道将水引至果园内进行节水灌溉,干管平行于等高线分布、分干管垂直等高线,支管设有给水桩,支管上每隔40m建一个给水桩,用作出水口。
详细出水口数量根据现场实际情况而确定。
给水桩有固定墩包住三通和露出地面PE管,固定墩直径20cm,高处地面52cm,水龙头置于墩外,以便农户连接灌溉软管。
(3)灌溉制度的拟定
节水灌溉项目实施前,项目区内多采用塘堰蓄水及沟灌的常规灌溉方式,输水多采用沟堰的方式,田间及输水损失较大,根据实际调查,现状灌溉水利用系数为0.5左右。
采用管道节水灌溉后,根据管道输水灌溉工程技术规范,管道系统水利用系数为0.95,田间水利用系数取0.9。
1_x0001_净灌水定额
根据《四川省地方标准》(DB51/T2138-2016)用水定额(75%保证率全年净灌溉用水定额为40m3/亩)以及灌区实际经验及调查情况(项目区水蜜桃灌水时间主要为3、4、5月份,每年一共灌溉5次,灌溉时间一般为6-8天,灌水定额分别是6,8,8,12,6,因此单次最大净灌水定额取12m3/亩,结合同安街道红旗村地理位置及气候条件,经济作物需水量较高等特征,本次取单次最大净灌水定额为12m3/亩。
②毛灌水量。
计算时还必须考虑灌溉水的利用率,毛灌水量:
m毛=m0/η
式中:
m0—灌溉用水定额,指净定额。
η—灌溉水利用系数,0.95×0.9=0.85
m毛=12/0.85=14.1m3/亩
③灌水周期:
式中:
T—灌水周期,d;
Ea—日耗水强度,mm,Ea=3.0mm
m—灌水定额(mm)。
T=7.05(d),计算取T=7。
④灌溉系统流量
Q=(m0A)/(Ttη)
式中:
Q—设计流量m³/h;
—设计灌水定额,取上述计算结果14.1m³/亩;
A—灌溉面积,计划实施面积分别为150亩、140亩、160亩、150亩;
T—设计灌水周期,7d;
t—每天工作时间,取16h;
η—灌溉水利用系数,0.85。
经计算:
地块A(150亩)设计系统流量:
Q1=(12×150)/(7×16×0.85)
=1800/95.2
=18.9(m³/h)
地块B(140亩)设计系统流量:
Q2=(12×140)/(7×16×0.85)
=1680/95.2
=17.65(m³/h)
地块C(160亩)设计系统流量:
Q3=(12×160)/(7×16×0.85)
=1920/95.2
=20.16(m³/h)
地块D(150亩)设计系统流量:
Q4=(12×150)/(7×16×0.85)
=1800/95.2
=18.9(m³/h)
(4)管道系统平面布置及给水栓选型
1)干支管布置
整个项目区由干管和支管两级管道组成,干管沿项目区地块边缘布置,支管垂直干管布置,支管单向灌溉,支管行距40m,灌溉系统布置详见管灌溉工程系统布置图。
2)给水栓布置及给水栓数量
根据当地实际地形情况的种植结构实地踏勘,给水栓间距40m,因此每个给水栓控灌面积范围为2.4亩,各地块每条支管布置1个给水栓。
根据选定的给水栓设计工作流量为4.5m³/h,则项目区所需同时灌溉的给水栓最低数数量如下:
N=(m0A)/(Ttηq)
式中:
N—系统所需同时灌溉给水栓数量,个;
m0—设计灌水定额,m³/亩;
A—灌溉面积,亩;
T—设计灌水周期;
t—每天工作时间,取16h;
η—灌溉水利用系数,0.85;
q—给水栓设计流量。
经计算各地块灌区至少同时灌溉的给水栓数量N1=5个,N2=5个,N3=5个,N4=5个。
考虑项目区地形较简单,采用管道输水接软管方式进行灌溉,若采用续灌的形式则需要做大量的田间平整和投入大量的人工,而采用轮灌的方式,可以适当分组选择同时工作的给水栓数量来进行控制,所以本项目采用轮灌方式进行灌溉。
3)轮灌组确定
考虑项目区地形较简单,采用管道输水接软管方式进行灌溉,若采用续灌的形式则需要做大量的田间平整和投入大量的人工,而采用轮灌的方式,可以适当分组选择同时工作的给水栓数量来进行控制,所以本项目采用轮灌方式进行灌溉。
1)给水栓在一个位置的连续工作时间
给水栓在一个位置的连续工作时间由下式计算:
t=ms/(nQ)
地块A:
t=(14.1×2.4)/(1×4.73)=7.16h
地块B:
t=(14.1×2.4)/(1×4.41)=7.67h
地块C:
t=(14.1×2.4)/(1×5.04)=6.71h
地块D:
t=(14.1×2.4)/(1×4.73)=7.16h
即每次开启给水栓灌溉延续时间最少要达到6.71小时至7.76小时,一次灌溉延续总时间取8h。
2)轮灌分区
轮管组划分原则:
