节水灌溉技术课程

节水灌溉技术课程设计指导书滴灌工程设计学 院： 水利建筑工程学院专 业： 农业水利工程年 级： 2008级1、2班指导教师： 李玉芳TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 前言 1二、 课程设计的目的 1三、 课程设计的意义 1四、 节水灌溉技术课程设计的前期准备工作 1五、 节水灌溉技术设计流程 2\o"CurrentDocument"六、 节水灌溉技术课程设计报告编制提纲 5\o"CurrentDocument"七、 本课程设计的工作进度安排 6八、滴灌工程设计一、 前言由于我国各地水源、土壤、气象、种植作物及其管理模式、电力等条件各不相同，所以节水灌溉技术形式众多，而因地制宜则是选择灌溉方式的一个基本准则。由于课程设计时间有限，只能选取一种应用前景较好、且比较广泛的灌溉方法一一滴灌，作为课程设计的主要内容。希望通过本指导书提供现有知识的一个摘要，以此作为指导设计滴灌系统之用，使同学们初步建立一个合乎逻辑的设计步骤，以供遵循。本指导书能解决的问题很有限。如希望有所提高，同学们需进一步加强相关知识的学习。二、 本课程设计的目的节水灌溉技术课程设计是水建学院为本专业学生安排的一次全面性、总结性的教学实践环节。它既是学生运用所学知识解决具体问题的一次尝试，也是学生走向工作岗位前的一次“实战演习”。其主要目的有以下几方面巩固、联系、充实、加深、扩大所学基础理论和专业知识。提高运用所学知识水平以及解决实际问题的能力。敢于创新，并能正确地将独创精神与科学态度相结合.初步掌握专业设计工作的流程和方法。养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。三、 课程设计的意义毕业设计无论是对学生还是教师，都是一个很重要的实践过程，它的作用主要体现在以下四个方面；可以提高学生多方面的能力，包括综合应用知识的能力；发现问题、解决问题的能力；资料查询能力；课程设计报告的撰写能力等。可以缩短学生在未来工作岗位的适应期，使他们尽早进入“角色”，发挥作用.可以加强师生间交流，发班教学中的不足，尽量缩小教与学之间的不同步差异。4)可以发现学生中的优秀人才，并发现一些有价值的研究成果。四、 节水灌溉技术课程设计的前期准备工作搜集规划设计区的基本资料。包括地形、土壤与工程地质、水文气象、农作物、水源及动力等相关资料；搜集有关节水灌溉技术设计的工具书节水灌溉技术标准选编.水利部农田水利司编.1999.6滴灌工程设计图集.顾烈烽主编.2005.6节水优秀设计成果选编.新疆兵团.2002.3准备绘图工具。五、 节水灌溉技术设计程序(一)设计程序流程图

