北票市烤烟膜下工程设计报告kan

1、 辽宁省北票市膜下滴灌项目设计报告甘肃大禹节水集团股份有限公司二O一一年十二月九日编制：阚宝顺校核：霍军力批准：邱振存项目负责人：何永铭一、 基本资料1.1基本概况项目区位于乌兰察布市四子王旗、商都县和化德县的各乡镇，膜下滴灌实施面积分别为四子王旗5万亩，商都1万亩，化德2万亩。项目建成后对项目区的高效、节水农业起到积极的示范、推广作用，必将取得经济效益和社会效益的双赢。1.2基本资料1.2.1四子王旗（1） 项目区地理位置四子王旗位于内蒙古自治区中部,北与蒙古人民共和国交界。总面积25513平方公里，总人口20.9万。境内居住着蒙、汉、回、满等11个民族。（2） 项目区地质地貌概况四子王旗地

2、形从南至北由阴山山脉北缘、乌兰察布丘陵和蒙古高原三部分组成其中：山地占4.1%，丘陵占56.1%，高原占39.8%。统观地形趋势东南高而西北低。海拔高度为1 0002 100米之间，相对高差1100米。旗境东南西河子、活福滩、忽鸡图、三元井地段属阴山山脉北坡。海拔2 000米左右的山峰约100余座。这些山峰均属中等切割或轻微切割，相对高程1000米左右。中部乌兰哈达、供济堂、白音朝克图、查干敖包、查干补力格、吉尔嘎郎图、红格尔、大井坡低山丘陵地段，海拔1500米左右的山峰约数百座。这些山峰均属轻微切割，相对高程500米左右。地表土质为淡粟钙土，棕钙土，土壤含沙量大且疏松。（3）气象资料旗境地处

3、中温带大陆性季风气候区。年平均气温在16，1月最冷，平均气温自北向南由-14递降到-17。极端最低气温-39，7月最热，平均气温自南向北由16递升到24。极端最高气温35.7。气温平均日较差1314。平均年较差一般在3437之间，其特点是春温骤升、秋温剧降、无霜期短。35月，月际间气温变化大，4月之后月升温幅度减缓。9月下旬气温开始下降，每5天下降2左右。全旗大部地区11月较10月降温911，平均无霜期108天。全旗平均终霜日为5月27日。平均初霜日为9月11日，历年平均降水量在110350毫米之间。（4）水源及电力配套项目区主要为井灌农业区，水源以井水为主，有部分辅流井和河水水源，电力配套齐

4、全。旗境内地表水主要以塔布河流域为主，其它区域地表水资源贫乏且利用困难、经济效益低。全旗水资源总量为4.44亿立方米，其中地表水平均径流量为3649万立方米。（5）项目区交通、通讯条件项目区交通四通八达，通周边旗县均为二级公路，乡村公路网齐全，交通便利。项目区手机信号无盲区，通讯条件优越。1.2.2商都县（1） 项目区地理位置商都县东邻河北省康保等县，南靠兴和县，西接察哈尔右翼后旗，北连锡林郭勒盟苏尼特右旗、镶黄旗。全县面积4353平方公里。境内居住着汉、蒙、回藏等12 个民族，人口31.69万，辖6镇3乡。县人民政府驻七台镇。 （2） 项目区地质地貌概况本区地貌北部由低山丘陵区、宽谷洼地区和

5、山间盆地组成，东南部为山前倾斜平原、河谷平原及湖积平原组成的商都盆地区，本区为商都县的主要用水区和地下水开采区。土壤类型为栗钙士，是风蚀沙化严重区。 （3）气象资料商都县平均海拔1400多米，属中温带大陆性季风气候，光资源丰富，干燥少雨，地下水富集。平均气温为3.1，无霜期120天左右，年均降水量351.5毫米。（4）水源及电力配套项目区主要为井灌农业区，水源以井水为主，电力配套齐全。（5）项目区交通、通讯条件商都县完成呼满省际通道商都段、208国道支线、商张二级油路、玻璃忽镜卯都三级油路、屯垦队大库伦和格化司台土牧尔台小油路、940公里的“村村通”工程。全县15个乡镇全部实现了光缆传输，中国