轮灌组数应满足作物需水要求;轮灌组数应不大于最大轮灌组数;轮灌组数应与水源的水量相协调;各轮灌组的面积尽可能相等,以保证系统的流量较为平稳;轮灌组应有利于提高管道设备的利用率;轮灌编组应该有一定的规律,田间管理方便;制定轮灌顺序时,应尽量把流量分散到各输、配水管道中去,避免流量集中于某一条分干管,从而有利于减小输、配水管道的管径或减少其水头损失,降低管道投资或运行费用。
整个系统的最大轮灌组数目采用下式计算:
式中:
N—最大轮灌区数目,个;
C—灌水周期,d;
T—每天运行小时数,取全天工作16小时。
t—灌溉一次延续时间
经计算,N≤(7×16)/8=14个,取N=14,即分为14个轮管组进行轮灌,轮灌周期7天,每天2个轮管组,每个轮管组灌溉用时8小时,日运行16小时。
3)各地块轮灌分区结果见下表。
表6-6地块A系统轮灌运行表
灌溉周期(T)
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支2-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支3-15
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支3-16
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支4-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
表6-7地块B系统轮灌运行表
灌溉周期(T)
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-3
支3-13
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-4
支3-14
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-5
支3-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-6
支3-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-7
18.0
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支1-15
18.0
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支1-16
18.0
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支1-17
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支1-18
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支2-15
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支2-16
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支2-17
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支4-1
支2-18
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支4-2
支2-19
18.0
表6-8地块C系统轮灌运行表
灌溉周期(T)
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支1-17
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-15
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支2-16
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支2-17
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支3-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
支3-16
22.5
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
支3-17
22.5
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
支4-15
22.5
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
