喷灌系统规划设计说明书

1、摘要1 基本资料 . 3地形 3气象 3土壤 4水源 4灌溉设计保证率 4作物对灌水要求 42 灌溉系统选型 . 5拟定灌溉制度 5区域分析及规划 12选择喷头 12喷头组合形式 143 管道系统的平面布置 . 17管网布置形式 17管道工程分级 17确定支管的轮灌方式 174 管道设计及水力计算 . 18灌溉时间安排 18管道材料选择 18管道直径计算 18水头损失 22水泵的扬程 23验证压力是否满足要求 235 设备用量明细表 . 24管材设备 24喷头 25接头 25闸阀 25其它设备 26参考文献 26摘要工程区地处黄青藏高原，海拔高程 28582940m按地表形态及成因类型特征，分

2、为 构造剥蚀中低山丘陵区和河谷堆积区两大地貌单元。 目区属高原大陆性气候，气温垂直 变化明显，太阳辐射强，日照时间长，光热资源丰富，降水量较少，且季节分配不均。根据已有基本资料进行灌溉系统规划设计， 本区灌溉作物为蚕豆， 灌溉面积亩。 利用水 量平衡法拟定作物的灌溉制度，求得本区蚕豆灌溉定额为。从地形图可以看出该片区域总体趋势为北高南低 , 东西比较平坦，田块大致为长方 形，河流自西向东流过，天然径流满足灌区用水需求，适合采用抽水取水的方式。该地 区面积相对较大， 种植作物为高产性优质作物，灌水频繁，为了操作使用方便和易于管 理，采用固定式喷灌系统，选择全圆喷洒，组合形式为正方形，以保证灌区的

3、喷灌质 量。灌区干管应沿主坡方向、大致垂直等高线布置，支管则平行等高线布置，部分与等 高线斜交。管网布置形式，采用圭字形布置。根据灌区管道进行分级，管道分成干管和 支管两级，在支管上安装喷头。灌区有一支干管工作，轮灌时延分支管依次灌水。将整个地块分成3 个轮灌区，编号 I 、II 、III ，支管编号从 1 到 18，其中轮灌区 I 支管编号从 1 到 6，轮灌区 II 支管 编号从 7 到 12，轮灌区 III 支管编号从 13 到 18，灌溉时位于同一轮灌区的支管同时进 行喷灌。1基本资料青藏高原某地，属半干旱大陆性高原气候。任务是灌溉系统的规划设计地形工程区地处黄青藏高原，海拔高程285

4、82940m按地表形态及成因类型特征，分为构造剥蚀中低山丘陵区和河谷堆积区两大地貌单元。气象目区属高原大陆性气候，气温垂直变化明显，太阳辐射强，日照时间长，光热资源丰富，降水量较少，且季节分配不均。项目区内年均气温o C,多年月平均最高气温 o C,多年月平均最低气温o C,多年平均降水量，主要集中在 69月，占年降水量的 %年蒸发量 1914mm为降水量的倍，以 58月为最大，年平均风速 s，无霜期185d，最大冻土深度约。设计年有效降雨月份4567旬上中下上中下上中下上中下m/亩1114121758土壤土壤属轻粘壤土，土壤肥力高，耕性适宜，适种性广，保水、保肥性能好，土壤水、 肥、气协调，

5、完全适宜蔬菜和其它农作物生长。土壤空隙率为 （以土体计），地下水埋 深，生育期补给总量 40mV亩。土壤最大适宜含水率为 75%（以占土壤空隙率计），土壤 最小适宜含水率为40%（以占土壤空隙率计），土壤播前含水率为 50%。水源灌溉水源有保证。农田一侧天然河流经过，在保证率P=75%寸多年平均径流量 W=X 108mi，多年平均流量 Q=so灌溉设计保证率根据灌溉与排水工程规范（GB50288-1999）规定，干旱、半干旱地区灌溉设计保证率采用5075%结合该地区实际情况，灌溉设计保证率采用P=75%作物对灌水要求该地区适宜种植的作物为小麦、油菜、蚕豆、马铃薯。小麦生育阶段及模比系数日期28

