小管出流灌溉工程设计

1、天津农学院农田节水灌溉课程设计 学生姓名 渠树成 系 别 水利工程系 专业班级 2013 级水文与水资源专业 指导教师 王 仰 仁 2013 年12月目录（一） 设计任务1（二）设计基本情况1（三）气象资料1（四）设计依据2（五）灌溉制度的确定2 （1）灌溉系统设计参数2 （2）灌水器的选择3 （3）灌溉系统的管网布置3 （4）水量平衡计算4 设计灌溉用水量4 设计蓄水容积及数量的确定4 （5）灌溉制度的设计5 灌水定额5 灌水周期6 灌水系统设计流量6 一次水延续时间6 轮灌组划分6 毛管最大铺设长度7 （6）灌溉系统水力计算8 灌溉设计流量8 管道系统水力计算和管径的计算9 管道节点压力的

2、计算11 （7）首部枢纽设计13 （8）低压管道输水灌溉系统的工程量13 （9）运行费用14 （10）高效节水项目区作物需水量1611工程设计图17小管出流灌溉工程设计（一）设计任务为了更好的理解农田节水灌溉技术原理，掌握基本方法，了解的灌溉技术基本依据和节水灌溉的课程要求，灵活运用课程中所学习的方法，本设计以山地果树管灌工程设计为例，以课程设计的形式给出了管灌工程设计的基本资料，进行完整的管灌系统设计工作。（二）、基本情况： 1、地块：矩形地块、长为3640m，宽为1649m，山地、坡度为1:4，其中沿着宽度方向有一个400m高差。 2、水源：地块右下角有个泵站，从水库中取水，取水过程中，水

3、库水位最大变化不超过10m。 3、土壤质地：中壤土、田 =22%，r干 =1.4t/m3 。 4、种植作物：芒果，植株间距3.3m，行间距3.36m。调查知，芒果全年需要灌水6次左右。（三）气象资料 根据气象站实测资料分析，多年平均年降雨量783.1mm，全年降雨量的60%集中于7月9月，并收集到历年降雨量资料。 表1-1 芒果的作物系数作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果0.20.20.590.70.80.870.870.870.840.660.590.2 表1-2 芒果的逐月蒸发蒸腾量 单位：mm作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果19.

4、426.9123.0 152.8 194.5 154.7 115.2 98.8 91.0 62.6 43.3 14.8逐月降水量和计算出来的芒果的逐月蒸发蒸腾量，可以计算逐月的灌溉需水量，见表1-3。 表1-3 芒果灌溉需水量 单位：mm作物1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月芒果15.724.1118.0 139.4 143.7 10.3 -80.3 -76.6 -44.4 13.2 29.0 11.6（四)、列出设计依据: 农田水利学、小管出流灌溉技术、节水灌溉新技术； 农田小管出流灌溉工程技术规范(GB/T20203-2006)； 灌溉用塑料管材和管件基本参数及技术条件

5、（GB/T23241-2009） 节水灌溉工程技术规范GB/T50363-2006；水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）；灌溉与排水工程技术管理规程（SL/T246-1999）水利工程基础信息代码编制规定（SL213-98）水利水电工程初步设计报告编制规程（DL5021-93）农田灌溉水质标准（GB5084-92） 水利工程水力计算规范（SL104-95）（五)、灌溉制度的确定（1）灌溉系统设计参数根据设计规范及参照四川省攀枝花市仁和区混撒拉村的实际情况选用如下设计参数： 日耗水强度：e=3mm/d; 土壤设计湿润比：P=40%； 灌水有效利用系数：=0.90。 （2）灌水器