22.5
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
表6-9地块D四系统轮灌运行表
灌溉周期(T)
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支2-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支3-15
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支3-16
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支4-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
(5)管道材料及尺寸
1)管材选择
目前,灌溉用管道主要有混凝土管、PVC管和PE管,由于本项目地形起伏较大,管道流量较小,因此混凝土管不适宜本项目。
PVC管材价格低廉,质地坚硬,内部光滑,水损很小,连接快速方便,但是PVC管材柔韧性差,防晒性与抗老化性差。
PE管材,抗老化性好与防晒性好,可置于地面或进行浅埋,使用寿命长,造价低廉,可回收再造,因此本次管材选用PE管。
2)管径计算及选择
根据管网布置方式,分段进行管道流量计算,管径按照经济管径进行估算,估算公式按照下式进行:
当Q≤120m3/h时,D=13×Q1/2
当Q>120m3/h时,D=11.5×Q1/2
根据计算,各个地块管道流量及管径见表4.3-3。
表6-10各级地块管道尺寸表
表6-11各地块各级管道尺寸表
地块A
备注
地块B
备注
流量m3/h
管径
mm
流量m3/h
管径mm
4.5
50.0
支管
4.5
50.0
支管
9
63.0
分干管
9
63.0
分干管
22.5
90.0
干管
22.5
90.0
干管
地块C
备注
地块D
备注
流量m3/h
管径mm
流量m3/h
管径mm
4.5
50.0
支管
4.5
50.0
支管
9
63.0
分干管
9
63.0
分干管
22.5
90.0
干管
22.5
90.0
干管
(6)水力计算
1)干管水力计算
干管的局部水头损失按沿程水头损失的10%计算,选取A地块离水源最远的一根管道支4进行典型计算,根据轮灌需要同时工作的给水栓最大数量为5个,则干管的水头损失按下列公式计算:
式中:
h干——干管水头损失,m;
hf——干管沿程水头损失,m;
hj——干管局部水头损失取沿程损失的10%,m;
Q——流量,m3/h,为9m3/h;
D——管道内径,mm,90-4.3×2=81.4mm;
L——管道长度,m,690m。
经计算得:
h干=11.25+1.13m=12.38m。
则从高位水池至支管末端的水头损失为12.38m,蓄水池与管道末端的最大高差为30m,可以实现自压灌溉,为防止管道水压过大爆管,管道压力等级选用0.80MPa。
2)水头校核
根据轮灌组的划分,对各管道进水口水头进行校核。
由于整个系统采取的自压灌溉方式,各地块灌区与水池最低水位的超过10m,压力满足自压滴灌的要求。
为保证系统的运行安全,系统运行时,每个灌溉小区通过减压阀来控制流量达到减压的效果。
(6)泵站设计
1)水源
本工程水源主要来源为灌溉区域西南方向的红旗水库,该水库为小二型水库,蓄水容量为20万方,水库位于红旗村2组,坝体为土石坝,水库水面面积约0.08平方公里,最大泄洪流量为1.2m3/s,水库正常蓄水位为626.70m,校核洪水位627.00m。
本工程主要从该水库取水,取水流量较小,完全满足需水要求。
本次泵站经过现场实地踏勘后选择站址在水库库尾,泵站设计地平高程628.00,高于校核洪水位1m,水库校核洪水位按照200年一遇设计,本工泵站设计流量和配套电机均为5类,设计防洪标准为20年一遇,因此该高程完全满足防洪要求。
2)提水泵站
根据上述章节可知,毛灌水定额取14.10m3/亩,提水泵站离基地高位蓄水池高程72.5m。
①设计流量确定
灌溉泵站的设计流量可按下式计算,即按灌溉定额、灌溉周期估算泵站的设计流量,计算公式如下:
——最大灌水定额,根据需水量分析田土综合毛灌溉定额取14.1m³/亩。
——灌水持续时间,7天;
——每天灌水时间,按每天16h计;
——灌溉面积,亩。
红旗村2356组水蜜桃基地设计灌溉面积为600亩,提水后采用管道输水。
计算所得Q=14.1*600/7/16=75.54m³/h。
则可取灌溉高峰时段的取水流量:
Q=75.54/3600=0.021m3/s。
单台抽水泵设计流量为75.54m3/h。
②进出水管管径确定
管材进水管采用内外防腐无缝钢管。
