第四章灌溉管道系统

1、 第四章第四章 灌溉管道系统灌溉管道系统 Irrigation Pipe System 管道系统的主要优点：管道系统的主要优点： （1）省地。一般少占地）省地。一般少占地713。 （2）减少输水损失。）减少输水损失。 （3）便于控制。）便于控制。 （4）对地形的适应性更强。）对地形的适应性更强。 （5）灌水及时，促进作物增产增收。）灌水及时，促进作物增产增收。 缺点或存在的主要问题是：缺点或存在的主要问题是： (1)需要的材料和设备较多；需要的材料和设备较多； (2)投资较高；投资较高； (3)规划设计内容较复杂；规划设计内容较复杂； (4)对水源的水质要求较高，尤其是微灌系统，对对水源的水质

2、要求较高，尤其是微灌系统，对 水质的要求更高。水质的要求更高。 1 管道系统的组成与分类管道系统的组成与分类 2 管道系统的规划布置管道系统的规划布置 3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道系统的流量与压力推算管道系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 是从水源取水经处理后，用有压或无压管道是从水源取水经处理后，用有压或无压管道 网输送到田间进行灌溉的全套工程。网输送到田间进行灌溉的全套工程。 名词解释名词解释 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 （1）首部枢纽（首

3、部枢纽（从水源取水并处理从水源取水并处理） （2）输配水管网（输配水管网（输水并分配输水并分配） （3）灌水器（灌水器（将水分布到田间将水分布到田间） （4）附属建筑物附属建筑物 （5）附属装置附属装置 * * 灌溉管道系统示意图灌溉管道系统示意图a 灌溉管道系统示意图灌溉管道系统示意图b 树枝状管网树枝状管网 示意图示意图 环状管网示环状管网示 意图意图 喷灌喷灌 滴灌滴灌 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 1）开敞式（）开敞式（自由水面调节井，并可分流自由水面调节井，并可分流） 2）封闭式（）封闭式（管道封闭，管内保持一定压力管道封闭，管内保持一定压力） 3）半封闭

4、式（）半封闭式（用浮球阀等控制阀门启闭用浮球阀等控制阀门启闭） 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 1）无压灌溉管道系统（）无压灌溉管道系统（有自由水面有自由水面） 2）低压灌溉管道系统（）低压灌溉管道系统（P400kPa ） 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 1）固定式灌溉管道系统）固定式灌溉管道系统 2）移动式灌溉管道系统）移动式灌溉管道系统 3）半固定式灌溉管道系统）半固定式灌溉管道系统 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 1）喷灌系统）喷灌系统 2）滴灌系统）滴灌系统 3）微喷灌系统）微喷灌系统 4）低压管道输水地面灌

5、溉系统）低压管道输水地面灌溉系统 4.1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 1）自压灌溉管道系统）自压灌溉管道系统 2）机压灌溉管道系统）机压灌溉管道系统 1 管道系统的组成与分类管道系统的组成与分类 2 管道系统的规划布置管道系统的规划布置 3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道系统的流量与压力推算管道系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 （1）水源与灌区的相对位置）水源与灌区的相对位置 （2）灌区的面积大小、形状

6、和地形）灌区的面积大小、形状和地形 （3）作物的分布）作物的分布 （4）耕作方向）耕作方向 （5）灌溉季节的风速风向）灌溉季节的风速风向 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 包括包括取水取水、蓄水蓄水和和供水供水建筑物和设施等。建筑物和设施等。 首先研究有多少个可能被采用的水源，根首先研究有多少个可能被采用的水源，根 据其水量、水位和水质情况，取水的难易程度与据其水量、水位和水质情况，取水的难易程度与 灌区的相对位置等选定其中技术可行、工程简单灌区的相对位置等选定其中技术可行、工程简单 且投资较少的作为灌区水源。且投资较少的作为灌区水源。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管

