《低压管道灌溉水力计算案例》4300字（论文）

低压管道灌溉水力计算案例目录TOC\o"1-2"\h\u27644低压管道灌溉水力计算案例 1226391.1设计参数确定 1205271.1.1灌溉设计保证率 1238961.1.2田间水利用系数 155191.1.3灌溉水利用系数 1222781.2灌水器和工作制度确定 2309031.3灌溉制度确定 2133341.3.1设计灌水定额 2267721.3.2设计灌水周期 3326301.3.3一次灌水的延续时间 495191.4管材及其附件 578311.5管道管径 6137151.5.1设计流量 6241171.5.2管道设计流速 6302111.5.3干、支管管径确定 6107961.5.4管道水力计算 7186651.6管网布置 8289861.6.1管网的布置原则 820751.6.2管线的布置 91.1设计参数确定1.1.1灌溉设计保证率农田灌溉设计保证率是管道灌溉工程的重要指标，应该根据灌区的经济基础和自然环境确定，设计保证率应高于70%。在本次设计中，灌溉设计保证率取80%。即表示在100年中大约有80年是满足设计灌水要求的。1.1.2田间水利用系数由《农田低压管道规范》中对低压管道输水灌溉灌区的规定，低压管道灌区需要满足灌水方法合适、田间工程设施齐全、灌水定额满足作物的水分需求，其田间水利用系数设计值在非干旱区应不小于0.90。本次设计的田间水利用系数：取0.95。1.1.3灌溉水利用系数管道灌溉比渠道灌溉要节水，原因是管道灌溉的灌溉水利用系数比渠道的灌溉水利用系数高。从水源处到最后各级给水栓，其中的水头损失，一大部分是由渗漏损失、蒸散发损失组成的，由《农田低压管道规范》中的规定，灌溉水利用系数不宜小于0.80。所以本次设计中拟取灌溉水利用系数0.85。1.2灌水器和工作制度确定本设计灌水器选择给水栓，直接向田面提供压力水源。在本项目中，灌水器采用给水栓，工作压力控制在1.00m左右，灌水器的口径为De32，给水栓每个的控制流量为6m3/h，每个给水栓可支持4亩完成灌溉工作。本项目灌区总面积为350亩，初步计算得到给水栓的数量应该为88个。由于给水栓工作时受到的压力较大，所以需要C20混凝土对给水栓进行固定，同时给水栓两侧还需配置泄水阀、控制阀配合给水栓工作。为保证在灌水周期内作物适时适量地获得水分，必须制度一个合理的灌溉工作制度。灌溉工作制度主要是确定轮灌分组和轮灌顺序。项目区位于建德市泽盛街道灌区，该灌区是盆地地形，地势较为平坦，由于整个灌区都种植果树所以需水量较大，如果采用续灌，则可能需要比较大的管径不经济，所以本项目采用轮灌的方式。1.3灌溉制度确定1.3.1设计灌水定额本文中的设计灌水定额可用下列公式计算：上式中：m——灌水定额（mm）；γ——容重（g/cm3）；h——土壤湿润层深（cm）；β1——适宜土壤含水量上限（%）；β2——适宜土壤含水量下限（%）；η——灌溉水利用系数。由上可知：泽盛街道灌区计划土壤层深度h=40cm；泽盛街道灌区田间持水率β田=25%；泽盛街道灌区适宜土壤含水率的上限β1=21.25%；泽盛街道灌区适宜土壤含水率的下限β2=17.5%；泽盛街道灌区水利用系数η=0.85；泽盛街道灌区土壤干容重γ=1.25g/cm3。所以本次设计的灌水定额为：1.3.2设计灌水周期设计灌水周期与种植植株种类、灌溉面积、农技农艺等因素相关，设计灌水周期可按照下面这个经验公式计算：上式中：T——灌水周期（d）；Ia——耗水强度（mm/d）。由上文资料可得：Ia=6mm/d；η=0.85；m=22.06；计算可知灌水周期：综上，设计灌水周期取3天较为合适1.3.3一次灌水的延续时间灌水延续时间的设计会根据灌区面积、灌区灌溉设施等不同而有所差异，本次设计的灌区属于小型灌区，一般根据下面这个公式计算：式子中：A0——泽盛街道灌区单口控制面积（亩）；q0——泽盛街道灌区灌水器单口流量（m3/h）；tn——泽盛街道一次灌水的延续时间（h）。