6、/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数251211202410计划湿润层深度(m)油菜生育阶段及模比系数日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数201010152410计划湿润层深度(m蚕豆生育阶段及模比系数日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数151010102410计划湿润层深度(m马铃薯生育阶段及模比系数日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数1581015245

7、计划湿润层深度(m2灌溉系统选型拟定灌溉制度根据灌溉面积和种植的作物等资料，利用水量平衡法拟定作物的灌溉制度：种植的作物：蚕豆灌溉面积：亩根据灌溉与排水工程规范(GB50288-1999)规范，使用水量平衡图解法确定旱作物的灌溉制度。旱作物生育期任一时段内，土壤计划湿润层H内的水量平衡公式如下:Wt W0 WT P0 K M ET式中 W 时段末土壤计划湿润层内的储水量（mm或m3/hm2）W0 时段初土壤计划湿润层内的储水量（mm或m3 / hm2）WT 由于计划湿润层增加而增加的水量（mm或(m3 /(hm2 d)P0 土壤计划湿润层内保存的有效降雨量（mm或m3 /hm2）K 时段t内的

8、地下水补给量（mm或m/hm2）M时段t内的灌溉水量（mm或m/hm2）ET时段t内的作物需水量（mm或m3 / hm2）生育期需水量根据微灌工程技术规范 GB/T 50485-2009 ，按产量法计算 :作物总需水量：ET KY式中：ET 作物全生育期内的总需水量（ mm或m3/hm2）Y 作物单位面积产量（ kg/hm2 ）K 需水系数（ m3 /kg ）带入数据 :ET KY 0.6 600 1.5 540（mm）按照需水模系数法进行分配得到作物各生育阶段的需水量，计算公式为：ETi KiET式中： ETi 某一生育阶段作物需水量；Ki -需水量模系数；ET的意义同前;各生育阶段的作物需

9、水量计算结果如下表：日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数（%151010102410需水量（mm8154545454生育期地下水补给水量KI ,33生育期地下水补给总量 40m /亩，40m /亩=x 40=60mm近似认为生育期地下水补给是在全生育期内均匀补给；蚕豆的整个生育期是120天，则平均每天地下水补给量为40/120= m3/亩=。因而，全生育期内蚕豆地下水补给的累积值如下表：日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7累计天数40229141916地下水补给量累积值（mr）2

10、01178计划湿润层允许的最小储水量州山和最大储水量WmaxWmin H 50.5% 40% 1000Wmax H 50.5% 75% 100028/37/5229/57/6221/610/72日期6/58/56/60/69/75/7计划湿润层深度（m）计划湿润层允许的最小储水量Wmin （ mm）101计划湿润层允许的最小储水量Wmax（ mm）计划湿润层增加而增加的水量Wt （H2 Hi）式中：H,-计算时段初计划湿润层深度（mm；H 2 -计算时段末计划湿润层深度（mm ；-（H2 H,）深度内土层中的平均体积含水率（% ；因为各生育阶段计划湿润层增加的厚度均为，带入数据：WT （H2

11、HJ 0.1 （50.5% 75%50.5% 40%） 100058.08（mm）设计年有效降雨量M份4567旬上中下上中下上中卜上中下各旬有效降雨量 P0（mm211812逐旬累积有效降雨量（mn）81作物播种前的灌水定额M i H （ max -0）式中：M作物播种前的灌水定额（mr）；H作物播种前计划湿润层的厚度（mr）；0 max允许最大土壤体积含水率（% ；蚕豆的灌溉制度日期28/36/5刀 528/529/56/67/620/621/69/710/725/7ET ( mm阶段8154545454累积81135189243Wr (mr)i阶段00K(mm)201178ET-( WT