7、道系统的规划布置 包括引水建筑物、泵站（或水泵包括引水建筑物、泵站（或水泵 机组）、沉沙、过滤设备、肥料和化学药剂注入机组）、沉沙、过滤设备、肥料和化学药剂注入 设备、控制器、压力或流量调节器、阀门和测量设备、控制器、压力或流量调节器、阀门和测量 设备等。设备等。 首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位 置和管网布局方便。置和管网布局方便。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 （1）在区内作物要一样。）在区内作物要一样。 （2）各区所需的流量相近，便于轮灌。）各区所需的流量相近，便于轮灌。 （3）尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理

8、。）尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理。 （4）一个系统中应有）一个系统中应有一定数目一定数目的轮灌区，便于充分利用每的轮灌区，便于充分利用每 天可灌溉的时间安排轮灌。天可灌溉的时间安排轮灌。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 （1）确定采用的灌水方法；）确定采用的灌水方法； （2）确定各级管道是移动的还是固定的）确定各级管道是移动的还是固定的 （根据当地地形、作物、经济及设备条件，考虑根据当地地形、作物、经济及设备条件，考虑 各种形式的优缺点来选定各种形式的优缺点来选定）。）。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 灌溉管道系统中的灌溉管道系统

9、中的一般是指支管（或一般是指支管（或 毛管）以上的管网。毛管）以上的管网。 布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以使支布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以使支 管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个灌区灌水均匀。管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个灌区灌水均匀。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 （千亩以下，或千亩以上灌溉管（千亩以下，或千亩以上灌溉管 道系统中的第二、三级管道以下的管网）道系统中的第二、三级管道以下的管网） 平原地区：平原地区：管道为直线，上下级管道互相管道为直线，上下级管道互相 垂直，上级管道布置在地块中间，向两边分水，垂直，上级管道布置在地块中间，

10、向两边分水， 末级管道一般与耕作方向相一致。末级管道一般与耕作方向相一致。 山丘地区：山丘地区：末级管道（支管或毛管）一般末级管道（支管或毛管）一般 沿等高线布置，避免走逆坡。沿等高线布置，避免走逆坡。 “一一”字形字形 “T”形形 “L”形形 梳齿形梳齿形“丰丰”字形字形 “工工”字形字形 环环 状状 管管 网网 梯田管灌区管梯田管灌区管 网布置图网布置图 山丘区辐射树枝山丘区辐射树枝 状管网布置图状管网布置图 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 1）管道用量最少。管道用量最少。 2）管网内的压力尽量均匀。管网内的压力尽量均匀。 3）应满足各用水单位的需要，便于管理。应满足

11、各用水单位的需要，便于管理。 4）管道纵横断面力求平顺，减少折点，有较大起伏时避免产生管道纵横断面力求平顺，减少折点，有较大起伏时避免产生 负压。负压。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 5）支管应尽量与作物种植和耕作方向一致。支管应尽量与作物种植和耕作方向一致。 6）尽量减少输水的水头损失。尽量减少输水的水头损失。 7）应根据轮灌的要求设有适当的控制设备。应根据轮灌的要求设有适当的控制设备。 8）在管道起伏的高处应设排气装置，低处应设泄水装置。在管道起伏的高处应设排气装置，低处应设泄水装置。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 9）穿路（河）管线，尽可能

12、与路（河）垂直。穿路（河）管线，尽可能与路（河）垂直。 10）管线尽量沿道路和耕地边界布置。管线尽量沿道路和耕地边界布置。 11）尽可能避开软弱地基和承压水分布区。尽可能避开软弱地基和承压水分布区。 4.2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 千亩以上灌溉管道系统的骨干管网，由给水栓向二千亩以上灌溉管道系统的骨干管网，由给水栓向二 级管网供水。级管网供水。 一般按最短路径的原则布置，各管段的管径应为经济一般按最短路径的原则布置，各管段的管径应为经济 管径。管径。 按用水概率确定管网流量。按用水概率确定管网流量。 四四 灌溉管道系统灌溉管道系统 1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统