根据实际情况，给水栓大致每4亩布置1个，每个给水栓流量为6m3/h根据上述资料得：A0=4亩；q0=6m3/h；m=22.06mm因为1m3/亩=1.5mm经换算可得m=22.06mm=11.7m3/亩由此可得本项目一次灌水延续时间：1.3.4轮灌组数根据上文确定的一次灌水延续时间，可由下面这个公式计算出轮灌组数：N≤int[Th×T/tn]上式中：N——建德市泽盛街道灌区设计总轮灌组数（个）；Th——建德市泽盛街道灌区设计轮灌制度日运行时长，一般在14~18h内取；tn——建德市泽盛街道灌区设计一次灌水的延续时间（h）；T——建德市泽盛街道灌区设计灌水周期（d）。int[]—取整数符号。由上文计算可得：T=3d；tn=9.8h；Th=14h。计算可得轮灌组：N≤4组。根据实际情况取：N=4组。通过上文的计算可以初步确定本次设计采用轮灌，计划3d灌完1～4轮灌组，详细的轮灌制度见下表4-1所示。表4-1轮灌制度时间轮灌组轮灌组中支管工作时间（h）第一天第一组1、13、259.8h第二组2、14、261.2h第三组3、15、270h第四组4、16、280h第二天第一组5、178.4h第二组6、185.6h第三组7、190h第四组8、200h第三天第一组9、210h第二组10、220h第三组11、231.4h第四组12、249.8h注：根据实际灌水周期增减天数。1.4管材及其附件管材是低压管道灌溉系统的主要组成部分，控制管材的投资就可以控制整个工程的投资。因此，选择经济、耐用、高效的管材是非常重要的。目前市面上主要的固定管道管材有两种：水泥制品管和塑料硬管。水泥制品管在我国发展管灌初期应用广泛，但是近年来随着塑料硬管的发展，管灌的主要材料开始转变成塑料硬管。下表4-2是两种管材的使用条件和优缺点对比分析。表4-2各类管材适用条件及优缺点对比管材类型优点缺点适用条件水泥制品管价格低可塑性差、适应性差平原地区塑料硬管抗腐蚀性好，适应性强价格低连接时需要动力和机械设备丘陵区结合上表分析，在本次泽盛街道灌区设计中宜采用塑料硬管。管材选择塑料硬管中的PE管。1.5管道管径1.5.1设计流量本项目灌区灌溉面积350亩，m=11.7m3/亩，故ma=5145亩。取一次灌水延续时间9.8h，设计3d灌完，则Q=175m3/h。1.5.2管道设计流速适宜的流速对管径的选择有很大影响，目前低压管道输水灌溉系统的流速依赖经验选取，一般多控制在0.5~1.5m/s之间，在满足不冲、不淤情况下确定。本文管道采用的是PE管，通常其正常工作的流速在1.0~1.5m/s之间，由于采用分级灌溉，干支管流速不同，在干管中常取其经济流速1.5m/s，而在支管中常取其经济流速1.0m/s。1.5.3干、支管管径确定经济管径计算公式：上式中：Q——为管道设计流量；V——为管道设计流速。由上可知：Q=175m3/h，V=1.5m/s。计算得=122.1mm查阅管道管径标准后管道干管选用De140PE管。根据管网设计标准，管道设计流量必须满足作物需水量，由支管上给水栓的布置形式可知，每条支管上给水栓数量应小于等于4个，以最不利流量计算，管道设计流量为24m3/h，那么支管管径的理论值为：=55.4mm综上所述，支管宜选用De63PE管1.5.4管道水力计算（1）管材工作压力：本设计采用PE管，其工作压力为1.0Mpa（2）沿程水头损失按下面这个公式计算：上式中：——泽盛街道灌区设计干管沿程水头损失（m）；——泽盛街道灌区管道长度（m）；——泽盛街道灌区沿程水头损失摩阻系数；——泽盛街道灌区管道流量（m3/h）；——泽盛街道灌区管道流量指数；——泽盛街道灌区管道管径（mm）；——泽盛街道灌区管道管径指数。