6、联通、中国移动覆盖全县90%的区域；互联网遍布城乡。小灵通覆盖商都市区。 1.2.3化德县（1） 项目区地理位置化德县位于内蒙古自治区中部，乌兰察布市东北部，北连镶黄旗，西和南面与商都县隔山相望，东部与河北省康保县接壤。全县总面积2568平方公里，总人口16万人。 （2） 项目区地质地貌概况项目区平均海拔1500米，最高海拔1719米，最低海拔1244米，属剥蚀低山丘陵区土壤类型为栗钙士，其中栗钙土占98，是风蚀沙化严重区。 （3）气象资料化德县位于内蒙古高原中部，平均海拔1500米，地势为高原丘陵，地域宽阔，气候属典型的大陆性干旱气候，年平均降水量320毫米左右，年平均气温2.8，年平均湿润

7、度K值为0.4，相对湿度56%。化德县处在阴山山脉的狭口处，受蒙古和西伯利亚冷高压强对流，气流经过时有明显的加速效果。属风能源丰富的地区。（4）水源及电力配套项目区主要为井灌农业区，水源以井水为主，电力配套齐全。（5）项目区交通、通讯条件项目区交通四通八达，通周边旗县均为二级公路，乡村公路网齐全，交通便利。项目区手机信号无盲区，通讯条件优越。二、滴灌工程设计2.1设计依据(1)灌溉与排水工程设计规范（GB 50288-99）(2)节水灌溉技术规范（GB/T 50363-2006）(3) 微灌工程技术规范（GB/T 50485-2009）(4)水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（SL 252-2

8、000）、(5)低压管道输水灌溉工程技术规范(井灌区部分)（SL/T 153-95）(6)农田低压管道输水灌溉工程技术规范（GB/T 20203-2006）(7) 水利建设项目经济评价规范（SL 72-94）2.2 基本原则一、 微灌工程规划设计应符合当地水资源开发利用、农村水利、农业及园林绿地等规划要求，并与灌排设施、道路、林带、供电等系统建设和土地整理规划、农业结构调整及环境保护等规划相协调。二、 微灌工程规划设计应收集水源、气象、地形、土壤、植物、灌溉试验、能源与设备、社会经济状况与发展规划等方面的基本资料。三、 滴灌工程规划设计应包括水源工程、首部枢纽和管网规划布置等。2.3 基本资料

9、搜集滴灌工程规划设计，所需收集项目区的自然条件、生产条件和社会经济等方面的基本资料。具体内容如下表： 滴灌工程基本资料表序号分项内容1地块面积A：亩（hm2）地势：地势平坦地理位置：地形图：2土壤土壤类型：土壤容重g（g/cm3）：田间持水量u田（%）：土层厚度（cm）：3气象年平均蒸发量（mm/年）：年平均降雨量（mm/年）：有效降雨强度P0（mm/d）：4作物作物：种植方向：株行距（cm）：株距、窄行、宽行作物耗水强度Ea（mm/d）：5水源水源类型：雨水直接补给作物水量S（mm/d）：水质含沙量：有机质：水量6电力配有动力电源，使用方便。2.4 设计参数的确定1、 保证率：全部为井灌，不

10、低于90%。2、 设计湿润比： 60%。 3、设计耗水强度：3.8mm/d。4 灌溉水利用系数： 0.95。5 滴灌系统日工作小时数： 22h。6 灌水小区灌水器设计允许流量偏差率应不大于20%。2.5系统设计工作制度滴灌系统通常有续灌、轮灌、随机供水灌溉三种配水方式。在确定灌溉工作制度时，应考虑种植作物、水源条件、经济状况、农户承包及经营方式等因素，合理选择。本设计考虑到项目区地形起伏较大，气候严寒、冻土层较深，农户经济承受能力有限，结合目前农村劳动力匮乏和使用管理者素质较低，要求便于操作的实际，选取干管续灌，支、毛管轮灌的工作模式：以一条支管控制的灌溉范围为基本灌水单元，一条或多条支管构成