13、的组成与分类 2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 1）固定管道固定管道 在灌溉季节中始终不移动的管道，灌溉季节后立即拆在灌溉季节中始终不移动的管道，灌溉季节后立即拆 除。除。 2）移动管道）移动管道 在灌溉季节中经常移动的管道。在灌溉季节中经常移动的管道。 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 （1）能承受设计要

14、求的工作压力）能承受设计要求的工作压力 （2）能通过设计要求的流量）能通过设计要求的流量 （3）价格低廉，使用寿命长）价格低廉，使用寿命长 （4）便于运输、易于安装与施工）便于运输、易于安装与施工 （5）对移动管道还要求轻便，耐撞击，耐磨和）对移动管道还要求轻便，耐撞击，耐磨和 能经受风吹日晒能经受风吹日晒 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 （1）水泥土管：）水泥土管：适于缺少砂石的平原地区适于缺少砂石的平原地区 （2）素混凝土管：）素混凝土管：尽量在现场附近浇制尽量在现场附近浇制 （3）圬工涵管：）圬工涵管：一般承受一般承受50kPa以下内压以下内压 （4）石棉水泥管：）石棉水泥

15、管：承压承压600kPa以下以下 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 （5）塑料管：）塑料管：承压承压4001000kPa （6）钢筋混凝土管：）钢筋混凝土管：承压承压400500kPa （7）铸铁管：）铸铁管：一般可承压一般可承压1MPa （8）钢管：）钢管：可承压可承压1.56.0MPa 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 v按其软硬程度分：按其软硬程度分： （1）软管：）软管：用完可卷起来移动或收藏用完可卷起来移动或收藏 （2）半软管：）半软管：水放空后横断面还基本能保持圆形，也可卷水放空后横断面还基本能保持圆形，也可卷 成盘状，但盘的直径较大成盘状，但盘的直径较大

16、（3）硬管：）硬管：一般每节一般每节69m长长 4.3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 v几种常用的移动管道：几种常用的移动管道： （1）铝合金管铝合金管 （2）镀锌薄壁钢管）镀锌薄壁钢管 （3）塑料管塑料管 （4）胶管）胶管 （5）薄膜塑料管）薄膜塑料管 四四 灌溉管道系统灌溉管道系统 1 灌溉管道系统的组成与分类灌溉管道系统的组成与分类 2 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管

17、道系统的结构设计 4.4 管道附件管道附件 可分可分2大类：大类： 根据灌溉的需要来控制管道系统根据灌溉的需要来控制管道系统 中水流的流量和压力中水流的流量和压力 根据需要将管道连成一定形状的根据需要将管道连成一定形状的 管网，也称为管件管网，也称为管件 4.4 管道附件管道附件 半固定式系统中固定管道和移动管道之间的连接部分，一般半固定式系统中固定管道和移动管道之间的连接部分，一般 包括阀门和快速接头两种。包括阀门和快速接头两种。 用以控制管道的启闭与调节流量的配件。按工作压力大小分：用以控制管道的启闭与调节流量的配件。按工作压力大小分： 低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀；按结构分：闸阀、截

18、止阀、球阀等。低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀；按结构分：闸阀、截止阀、球阀等。 用于排除管道内超过规定的压力用于排除管道内超过规定的压力 又叫止回阀或单向阀，根据阀前阀后压力差而自动启闭。在又叫止回阀或单向阀，根据阀前阀后压力差而自动启闭。在 管道灌溉系统中常在水泵出口处安装逆止阀，以避免突然停机时水倒流。管道灌溉系统中常在水泵出口处安装逆止阀，以避免突然停机时水倒流。 4.4 管道附件管道附件 安装于系统的最高位置和隆起的顶部，在系安装于系统的最高位置和隆起的顶部，在系 统充水时将空气排出，而在管内充满水后自动关闭，以消除统充水时将空气排出，而在管内充满水后自动关闭，以消除 空气的不利影响

