喷灌系统的规划设计

第五章喷灌系统的规划设计第一节喷灌的规划设计内容和步骤第二节固定式喷灌系统规划设计实例第三节喷灌技术田间试验要求喷灌系统的规划设计收集规划所需资料水量平衡计算选择喷灌系统的形式选择喷头及确定喷头的组合形式布置干、支管拟定喷灌工作制度管网水力学计算图纸绘制材料统计工程预算效益分析施工第一节喷灌的规划设计内容和步骤喷灌系统的规划设计水力计算和结构设计

喷灌制度

计算同时工作的喷头数和支管数

设计灌水定额

设计灌水周期

一次灌水所需时间

同时工作的喷头数

选择水泵和动力

管道水力计算

确定支管轮灌方式

同时工作的支管数

喷灌技术基本资料的收集(1)灌区地势、地形资料：一般应有1/500——1/1000比例的地形图，以此了解水源情况，确定灌区部位、范围、水泵位置及高程；设计管路或渠道网以及道路的布局和尺寸，按合理的耕作方向，拟定喷灌系统的作业方式等。(2)水源调查：要测定流量和水位高程及变幅，可供水量和保证率，研究水源工程问题。如果是井水，考虑群并汇流的可能条件。(3)种植制度及群众高产灌溉经验：了解当地种植结构、轮作制度、机械化水平，以及与开展喷灌有关的农业种植、耕作的现状与存在问题，确定主要喷灌作物和喷灌任务，在总结当地群众生产经验的基础上，拟定喷灌制度(包括喷灌时间、次数、每次喷水量和总用水量)。(4)农业气象：收集降水、气温、地温、风向、风力等与喷灌有密切关系的农业气象资料，据以分析确定喷灌任务、喷灌制度、喷灌的作业方法、田间喷灌网的合理布局(5)土壤：土壤透水性是确定喷灌强度和灌水量的重要指标组合喷灌强度应该小于土壤入渗强度。(6)作物耗水量：不同作物在不同生育期的耗水量随各生育阶段中耗水和气候条件不同而有差别，需根据试验取得资料，设计时采用喷灌作物耗水最旺时期平均日耗水量为准(以毫米／日计)。用表示。在设计灌水深m(以毫米计)为已知的情况下，可得：(7)其它：调查有关喷头、水泵、动力设备、管材产品和工程材料及价格等。社会经济状况,了解当地群众的年平均收入。水力计算1、管道沿程水头损失2、多口出流时管道沿程水头损失3、管道的局部水头损失4、水锤分析管道水力计算H1H2H3水头损失：水流经过管道过程中机械能的损失分为局部水头损失和沿程水头损失沿程水头损失：发生在管道均匀流的直线段，由于水流内部磨擦而消耗的机械能局部水头损失：发生在水流边界突然发生变化的流段，由于水流运动状态紊乱从而引起水流内部磨擦而消耗的机械能。如在变径、管件等处

水头损失计算总水头损失：沿沿程水头损失：（达西公式）

——管道沿程阻力系数v—管道平均流速（m/s)g——重力加速度，g=9.8m/s2局部水头损失计算：可根据水力学有关公式计算喷喷灌中常采用以下经验公式计算沿程水头损失

式中：

f—与沿程阻力系数有关的摩阻系数

m—流量指数

b—管径指数上述f,m,b值可从有关表中查得

多口管水力学计算

一般计算方法:简易计算方法：

喷灌支管的特点：每隔固定间距，就有一个喷头分流，每个喷头分流量或喷头出水量近似相等这种等间距、等流量分流的管称为多口出流管，有一种简便计算沿程总水头损失的方法多口管沿程水头损失的计算其方法为：

首先根据管首流量计算沿程流量不变时（不考虑分流）的水头损失hf,然后再乘以一个小于1的折减系数（多口系数）F

即得多口管的沿程水头损失：

多口系数F与出流孔数目，孔口位置及流量指数等有关，其计算公式为：式中：m－流量指数（与材质有关）

N－管上出水口总数（或喷头总数）

x－第一个出水口到管道进口距离与出水口间距的比值即：

F1－x=1时的多口系数多口系数已制成表，不必计算，可直接查取平均压力或平均流量所处的位置在：距离支管进口0.4L处，此处的水头损失为3/4Hf要求此处的压力等于喷头的工作压力支管进口水头H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z（下坡－，上坡＋）L0.4L3/4HfHfZ1/2ZH0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%此即为20%规则

20%原则已知：喷头流量q=3.2m3/h,喷头个数＝8，喷头间距＝18m，竖管高度＝1m，喷头工作压力＝350kPa，平地，支管采用PVC管试分别计算：干管支管竖管H0HfHf0

2.当支管管径采用D1＝63mm和D2=50mm时的支管水头损失和支管进口水头

1.支管允许的最大压力差1.支管允许的最大水头偏差：350kPa×20%=70kPa=7m2.水头损失和支管进口水头计算当D＝50mm时（内径46mm）无旁孔出流时的水头损失：Hf0=1.1×fLQm/db=1.1×0.948×105×(7×18+9)×(3.2×8)1.77/464.77=51.3m解：多孔出流时的水头损失：Hf＝Hf0×F=51.3×0.387=19.8m支管进口水头：H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z

＝35m+1m+3/4×19.8m+0=50.85m当D＝63mm时（内径58mm）无旁孔出流时的水头损失：Hf0=1.1×fLQm/db=1.1×0.948×105×(7×18+9)×(3.2×8)1.77/584.77=16.9m多孔出流时的水头损失：