11、一个轮灌组。每个轮灌组运行时，该轮灌组内的支管上所有毛管全部开启，一个轮灌组灌水完成后，开启下一个轮灌组内的支管，关闭前一个轮灌组内的支管。此种轮灌方式水量相对集中，管理简便。轮灌编组原则轮灌组个数取决于灌溉面积、系统流量、所选灌水器流量、日运行最大小时数、灌水周期和一次灌水延续时间等。考虑到项目区地形起伏较大，气候严寒、冻土层较深，结合农村用户劳动力匮乏和使用管理者素质较低，要求便于操作的实际，采用一条分干管上的一条支管所控制地块为一个灌水小区。根据系统流量进行轮灌组的划分。2.6 典型区总体设计本次设计的作物为烤烟，井出水量为50m3/h，根据当地实际情况，项目区利用原有机井作为滴灌工程水

12、源。为将工程设计尽量达到整个灌区的实际，根据微灌工程技术规范（GB/T 504852009），典型区选在辽宁省北票市北塔子乡后梅林井控制区域，灌溉面积370亩，种植作物为烤烟，井水全额灌溉，出水量50m³/h。2.6.1典型区基本资料基本资料见下表：作物膜下滴灌工程基本资料表序号分项内容1地块面积：370亩地势：平坦地理位置：商都县小海子镇王家村地形：平坦2土壤土壤类型：砂土土壤容重g（g/cm3）：1.45田间持水量u田（%）：26土层厚度（cm）：453气象年平均蒸发量（mm/年）：1500年平均降雨量（mm/年）：5504作物作物：烤烟种植方向：东西向株行距（cm）：株距30、

13、行距120作物耗水强度Ea（mm/d）：3.85水源水源类型：井水雨水直接补给作物水量S（mm/d）：0水质含沙量：大有机质：很少水量50m³/h6电力配有动力电源，使用方便。2.6.2水源工程本次水源工程设计为利用原有机井作为滴灌工程的水源，不新打水源井，经水量平衡计算，水量满足灌溉要求；水质符合农田灌溉水标准，可用于滴灌。根据设计要求更换或添置水泵等设备。2.6.3首部枢纽滴灌工程枢纽包括动力机、水泵、变配电设备、施肥(药)装置、过滤设施和安全保护及量测控制设施。 动力机及水泵本设计中动力机全部采用380V输电系统供电，水泵采用潜水电泵，地面扬程50m，流量50m³/h

14、，由潜水泵直接提水加压送入管网系统进行灌溉。 施肥(药)装置滴灌工程施肥(药)采用随水施肥(药)的方式，单次施肥量为3kg7kg/亩，选用施肥罐容积为100L，型号为SFG100L。施肥罐安装在离心过滤器与网式过滤器之间，施肥罐与主管并连在一起，在主管上施肥罐进水口和出水口之间设置施肥阀来控制施肥量。1. 过滤设施该项目区地下水含沙量介于010mg/L之间，选用3的离心过滤器与80100目的网式过滤器可满足滴灌工程需要，典型区系统流量，选取离心过滤器+网式过滤器的组合（LWY60）。 安全保护及量测控制设施根据首部枢纽运行要求，设置的控制设施有：DN80蝶阀；量测设施有：DN80水表、00.6

15、MPa压力表；安全保护设施有：DN80逆止阀、DN80快速进排气阀等。2.6.4系统选型与初设参数（1）系统选型系统结构为“水源工程首部输配水管网灌水器”；输配水管网由地埋主管、地表支管、毛管组成。主管采用0.6MPa的PVC-U管以地埋形式铺设，支管采用PE管，地面铺设，毛管铺设于地面。灌水器选择考虑到水力性能、抗堵塞性能和价格，经过性能与价格比较，选用内镶贴片式滴灌带，滴头间距0.3m，流量1.38L/h，水力性能公式为q=0.46h0.48，式中q为滴头工作流量（L/h），h为工作压力（m）。滴灌带沿种植方向布置，铺设间距1.2m。滴灌带参数表 型号内镶式16×300×