查阅参数表可知管材的f、m、b的数据：f=0.948x105，m=1.77m，b=1.77本设计采用分级灌溉管道回路较多，采用分析主要水头损失的方法来初步确定干管的沿程水头损失。根据管网布置情况，找出了最不利情况是管道总长度688m，通过查阅PE管道的规格，得到的De140管道，内径123.4mm，由公式计算可得：管道的局部水头损失本设计中的局部水头损失是由干管、分干管、支管交汇处，流速与边界发生变化产生的水头损失，计算公式如下：上式中：——泽盛街道灌区管道局部水头损失（m）；——泽盛街道灌区管道局部水头损失系数；——泽盛街道灌区管道中的流速（m3/s）；——重力加速度，为9.80m/s2。在对局部水头损失计算中，往往由于管道局部水头损失系数的确定而产生较大的误差，因为管道局部水头损失系数和许多因素都相关。为了减小误差，根据经验，一般来说局部水头损失为沿程水头损失的10%～15%，本设计采用较高标准所以取在本次设计中取。可得：=9.6m。（4）自压校核为判断该自压式低压管道输水灌溉系统是否满足其正常工作的压力，需要根据地形落差和总水头损失比较分析进行自压校核。通过上面的计算可知该系统的总水头损失为73.58m，而本设计的设计水源高程为8.1m，管道输水系统的最低处高程为7.9m，可以判断出本设计需设计水泵提水，靠自流无法满足正常工作灌溉需求。1.6管网布置1.6.1管网的布置原则（1）管网的布置需要考虑多方面，例如管网的投资费用，管网的总水头损失，管网后期的管理运行便利程度、灌区道路规划、行政区划等问题。使线路尽量短、控制面积尽量大；（2）管网的布置原则需要根据项目区当地的地形条件进行规划设计，通常管网的布置在平原地区和山区丘陵地区不同。按照管网的几种不同布置形式的特点分别适合于不同的地形条件，在平原地区由于地势平缓，可以采用环状封闭式管网，该方法可以提高土地的利用率，方便大规模工程建设，同时还可以在支管的两侧进行设置充分提高了田间水灌溉系数。但是由于环状封闭式管网对高差的变化比较敏感，稍有变化，管网布置形式就发生严重的变化，所以一般在山区丘陵盆地地区通常采用的是对地形适应性较高的树枝状管网，其主要管道沿山脊布置，以减少管道起伏。（3）管网的入口处的设计压力和流量，需要满足整个管道灌溉系统的设计流量同时还应与分水管进口所需的设计压力相符合；（4）输配水管网各级管道进口处必须设置控制阀，并安装相应的压力和流量的调节装置。在分水口较多处应每隔2~5个分水口安设一个泄水阀。根据实际情况，尽可能简化，控制管道最大效率化；（5）尽量节省施工材料，争取做到双向控制；（6）避免过大的土方开挖与回填；（7）将系统分块分区管理，是整个系统既可以整体工作，也可以部分独立工作。1.6.2管线的布置管线布置是一个动态的规划问题，如何布置好管线决定了灌溉的效率，土地的利用率，是发展高效节水灌溉中重要的一环。在管道灌溉水源确定后，首部枢纽的位置要尽可能地布置在灌区中心处。还要对灌区进行校核，确定管道的工作压力是否满足管道最不利处的压力，不满足则需要建设泵站提水。在本设计中，入水口处布置在整个灌区高程的最高点，需要在河流旁建设泵站。本设计的初步布置形式在灌区实测地形图中展示，详见附图3项目区管网布置图。本设计中的建德市泽盛街道灌区地势较低，无法靠自流进行灌溉，需要泵站提水，因此选用树状管网布置形式，采用树状管网布置形式可以充分解决地形对管灌限制的问题，而且由于树状管网布置的灵活性比较高，相比其他的管网布置形式可以节省很多材料。项目区管网设计布置如下所述：首先确定干管的布置形式应为在项目区中线处，在根据项目区的形状具体确定干管、分干管、支管的数量。本设计充分结合了项目区的形状设计出了一条干管、28条支管、一条连接泵站干管，其中干管长度为600m管材采用De140