喷灌系统水力计算

1、喷灌系统水力计算,第二章 园林给排水工程,第一节 园林给水工程,喷灌系统设计,喷灌系统水力计算,五、喷灌系统的设计,园林景观灌溉有许多方法，这些单独使用也可混合使用，理想的系统应是灌溉效率高，易于修理和维护操作简单。 节水灌溉技术包括喷灌、涌灌、滴灌地下渗灌等技术措施。 喷灌是喷洒灌溉的简称，是借助一套专门的设备将具有压力的水喷洒到空中，散成水滴降落到地面，供给植物水分的一种灌溉方法。,喷灌系统水力计算,喷灌系统水力计算,喷灌系统水力计算,喷灌系统水力计算,喷灌的优点,近似于天然降水，对植物全面进行浇灌，可以洗去树叶上的尘土，增加空气的湿度。 节约用水。 节省空间。,投资较高。 受风和空气温度

2、影响大。 技术要求高。 高、中压灌耗能较大。,喷灌的缺点,喷灌系统水力计算,水源,管道,喷头,压力水,干、支、立,固定式喷头 旋转式喷头,泵,高位水池,喷灌系统的组成,喷灌系统水力计算,这种喷灌系统适合有天然水源（池塘、河流等）的园林绿地灌溉。其动力设备、水泵、管道和喷头等都是可以移动的，投资较省，机动性较强，但管理劳动强度大。,(一 ) 喷灌形式,依喷灌方式，喷灌系统可分为移动式、半固定式、固定式三种。,1、移动式喷灌系统,喷灌系统水力计算,这种喷灌系统有固定的泵房，阀门设备、管道都埋在地下，喷头固定在立管上，也可临时安装。现在较先进的是地埋伸缩式喷头（喷头也埋在地下，平时缩入套管或检查井内

3、，工作时，利用水压，喷头上升一定高度后喷洒）。固定式喷灌系统设备费用较高，一次投资较多; 但节省人工、水量，从长远角度看还是比较经济的。,2、固定式喷灌系统,喷灌系统水力计算,其泵房、干管固定或埋入地下，支管和喷头可以移动，优缺点介于两者之间。多应用在大型花圃、苗圃以及菜地，公园的树林区也可以运用。,3 半固定式喷灌系统,(二 ) 固定式喷灌系统设计,1）地形图：比例尺为1/10001/500的地形图，了解设计区域的形状、 面积、位置、 地势等 2）气象资料：包括气温、雨量、湿度、风向风速等，其中风对喷灌影响最大。 3）土壤资料：主要是土壤的物理性能，包括土壤的质地、持水能力、土层厚度、吸水能

4、力等 ，主要用以确定喷灌强度和灌水定额的依据。 4）植被情况：植被的种类、种植面积、根系情况等。 5）水源条件：城市自来水或天然水源。 6）动力来源：重力还是外力,1、设计基础资料的收集,喷灌系统水力计算,喷灌的缺点之一就是受风影响大,所以做喷灌工程设计应特别注意此问题。风速风向是确定喷头布置形式和管道布置方式的重要依据。 风向:一般可分为8个方位， 即东、南、西、北、东北、西北、东南、西北八个方向。设计风向是指灌区主要农作物灌水时期内灌水日的主风向。 如此季节没有时显的主风向，应按多风向设计。 风速：指喷灌工作日的平均风速。,喷灌系统水力计算,2、灌溉制度的设计 （1）设计灌水定额 （2）设

5、计灌溉周期 （3）喷洒方式和喷头组合形式 （4）喷灌强度与喷灌时间,喷灌系统水力计算,（1）设计灌水定额,灌水定额一次灌水的水层深度（mm)或一次灌水单位面积的用水量（m3/亩)。 设计灌水定额作为设计依据的最大灌水定额。 注：若以m0表示m3/亩的灌水定额，以m表示mm的灌水定额，则两者之间的关系为 m0=2/3m 即10mm水深相当于6.67m3/亩的灌水量。,喷灌系统水力计算,其求解方法： 利用土壤田间持水量资料计算 利用土壤有效持水量资料计算设计灌水定额,利用土壤田间持水量资料计算,式中：m设计灌水定额（mm) r土壤容重（g/cm3); h计算土层深度，即植物主要根系活动层深度（cm