16、;0.2×1.38 L/h滴头间距（m)0.3额定工作水头hd（m）10毛管间距（m)1.2灌水器额定流量q（L/h)1.38流量压力关系式q=0.46h0.48(2) 初定参数1 水量平衡计算水量平衡按下式计算：式中：A灌溉面积，hm2;Qs可供流量（m3/h），30；Ia设计供水强度（mm/d）；Ea设计耗水强度（mm/d）；td水泵日供水小时数（h/d），22h;灌溉水利用系数， 0.9。经计算， A=386亩>实际灌溉面积370亩，水量满足要求。2 灌水小区设计允许偏差率设计允许流量偏差率qv，按照规范qv20%。x=0.48, 取qv=20%，计算可得： =0.43式

17、中：x为灌水器的流态指数；qv为流量偏差率，；h 为允许水头偏差率，。则允许水头偏差率h=0.43。3 土壤湿润比 滴灌带与植物布置见设计图纸，依据公式计算土壤湿润比：式中：p湿润比（%）；Se灌水器间距（m），0.3m;St植物的株距（m）0.3m;Sr植物的行距（m）；当一管管两行时，为作物窄行与宽行的平均值，Sr=（Sr1+ Sr2）/ Sn= SL/ Sn ；Sw湿润带宽度，（m）其大小取决于土壤质地、滴头流量和灌水量大小；n一棵作物所占有的灌水器数目（个），Sn为毛管直线布置时，一条毛管灌溉的作物行数，一管两行布置时为2。将n和Sr代入上式，计算得P=67%，满足规范要求。4 最大净

18、灌水定额式中：m最大净灌水定额(mm)；土壤容重(g/cm3)，1.45;z计划湿润层深度(m)，0.4m；p设计土壤湿润比(%)，60；max,min适宜土壤含水率上下限（百分比，%），90/70。代入计算得：m=16.7则最大净灌水定额为16.7mm。5 设计灌水周期式中：T设计灌水周期(d);Tmax最大灌水周期（d）；则最大灌水周期Tmax=4.1，取设计灌水周期为4天。6 设计灌水定额宜按下列公式确定：式中：md设计净灌水定额（mm）；其余符号意义均同前。经计算，设计净灌水定额为16mm，最大毛灌水定额为16.8mm。7 一次灌水延续时间一次灌水延续时间与土壤吸水率、作物种植和滴头流

19、量、间距以及滴灌带铺设间距有关，可用下式计算：符号意义均同前。经计算，t=3.9，取t=4。系统设计参数表序号参数名称参数值1灌溉补充强度Ia（/d）42系统初定总供水流量Q（m3/h）503灌溉水有效利用率0.954灌水小区允许偏差率流量偏差率q（%）20水头偏差率h（%）435土壤湿润比p（%）606设计灌水定额m()/（m3/亩）16/10.77设计灌水周期T(d)48初设一次灌水延续时间t(h/组)42.6.5灌水小区水力设计（1）作物种植情况典型区种植烤烟，东北西南向种植，株距0.3m，行距1.2m，滴灌带铺设方向与烤烟种植方向一致，根据烤烟种植的行距，每行布置一条滴灌带，滴灌带间距

20、1.2m。（2）灌水器选择与布置见3.6.4系统选型与初设参数。（3） 灌水小区允许水头偏差 h= hv×hd=0.43×10=4.3(m)式中：h灌水小区允许水头偏差，m；hv为设计允许头偏差率，m；hd为灌水器设计水头，m。灌水小区设计允许水头偏差按50%在支、毛管间进行分配，即各为2.15m。（4）毛管的极限孔数和极限长度此地形较为平坦，按平地计算。毛管的极限孔数按微灌工程技术规范（SL10395）附录C所述方法确定。毛管极限长度按下式计算：上式公式中，S0为毛管进口至首孔的距离（m），取0.3m；其余符号意义均同前。经计算，毛管极限铺设长度106米。本典型设计毛管长