19、。空气的不利影响。 用于自动调节流量的设备。用于自动调节流量的设备。 主要用于无压管网，也可用于低压管网起配主要用于无压管网，也可用于低压管网起配 水与联接干管和支管的作用。水与联接干管和支管的作用。 无压管网或低压管网的控制设施之一，管网无压管网或低压管网的控制设施之一，管网 内的水由此流到地面进行灌溉。内的水由此流到地面进行灌溉。 4.4 管道附件管道附件 主要用于上一级管道与下一级管道的连接，单主要用于上一级管道与下一级管道的连接，单 向分支的用三通（丁字管），双向分支的用四通（十字管）。向分支的用三通（丁字管），双向分支的用四通（十字管）。 又称弯管，转弯或改变坡度时用。又称弯管，转弯

20、或改变坡度时用。 又称渐缩管、渐放管、大小头，连接不同管径的直又称渐缩管、渐放管、大小头，连接不同管径的直 管段之用。管段之用。 用于封闭管道末端。用于封闭管道末端。 形如形如S，用于连接两根轴线平行而又错开一点的管道。，用于连接两根轴线平行而又错开一点的管道。 用于连接具有不同形式的管接头的直线管段。用于连接具有不同形式的管接头的直线管段。 4.4 管道附件管道附件 对快速接头的要求：对快速接头的要求： （1）工作可靠）工作可靠 （2）装卸简便迅速）装卸简便迅速 （3）结构简单，加工容易，造价低廉）结构简单，加工容易，造价低廉 （4）有一定的挠性）有一定的挠性 （5）有足够的刚度）有足够的刚

21、度 （6）接头内壁过渡圆滑）接头内壁过渡圆滑 4.4 管道附件管道附件 常用硬管的快速接头：常用硬管的快速接头： （1）杠杆紧扣式）杠杆紧扣式 （2）搭扣式）搭扣式 （3）弹簧锁紧式）弹簧锁紧式 （4）暗销式）暗销式 （5）偏心扣式）偏心扣式 最常用的软管接头是旋扣式接头最常用的软管接头是旋扣式接头 铸铁闸阀 黄铜闸阀 青铜截止阀 青铜止回阀 软管旋塞阀 青铜球阀 黄铜球阀 球墨铸铁蝶阀 铸铁蝶阀 半固定式给水栓半固定式给水栓 移移 动动 式式 给给 水水 栓栓 逆止阀逆止阀 快快 速速 接接 头头 1 管道系统的组成与分类管道系统的组成与分类 2 管道系统的规划布置管道系统的规划布置 3 管

22、道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道系统的流量与压力推算管道系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 4.5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 轮轮灌灌续续灌灌随随机机取取水水 管道系统的工作制度 4.5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 对系统内全部管道同时供水，灌溉面积内所有作对系统内全部管道同时供水，灌溉面积内所有作 物同时灌水。适于面积小、作物单一的灌区，物同时灌水。适于面积小、作物单一的灌区，微灌系微灌系 统统采用较多。采用较多。 优点优点: :每株作物都能得到适时灌水，灌溉

23、供水时每株作物都能得到适时灌水，灌溉供水时 间短，有利于其它田间操作。间短，有利于其它田间操作。 缺点：干管流量大，增加工程的投资和运行费用，缺点：干管流量大，增加工程的投资和运行费用， 设备的利用率低，在水源流量小的地区可能缩小灌溉设备的利用率低，在水源流量小的地区可能缩小灌溉 面积。面积。 4.5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 将支管分成若干组，由干管轮流向各组支管供将支管分成若干组，由干管轮流向各组支管供 水，而支管部分则同时向毛管供水。水，而支管部分则同时向毛管供水。轮灌方式比较轮灌方式比较 适合于灌溉系统面积不大，灌区内用水单位少，各适合于灌溉系统面积不大，灌区内用水单位少，