6、的选择根据土壤类型和种植作物种类，拟选用小管灌水器。该灌水器由4PE管和40L/h稳流器两部分组成，稳流器插入毛管后，水流过稳流器4PE流到果树树冠2/3处的沟环内。稳流器额定工作压力为0.05MPa0.4MPa，设计工作水头Hd=10m，出水流量qd=40L/h。 （3）灌溉系统的管网布置a.毛管与灌水器的布置：每一列树布置一条毛管，每棵树安装一个灌水器，小管出口位于果树的环沟，环沟一般位于果树树冠的2/3直径处，安装方式用专用打孔器在毛管打孔4，将稳流器直接插入毛管中，稳流器出水口接4PE小管。b.管道分为干管、支管和毛管三级，主干管平行于矩形地块的短边，分干管垂直主干管，主支管垂直分干管

7、，分支管又垂直于主支管。毛管长度80m，毛管间距3.36m。c.管材的选择：灌水器间距3.3m。干管采用PE80级乙烯管，公称压力1.0Mpa，外径125mm，壁厚9.2mm；支管选用PE63级乙烯管，公称压力为1.0MPa，外径90mm，壁厚8.2mm；毛管为管径为32mm，壁厚2.4mm，公称压力0.6Mpa的PE63级乙烯管。d.出水口与软管的布置:出水口通过三通与支管连接，出水口端与塑料软管连接，连接方式为快速接头式。以出水口为中心，塑料软管长度（80m）为半径在全圆范围内灌溉。塑料软管为涂塑软管，其内径65mm，公称压力0.3MPa.e.控制调节和保护装置的布置：在各支管进口均设置闸

8、阀、水表各一个，在总干进口设水表一块，网式过滤器和离心式过滤器各一个。 (4)水量平衡计算 设计灌溉用水量 灌溉用水量是指为满足作物正常生长需要，有水源向灌区提供的水量。它取决于灌溉面积、作物生长情况、土壤、水文地质和气象条件等。 各年灌溉用水量不同，因此需要选择一个典型年作为规划设计的依据。 管灌工程一般采用降雨频率75%90%的水位年作为设计典型年。（设计典型年的选择和计算方法可参考有关工程水文书籍） 设计蓄水容积及数量的确定蓄水池起调节作用，其容积按下式计算， 式中，为蓄水池容积，m3；为入池管道工作时间；为入池流量，m3/h；为出池管道工作时间；为出池管道流量，m3/h，。取24小时，

9、即向蓄水池供水的提水本站或渠道全天24小时工作；考虑灌溉系统每天工作14小时，即取14h，其灌溉用水流量平均取50 m3/h。现有蓄水池的入池流量多数在20 m3/h左右，其容积为200 m3，按上式计算，其容积满足要求；为了减小入池流量，使单个供水水源同时控制更多的蓄水池，新建蓄水池的容积均要求达到500 m3，其入池流量可减小到8m3/h。本专项区共有灌溉系统12个，需要新建蓄水池12个。 单个蓄水池工程总投资2.52万元（500m3），单位水量的投资为0.010527万元/m3。（5）灌溉制度的确定 灌水定额: m=0.1rZP(max-min)/式中：m设计灌水定额，mm； r土壤容重

10、，g/cm3； z计划湿润土层深度，m； p微灌设计土壤湿润比，%； max适宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%）； min适宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%）； 灌溉水利用系数； 田间持水量，%。取r=1.4 g/cm3，z=60cm，p=40%， =0.90，、分别取田间持水量的90%和70%,田间持水量为22%。经计算：m=18.48mm=12.32 m3/h。 灌水周期： T=(m/Ea)式中：m设计灌水定额，mm；e设计耗水强度，mm/d；T设计灌水周期，d。 经计算：T=6.16d，根据实际情况取6d。 一次水延续时间： t=mSeSr/(qd)式中：t一次灌水延续时

11、间，h； m设计灌水定额，mm； Se设计灌水间距，=3.3m； Sr毛管间距，=3.36m； n灌水器个数，n=1； qd灌水器流量，qd=40L/h； 灌溉水利用系数。 经计算：果树一次灌水延续时间为t=3.84h。 轮灌组划分 系统允许的最大轮灌组数为：NcT/t式中：C系统日最大运行时数，h；其他符合意义同前。取C=14，则N=21.87。根据地块果树的种植情况和地块尺寸，整个系统共有10条支管，分10个组轮灌，每组灌1条支管，每天灌三个轮灌组，则4天可灌完全部系统。750亩地块的轮灌顺序见表1-1表1-1 750亩轮灌顺序表工作日期轮灌组编号灌水支管灌水时间第一天1主支53.84h2

