管道灌溉系统的规划设计

1、课程名：农田水利学课程设计姓名：XXX年级：2010级学院：水利水电与建筑学院专业：水利水电工程学号： 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；掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；学会收集，分析，运用有关资料和数据；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。喷灌选型与总体规划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7土壤：沙壤土作物：苹果

2、树园林,正值盛果期水源：果园南部井水5气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s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;规划设计目的：该果园为实验果园，为发展节水农业起着非常重要的示范作用，同时综合考虑该区域的地形，土壤气象水文与地质，灌溉对象及社会经济条件，故进行规划设计。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水源类型位置地形地貌地块形状土壤地质降水量灌溉区风速风向对象社会经济条件生产管理体制劳动力状况及使用者素质动力条件由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高，并且为实验果园，可申请政府项目资金为保障。灌水频繁，作物耗水量大，劳动力

3、缺乏，但作为实验果园，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。总体规划1吸收科学技术发展的成果与经验，制定合理的灌溉制度；2根据给地形地质水文条件经济基础选用合理的灌溉系统喷灌系统的规划设计基本资料某实验果园，园内有一眼机井，动水位距地20m。该地电力供应不足，为节约用水，拟采用固定式喷灌系统。地形：面平坦，最大供水量为60m/h，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3。气象：干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s，风向多变。土壤：壤土，冻土层深0.6m水源：机井，最大供水量为

4、60m3/h，水位距地20m。灌溉试验资料：间持水率为32%（占土体，下同），凋萎系数为14%果园允许消耗的水量占土壤有效持水量的2530%，在需水高峰期，苹果树的需水强度为6mm/d。规划和设计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。在本设计中喷头的组合喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。（2）喷灌系统的喷洒均匀系数C值一般不应低于70%80%，cu=1-Ahh本设计取C二75%，在

5、满足规范规定的均匀度的条件下，确定喷头和支管的间u距。（3）果树雾化指标取值范围在40005000，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。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，由喷灌技术规范查得常用金属摇臂式喷头性能参数见下表：喷头参数型号接头形式及尺寸工作压力kPa喷头流量m3h喷头直径mm射程m户彳20G13002.96719.02.3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和扇形喷洒，以保证灌区的喷灌质

6、量。喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积见表喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积喷头方式组合方式支管间距a喷头间距/有效面积全圆正方形冲设1.0尽设扇形矩形皿设R设L73鸣根据变系数法在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二KR二0.7x19二13.3m设l二1.42R二1.42x13.3二19m设a=1.42R=1.42x13.3=19m设式中：此地为多风区，取K二0.7;R为喷头射程；2.4雾化程度按式：计算1000hP=pdd式中：h为喷头工作压力水头30m；d为喷嘴直径7mm；p值越大，说明pd其雾化程度越高，水滴直径就越

7、小，打击强度也越小，式中h选300kp的喷头,pa=1000hp=1000 x30=4286dd7可换算成30m的水柱高。对于果树，P值控制在40005000，所以所选喷头满足雾化指标要求。d2.5灌溉制度计算喷头平均喷灌强度1000qn1000 x2.96x0.80=K=6.56mm/h全wA有效361有效已知：式中：q=2.96m3/h，A=axl=19mx19m=361m2，有效K多支管多喷头的同时喷洒;Kw=1.0wq喷头的喷水量耳一喷灌水的有效利用系数；耳=0.80;A在全圆转动时一个喷头的湿润面积；P全喷灌系统的平均喷灌强度2.5.1喷头的平均喷灌强度1计算喷头在一个喷点上的工作时

8、间mt=P全2计算同时工作的喷头数566.56二8.54h，取t二8.5h HYPERLINK l bookmark5 o Current Document “At120 x1328.5 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document N二二x HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 1喷头alTC19x193x14设 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document At148x1208.5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document N=x2

9、喷头alTC19x193x14设式中：N同时工作的喷头数；=8（个）=9（个）C天中喷灌系统的有效工作小时数，C取14h；（2）n=6.36（个）/19式中：n一根支管的上的喷头数。支管的长度。l喷头的间距。支管疝扌=晋沁14.)式中：N一根干管数的支管数支管数（4）N=喷头=1.41艮）支n6+6N支为同时工作的支管支管轮灌方式：固定式有2根支管同时工作。2.5.2管道系统平面布置与工作制度支管与干管垂直，每条干管分别布置14条支管，选PY20工作压力为300kp1a的喷头，喷头间距为19m，每条支管布置6个喷头，采用全圆喷洒。其他每隔19m布置一条支管，选用PY20工作压力为300kp的喷

10、头，支管上喷头间距和喷头数1a与始末支管上的喷头间距扇形的一样，但采用全圆正方形喷洒，四边采用扇形矩形喷洒。喷灌系统类型固定式管道半固定管道移动管道农作物园林运动场设计日灌水时间12-206-121-412-1812-16喷头在每个位置上的工作时间t二abm二I9%19x56二5.8（h）1000qn1000 x2.96x0.85p根据实际情况，全灌区包括14个喷灌组，每天只需工作2组便能满足要求分为6天进行轮灌，轮灌工作制度见表时间轮灌组轮灌组中的喷头第天一组1支，2支二组3支,4支第二天一组5支，6支二组7支，8支第三天一组9支，10支二组11支，12支第四天一组13支，14支二组15支，

