喷灌工程设计

1、喷灌设计,呼和浩特市爱德尔园林景观设计有限责任公司,一、喷灌概述 喷灌是当今世界上最主要的节水灌溉技术之一，美国、前苏联的喷灌面积均占其总灌溉面积的40以上；随着科学技术的进步，上百万亩的大型喷灌工程的建设已成为现实；喷灌技术和农业技术的结合显著提高了水的利用率和利用效率，提高了土地生产率和劳动生产率。 由于喷灌面积迅速扩大，世界上已形成了相当规模的支撑产业，出现了一批名牌产品和著名企业，成为发展喷灌必不可少的产业基础和技术进步的主力军。,喷灌概述,茶园喷灌,喷灌效果,球场喷灌,喷灌效果,喷头,1985年我国颁布了国家标准GBJ8585喷灌工程技术规范和部标准SDl4885喷灌工程技术管理规程

2、，对规划设计的标准化和规范化发挥了重要作用。并针对喷灌使用专用设备多的特点，我国对主要的喷灌设备颁布了国家标准或行业标准，如喷头、管材、自吸泵等等，这些标准是喷灌设备生产制造必须遵守的准则和依据。,喷灌规范,二、喷灌组成和类型 （一）、组成 水源：井、渠、河等 动力：电、机械 水泵：扬水设备 管道系统：干、支管 喷头：灌水设备 附件：压力表、肥料 灌等,喷灌组成,（二）、类型 根据整个系统的移动情况，喷灌系统可分为： 1、固定式：除喷头可移动外，其它都固定； 2、移动式：除水源外其它部分都可移动； 3、半固定式：首部和干管固定，支管及喷头 可移动。 也可按系统特点分为： 管道式 机组式,喷灌类

3、型,各类喷灌系统的优缺点比较,喷灌类型优缺点,三、喷头种类及工作原理 （一）、按工作方式分类 1、旋转式喷头,喷头类型,球场上使用的喷头,喷头类型,单嘴摇臂喷头,喷头类型,2、固定式喷头 折射式喷头,喷头类型,缝隙式喷头,喷头类型,离心式喷头,喷头类型,3、孔管式喷头,喷头类型,不同喷头的优缺点比较,喷头类型优缺点,（二）、按工作压力分类 1、低压近射程：200kpa以下的压力，15m以内的射程； 2、中压中射程：200-500kpa的压力，15-40m的射程； 3、高压远射程：大于500kpa的压力，40m以上的射程。,喷头类型,喷头按工作压力和射程分类,喷头类型,（三）喷头的技术参数 1、

4、工作压力：进水口前20cm的内压力为工作压力；出水口的压力为喷嘴压力。两者的差值反映喷头的设计制造水平，其值应小于49kpa； 2、流量：单位时间喷出的水量，与工作压力和喷嘴直径成正比。 3、射程：喷洒有效水所达到的距离，即喷洒半径。与喷嘴压力、流量、仰角、喷嘴形状、喷灌结构等有关。 实际测量时，以喷灌强度等于平均强度5%的点至圆心的距离为准。,为流量系数；A为喷嘴过水面积，hp为喷头工作压力。,在一定范围内，压力增加射程增加，超出之后压力增加只能增加雾化程度。,喷头类型,喷头的技术参数是选择喷头的主要依据。 一般生产厂家在产品出厂前都已将参数标定。,喷头类型,四、喷灌技术要素 喷灌的主要技术

5、指标有喷灌强度、喷灌均匀度、水滴打击强度等几项，他们是衡量喷灌质量的重要标准和设计喷灌系统的重要依据。,喷灌技术要素,（一）、喷灌强度 喷灌强度就是单位时间内喷洒在单位面积上的水量，或单位时间喷洒在地上的水深。 单位：mm/min或mm/h 喷灌时水量并不十分均匀，因此有点强度和平均强度之分。,喷灌强度,1、点喷灌强度：地面某一点处单位时间内喷洒的水深 i=h/t 2、平均喷灌强度：地表上平均单位面积单位时间内喷洒的水深 =h/t,喷灌强度,3、单喷头喷灌强度：单个喷头工作时的喷洒强度。 =1000q/ s=1000q/ ( R2),喷灌强度,4、多喷头组合喷灌强度：多个喷头组合时的喷灌强度。