12、主支103.84h3主支43.84h第二天4主支93.84h5主支33.84h6主支83.84h第三天7主支23.84h8主支73.84h9主支13.84h第四天10主支63.84h毛管最大铺设长度计算a. 允许水头差Hs的确定设计灌水器均匀度Cu=95%，设计流量偏差率qv=0.2，灌水器的流态指数x=0.5，设计水头hd=10m，则毛管允许水头差为：hmax=hd (1+0.65qv)1/x=10(1+0.650.2)1/0.5=12.77(m)hmin= hd (1-0.35qv)1/x=10(1-0.350.2)1/0.5=8.65(m)Hs=Hmax-Hmin=12.77-8.65=

13、4.12(m)则：h毛=0.55Hs=2.26mh支=0.45Hs=1.84mb. 毛管允许出水口数目和最大长度的计算Nm=INT()0.364式中：Nm毛管允许出水口数目，个； D毛管直径，mm； S灌水器间距（m），S=3.3m； K水头损失扩大系数，K=1.1； qd毛管上灌水器的设计流量，L/h。经计算：Nm=12，即毛管最大允许长度：Lm=12×3.3=40m。根据地块尺寸，实际取Lm=40m，以满足灌水均匀性要求。（6） 灌溉系统水力计算 灌溉设计流量 a.一条毛管上的流量：式中：Q毛毛管的设计流量 Nd毛管上滴头的个数 qd滴头设计流量以毛管上最多（100/3.3）12

14、个喷头计算，毛管进口流量为12*200(L/h)=2.4m3/h b.干、支管流量 一条分支管上的流量：式中：N毛支管上毛管的条数 一条主支管上的总流量： 一条干管上的总流量：式中：N支干管上同时工作的支管数目 每条支管控制一个灌水单元区，每条支管布置（50/3.36）15条毛管，因此支管上最大流量为：15*6=90m3/h，逐条支管灌溉因此干管流量与支管相同。 灌溉系统水力计算和管径的确定 a.管道水头损失的计算选取该地块右上角处最右端分支管上末端的毛管的末端为最不利点，进行水头损失的计算。毛管和支管均为塑料管，且均为多孔管出流，考虑到毛管局部水头损失较支管大，确定支管和毛管水头损失计算公式

15、如下，其中毛管水头损失，支管水头损失，干管水头损失，式中：F多孔出流系数；h毛、h支、h干分别为毛管、支管和干管的水头损失，m；Q流量,L/h；L管道长度,m；d管道内径,mm。其中，多孔出流系数F用下式计算式中：N出口数目；m流量指数，取1.77； X进口端口至第一个出水口的距离与孔口间距之比，一般取 X=0.5。 b.管道水力计算 D=1.13式中：D管道内径，mm Q设计流量，m3/s V管内流速，m/s c.各管道流量的推求过程则750亩地块水头损失计算如下表2-1所示：表2-1 750亩水头损失计算表主干管分干管主支管分支管毛管N156324m1.771.771.771.771.77

16、X0.50.50.50.50.5F10.3800.3970.4510.368Q(m3/h)70.5670.5635.285.880.98D(mm)106.6106.673.673.627.2L(m)10002509208.580水头损失（m）41.473.38926.9950.0160.046总水头损失(m)72.34管道节点压力的计算要求每个支管管道节点压力计算主要指支管首端和末端、每条支管上第一条毛管（支管首端处）尾端压力和最后一条毛管（支管末端）尾端压力。要求节点压力小于支管的允许压力1.0MPa，要求支管上每个出水口处的节点压力大于0.02MPa，小于0.3MPa。管灌系统（300亩）