21、度取70米，满足要求。滴灌小区情况一览表支管长度（m）毛管长度（m）毛管数滴头数流量（L/h）9170783640050000（5）小区面积小区呈平行四边形，长141m，宽93m，面积13113平方米，合19.6亩。（6）轮灌组的划分根据典型区边界和小区面积，地块划出21个轮灌组，一天安排5个轮灌组，一次灌水延续时间4h。远离水源小区面积较小的轮灌组，一次灌水延续时间可以稍微缩短，一天可安排56个轮灌组。灌溉周期为4d。2.6.6管网布置与系统工作制度确定2.6.6.1 管网设计原理与管线选择(1) 管网规划布置原则a) 微灌管网布置应符合微灌工程总体要求，综合分析地形、植物、管理、维护等因素

22、，通过方案比较确定。b) 管道应避免穿越障碍物，并应避开地下电力、通信等设施。输配水管道宜沿地势较高位置布置；支管宜垂直于植物种植行布置，毛管宜顺植物种植行布置。 (2) 管线布置管网布置要考虑多方面因素，针对典型区地块情况，管网布置方案：主干管铺设在冻土层以下，并以出水栓作为出水口与地面管相连。支管采用PE软管，在地面垂直于种植方向敷设。滴灌带沿着种植方向敷设，典型区灌溉系统布置详见规划布置图。(3)排水系统排水对于该项目中的滴灌系统来说至关重要，设计中主管道末端及地势低洼处设置排水井排空管道中的灌溉余水。由于实际地形可能有变化，管沟应该经平整和水准仪抄平后，保证地埋管道具有大于3以上的纵坡

23、，并依据抄平数据作出管沟纵断面图，最终确定排水井位置。要求排水应该从最后一次灌水结束后即开始进行，如因土壤质地原因导致排水井中水不能在冬季来临之间完全下渗，可采用空压机、自吸泵等辅助手段，客户应该负担此项管理费用。2.6.6.2系统的工作制度与轮灌组校核如“2.5系统工作制度”中所述，系统流量为50m³/h，轮灌组的划分方式和区域详见规划布置图。轮灌组的校核：式中：C系统每日工作小时数（h/d），22；T设计灌水周期（d），4;t一次灌水延续时间（h），4；Nmax最大轮灌组数（个）；INT 取整函数。其余符号同前。经计算，最大轮灌组数22个，设计轮灌组21个，设计满足要求。2.6.

24、7管网水力计算典型轮灌组应选在最远最难控制或次远较难控制的轮灌组，同时具有代表性。根据典型区实际，选主管七最远端出水栓所在的轮灌组。2.6.7.1毛管的水力计算微灌系统的毛管为等距多孔管时，其沿程水头损失可按下式计算（当N3）：式中：等距多孔管沿程水头损失（m）;S分流孔间距（m），0.3;S0多孔管进口至首孔的间距（m）0.3;N分流孔总数，；qd单孔设计流量（L/h），1.38。各种管材的f、m、b值，可按下表选用。各种管材的摩阻系数、流量指数和管径指数管材摩阻系数f流量指数m管径指数b硬塑料管0.4641.7704.770微灌用聚乙烯管D>8mm0.5051.7504.750D8m

25、mRe>23200.5951.6904.690Re23201.7501.0004.000注：1. D为管道内径，Re为雷诺数；2. 微灌用聚乙烯管的摩阻系数值相应于水温10°C，其他温度时应修正。2.6.7.2 支管管径的确定与的水力计算目前，市场上PE支管规格主要有de50、de63、de75、de90，本系统支管流量较大，选用de90PE，管壁为1.6mm，内径为86.8mm。支管道为单孔出流管，其沿程水头损失按下式计算：式中：hf沿程水头损失（m）;f摩阻系数；Q流量（L/h）；d管道内径（mm）;L管长（m）;m流量系数；b管径指数。滴灌管网中，支、毛管上各种连接部件（