6、 组合=1000q/s=1000q/( l *b) S为喷头控制面积，小于喷洒面积。,喷灌强度,喷灌强度应小于土壤的入渗强度，以避免产生地表积水或径流，造成土壤冲刷，因此设计时必须掌握土壤、地形、坡度等资料。,喷灌强度,（二）、喷灌均匀度 喷灌均匀度指喷灌面积上水量分布的均匀程度，是衡量喷灌质量的重要指标。 表征指标有均匀度系数和雨量图。,喷灌均匀度,1、均匀度系数 国际上多采用美国克里斯琴森均匀系数。计算式为： 式中： 为平均水深， h为平均离差。,GBJ85-85喷灌工程技术规范规定：在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75%，对行喷式喷灌系统，不应低于85%。,喷灌均匀度,2、水量分布图

7、喷洒范围内的等水量图。,喷灌均匀度,单个喷头是没有什么意义的，因为喷灌都是多喷头的组合； 实际生产中可用四个或三个喷头组合进行测定，即喷头为这的范围内的均匀系数可代表喷灌的实际均匀度。,喷灌均匀度,（三）、水滴打击强度 是指受水面积内，水滴对作物或土壤的打击动能。与水滴大小、降落速度和密度有关。 用雾化指标或水滴直径表示。,水滴打击强度,1、雾化指标 Pd=Hp/d Hp-为喷头工作压力； d - 为喷嘴直径。 Pd越大，雾化程度越高；水滴直径越小，打击强度越小。,水滴打击强度,各种作物要求的喷头雾化指标,水滴打击强度,2、水滴直径 指落在地面或作物叶面上的水滴直径。直径过大打伤幼苗、板结土壤

8、；直径过小，在空中损失大、易受风的影响。 一般要求平均在1-3mm以内。,水滴打击强度,五、喷灌系统的规划、布置与设计 喷灌系统的规划设计是一个反复的过程，不可能一次就完全确定下来，但可以遵循一定的步骤。 通常分为规划和设计两个阶段进行。,喷灌规划设计,（一）、收集资料 1、自然条件 地形、土壤、气象、水源、作物等 2、生产条件 水利现状、生产现状、动力现状、材料及供应情况、生产组织和用水管理状况 3、经济社会条件 行政区划、经济条件、交通条件、发展规划,喷灌规划设计,（二）、系统选型 根据地形、土壤、气象、水源、作物、经济及设备条件，考虑各种系统形式的优缺点，选定系统形式。 1、喷灌次数多、

9、经济价值高的作物可选固定式；在地形太陡，移动困难时也可选固定式； 2、大田作物可选移动或半固定式，提高设备利用率； 3、自然水头好时可选自压式系统，降低运行费。,喷灌规划设计,（三）、选择适宜的喷灌强度 喷头的喷灌强度在出厂时已标定。 根据土壤和坡度等选定喷灌强度。,喷灌规划设计,各类土壤允许的喷灌强度,喷灌规划设计,坡地喷灌强度降低值,喷灌规划设计,（四）、确定喷洒方式和喷头组合 1、喷洒方式 有全园喷洒和扇型喷洒两种。生产中全园喷洒是主要的，扇形喷洒在特殊的场合适用： （1）田边地角 （2）坡度较大 （3）风力较大 （4）单喷头机组,喷灌规划设计,2、喷头组合 喷灌时是多喷头同时工作。 喷

