微灌工程规划与设计.ppt

微灌工程规划与设计,3.5 微灌工程规划与设计,3.5.1 微灌工程规划 3.5.2 微灌工程设计参数确定 3.5.3 微灌系统的设计 3.5.4 微灌系统管道水力设计 3.5.5 机泵选型配套及工程结构设计 3.5.6 工程预算编制,3.5.1 微灌工程规划,微灌工程规划包括内容： 1、规划任务 2、规划原则 3、基本资料的收集 4、水源分析与用水分析 5、水量平衡计算 6、管网布置,1、规划的任务,勘测和收集基本资料 根据当地的自然条件，社会和经济状况等，论证工程的必要性和可行性 确定工程的规模和微灌系统的控制范围 根据水源位置、地形和作物种植情况，合理布置引、蓄、提水源工程、微灌枢纽位置和骨干输配水管网 提出工程概算,2、规划原则,微灌工程的规划，应与其它的灌溉工程统一安排 微灌工程规划应考虑多目标综合利用 微灌工程规划要重视经济效益 因地制宜地合理地选择微灌形式 近期发展与远景规划相结合 由自然及经济条件确定微灌工程设计保证率,3、资料收集,地形资料 土壤资料：土壤质地、田持、渗透系数等 作物分区：果树应搜集树种，树龄、密度、走向等。产量与农业措施：灌溉方法，施肥方法。灌溉情况：现有灌水方法，灌水经验等 水文资料：取水点来水系列及年内月分配资料，泥沙含量，水井位置，供电保证率，水井出水量，PH值 气象资料：逐月降雨、蒸发、平均温度、湿度、风速、日照、冻土深 其它社会经济情况：行政单位人口，土地面积，耕地面积，管理体制等,4、水利计算,灌溉用水量 微灌毛供水强度为 Ig=Ia/水 灌溉供水量为 W=0.667 IgA,用水分析,式中 Ig微灌毛用水强度，mmd Ia微灌补充强度，mmd ; 水灌溉水利用系数，水=0.90.95 W每日灌溉供水量，m3d A灌溉面积，亩,人畜生活及村乡工副业用水量,供水分析的任务是研究水源在不同设计保证率年份的供水量、水位和水质，为工程规划设计提供依据，微灌工程水源通常有以下几种类型：,供水分析,井、泉类水源 河渠类水源 塘、坝类水源,5、微灌水量平衡计算,已知来水量确定灌溉面积,式中： A井水可灌面积，亩； Q 微灌有水井可供水量，m3/d I微灌作物耗水强度,mm/d,水量平衡计算-1,水量平衡计算-2,在水源有调蓄能力并且调蓄容积已定时 可按照上面公式确定微灌面积,6、管网布置原则,原则： 符合微灌工程总体要求原则； 管道总长度最短、少穿障碍物原则； 满足需要、分配水流迅速、维护管理方便原则； 管道布置科学化原则； 管道纵剖面平顺原则,微灌工程总体规划,灌区范围的确定 水源工程的布置 系统首部枢纽和输水干管的布置,3-5-2 微灌系统设计参数,3.5.2 微灌工程设计参数确定,1、作物需水量 2、设计耗水强度 3、微灌的土壤湿润比 4、微灌的灌水均匀度 5、灌水器流量和工作水头偏差率 6、灌水器设计工作水头 7、过滤器设计进口与出口压力差,1 作物需水量的计算,利用参考作物需水量的计算： ETC=KC*E0 根据蒸发皿蒸发量估算：,根据灌溉试验经验确定（一般不考虑棵间蒸发量）,2 微灌耗水强度,微灌耗水强度(日耗水量),3 微灌土壤湿润比,定义： 微灌时被土壤湿润的土体占计划湿润层深度土体的百分比。 影响湿润比的因素： 毛管的布置方式;灌水器的类型和布置方式;灌水器的流量和大小;土壤的种类和结构。,微灌土壤湿润模式,灌溉补充强度,在干旱地区降雨量很少，地下水很深，作物生长所消耗的水量全部由微灌提供。此种情况灌溉补充强度至少要等于作物的耗水强度，即,当有其它来源补充作物耗水量时，微灌只是补充作物耗水不足部分，此时微灌补充强度为,式中 Ia微灌的灌溉补充强度，mmd；,式中 Po有效降雨量；mmd； S根层土壤或地下水补给的水量，mmd,微灌的灌溉补充强度取决于作物耗水量、降雨量和土壤含水量条件，通常有以下两种情况：,计算土壤湿润比的方法,根据毛管和灌水器布置方式，计算公式如下： 单行直线毛管布置,土壤湿润比，； 水分扩散直径或湿润带（m），的大小取决于土 壤质地、滴头流量和灌水量的大小 灌水器或出水点间距，m 毛管间距，m,双行直线毛管布置,对毛管的窄间距，m； 对毛管宽间距，m； 与 对应土壤湿润比， 与 对应土壤湿润比， 作物行距，m,设计土壤湿润比的确定,在实际工程中不仅要考虑到作物对水分的需求，还要考虑到工程投资的合理性。湿润比过小，投资和运行费用小，不能满足作物水量需求；湿润比过大，易满足作物需求但投资和运行费用高 一般，对于果树，北方干旱和半干旱地区，设计土壤湿润比可取2030，南方，可取2535。