Hf＝Hf0×F=16.9×0.387=6.55m

支管进口水头：

H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z

＝35m+1m+3/4×6.55m+0=40.91m

3.允许一次同时工作的喷头数第二节固定式喷灌系统规划设计实例假设，灌区120亩（270m×290m），作物为蔬菜，地形为平地，土壤为壤土，水井供水量60m3/h,动水位20m，每天开机14h，作物最大日耗水强度e=6mm/d,作物耗水高峰期日均降雨P=0mm/d，设计灌水周期7d。（一）、收集规划收集所需的资料地形、气象水文地质、土壤（质地、土层厚度、冻土深度、土壤入渗率等）作物品种和种植结构动力、水源（出水量、动水位等）社会经济状况已知水源供水量，确定灌溉面积已知灌溉面积，确定引水量和调蓄容积方法：如果已知水源为水井，要求确定灌溉面积假设灌水周期为T天，日耗水e毫米T天水井可供水量：T（天）×C日开机小时数×Q井

(m3/h)T天用水量：T（天）×(e-p)/1000×A×667（二）、水量平衡计算目的：来用水平衡：来水量＝用水量，即：

T（天）×C日开机小时数×Q井（m3/h）＝T（天）

×(e-p)/1000×A×667得：可灌溉的面积本例中

A＝14×60/(0.667×e)=209亩根据前面讲述：固定式喷灌系统－用于喷灌次数多，经济价值高的作物半固定式喷灌系统－用于小麦等小型机组式－山区或经济价值较低的作物绞盘式喷灌机－小麦等大田作物大型平移或时针式喷灌机－大型农场本例中灌溉作物为经济价值较高的蔬菜，选择固定式喷灌系统（三）、选择喷灌系统的形式根据前面讲述：1.喷头的选择 考虑灌溉作物：蔬菜－水滴小和喷灌强度较小的中低压喷头玉米高粱等－水滴较大和喷灌强度较大的高压喷头考虑土壤：砂壤土－喷灌强度较大的喷头粘壤土－喷灌强度较小喷头考虑风速：风速大的地方宜选用喷灌强度较大水滴直径较大的中高压喷头（四）、选择喷头及确定喷头组合形式灌溉作物为蔬菜，砂壤土，宜选用喷灌强度较大而水滴直径较小的喷头。如选用ZY－2喷头，喷嘴直径7.0mm，工作压力350kPa，喷头流量q=3.2m3/h，射程R＝18m本例中:原则：在保证喷洒均匀、不留空白的情况下，使喷头和支管的距

离应尽量大组合方式有：正方形、矩形、正三角形、三角形和扇形等本例采用正方形布置2.喷头的组合方式3.计算喷头和支管的间距设计射程R设＝K×R(K=0.7——0.9,K反映了风的影响)本例中：R设＝0.7×18＝12.6m如采用正方形布置，喷头和支管间距为：L=b=1.42×R设＝=1.42×12.6＝17.8m≈18m4.计算组合平均喷灌强度满足要求（五）、拟定喷灌工作制度1.灌水定额：2.一次灌水时间：3.允许一次同时工作的喷头数本例中：（六）、管网水力学计算目的：确定干管、支管直径，系统总扬程和流量，配置水泵1、确定支管直径和计算支管进口水头计算支管上允许的最大压力差（20％规则）△h允许=H喷工×20％＝350kPa×20％＝70kPa=7m计算支管水头损失若选用D＝63mm的PVC管，如前例，当D＝63mm时，△h支=6.55m<7m计算支管进口水头H支管进口＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4△h支

±1/2Z

＝35m+1m+3/4×6.55m+0=40.91m2.计算干管水头损失、确定干管管径选取最不利轮灌组，以最不利轮灌组确定干管管径。本例中，第一轮灌组（顶端）为最不利轮灌组干管流量Q干＝8×3.2×2＝51.2m3/h，干管长L＝270m若选用干管为D＝110mm（内径100mm）的PVC管△h干＝1.1×f×L×Qm/db=8.61m3.计算干管进口水头H＝H干管进口＋△h首＋动水位＝49.52+2+20=73.52mQ=51.2m3/h4.计算水泵扬程和流量5.反算其他支管270m290m干管18m（七）、布置干、支管支管水井（八）、图纸绘制（九）、材料统计（十）、工程预算（十一）、经济评价及效益分析（十二）、施工喷头的组合方式喷头及支管间距计算R设＝KR式中：R设＝喷头的设计射程K＝与喷灌系统的形式、风速、等有关的系数，一般等于0.7-0.9;对于固定式喷灌系统由于竖管装好后就无法移动，如有空白就无法补救，故可以采用0.8，多风地区采用0.7。R＝喷头的射程(产品性能表上查的数值)喷洒方式

组合方式

支管间距sm

喷头间距sl

有效控制面积

全圆

正方形

正三角形

1.42R设

R设

1.42R设

1.73R设

2R设2

2.6R设2

扇形

矩形

三角形

1.73R设

1.865R设

R设

R设

1.73

R设2

1.965R设2

产品性能表上查的数值组合平均喷灌强度式中：q=喷头流量

Sm＝支管间距

Sl＝喷头间距允许的喷灌强度土壤的入渗速率过程注：允许的喷灌强度应小于土壤的入渗速率

1.喷灌试验田间小区布置

喷灌试验小区的面积，应根据喷头射程确定：如