喷灌系统规划设计说明书

1、27 摘要21基本资料31.1 地形31.2 气象31.3 土壤41.4 水源41.5 灌溉设计保证率41.6 作物对灌水要求42灌溉系统选型52.1拟定灌溉制度52.2区域分析及规划122.3选择喷头132.4喷头组合形式143管道系统的平面布置173.1管网布置形式173.2管道工程分级173.4 确定支管的轮灌方式174管道设计及水力计算184.1灌溉时间安排184.2管道材料选择184.3管道直径计算184.4水头损失224.5水泵的扬程234.6验证压力是否满足要求235设备用量明细表245.1管材设备245.2喷头245.3接头245.4闸阀255.5其它设备25参考文献26 摘要

2、 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130.93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203.26mm。 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

3、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

4、计。1.1 地形 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，分为构造剥蚀中低山丘陵区和河谷堆积区两大地貌单元。1.2 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8.4ºC，多年月平均最高气温12.5ºC，多年月平均最低气温2.2ºC，多年平均降水量291.5mm，主要集中在69月，占年降水量的76.6%；年蒸发量1914mm，为降水量的6.57倍，以58月为最大，年平均风速2.0m/s，无霜期185d，最大冻土深度约0.6m。设计年有效降雨月份45

5、67旬上中下上中下上中下上中下m3/亩11141217581.3 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，完全适宜蔬菜和其它农作物生长。土壤空隙率为50.5%（以土体计）,地下水埋深1.5m，生育期补给总量40m3/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% 。1.4 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%时多年平均径流量W=3.05×108m3，多年平均流量Q=9.6m3/s。1.5 灌溉设计保证率根据灌溉与排水工程规范（GB5

6、0288-1999）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%。1.6 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28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数251211202410计划湿润层深度（m）0.50.60.7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）0.40.50.6蚕豆生育阶段及模比系数 日期28/36/

7、57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数151010102410计划湿润层深度（m）0.30.40.5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计划湿润层深度（m）0.30.50.62灌溉系统选型2.1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：130.93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

8、润层内的水量平衡公式如下： 式中 时段末土壤计划湿润层内的储水量（） 时段初土壤计划湿润层内的储水量（） 由于计划湿润层增加而增加的水量（） 土壤计划湿润层内保存的有效降雨量（） 时段内的地下水补给量（） 时段内的灌溉水量（） 时段内的作物需水量（）2.1.1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： 式中：作物全生育期内的总需水量（） 作物单位面积产量（） 需水系数（）带入数据: 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： 式中：-某一生育阶段作物需水量； -需水量模系数；的意义同前； 各生育阶段的作物需水量计算结果如下

9、表：日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7模比系数（%）151010102410需水量（mm） 81545454129.6542.1.2生育期地下水补给水量 K生育期地下水补给总量40m3 /亩，40m3 /亩=1.5×40=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=0.333=0.5mm。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

10、地下水补给量累积值（mm）20114.579.582.1.3计划湿润层允许的最小储水量和最大储水量 日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7计划湿润层深度（m）0.30.40.5计划湿润层允许的最小储水量（mm)60.680.8101计划湿润层允许的最小储水量（mm)113.63151.5189.382.1.4计划湿润层增加而增加的水量 式中：-计算时段初计划湿润层深度（mm）； -计算时段末计划湿润层深度（mm）； -（）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0.1m ， 带入数据： 2.1.5设计年有效降

11、雨量月份4567旬上中下上中下上中下上中下各旬有效降雨量（mm）16.5211825.57.512逐旬累积有效降雨量（mm）16.537.555.58188.5100.52.1.6作物播种前的灌水定额 式中：M1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（mm）； max允许最大土壤体积含水率（%）；2.1.7蚕豆的灌溉制度日期28/36/57/528/529/56/67/620/621/69/710/725/7ET（mm） 阶段8154 54 54129.654累积81135189243372.6426.6（mm）阶段008.511.917.719.98 K(mm)2011