12、+K) (mm)61124176325Wmax(mm)Wmin( mm101Po 累积（mrj）81道f 慨棗攀咚卅昙WQ4根据上表数据，绘出蚕豆灌溉制度，如下图:1 作物需水覺ET累积曲线 2渗入土據内的（有效際雨量累积曲线 3.Wt累祺曲线 4*K值異积曲钱 5.计划沒润居储水量Wt曲线 6计划湿润土展尤许最小储水量Wmin曲线7 计划湿润土层允许瑜犬储水量WmcH曲线灌水定额及灌溉定额作物播种前的灌水定额（M）M i H （ max -0）式中：M作物播种前的灌水定额（mm）;H作物播种前计划湿润层的厚度（mr）；0 max允许最大土壤体积含水率（% ；e 0灌溉前计划湿润层土壤体积含水

13、率（% ； 带入数据M1 =根据计算及图解则可得出播前及生育期灌溉制度如下表蚕豆灌溉制度则生育期的灌溉定额为:mm2 m3灌水次序灌水日期灌水定额（mm）灌水定额（m3/亩）播前灌溉M103月20日生育期灌溉M 2mi16月12日26月26日把播前灌水定额加上则得蚕豆的总灌水定额MM=M1+M=区域分析及规划编号为11的蚕豆种植区面积共计亩从地形图可以看出该片区域总体趋势为北高南低,东西比较平坦，田块大致为长方形，河流自西向东流过，天然径流满足灌区用水需求，适合采用抽水取水的方式。该灌溉地块拟使用喷灌的灌水方式，喷灌具有省水，增产，保土保肥，适应性强，便于机械化灌水等特点。喷灌是把由水泵加压或

14、自然落差形成的有压水通过压力管道送 到田间，再经喷头喷射到空中，形成细小水滴，均匀地洒落在农田，达到灌溉的目的一 种灌溉方式。喷灌几乎适用于除水稻外的所有大田作物，以及蔬菜、果树等。喷灌的主 要技术参数有：喷灌强度，喷灌均匀度及水滴打击强度几项指标，也是衡量喷灌质量的 主要指标和设计喷灌系统的重要依据。该地区面积相对较大，种植作物为高产性优质作物，灌水频繁，为了操作使用方便 和易于管理，采用固定式喷灌系统。选择喷头喷头选择原则喷头是喷灌系统中的关键设备，喷头的作用是将有压的灌溉水流以喷洒形式均匀地散在田间对农作物进行灌溉，因此喷头的结构形式制造质量以及使用是否得当，都是影响喷灌效果的重要因素。

15、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：土壤类别允许咦灌强度（mm h）砂二20砂壤土15壤土12壤粘土10牯土8注：有良好覆盖时，表中数值可提高20 %。对本灌区取 p=10mm/h。2 ）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75 %3 ）经济作物雾化指标取值范围在30004000，在选择喷头时作为依据选择

16、满足作物要求雾化指标的喷头雾化指标如下表：种类h p/ d 值疏菜及花卉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20003000注： h p为喷头工作压力水头;d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:风速喷洒水的利用系数n风速低于m$s风速一m s灌区风速为2m/s,则取为喷头选择根据作物对雾化指标的要求，由喷灌工程设计手册选取金属摇臂式喷头。由于本灌区多年平均风速为2.0m/s，相对较大，运行方式为多支，多喷头轮灌喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。选择如下参数喷头：型

17、号接头形式及尺寸工作压力kPa喷头流里m3：h喷头直径mm射程mPY120G13008喷头组合形式喷头的组合形式包括支管布置方向，喷头组合方式及喷头沿支管的间距，支管和支 管间距。支管布置方向支管布置的方向，除考虑灌区地形因素及作物种植方向外，还考虑灌区风向和地形的坡度方向。喷头工作时受风的影响：无风条件下，喷头喷嘴为圆形面积。有风时，顺 风向一侧，喷头射程增加，逆风向一侧，喷头射程减小，而平行风向的两侧，射程也相 应的变小。所以，在一般情况下，支管布置在垂直主风向的位置，干管则布置在平行主 风向的位置。地面坡度也会影响支管的布置方向，地面有坡度时，下坡方向，喷头射程 加大，上坡方向，喷头射程