1基本资料 (1)地形地块(2)土壤(3)气象(4)作物与农艺措施(5)7水源(6)电力(7)管理- 2规划布置与初定参数 土规划1布置 初定参数(1)水源:水土平衡分析、水质灌水器距和铺初设参数:小区允许偏差率—⑵首部枢纽:设备类型初定/<——►((4):流量、＜—►漉永岳安而一一诉漉永3正绽r(3)输配7水管网结构模式选择 设方式/灌水周期最大左"灌组数J—>Fo 毛管长度的确定__2 湘H/__lL__D北+迥：-L ".毛管长、Z度的J确U/定_二甬：“犊 宓、汶•ZV土匚尚*壬辎任1血阳N耕mJZ.南; ** ＜灌水器是否为 ＞—►灌^水小^区^水^力^设(1、允［许水头偏差的分ALL£ J乂/|、>_L-V17JUJ"«Ju、7力补偿式/(1、J允H水头偏差的力_C_Q_ 乙左甫、 辎粗Z曰71_1FA 答阿布罟V家公丁作牛||有的砧中叫•管网布置与系统工作制度的确定(1)干 支 辅管 千•管的布罟方案(1) 1 、 J支、4辅管、千管的布.罟方案t(c '_专好必滋土考Z4?•连 、、j/ /」T压 管网水力计算和干 支管管径的确定J•管网」水、V力计7算和和1 、三管日】入JJ■确zJ_(1 、千 尢辅管水力计算J(1 )千、辅管水力，1算 (O 、__ 古笙人+斗曾 1、X「…’ G 苦和而如沿斗 *■> • || |_|>v.]|，-<<1. V|7|<后)务仆 谕日F0谕茹 检生||7|<福水质净化、施肥施药、控制 E址 昌、洞」华沾•夕估：上开U 水水4/ 、 ■!=>：<|加、，、动力7系统设建复核'.系，^统"土*＞4£-^设计(1)水泵工作点()、系统节点压力均衡计算,(1)水＜泵＜―工作人、'、(L)力\统L节人、'、^压 凄刁快J计I-算 6_2_ IX+ 、、右昙/巨X为__/__A__\__人济IX+H替 、^JIL生.\>jF 2 玄滁+稀浴；+ u•内、1.火已贝v1 E人 的人〒钥 、片。中满 有真 商泌丑 々古剧 址人在 J[/J'•-、 —I人/j'•-—1—，|土、\)L1/4_1LLj、|1J|明)|、/-人、JIIZ-J**-Q 投资 效益分析®•以不、＞骐ini7JT1 士十金1 沾•夕FH昌 河黑坦次 六份*八垢 7T77T4二TJ，ir、贝田/IJ±1±> Mj_a.J乂火、 J-U-L技木经济，Is可彳丁 址夬宓、汶】亚0 「/1、-J-LV1"I17I技术经济可彳 建计小结 六、节水灌溉技术课程设计报告编制提纲基本资料系统规划布置及参数初定2.1系统规划布置2.2参数初定2.3灌溉制度灌水小区（毛管和辅管）的水力设计3.1灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配3.2毛管极限孔数及极限长度3.3辅管极限孔数和极限长度计算管网布置与系统工作制度的最终确定4.1管网布置4.2系统工作制度设计灌区管网水力计算和干管管径确定5.1毛管水力计算5.2辅管水力计算5.3支管水头损失计算5.4干管管径确定和水头损失计算滴灌系统管网结构设计七、本课程设计的工作进度安排基本资料搜集，系统设计参数初步确定，第1天；滴灌系统总体布置，第2天；滴灌系统工作制度的确定，系统水力计算及设计，第3、4天;绘制滴灌系统平面布置图，第5、6天；滴灌系统管网结构图，第7、8天；滴灌系统材料量统计，第9天；编制设计说明书10天；八、滴灌工程课程设计指导基本资料1.1地形规划区交通便利，规划设计区规划面积1000亩——2000亩，规划设计区地形平坦，电力充足，现有规划区1：2000地形图一份。1.2气象多年平均降雨量176.9mm，4—10月生育期平均降水量125mm，占全年平均降雨量的70.7%，每年平均蒸发量1717.9mm；4—10月生育期平均蒸发量1589.8mm，占平均蒸发量的92.54%。冬季积雪年平均为21.3cm，最大为34cm，最小为8cm；冬季最大冻土层厚度145cm左右。规划设计区属于内陆半干旱性荒漠气候，冬冷夏热，年平均气温6.7°C年平均最高温度8.6C，年平均最小温度5.3C，极端最高温度41.3C，极端最低温度-38.9'C。全年无霜期多年平均174天，早霜9月下旬至10月上中旬，晚霜4月下旬至5月上中旬，多年平均日照1837.2小时。多年平均相对湿度64.1%，4至10月生育期平均相对湿度53.6%。4月至11月多风，风向常为东风，风力2—2.8级，5月至8月有大风，最大风速18-20m/s，为西风，一年出现1—2次，持续时间不超过4小时。1.3土壤规划设计区土壤以草甸土为主，质地为中壤土和砂壤土，PH值7.8，土层厚度70cm一100cm，土壤肥力较高。土壤容重1.48g/cm(1.52g/cm)，田间持水率25%(21%)。1.4作物表1 棉花各4E育期的需水量及根系j深度表各生育阶段发芽一苗期现雷一花花铃期吐絮期根系活动层深度2030—4040—6040适宜土壤含水量(占干土重量的百分)55%—70%60%—75%70%—80%65%—80%月均需水量1.5mm—3.0mm5.0mm5.8mm3.0mm—4.5mm棉花种植模式：一膜两根毛管，一根毛管两行棉花。种植模式祥见图1-1。1.5水源1.5水源地下水资源丰富，=水质良好，地下水埋深8m—10m，适宜灌溉，能满足灌溉需求最终流量须根据水土平衡计算确定。1.6电力规划区电力资源丰富，使用方便，供电小时数20小时，电价0.68元/度。建议:将棉花膜下滴灌工程的基本资料填于表2,以便于计算时采用。表2 棉花膜下滴灌工程基本资料表序号分项内容1地块面积： 亩地势：地理位置：地形图：见平面布置图2土壤类型：土壤容重：田间持水量田：土壤深度：3气象年平均蒸发量：多年平均降雨量：初霜日：终霜日：4作物作物名称：种植方向：株行距：株距： 窄行： 宽行：作物耗水强度：5水源水源类型：地下水，机井已建，出水量：井水：水质良好，动水位20m6电力配有动力电源，使用方便，供电小时数20小时系统规划布置及参数初定2.1系统规划布置2.1.1系统选型滴灌系统按管道的固定程度分为固定式、半固定式和移动式三种类型。固定式滴灌系统其各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。其优点是操作方便、省工、省时、灌水效率高、效果好。缺点是一次性投资大。注：本次课程设计选用固定式滴灌系统。2.1.2系统组成固定式滴灌系统由水源工程，首部工程，输配水管网，蓄水池，灌水器等五部分组成。因水源分为地下水和地表水，所以滴灌系统组成略有区别，且主要区别表现在系统首部。地下水：井水f潜水泵f过滤装置f主干管f分干管f支管f辅管f毛管f滴头。注：本次课程设计以地下水为水源。其系统组成为：（一） 首部枢纽首部枢纽包括动力机、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。过滤装置的作用是将水中的固体大颗粒、杂质等过滤，防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。过滤装置有沉淀池、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等，各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。测控装置作用是方便系统操作、运行管理，保证系统安全。它包括阀门、水表、压力表、排气阀、逆止阀。本系统设有逆止阀、空气阀、压力表、流量控制阀门。（二） 输配水管网输配水管网包括主干管、分干管、支管、辅管、毛管及连接管件。干管起到为滴灌系统输送水的作用；支管和辅管在系统中起控制滴灌带适宜长度，划分轮灌区的作用；灌水器作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间，满足作物对水分的要求。在各级管道的铺设当中，毛管沿作物种植方向铺设，毛管、支（辅）管、分干管、主干管依次尽量相互垂直（具体情况应结合地块形状确定）；主干管、分干管采用PVC-U管，埋设在地下；支（辅）管、毛管采用PE管，均铺设于地面，支管、辅管管径见表3。表3支、辅管管径表管道名称及规格外径（mm）内径（mm）de75PE支管7572.8de40PE辅管4036.2de63PE支管6361.2de32PE辅管3228.8