12、 4.5 7 9.5 8ET-(+K) (mm）61124176215.6 325 360.52(mm)113.63151.5189.38（mm）60.680.8101P0累积（mm）16.537.555.58188.5100.5根据上表数据，绘出蚕豆灌溉制度，如下图： 2.1.8灌水定额及灌溉定额 作物播种前的灌水定额（M1） 式中：M1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（mm）； max允许最大土壤体积含水率（%）； 0灌溉前计划湿润层土壤体积含水率（%）；带入数据 M1=44.18mm根据计算及图解则可得出播前及生育期灌溉制度如下表。 蚕豆灌溉制度灌水次序灌水日

13、期灌水定额（）灌水定额（）播前灌溉03月20日44.1829.45生育期灌溉16月12日70.747.1326月26日88.3858.92 则生育期的灌溉定额为： =159.08mm 把播前灌水定额加上则得蚕豆的总灌水定额M M=M1+M2=203.26mm 2.2区域分析及规划编号为11的蚕豆种植区面积共计130.93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自然落差形成

14、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。 2.3选择喷头 2.3.1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：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

16、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pd值蔬菜及花卉40005000粮食作物、经济作物及果树30004000牧草、饲料作物、草坪及绿化林木 20003000注： 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风速低于3.40.80.9风速3.45.40.7-0.8灌区风速为2m/s,则取为0.8。2.3.2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，相对较大，运行方式为多支，多喷头轮灌喷洒，因此选单喷

17、头喷灌强度较小喷头。选择如下参数喷头：型号接头形式及尺寸工作压力喷头流量喷头直径射程3003.94820.02.4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。2.4.1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

18、射程加大，上坡方向，喷头射程变小。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。2.4.2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喷头间距有效面积全圆正方形2.0扇形矩形 根据变系数法在满足喷洒均匀

19、系数大于的条件下，喷头间距和支管间距按参考文献中的公式计算： 式中：喷头的设计射程，。 系数，根据设计资料可确定此地为多风地区，可采用。 喷头的射程（或称最大射程），。全圆喷头正方形组合： 2.4.3雾化程度按式：计算式中：为喷头工作压力,为喷嘴直径8mm；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，式中选（30m）的喷头。 值控制在30004000，所以所选喷头满足雾化指标要求。2.4.4喷灌强度 对于单喷头全圆喷洒时，喷灌强度按下式计算。喷灌强度小于10mm/h，满足已知： ，式中： 喷头的喷水量（） ； 喷灌水的有效利用系数，；在全圆转动时一个喷头的湿润面积（）；喷灌系统

20、的平均喷灌强度（）；3管道系统的平面布置3.1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。3.2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。3.4 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

21、算4.1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（）灌水定额（）播前灌溉03月20日44.1829.45生育期灌溉16月12日70.747.1326月26日88.3858.924.2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。 4.3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

22、道的直径。4.3.1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10以内。此原则也等同于：控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差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，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

23、，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，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，可考虑的作用，取=0.1m，而流量最大的支管为支管7其流量，喷头流量为；多口出流管道沿程水头损失用下式计算： 管材种类 f m bQ(),D(m)Q（），D（m）钢筋混凝土管糙率n=0.0

24、130.001740 糙率n=0.0140.0020105.33糙率n=0.0150.0023205.33旧钢管、旧铁铸管0.0017905.1硬塑料管0.0009151.774.77铝质管及铝合金管0.0008001.74 4.74其中，硬塑料管：，；支管7的总长度为：，由空口数和；查下表得：多口系数，将代入上式得：出流口数目N多口系数F出流口数目N多口系数Fx=1x=0.5x=1x=0.520.6480.530160.3930.37330.5440.453170.3900.37240.4950.423180.3890.37250.4670.408190.3880.37160.4480.39

25、8200.3870.37170.4350.392220.3840.37080.4250.387240.3820.36990.4180.384260.3800.368100.4130.382280.3790.368110.4070.379300.3780.367120.4040.378350.3750.366130.4000.376400.3740.366140.3970.375500.3710.365150.3950.3741000.3660.363>1000.3610.361 则将数据代入得：查硬聚氯乙烯管规格及尺寸公差表选用外径90mm，壁厚3.0mm的管材4.3.2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： 当时， 当 由前面的计算知干管要通过的最大流量，则=mm，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6.0mm的管材。4.4水头损失 4.4.1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：,=4.4.2支管沿程水头损失计算最长支管沿程水头损失（支管7） 则，局部水头损失：4.4.3竖管