18、变小。一般情况，支管平行等高线布置，干管垂直等高线布置，即干管与主坡向大致垂直布置。为了将支管的布置尽量与作物方向一致，减少竖管对机耕的影响，所以，支管方向为东西方向。确定组合及间距（1）该灌区面积较大，已采用固定式喷灌系统，因此选择全圆喷洒，组合形式为正方形，以保证灌区的喷灌质量。在该管道式喷灌系统中，除了在田边路旁及房屋附近采用扇形喷洒外，其余均采用全圆喷洒。喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积见下表：喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积喷洒方式组合方式支管间距a喷头间距丨有效面积全圆正方形1.42R设1.42R设R设扇形矩形1.73R 设R设1.73R设根据变系数法在

19、满足喷洒均匀系数大于75%的条件下，喷头间距和支管间距按参考文献中的公式计算：R设 KR 0.7 20 14m式中：R设一喷头的设计射程，m。K 系数，根据设计资料可确定此地为多风地区，可采用0.7。R 喷头的射程（或称最大射程），m。全圆喷头正方形组合：I 1.42R设 1.42 14 19.88ma 1.42R 设 1.42 14 19.88m2 2 2A有效2.0 R设2.0 14392 m峯行蠡41头同时痕猶的示晝RB,d为喷嘴直径 8mm Pd值越大，说明其雾化程雾化程度Pd 1000hp按式：d 计算式中：hp为喷头工作压力度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中hp 选 30

20、Okpa（ 30m）的喷头。mnnh1000 3083750巳值控制在30004000，所以所选喷头满足雾化指标要求喷灌强度对于单喷头全圆喷洒时，喷灌强度按下式计算。1000q1000 3.94 0.8”全8.04mm/h有效392喷灌强度小于 10mm/h，满足3已知：q 394m /h，a有效 392m2，式中： q 喷头的喷水量（m3/s）；喷灌水的有效利用系数,0.8 ；A 在全圆转动时一个喷头的湿润面积（m2 ）；全一喷灌系统的平均喷灌强度（ mm h）；3管道系统的平面布置管网布置形式从地形图可以看出该灌区总体趋势为北高南低，东西比较平坦，干管应沿主坡方向、大致垂直等高线布置，支管

21、则平行等高线布置，部分与等高线斜交。管网布置形式： “圭”字形布置。管道工程分级根据灌区管道进行分级。管道分成干管和支管两级，在支管上安装喷头。确定支管的轮灌方式灌区有一支干管工作，轮灌时延分支管依次灌水。将整个地块分成3个轮灌区，编号I、II、III ,支管编号从1到18,其中轮灌区I支管编号从1到6,轮灌区II支管编 号从7到12,轮灌区III支管编号从13到18,灌溉时位于同一轮灌区的支管同时进行 喷灌。4管道设计及水力计算灌溉时间安排全生育期内共灌水2次，尽量在紧靠灌水日期左右完成， 在作物需水关键期可提前 灌水。灌水次序灌水日期灌水定额（mm）灌水定额（m3/亩）播前灌溉M,03月2

22、0日生育期灌溉m2mi16月12日26月26日管道材料选择管材的选择应当根据当地的具体情况，如地质、地形、气候、运输、供应以及使用环境和工作压力等条件，结合各种管材的特性以及使用条件进行选择。根据本设计资料,干管和支管采用采用硬聚氯乙烯管（硬塑料管），竖管选用DN32钢管。管道直径计算通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的最大流量，作为本级管道的设计流 量，根据设计流量来确定管道的直径。支管直径的确定支管设计主要的设计任务是限制喷头间的流量偏差，获得满意的均匀度和灌水效10%以内。此原则也率。一般原则为：控制同一支管上任意两个喷头的喷水量之差在等同于：控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差