17、管道水力计算（见附表一）。管道水力计算与管道布置同时进行，在计算过程中，若压力不符合要求，应首先调整管道的布置，若仍然无法满足压力要求，可设置减压阀（型号为Y42X，既能减动压，又能减静压），或增设水泵加压，直至满足水泵要求为止。故管道水力计算与管道布置同时完成，管道布置结果见附图（管道布置平面图）。由干管首端开始，逐条支管推算其首末端压力，推算每条支管上第一条和最后一条毛管的压力。并且要求同一支管上第一条毛管的第一个灌水器的水头与最末一条毛管的最后一个灌水器的水头的差值，不超过灌水器设计工作压力的20%（已知灌水器的工作压力为），以求滴头的滴水量比较均匀。管道节点压力计算是逐条支管进行的，其

18、计算公式如下，所在干管尾端压力：h干尾=z干首-10-h干-z干末支管尾端压力：h支尾=h干尾+（z支尾-z支末）-h支毛管1(支管进水口处第一条毛管)尾端压力: h毛尾1=h支尾+（z毛首1-z毛末1）-h毛11 毛管2（位于支管末端）尾端压力： h毛尾2=h支尾+（z毛首2-z毛末2）-h毛21式中：z干首、z干末为所在干管首（进水口处）末端的地面高程，m;10为蓄水池深度（4m）与过滤器等水利枢纽水头损失（6m）之和，m；h干、h支、h毛1、h毛2为干管、支管、毛管的水头损失，m;z支尾、z支末为支管首、末端的地面高程，m;z毛首1、z毛末1为毛管首、末端的地面高程，m。 1)的计算该地

19、为平地，所以不存在着水头差的值，即=0。2)水泵的工作压力 H=H0+hf+hj+式中H0-灌水器工作水头（m水柱）hf-首部到典型点之间管路沿程水头损失之和，m；hj-首部到典型点之间管路局部水头损失之和，m；-典型点高程与水源水面的高程，m。（7）首部枢纽设计本系统采用无圧取水方式，直接从蓄水池中取水。首部设置施肥罐、离心式过滤器（一级过滤器）和筛网式过滤器（二级过滤器），闸阀、进排气阀、水表等。（8） 小管出流系统的工程量编号名 称规格型号单位数量一水源工程1新蓄水池个12输水管（镀锌焊接钢管）125（1.0MPa）M415二首部枢纽工程1泵房面积40m2座12水泵(SLS65-200(

20、)台13逆止阀DN125只14水表LXL DN125只15闸阀DN125只16空气阀DN25只17压力表1.0MPa只18网式过滤器3套19离心式过滤器4套110施肥罐200L个1三田间管网工程1镀锌焊接钢管（1.0MPa）125m19702PE63管（0.6MPa）90m12433LDPE管（0.4MPa）32m292474PE小管4m26595钢法兰Dn125个166四通3*125×90个17四通125只2四通2*125×2*90只08钢三通2*125×90只89钢三通125只410三通2*90×125只010支管弯头90只011稳流器个886312

21、Pe堵头90只1613PE堵头32只36614旁通4只886315旁通3236616泄水阀DN50只117球阀DN63只1618DN125弯头个1019减压阀个1320Pe63接头32个366四其它1管道镇墩C15砼m3182安装费套 750亩小管出流管道工程量统计主干管： 1条，1000m分干管： 1条，200m主支管： 26条，920m/条分支管： 300条，8.5m/条毛管：1800条，80m/条灌水器：44100个（9）运行费用 1）灌水过程中，只同时开启一条支管灌水；2）根据当地生产实践和相关试验结果，葡萄树适宜的灌水周期可以达到15天。本项目设计是依据规范确定灌水周期，该值偏于保守、安全，实际灌水过程中可适当延长灌水周期，但也不宜超过10天。芒果全生育期中逐月的蒸发蒸腾量，见表1-2。作物蒸发蒸腾量计算模型如下:式中：作物实际蒸发蒸腾量；作物系数；水面蒸发量，20cm口径蒸发皿；需水系数