灌水器灌水器的选择应根据作物种植模式、土壤质地及灌水器本身的特点来确定。结合近几年对棉花膜下滴灌生产实际的观测和调查总结，对于砂壤地，种植模式为(30+60)X10的棉花(即窄行距为30cm,宽行距为60cm,株间距为10cm),毛管宜一管两行，滴头流量以1.8-2.2L/h,间距以0.3m为宜。表4 滴灌带参数表额定流量q(L/h)毛管内径d(mm)滴头间距Se(m)毛管布设间距SL(m)额定工作水头h(m)灌水器压力流量关系式1.6160.20.95-10q=0.452h0.51.8160.20.95-10q=0.452h0.52.1160.30.95-10q=0.452h0.62.4160.30.95-10q=0.452h0.62.6160.30.95-10q=0.452h0.63.1160.30.95-10q=0.452h0.6注：毛管制造偏差Cv均小于0.052.1.3方案比较设计过程通常要进行多方案的比较，其中包括布置形式的比较，灌水器的比较等等。2.2初定参数2.2.1系统总供水量Q根据《规范》2.3.1式计算如下：(1-1)Q=10IaA/nt(1-1)式中：A 可灌面积，hm2；Q——可供流量m3/h；Ea 设计耗水强度，mm/d；t——水源每日供水时数，h/d；n—灌溉水利用系数；Ia——设计灌水强度，mm/d。2.1.2灌水小区允许水头(流量)偏差率⑴流量偏差率qv根据《规范》3.0.9条规定，灌水器设计流量允许偏差率不大于20%，本工程取qv=20%。(1-3)⑵水头偏差率[hv]x=0.6、qv=20%，代入1-3式得：(1-3)[hv]=1qv(1+0.151—*qv)