10、头组合的原则是不留空白，并有较高的均匀度。 常用的喷头组合有四种形式：如下图示,喷灌规划设计,喷头组合形式,喷灌规划设计,3、喷头组合间距的确定 喷头间距受射程、喷灌均匀度和喷灌强度等的影响，一般把喷头间距和选型一起考虑，即确定作业方式和质量，然后选定喷头和确定间距。 常用经验系数法确定。,喷灌规划设计,喷头组合的支管间距、喷头间距和控制面积的关系,喷灌规划设计,4、风的影响 在多风的地区和季节进行喷管，要考虑风的影响。一般用经验系数法进行支管和喷头间距调整。 b=Cm*R l=Cp*R Cm为支管调整系数；Cp为喷头调整系数，,喷灌规划设计,风速对喷头和支管间距的影响系数,喷灌规划设计,（五

11、）、管道系统的布置及布置原则 1、干管沿主坡方向布置，支管与干管垂直，支管沿等高线布置； 2、平坦地区，支管尽量与作物耕作方向一致，与田间工程配合，减少竖管对耕作的影响； 3、在经常刮风地区，支管与主风向垂直，便于有风时加密喷头，补偿风对横向射程的影响；,喷灌规划设计,4、支管上各喷头的压力要求接近一致，否则影响各喷头得出水量； 5、水源尽量布置在系统中心，减少水头损失； 6、每根支管均应安装闸阀。 7、一般支管间距大于喷头间距，减少只管用量，节省投资，减轻劳动强度。,喷灌规划设计,（六）、结构计算以半固定系统为例 1、灌溉制度设计 （1）设计灌水定额 m=0.1r h (B1-B2) /=0

12、.1 h (B1-B2)/ m 设计毛灌水定额, mm； r 土壤容重,kg/cm3 B1、B2适宜土壤含水量(重量)； 水利用系数,0.7-0.9 B1、B2适宜土壤含水量(体积)； h 计划湿润深度,cm ,20-60cm,喷灌规划设计,（2）设计灌水周期 两次灌水间隔时间: T = m / e m 设计毛灌水定额, mm T 设计灌水周期，d e 日耗水强度,mm/d 水利用系数，0.7-0.9,喷灌规划设计,（3）喷头在工作点一次灌水所需时间 t= m/ 系统 系统=1000q/bl q 单喷头流量, m3/h b 支管间距，m l 喷头间距，m 系统系统平均喷灌强度, mm/h,喷灌

13、规划设计,2、确定支管的轮灌方式及计算轮灌组数 支管轮灌方式也就是支管的移动方式。不同的轮管方式影响干管的直径，影响投资。 在工作中，有两种灌溉工作方式： 一是续灌：上级管道向下级管道连续不断地供水。 二是轮灌：上级管道向下级管道分组轮流供水。,喷灌规划设计,两根支管的轮灌方 式示意。 后两种方式可使后半截干管流量减少一半。,（1）轮灌方式确定,喷灌规划设计,n=(T*C)t T 为作物灌水周期,d C 为喷灌系统每天有效工作的时间,h/d t 一次灌水所需时间,h,轮灌的基础是作物灌水周期长,系统灌水时间短,可以把作物分组进行灌溉，从而减少工作规模，节省投资。,（2）轮灌组数计算,喷灌规划设

14、计,（1）喷头数： N喷头=（A/b l）n A 灌区面积 n 轮管组数 其他符号同前,A/bl为需要灌水的点数,如图中为15点; n为轮灌组数,设以支管为轮灌组,则n=3; 同时工作的喷头数为: N喷头=15/3=5,3、同时工作的喷头数和支管数,喷灌规划设计,（2）支管数 N支=N喷头/U喷头 U喷头 一根支管上的喷头数,A/bl为需要灌水的点数,如图中为15点； n为轮灌组数,设以支管为轮灌组,则n=3； 同时工作的喷头数为: N喷头=15/3=5 同时工作的支管数为: N支=5/5=1,喷灌规划设计,（七）、水力计算 （略）,喷灌规划设计,（八）、水泵及动力 根据水力计算求得的沿程和局部水头损失，计算水泵扬程： H=H喷头+h沿程+h局部+ 根据同时工作的喷头数计算水泵的流量： Q=N喷头*q 根据扬程和流量选择水泵及配套动力（略）。,喷灌规划设计,（九）、技术设计应提供的成果