11、16支第五天一组17支，18支二组19支，20支第六天一组21支，22支二组23支，24支3.管道设计及水力计算3.1灌水定额和灌水周期设计灌水定额是正确喷灌系统设计流量的依据，直接影响着喷灌工程的投。该果园的灌水周期取为7天，所以设计灌水定额10h（p-P）m=12n水的有效利用系数风速喷洒水的利用系数风速低于3.4ms0.80.9风速3.45.4m；s0.70.8已知：果树需水临界期计划湿润层深度为40-60cm；灌区风速2.5m/s,因此取n=0.8;灌区土壤田间持水率为32%（占土体）；0取32%;0取32%X65%二20.8%；h取20cm1210 x40 x(32%-20.8%)“

12、m=56mm0.80m56T=耳=x0.80=6.4d，取T=6d设e7设3.2管材的选择管材的选择应当根据当地的具体情况，从喷头性能表查得喷头流量为：300kp工作水头喷头的流量：aq=2.96m3/h支管、分干管、主干管的流量及管径选择(由喷灌工程学查得经验公式)：QV120m3/h时，d=13pQ;Q三120m3/h时，d=11.5。式中：d管道内径(mm)；Q喷灌系数设计流量(m3fh)。支管：Q支=qn=2.96x6=17.76m3/h120m3/hd=13120m3/hd=11.5-Q=11.52486=181mm主干二一选管径d=200mm，壁厚为10mm,实际内径为199mm的

13、普通钢管3.3水力计算3.3.1沿程水头损失h=fLQmfdb根据所选管材，在下表中查出所需的f，m，b；所选支管参数f=0.861x105；m=1.74；b=4.74主干管选用钢管则f=6.250 x105；m=1.9；b=5.1f,m，b数值表管材mfb混凝土管钢筋混凝土管n=0.0132.001.312x1065.33n=0.0142.001.516x1065.33n=0.0152.001.749x1065.33钢管、铁铸管1.906.250 x1055.1硬塑料管1.770.948x1054.77铝质管及铝合金管1.740.861x1054.741最远距离支管的沿程水头损失为：已知：L

14、=132+148=280m,d=75mm,Q=17.76m3/h，贝V支LQ厂7“280 x(17.76h754.74支=0.861x105x=2.99mdb即支管的沿程水头损失3.8m。2主干管的沿程水头损失为：主干管：Q=248.6m3/h,d=200mm,L主干=132+148=280m主干一主干7LQ匕90“280 x(248.6).902005.1h=f主干一=6.250 x105x=11.4mf1db总的沿程水头损失为：h=2.99+11.4=14.39mf总3考虑多孔出流损失则-1+X14(111.74-1)+(1.74+128-1+0.3976x142丿N+1-X14-1+0.

15、397则考虑多孔出流损失h二hxF=14.4x0.37二4.464m3.3.2局部水头损失一般为总沿程水头损失的10%，即：h-14.4x0.1=1.44m总水头损失：h=工h+Sh=4.464+1.44=5.904mwfj总水头损失小于喷头压力作用下水柱高的20%=6m3.4水泵的设计流量3.4.1计算水泵的设计流量：=0.37Nm=1.74m=1.77X=1X=0.5X=1X=0.5230.6000.4960.5960.492450.4850.4200.4810.416670.4460.3990.4420.3958110.4200.3880.4160.38312200.3970.3780.

16、3940.374Q=N头N头喷头数量；q单喷头流量。即Q=Nq=2.96x6x2=35.52m3/h水泵的扬程计算头管道水利用系数取为0.97，则水泵的设计流量为=36.7m3/h)0.97若考虑竖管水头损失，竖管选用DN32钢管，内径为28mm，竖管计算长度为2.0m则竖管水头损失为=0.62mfLQm6.25x105x1.8x2.961.9h=ss=sdb285.1s3.4.2水泵的设计扬程设泵进出水管长各5m，进水管采用DN100的镀锌钢管，出水管采用DN80的镀锌钢管。经计算，进出水管沿程水头损失分别为0.26m和1.45m，总沿程水头损失为1.71m进水口包括一个口滤网，一个闸阀，一

17、个渐缩接头和水泵进口，局部水头损失系数为2.5+0.2+0.2+1二3.9，经计算局部水头损失0.54m，出水管包括一个渐扩接头，3个900弯头，一个闸阀和一个螺翼式水表，局部水头损失系数为0.1+0.25x3+0.4二1.25，计算的局部水头损失为0.70m，水表水头损失估计为0.35m，则进出水管总局部水头损失为0.54+0.70+0.35二1.59m进出水管总水头损失为1.71+1.59二3.30m，AZ典型喷头高程与水源水面高差，m；喷管的竖管高度：1.5m贝V：AZ=1.5+1.5=3m；1x9.80730.6Q31m；H=h+h+h+AZ=31+0.62+5.904+3.30=40

18、.8m1sw即水泵的设计扬程为40.8m。水泵的选型及动力配套3.4.3水泵的选型应先考虑扬程的要求，而且还要满足流量的要求，由上述计算出的扬程和流量分别为40.8m和36.7m3/h，根据计算出的喷灌系统水泵设计流量和总扬程，查选定的水泵技术参数表，选合适水泵IS80-50-200点量64m3/h,扬程45m）的单级吸悬臂式清水离心泵。水泵性能参数如下表所示：型号流量m3/h扬程m转速r/min效率电机功率kw允许吸上的真空咼度mIS80-50-2003155290069156.6505064453.5设备用量与材料细表表1管材设备名称管材内径（mm）管长（m）数量（根）材料一级主干管2002802钢管支管75336