进水管的控制流速采用经济流速,范围在1-2m/s,此处以1.5m/s计算;
管径大小可根据下式计算,管道水流速度v取经济流速ve=1.5m/s。
其中:
——出水管内径,m;
——水源点供给流量,提灌站设计流量为0.021m³/s;
——管道水流速度,m/s。
经计算进水管压力管道直径取DN100mm。
出水管道考虑尽量减少水头损失,并且管道垂直等高线布置直接联通高位水池,根据泵站出水管道经济流速1-2.0m/s计算可得,出水管采用DN160PE100管,管道压力采用1.25Mpa,计算的管道实际流速1.56m,单位管道水头损失17.53m/km(局部水头损失取沿程水头损失取10%)
③管道扬程确定
式中:
——由测量得72.5m(即为取水点正常水位与出水口的高差);
——水头损失:
管道沿程水头损失和局部水头损失,可按下式计算:
式中:
——管道沿程水头损失(m);
——摩阻系数;
——管道长度(m),管道长600;
——流量(m³/h);
——流量指数;
——管道内径(mm);
——管径指数,各种器材的f、m及b值,可从表查取;
——管道局部水头损失;
——管道局部阻力系数;
——管道流速(m/s);
g——重力加速度(m/s2)。
根据计算,管道水头损失为10.52m(局部水头损失取沿程水头损失取10%),考虑净扬程为72.5m,因此设计扬程为83.02m;
④机组设备确定
水泵及电机:
根据已知水泵设计流量Q=75.54m3/h,设计扬程83.02m,本工程采用一级提灌,泵站采用岸边式取水泵站,根据参数选择水泵型号为IS100-65-250B离心泵,考虑投资只设一套泵,设计流量为100m3/h,额定扬程为87m,配套电机200L2-2/37,电机功率30.3kw。
(泵站为成套设备,配套相应的启停设备及控制设备)。
配电设备:
380V输电线路长度为1000m,线路采BV-450/750-2*2.5塑料绝缘铜线。
由于投资限制,因此考虑从就近变压器接电,变压器容量至少为为90KVA。
⑤泵房确定
为放置配套控制设备和方便管理,现拟定在库岸新修一座管理房便于运行管理,管理房建筑面积:
16m2,占地面积:
22.5m2。
本工程地上一层,建筑高度为3.00米。
本工程建筑的结构型式为砖混建筑,建筑结构安全等级二级,抗震设防烈度为六度,按7度采取抗震构造措施。
建筑抗震类别为丙类抗震建筑面防水等级为二级。
建筑设计合理使用年限为50年。
具体设计详见单体图设计部分。
(7)附属建(构)筑物设计
1)管道土建工程
①闸阀井及镇墩
阀门井用来启闭、保护及检修闸门。
阀门井结构采用M7.5砖砌标砖,厚24cm,内尺寸:
长×宽×深=1.1m×1.1m×1.0m,底部采用C15混凝土10cm厚,井盖采用8cm厚C20混凝土井盖。
闸阀井位于主干管与分干管位置,用于保护球阀、排气阀和碟阀。
在闸阀位置和主要管道分岔、拐弯处设立镇墩,利于管道的稳定,镇墩采用C15素混凝土,结构尺寸为0.5m×0.5m×0.5m。
②管槽开挖及回填
管道土建工程包含管沟开挖、回填土方工程,管沟开挖深度为dn+70cm,底宽dn+40cm,边坡为1:
0.3。
开挖应清除槽底石块、杂物,并顺坡整平。
遇岩石、卵(砾)石槽底,超挖深度不应小于10cm,应用细土回填夯实至设计高程。
回填前应清除槽内一切杂物,并排净积水;在管壁四周10cm内的填土不应有直径大于2.5cm的石块或直径大于5cm的土块。
回填应分层轻夯或踩实,预留一定沉陷超高,回填时两边同时进行。
③管道穿公路
遇管道穿公路的管段,应使管道穿公路下面通过,尽量利用已有涵洞或预留孔洞通过。
如果没有合适位置穿过,需要在公路上开槽掩埋管道,其中包括土方开挖,混凝土拆废,混凝土浇筑,土方回填等工程量,对于横穿公路的管段,采用10cm厚C20砼包裹,长度视具体情况而定。
(8)高位蓄水池
根据当地土壤质地条件,并结合节省投资的原则,釆用圆型蓄水池,蓄水池具体设计成果见下表。
蓄水池设计成果表
设计容积
(m³)
数量
(口)
设计尺寸
半径(m)
池深(m)
超高(m)
100
99
4.0
2.7
0.6
蓄水池池壁采用M7.5水泥砂浆砌砖衬护,并用M10水泥砂浆抹面,池底采用C20砼现浇,栏杆采用砖砌花栏杆。
池壁衬砌后应分层回填细土,并夯实。
为了便于人工挑水和安全,池内须设梯步。
梯步采用现浇钢筋混凝,踏步高15cm,踏步宽25cm;
为了安全起见,蓄水池须做栏杆,防护栏采用M7.5水泥砂浆砌砖花栏杆(厚度12cm),栏杆高1.0m,M10水泥砂浆抹面,并在其醒目位置,设置警示文字,如“水深危险,注意安全”。
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