式中：式中：鲜一灌水器流持偏无率I貌一灌水•器设•讣流吊，一灌水•器L作』、头偏差率,%；2.1.3土壤湿润比P毛管单行直线布置，各参数见图1-1。NpSeWNpSeWX100%

SSr

p为土壤表层以下30cm处湿润面积占作物种植面积的比(湿润比)；土壤湿润比： 户w(1-4)式中：p-wSe——为滴头沿毛管上的间距，m，WW 为湿润宽度，为作物株距，m；为每棵作物的滴头数。SpS——为作物行距，m；为作物的平均行距rN2.1.4设计灌水定额p根据《规范》3.0.5-1式计算灌水定额：m=o.iYzP(emax-emin)/n (1-5)式中：m——设计灌水定额mm；Y 土壤容重g/cm3；z 计划土壤湿润层深度m；P——微灌设计土壤湿润比；emax、emin——适宜土壤含水率上、下限；n—灌溉水利用系数；2.1.5设计灌水周期T根据《规范》3.0.6式，计算灌水周期T=(m/E),n (1-6)式中：T——设计灌水周期d；m 设计灌水定额mm；Ea 设计耗水强度mm/d；n—灌溉水利用系数。此值为作物需水高峰期的灌水周期。2.1.6初定一次灌水延续时间tt=m*S•SL/qd (1-7)式中：t为一次灌水延续时间，m为设计灌水定额mm；Se为灌水器间距，m；，wrpn口曰〜SL为毛吕间距，m；q为灌水器流量，L/h。2.1.7初定系统最大轮灌组数N必 (1-8)t式中：N一为允许的轮灌组最大数目，取整数；C一为一天运行的小时数，一般为12〜20h，对于固定式系统不低于16h；T一为灌水时问间隔(周期)，d；t一为一次灌水持续时间，h。注：将上述设计参数的计算成果列于表5。表5系统设计参数表序号参数名称参数值1灌溉补充强度Ia(mm/d)2系统初定总供水流量Q(m3/h)3灌溉水有效利用率n4灌水小区允许偏差率流量偏差率[qv]水头偏差率[hv]5土壤湿润比P(%)6设计灌水定额m(mm)/(m3/亩)7设计灌水周期T(d)8一次灌水延续时间t(h/组)9最大轮灌组数灌水小区的水力设计一条支管控制的灌溉范围为一个灌水小区。滴灌系统运行方式不同，其灌水小区划分也有所不同，本次课程是设计采用：“毛管+辅管+支管”构成灌水小区的形式。另外，灌水小区(毛管和辅管)的水力设计分平坡与均匀坡两种情况，须结合地形确定选取哪一种计算方法。从单翼迷宫式滴灌带沿均匀坡铺设的水力特性及设计方案比较中得知，当沿毛管铺设方向坡降