23、不超过喷头设计工作压力水头的20%为了安装维护方便，支管采用一种口径。为了安装维护方便，支管采用一种口径。按规范规定支管上任意两个喷头之间的水头差应不超过喷头压力水头的 20%即山 z 0.2hp，由于所选用的硬聚氯乙烯管在 竖管支座处的局部水头损失不大，且于其后均有一部分流速水头转化为压力水头，所以式中的hw可用沿程水头损失带入计算。另外，从各条支管位置所处地形来看，因基本上沿等高线布置，同一支管上地形高差不大， 最大水头差是在支管上首末位置两喷头之 间。为了达到设计的喷灌强度和均匀度的要求，采用靠近干管的一侧的支管尾部都布置一个扇形喷洒的喷头，支管的另一端为实现不漏喷，也设置一个扇形喷头，

24、则轮灌分区1共有喷头74个，轮灌分区2共有喷头70,轮灌分区3共有喷头57,由于支管十分接 近沿平行于等高线布置， 支管皆为下坡支管，竖管采用相同规格，首末端喷头高差相差 很小，经计算比较发现支管的首末高差为正值，可考虑z的作用，取 z=，而流量最大的支管为支管7 其流量 12 3.94 47.28 m3/s，喷头流量为 3.94m3/h ；多口出流管道沿程水头损失用下式计算：hwFh f0.948 105FLQ1 .774.77管材种类fmbQ(m：) , D(m)Q （ m：山），D（m钢筋混凝土管糙率n=1.312 1062.005.33糙率n=1.516 1062.00糙率n=1.74

25、9 1062.00旧钢管、旧铁铸管56.250 101.90硬塑料管50.948 10铝质管及铝合金管0.861 10其中，硬塑料管：5f 0.948 10 , m 1.77, b 4.77;支管7的总长度为：L 272.67m，由空口数N 12和x 1 ；查下表得：多口系数 F 0.404，将L,F,Q代入上式得：出流口多口系数F出流口多口系数F数目Nx=1x=数目Nx=1x=2163174185196207228249261028113012351340145015100100hw50.948 10则将数据代入hwz 0.2hp得:FLQ1770.948 1(d 85.36mm查硬聚氯乙烯

26、管规格及尺寸公差表3 加爭孰乙烯首的性孑蓉数余孚号外径 (HP*：计算内径%(flUbw3 j if)%妙样 fri+)1231 57380x10*3TJ5itr*2n1 siSTexio41.003 IO-23Ad203.S75X1O-34502j0轻J .liCxLC3532J5S7.M1X1013.675 * ICT16752.570丄9,3e心1.459 ltT*790J.Q$4:6?ai -trsS1103J1034S.791375 xr591254ir25.4*1 洌“qT10140aU17541x101:1605j&上07JSS3.952 xir 412ISO5 J1694.41

27、0vis-io-513200fl.O1S53选用外径90mm壁厚的管材干管管径的选择对于规模不大的喷灌工程，可用如下经验公式估算干管管径：当 Q 120m3/s时，D 13Q当 Q 120m3/sD 115 Q由前面的计算知干管要通过的最大流量Qmax 74 3.94 291.56m3/s，贝yD 11.5 . Q =11.5.291.56196.36mm查表三硬聚氯乙烯管材规格及尺寸公差表选用外径200mm壁厚的管材。水头损失干管沿程水头损失计算取编号为II的地块的灌溉流量，采用经验公式:5So1.346 10f _0.948 107b =4.77d 188hfS0QmL =1.346 10

28、 6 (73 3.94)1.77 370 9.65m支管沿程水头损失计算最长支管沿程水头损失（支管 7）hw Fhf彳罟 d0.948 105 FLQ1.77.4.77 d0.9481 77105 0.404 27267 4728 .4.50m4.77909.654.50 14.15m局部水头损失：hj 14.15 0.11.415m则，hf总hf 干hf支竖管水头损失hsfsLsQm6.25 105 2 3.9419285.10.70m（竖管一般采用镀锌钢管，选 DN32,管径28mn1钢管，计算长度为2m ）总水头损失hw hf总 hj hs 14.15 1.4150.7016.265m水泵的扬程Hhw hp 2918.