6、)，草坪、花卉可取h=20-30cm； P1适宜的土壤含水率上限（重量%），可取田间持水量的80%-100%； P2适宜的土壤含水率下限（重量%），可取田间持水量的60%-70%,喷灌系统水力计算,田间持水量是指排水良好的土壤中，排水后不受重力影响而保持在土壤中的水分含量，通常以占干土重量的百分比表示，是确定灌水时间和灌水水量的一个重要指标。 几种常见土壤的容重和P、P可参照教材P96表2-1-8。,喷灌系统水力计算,利用土壤有效持水量（指可能被植物吸 收的土壤水分）资料计算设计灌水定额,式中：允许消耗的水分占土壤有效持水量的%； P土壤有效持水量（体积%）; h计算土层深度，即植物主要根系活

7、动层深度（cm)，草坪、花卉可取h=20-30cm； 喷灌水的利用系数，考虑喷洒不均匀，水滴被风吹走和蒸发的损失，一般取=0.70.9。,喷灌系统水力计算,（2 ）设计灌溉周期,灌水周期也叫轮灌期，即植物耗水最旺时期的允许最大灌水间隔时间。,式中：T灌水周期（d)； m灌水定额（mm)； W作物日平均耗水量或土壤水分消耗速率（mm/d)； 喷灌水利用系数，取0.70.9。,喷灌系统水力计算,一般大田作物设计喷灌周期常取5-10日，蔬菜1-3日，绿地灌溉周期可参考以上数据。,喷灌系统水力计算,喷嘴喷洒的形状有圆形和扇形，一般扇形只用在场地的边角上，其他用圆形。,a. 喷洒方式：,（3）喷洒方式和

8、喷头组合形式,喷灌系统水力计算,也叫喷头的组合形式，指各喷头的相对位置的安排。在喷头射程相同的情况下，不同的布置形式，其支管和喷头的间距也不相同。教材P98表2-1-11是常用的几种喷头布置形式和有效控制面积及使用范围。,b. 喷头布置形式：,喷灌系统水力计算,在确定喷头的布置形式后，选择合适的喷嘴，每个正规厂家的产品都标明了喷嘴的型号、射程、喷嘴流量、直径、工作压力等，然后根据风速和喷嘴的射程R确定喷头的间距和支管间距。,c. 喷头及支管间距：,（4）喷灌强度与喷灌时间,喷灌强度单位时间喷洒于田间的水层深度，（mm/h)。,式中：喷灌强度（mm/h)； QP喷头喷水量（m3/h)； S喷头控

9、制面积（m2)，其单喷头控制面积为S=R2,喷灌系统水力计算,组合后的喷灌强度,式中： C换算系数，是以射程为半径的全圆面积与实际喷头控制面积的比值，它与喷洒方式、同时工作的喷头的布置形式等因素有关； PS喷头性能规格中给出的喷灌强度。,喷灌系统水力计算,A、单喷头喷洒 对全圆运作的喷头来说，=s；对作扇形喷洒的喷头，其换算系数随扇形中心角的变化而变化。（见教材表2-1-13）,喷洒方式和喷头组合形式分为：,喷灌系统水力计算,B、单行多喷头喷洒 多出现在单支管的移动管道式系统和支管逐条轮灌或间支轮灌的固定式管道中，其组合喷灌取决于喷头布置的间距a,式中：a喷头间距(m); K喷头间距与喷头射程

10、的比值； R喷头射程（m)。,喷灌系统水力计算,C与K 关系图,喷头间距,射程,详见教材P100例,【例1】有一支管，采用喷头的流量为QP=2m3/h。射程r=12m，喷头的间距a=15m。求该支管的组合喷灌强度和每个喷头的实际控制面积。,解：,查K-CP关系图,喷灌系统水力计算,相邻多行支管上的多个喷头使用时作全圆形喷洒，其单喷头实际控制面积为S=ab，故其喷灌强度可直接按公式计算而不必采用换算系数。,式中：a喷头布置间距（m)； b相邻支管的间距（m)。,C、多行多喷头喷洒,喷灌系统水力计算,喷灌时间为了达到既定的灌水定额，喷头在每个位置上所需的喷洒时间。,式中： t喷灌时间（h)； m设

