农田水利学(喷灌系统)规划设计

1、学校： 云南农业大学 学院：水利水电与建筑学院 指导老师： 教学班号：一班专业： 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

2、 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3m。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6mm7 d,灌水周期可取57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:132m行数x株数22X30果园平面

3、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0.6m3、 作物：苹果树园林 ，正值盛果期4、水源：机井，果园南部井水，最大供水量为60m3/h, 水位距地2

4、0m。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 3mb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

5、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。

6、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30004000,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h p/ 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

7、3000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：风速低于3. 4米/秒，n= 0. 80. 9;风速为 3. 45. 4米/秒，n=0. 70 . 8。注：湿润地区取大值，干旱地区取小值。对本灌区取 n =0.82.2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kP

8、a喷头流m3/h量'喷头直径mm射程m喷灌强度(mm/h)PY120IIG13002.96820.03.132.3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b0.3-1.6R1.3R1.6-3.4(1-0.8)R(1.3-1.1)R3.4-5.4(0.8-0.6)R(1.1-1)R注：R为喷头射程； 在每一档风速中可按内插法取值； 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； 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=

9、20m当 vi=1.6m/s 时,ai=1.0R=1.0 x 20=20m当 V2=3.4m/s 时,a 2=0.8R=0.8 x 20=16m所以-1-（.- _ .Vi3.41.6所以 a=b=18mA 有效=ab=18 x 18=324m 22.4校核1）雾化程度P _込按式：d d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，P"叫 10=3750对于果树，pd值控制在30004000,所以所选喷头满足雾化 指标要求。2）喷灌强度豆八 W 皿 J000 296 °.8

10、0=7.3mm/h一二有效324已知:喷灌强度小于 15mm/h,满足。32q= 2.96m /hA有效=a =<b = 18m=< 18m = 324m式中:j多支管多喷头的同时喷洒q喷头的喷水量喷灌水的有效利用系数；=0.80;A在全圆转动时一个喷头的湿润面积;全 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设圖肚随也|-0 .1 X 900X 1.42 x( 30% -18 %)=15.34mm2、计算灌水周期巾设15.34 o -zj 才 、口 十T设=取T设3天e 63、计算一次灌水所需时间4、计算同时工作的喷头数又设计

11、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冲喷头9L67 二3个abT 设 C18汇183 02.5流量校核：Qp 二儿討二 13 X 2.96= 38,48m3/h < 60n?/h水源满足供给5、轮灌组数为：门1=丁设 *c/t=3 X 12.5/2.5=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 12.5 h ；6、同时工作的支管数为'支为同时工作的支管n为一根支管喷头数,n

12、=4该灌区的管网配置如下图某杲敢灌篥貌皆岡市鬟禺1:的工作制度如下表: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1264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1253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1

13、2第三第二组3-4,3-5,3-6支管943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、扬程的确定对于支管hFhf + A z < 0.2h p，又3.1选择支管管径考虑多口流，多口流系数选取如下表:Nm=1.77X=1X=0.520.6480.53030.5440.45340.4950.42350.4670.40860.4480.398f , m, b数值表管材mfb混凝土管钢筋混凝土管n =0.0132.001.312心065.33n =0.0142.001.516"065

14、.33n =0.0152.001.749I065.33钢管、铁铸管1.906.250 "0F=0.423,m=1.77 , f=0.948 X 10，, b=4.775.1硬塑料管1.7750.948X04.77铝质管及铝合金管1.740.861 "054.74由上表及管道具体情况得则:0.423 x 0.948 X 105 x 63 x 11.84 1.77 /d 4.77 < 0.2 x 30 d> 55mm式中：d 管道内径（mm）;Q 喷灌系数设计流量（m3h） z=0喷灌手册选取 D=63mn,内径d=58mm的硬塑料管干管管径选择（由喷灌工程学查得经

15、验公式）Q v 120m3/ h 时，d =137 ；Q > 120m3/h 时，d =门.5厲。Q=n x q 喷头=13 x 2.96=38.48m 3/h所以干管管径d =13. Q支=13 38.48 = 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 s°=2.375 x 10-53.2计算水头损失：1、干管的沿程水头损失为:hf=s0QmL JU=300mHf= 2.375 X IO-5 X38.48177X 300= 3,75m2、计算典型支管沿程水头损失:hf=Ff LQ支 =0.948 105

16、 0.432 63 = 0.79mdb58计算干管局部水头损失：Qx Ifl 40X4X1O6二上=灵椰炖=.28m/s 十 人工 114X1032X3600f片干=(1.7 +1.2+0.2 + 1.2 X4)X1.282X9,ai2一 =0.66m4、计算支管水头损失：Q支1184X4X106&314X5X00 = Mm/s2X9.81hj 支二(01X4 + 01) X = 0.04m5,计算竖管水头损失:竖管选用DN32钢管,内径为28mm，竖管计算长度为3.0m则一根竖管水头损失为:hsgQmd bs6.251053.02-96lo.61m285.16,计算喷头水头损失h萨

17、10%hw又匕普=：打T 匚 二 士.;=3.75+0 J9+0血+0.M+0.61=5.85m所以-= * :二二 扬程的确定已知喷头工作压力为hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取管道埋深为0.7m。水泵的设计扬程H=h1+hp+hw+hg + AZ= 20 +30 +5.8$+0.59=56.44m式中：I为水位距地的距离；为喷头的压力；'为地势的高差；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m300硬质塑料管PVC外径110m m 内 径 103mm2支管m2424硬质塑料管PVC外径63

18、mm 内径58mm3竖管m480DN32钢管内径28mm表2 喷头型号接头式 及尺寸工作压力kPa喷头流量 m3/h喷头直径mm射程m喷灌强度（mm/h）PY120IIG13002.96820.03.13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今卩弯管接头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闸 阀弹性座封闸 阀52工作温度-29425 C