在允许1%。范围内时，按均匀坡降计算结果与平坡计算结果相差不大，可按平坡计算，否则按均匀坡计算。3.1平坡条件下，灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配3.1.1灌水小区允许水头偏差[八h]计算[△h]=«Xhd (1-8)式中：[△h]——灌水小区允许水头偏差，m；hd——设计滴头工作水头，m。3.1.2小区允许水头偏差的分配小区允许水头偏差在毛管和辅管间的分配，本次课程设计当中，分配比例取0i=0.55p广0.45，毛管允许水头偏差心％]为：[△%]=8][△h] (1-9)辅管允许水头偏差心h2][△h2]=8」△h] (1-10)3.1.3平坡条件下,毛管极限孔数及极限长度0.364INT(1-11)kS1.75INT(1-11)kS1.75d依据《规范》中的4.3.6式计算毛管极限孔数：式中：Nm——毛管的极限分流孔数；[△h「一一毛管的允许水头差m，2.04m；d 毛管内径mm，16mm；k——水头损失扩大系数，1.1；qd——滴头设计流量，1.8L/h；S——毛管上分流孔的间距，0.3m。3.1.4毛管极限长度Lm的计算：Lm=S(N「1)+S0 (1-12)3.1.5辅管极限孔数和极限长度计算辅管也为多孔出流管，其极限孔数和极限长度的计算方法与毛管相同，但相关参数不同，注意加以区分。依据《规范》中的4.3.6式计算辅管极限孔数，计算时，注意区分公式里各字符的含义。

式中：N式中：N辅管的极限分流孔数;Nm=INT(1-13)0.364

|5.446(△h2)d4.Nm=INT(1-13)kSq/75［△h「一一辅管的允许水头差m,m；d 辅管内径mm,mm；k一一水头损失扩大系数，1.1;qd——辅管设计流量，L/h；S一一辅管上分流孔的间距，m。3.2均匀坡条件下，灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配3.2.1灌水小区允许水头偏差［Ah］计算及小区允许水头偏差的分配同平坡3.2.3均匀坡条件下，毛管极限孔数及极限长度依据《微灌工程技术规范》附录C计算。C1一般规定C1.0.1地形比降以顺流下坡为正，顺流逆坡为负。C1.0.2毛管上分流孔编号，以最上游为1号,顺流向排序,末孔以N号表示。C2参数C2.0.1降比r为沿毛管的地形比降与毛管最下游管段水力比降的比值，应由下式计算伊=时式中 J—沿毛管地形比降$& 毛管内径遍—水头损失扩大系数，见4.3.6条；f一摩阻系数&如一单孔设计流量瓦(1-11)C2.0.2压比为毛管最下游管段总水头损失与孔口设计水头的比值应由下式计算kfSq 1.75=d式中hd一一孔口设计水头，与qd相对应,ms-毛管上分流孔间距，mC3毛管水力特征值C3.1最小压力孔号C3.1.1毛管上压力最小的分流孔编号应根据值选用下式之当r<1, 」』队=应当则r>1, 除=N—Zm舟叫式中汩毛管最下游孔号；敬7（）一将括号内实数舍去小数成整数。当按式（C4）计算得禺VI时，应取Ai=1<>C3.2最大压力孔号如C3.2.1毛管上压力最大的孔口编号知，应按下列条件判定：TOC\o"1-5"\h\z当常窟?X、 则外=1 （^）当绪湖>L 则如=衣 （B）C3.3最大水头偏差』C3.3.1一条毛管的最大水头偏差应由下式之一计算：当』=GAJ（萍匚兴胃沪花_“-1刃 （C7）当常>1且务!=虬』=臼"KN-如）-3-勺您.华）"］ （逐）当r>lK饪=L仙_e「（N-0.52）地一（那一知+。.舞）却 _ &=在加|_ 公无 r（如一（值）C3.3.2港水小区的最大水头偏差，为小区内所有灌水器的工作水头中最大工作水头•与最小工作水头的差值，这两个灌水器-般分布在不同毛管上，应通过比较分析确定，小区的水头偏差率应满足本规范第432条的规定。C4毛管极限数总C4.0A极限孔数是毛管满足水头偏差要求的最多孔数，使用孔数应不超过极限孔数.C4.0.2当降比『小于-等于1时，应按F式试算极限孔数：哮］■偶尊一见口式中［4知］—毛管允许的水头偏差。C4.0.3当降比『大于时，应按F述方法确定极限孔数：（1） 计算兄=辨N1+#血）.（2） 按卜式计算