11、计灌水定额（mm)； S喷头有效控制面积（m2); QP喷头喷水量（m3/h)。,喷灌系统水力计算,3、喷灌系统管道的水力计算,水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。沿程水头损失计算公式：,式中：hf沿程水头损失（m)； L管道长度（m)； v管中水流平均流速（m/s)； R水力半径（m) C谢才系数（m1/2/s),常用曼宁公式计算,喷灌系统水力计算,曼宁公式：,式中：n粗糙系数，可查P101表2-1-14。 R水力半径（m),对于圆管R=d/4，d为管半径（m),喷灌系统水力计算,将有关数值代入公式并化简，则：,令 ，Sof称为单位（或每米）管长沿程阻力参数，则,式中：Q管中流量（注意单

12、位是m3/s)。,喷灌系统水力计算,局部水头损失，可按沿程水头损失值的10%计算。,喷灌系统水力计算,求多孔口管道的水头损失时，可引入“多口系数”，即假定孔口流量相同，依孔口数目求得的一个折算系数。 可据孔口数查教材P102表2-1-16。 其中X按第一个喷头至支管进口的距离与喷头间距是否相等分别取1或1/2。,多口系数的引入,【例2】设有一根长56mm的喷灌支管，管径为50mm的PVC管，管上装有4个喷头，第一喷头距干管8m，喷头间距为16m，每个喷头喷水量为4.5m3/h，求支管的沿程水头损失 。,解： 进入该支管的流量Q=4.54=18m3/h 用谢才公式求hf，从表中查得Sof=560

13、0s2/m6 hf=560056(0.005m3/s)2 =7.84m 喷头数为4，X=8/16=1/2 查表多口系数F=0.393，故支管沿程水头损失为 hf=7.84m0.393=3.08m,喷灌系统水力计算,5、单水源管网喷灌管网布置方式,“T”字形,（1）管网布置,喷灌系统水力计算,“H”形,长“一”字形,喷灌系统水力计算,鱼骨形,梳齿形,喷灌系统水力计算,扩大的梳齿形,扩大的鱼骨形,喷灌系统水力计算,管道布置注意事项：,1、坡地上，干管应尽量沿主坡向布置，使支管沿平行于等高线方向布置，这样干管两侧的水头损失较均匀。 2、支管适当向干管倾斜，在干管低端应设泄水阀，便于检修及冬季排空管内

14、存水。 3、对以市政管网作为喷灌水源的自压型喷灌系统，应在干管或支管始端安装各类逆止阀以防止水回流,喷灌系统水力计算,喷嘴选定后，据其布置形式、支管上喷嘴的数量和喷嘴流量（Qp），得出支管的水流量（Q） Q=Qp,（2）管径计算,主管管径的确定与主管上连接支管的数量以及设计同时工作的支管的数量有关，主管的流量（Q）随同时工作的支管数量变化而变化。,喷灌系统水力计算,6、喷灌的工作制度,喷灌工作制度是指喷灌工程运行中,喷头在固定位置的喷灌时间, 同时工作的喷头数以及喷头轮灌组的划分等内容。 喷灌的工作制度分轮灌和续灌两种。,喷灌系统水力计算,确定轮灌方案时，应考虑以下要点：,（1）各轮灌组的工作

15、喷头总数应尽量接近，使系统的流量保持在较小的变动范围。 （2）编组时应使地势较远或路程较远的喷头数略少；反之略多，从而使水泵始终处于工作高效区。,喷灌系统水力计算,7、水泵与动力选型,1)设计扬程,式中：H喷头的自由水头 典型喷头高程与水源水位高差(m),喷灌系统水力计算,2)设计流量,根据Hp和Qp，可直接由水泵样本中选定水泵，一般样本中同时给出了配套电机的参数。,式中：Nt为同时工作喷头数。,喷灌系统水力计算,喷灌系统水的喷洒应该顺主风向，对不同的植物，喷灌的雾化度也要求不同。 雾化度取决于喷灌水滴细小程度。水滴小则雾化度高 。水滴小，对作物打击伤害小，但蒸发损失大；水滴大，对作物打击大，但蒸发损失小。因此雾化度不宜过高，也不宜过低。,8、注意问题,喷灌系统水力计算,工作压力越大、喷嘴直径越小，则雾化度越大，因此以H/d来反映雾化程度。 若喷头工作压力为hp(kpa),喷嘴直径为d(mm),则雾化指标表示为,pd越大则雾化程度越高。,喷灌系统水力计算,【例4】已知喷头性能参数如下:喷嘴直径d = 9mm,工作压力hp=400kPa, 喷头流量q=6.09m3/h, 射程R=23.4m 。喷灌苗圃地形平坦，土壤为粉壤土，其允许喷灌强度为12mm/h，。支管间距为