26、如灌水器、接头、三通、旁通、弯头等）、阀门等产生的局部水头损失均取相应沿程水头损失的10。经计算，小区水力计算结果如下：小区水力计算表管道外径（mm）壁厚（mm）管长（m）设计流量（L/h）水头损失（m）允许水头偏差（m）毛管160.2703290.762.15支管631.23183330.172.152.6.7.3主管管径的确定与水头损失计算一般情况下，主管道的管径在满足下一级管道流量和压力的前提下，按费用最小的原则选择。所选管径称为经济管径，对应流速称经济流速。对于规模不算太大的微灌工程，可用如下经验公式估算这类管道的管径：当Q<120 m3/h时，式中：为管径，mm。经计算，D=7

27、1.2mm。由于主管一管线较长，主管一管道外径取D0=110mm,其他主管取D0=90mm，相应的流速为0.99m/s，1.40m/s。满足GB/T 500852009规定：管道最小流速不应低于0.3m/s，最大流速不宜超过2.5m/s。管网主管道管材选用质量轻、运输方便、施工强度低、进度快、输水能力强、使用年限长的硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，压力等级为0.6MPa, 主管道管径为110、90，各出水口由三通或弯头引出地面，出地立管为90特制出水栓。主管为单孔出流管，沿程水头损失计算公式同支管计算公式，局部水头损失以沿程水头损失的10%计。经计算，主管道水头损失详见如下表：管网水力计算表管道

28、外径（mm）壁厚（mm）管长（m）设计流量（L/h）水头损失（m）主管一1103.24505000010.9主管二1103.2380500009.3主管三902.81925000012.42.6.7.4水泵地面扬程及水泵选型水泵地面扬程应按下式计算；式中：H水泵地面扬程（m）；Zd典型微点的地面高程（m）；Zs水源地面高程（m）；hs典型微点的竖管高度（m）;hp典型微点微头的工作压力水头（m）;由水泵进水管至典型微点微头进口处之间管道沿程水头损失（m）;由水泵进水管至典型微点微头进口处之间管道局部水头损失（m）。产生水泵出口压力最大时系统的水头损失计算汇总表分项各级管道管外径（mm）管内径(

29、mm)管段长(m)流量(m3/h)总水头损失(m)毛 管1615.6700.329（条）0.76支 管6360.6318.30.17出水口压力水头(m)11.03首部进口压力水头(m)11.03+10.9+9.3+12.4=43.63首部枢纽水头损失初估(m)5水泵出口压力水头(m)43.63+5=48.63根据选用产品参数，初估首部枢纽水头损失为5m，故水泵总扬程为地面扬程+动水位，流量为50m³/h，由于动水位资料缺失，各地须根据水泵总扬程和设计流量进行水泵和配套电机的选型。2.6.7.5节点的压力均衡根据轮灌组的划分，一条管线上仅有一个出水栓（两条支管）工作，因而仅需计算最不利灌水小区（即距离水源最远、最高处的出水栓处）所在管线的进口压力即可。计算结果详见节点压力图。2.6.7.6水锤压力验算与防护直接水锤的压力水头增加值应按下式计算：式中：H直接水锤的压力水头增加值（m）;C水锤波在管中的传播速度（m/s）；V管中流速变化值，为初流速减去末流速（m/s）；Es管材的纵向弹性模量（MPa），PVC管取2900。D管外径，m；e管壁厚度，m；主管一D=110，e=3.2, V=0.82m/s，带入计算得：H=23.3m。则计入水锤后的管道工作压力水头为50+23.3=73.3（m），小于管道允许压力水头的1.5倍（60×1.5=90m），故