Ah 1 Gh《 , (p，-0.52)2.75n 2.75(3)按中值选择下式之一试算Nm当时当中＜1时1 (Nm—0.52)2当时当中＜1时1 (Nm—0.52)2-75—(p'-0.52)2*—r(Nm—p‘)Gh

d很h] (N-0.52)2.75Gh 2.75d3.2.4毛管极限长度Lm的计算：Lm=S(N「1)+S0 (1-12)3.2.5辅管极限孔数和极限长度计算辅管也为多孔出流管，其极限孔数和极限长度的计算方法与毛管相同，但相关参数不同，注意加以区分。依据《规范》中的4.3.6式计算辅管极限孔数，计算时，注意区分公式里各字符的含义。式中： Nm——辅管的极限分流孔数；[△妇一一辅管的允许水头差m，m；d 辅管内径mm，mm；k一一水头损失扩大系数，1.1;qd——辅管设计流量，L/h；S一一辅管上分流孔的间距，m。渠灌区管网布置与系统工作制度的确定4.1管网布置根据《规范》原则布置。4.1.1毛管、辅管、支管单行毛管沿作物种植方向直线布置，毛管沿辅管双向铺设，辅管布设于支管上，将支管的水流分配给毛管。支管间距应根据地形与毛管的极限铺设长度来制定。一般，毛管铺设长度为其极限长度的90%；支管管径一般用de63或de75PE管。其中，de63PE支管的适宜铺设长度为100-150m，de75PE支管的适宜铺设长度为150-200m。4.1.2干管每条分干管控制的灌溉面积应大至相等；分干管一般垂直于支管方向布设，也可有一定夹角；分干管间距由支管长决定。分干管沿坡度双向铺设时，应适当减小逆坡铺设长度。

4.2系统工作制度设计根据管网布置形式和大田滴灌运行管理经验，本工程轮灌组编制方式采用每次同时开启各分干管同侧的所有支管，而支管上只开启离支管进口处相同距离的1条辅管上的所有毛管，这样系统总水量分流到各分干管及其控制的支管中，从而使管道中流量小，水头损失小，管径相应减小，从而降低工程总投资。按照系统设计运行工况推算。将各管段流量填入表6。表6各级管道流量表条田支管进口处1条辅管上的毛管数（对）成对毛管进口流量（L/h）一条毛管进口处流量（L/h）出口孔流量（L/h）（1，2）（3，4）水泵供主干管（m3/h）一分干管（m3/h）条田1水3/h）灌区管网水力计算5.1毛管水力计算5.1.1毛管水头损失h壬毛根据《规范》4.2.2式hK汕』「（N+0.48）m+1 nm「11^毛 db\_m+1 ISeJj其中，hf——等距多孔管水头损失，m；f、m、b——分别为摩阻系数，流量指数和管径系数；N——出水孔个数；So——进口至首孔的间距，m；K——损失扩大系数，1.1；qd——滴头设计流量L/h。5.1.2毛管进口工作压力h0毛=hdkfs <Nq)1-75 h0毛=hdkfs <Nq)1-75 o d4.75+ dz^ +

表0平均摩损比正NftJ?*KJ?5。.皿290.7S0S53o.md770.7286F.0.做300.721D540.7266730.728770.67®钳0.7Z14680.726?网0.7287a幕邮S2跳。.啄860.T2889。.毗3S0.732157。.海SL。,他100.7225命o,m疆0.7^91135Q.7223590,7271830,7289120.70160.7231600.T2T2840.7290180.7041370.7284610.7273愿0.7391140.7063酒0.冲翰0.72740.7291IB0.70800-73890.7375o.nmNJ5N1«O.7OS8400,7舔0.72760.72&2170.7113410.7%«50,73竹0,砌ia0.712542DW必0.7278900.7293isQ.m?始0.724S。.湖0.729S200*7147440.725Q橱0.7280S20.72&LZL加河450