24、各 用水单位作物种植比较单一的情况。用水单位作物种植比较单一的情况。喷灌系统、低喷灌系统、低 压管道系统压管道系统常采用轮灌方式。常采用轮灌方式。 优点：干管流量小，克服续灌的缺点。优点：干管流量小，克服续灌的缺点。 缺点：易造成轮灌组之间的用水矛盾。缺点：易造成轮灌组之间的用水矛盾。 4.5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 根据灌水需要可以任一开启某一取水口进行取水灌根据灌水需要可以任一开启某一取水口进行取水灌 溉，即溉，即“按需分配按需分配”。 适用于灌溉系统面积较大，区内用水单位多，而且适用于灌溉系统面积较大，区内用水单位多，而且 各种植物种植面积分散，各用水单位在各时期用水要求各

25、各种植物种植面积分散，各用水单位在各时期用水要求各 不相同，带有较大的任意性。不相同，带有较大的任意性。 优缺点：介于续灌、轮灌之间。优缺点：介于续灌、轮灌之间。 1 管道系统的组成与分类管道系统的组成与分类 2 管道系统的规划布置管道系统的规划布置 3 管道的种类及其规格管道的种类及其规格 4 管道附件管道附件 5 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 6 管道系统的流量与压力推算管道系统的流量与压力推算 7 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 4.6 流量与压力推算流量与压力推算 hf：沿程水头损失，：沿程水头损失，m; f：摩擦系数；：摩擦系数； L：管道长度，：管道长度，m；

26、 Q：流量，：流量，m3/h; d：管道内径，：管道内径，mm； m：流量指数；：流量指数； b：管径指数。：管径指数。 m f b Q hfL d 4.6 流量与压力推算流量与压力推算 摩擦系数、流量指数、管径指数表摩擦系数、流量指数、管径指数表 管 材fmb 混 凝 土 管 n= 0.014 n= 0.015 1.516*10 6 1.749*10 6 2 2 5.33 5.33 钢 管6.25*10 5 1.95.1 硬 塑 料 管0.948*10 5 1.774.77 铝 合 金 管0.861*10 5 1.744.74 4.6 流量与压力推算流量与压力推算 h ：实际水头损失，：实际

27、水头损失，m； h：单一出口时的水头损失，：单一出口时的水头损失，m； N：出流孔口数；：出流孔口数； X ：首孔位置系数（：首孔位置系数（首孔至入管处距离首孔至入管处距离/孔口间距孔口间距）。）。 2 111 ()1 126 1 hFh m NX mFN F NX 4.6 流量与压力推算流量与压力推算 hj ：局部水头损失，：局部水头损失，m； ：局部阻力系数；：局部阻力系数； v：管道内水流的流速，：管道内水流的流速，m/ s； g ：重力加速度，：重力加速度，9.81m/ s2。 (0.10 0.15) 2 jjf hhh g 或 4.6 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与

28、压力推算 可以忽略沿程的流量损失。可以忽略沿程的流量损失。 续灌：续灌：等于下一级管道流量之和等于下一级管道流量之和 。 轮灌：轮灌：等于同时工作的下一级管道流量之和的最大值。等于同时工作的下一级管道流量之和的最大值。 4.6 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与压力推算 随机供水：随机供水： x系数；系数； Q0连续供水时的干管流量，连续供水时的干管流量， m3/h； K 与管理工作保证率有关的系数，当管理工作保证率为与管理工作保证率有关的系数，当管理工作保证率为95%时，时， K =1.645； C系统日运行小时数，系统日运行小时数， h ； n系统支管数目；系统支管数目； r

29、系统运行系数；系统运行系数； n1在灌溉季节内在灌溉季节内可能可能同时供水同时供水 的支管数；的支管数； Q支 支支管流量， 支管流量， m3/h。 0 1 0 1 111 1 24 QxQ xK rnn Q n Q r C r 支 4.6 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与压力推算 首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计算首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计算 出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。 为为典型点高程与水源水面的高差，典型点高程与水源水面的高差，m。 0fj HHhh 单环网说明：（示意图见下图） 水泵位于A点 若开启出水口C， 则水流分两条线 路流向C； 一条为ABC 一条为ADEC , )( )2( ) 1 (