对于蔬菜和大田密植作物可取7090,4 设计灌水均匀度,灌水均匀度的表示(克里斯琴森均匀系数Eu),式中：,设计灌水均匀度的确定 灌水均匀度高，灌水质量好，水利用率高，但投资和运行费高，应根据作物、经济价值、水源、地形、和气候等综合确定。 一般建议： 取 Eu0.900.98 或Fv=10%-30%,均匀度与流量偏差的关系 Cv () 98 95 92 Fv (%) 10 20 30,思考题：微灌的均匀系数Eu与灌水器的流量偏差率Fv之间的关系是什么？ 存在着一一对应的关系,5 流量偏差与工作水头偏差的关系,水头偏差（允许水头差）的分配,水头偏差分配方法 式中： 毛管允许的水头差 支管允许的水头差 允许的水头偏差（根据设计均匀度确定） 灌水器工作水头,干管,支管,毛管,支管,一区,二区,设置调压装置 h毛=hvhd,注：假设不设置调压装置,灌溉水利用效率的确定,常用下式表示微灌有效利用率，即,由于微 灌的水量损失很小，建议微灌的灌水有效利用系数 取0.90.95,式中,6灌水器设计工作水头的确定,灌水器的工作水头越高，灌水均匀度越高，但系统的运行费用越大 灌水器的设计工作水头应根据地形和所选用的灌水器的水力性能决定,滴灌时通常为10m水头 涌泉灌时，工作水头可为57m 微喷时工作水头一般以1015m为宜,7 过滤器设计进口、出口压力差,为“过滤器通过洁净水流时进、出口水头差”加上“过滤器工作时允许进、出口增加的水头差”。,思考题：微灌系统设计参数有哪些？,作物需水量：包括作物蒸腾量和棵间蒸发量。 设计耗水强度：采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值，并由当地试验资料确定。 微灌土壤湿润比：是指被湿润的土壤的体积占计划湿润层总土壤体积的百分比，通常以地面以下20-30cm处湿润面积占灌溉总面积的百分比来表示。 微管的灌水均匀度：灌水均匀度用克里斯琴森系数Eu来表示，且微管不能低于0.8 灌水器流量和工作水头偏差率： 灌水器设计水头：灌水器的设计工作水头应选取灌水器的额定工作水头。 过滤器设计进口与出口压力差,微灌工程设计（三）,3-5-3 微 灌 系 统 设 计,3-5-3 微 灌 系 统 设 计,1、微灌系统的布置 2、微灌灌溉制度的确定 3、微灌系统工作制度的确定,1、微灌系统的布置, 首部枢纽位置确定 毛管和灌水器的布置,首部枢纽位置确定原则,投资少、便于管理原则。, 毛管和灌水器的布置, 滴灌时毛管和灌水器的布置 微喷灌时毛管和灌水器的布置, 滴灌时毛管和灌水器的布置, 单行毛管直线布置 单行毛管带环状毛管布置 双行毛管平行布置 单行毛管带微管布置,思考题：微喷灌时毛管和滴水器的 布置形式有哪几种？ 单向半圆微喷 双向微喷 窄行密株距作物全圆微喷 单行喷头微喷,思考题：滴灌时毛管和滴水器的 布置形式有哪几种？,2、微灌灌溉制度的确定, 设计灌水定额m 设计灌水周期T 一次灌水延续时间t 确定灌水次数和灌溉定额,灌溉制度及相关概念,灌溉制度 灌水定额 灌溉定额, 设计灌水定额m,式中： m为灌水定额，(mm)； r为土壤容重，(g/cm3)； z为计算湿润层深度，(cm)， 蔬菜取20-30cm， 大田作物取30-60cm， 果树取80-120cm； 适宜土壤含水量上、下限(占干土重的百分比)； 为灌溉水利用系数，取0.90-0.95； p为微灌设计土壤湿润比，(%)。,微灌系统布置,毛管与作物种植方向一致 支管垂直于等高线布置 毛管沿支管两侧布置 固定式（果树），移动式（大田） 首部枢纽（井、果园） 毛管和灌水田的布置,灌 水 器 布 置（滴灌）,滴灌时毛管与灌水器的布置 （a）单行毛管直线布置（b）单行毛管带环状布置（c）双行毛管平衡布置 1灌水器；2绕树环状管；3双行毛管平行布置,微喷灌时毛管与灌水器的布置,（a）单向微喷局部喷洒（b）双向微喷头局部喷洒 （c）全圆微喷头全面喷洒（d）全圆微喷头局部喷洒 1毛管；2灌水器(微喷头）；3喷洒湿润区；4果树,灌水定额,灌水定额：是指作为微灌系统设计的单位面积上的一次灌水量，如果用灌水深度表示，可用下式计算，即 式中： 设计灌水定额 允许消耗的水量占田间持水量的比例（） 对于需水敏感性植 物； =2040 对于耐旱作物或控水生生育阶段 =3040 土壤田间（体积百分率持水量，） 凋萎含水量（体积百分率持水量，） 计划湿润层深度（m），一般蔬菜0.200.30m；果树0.31.0m 土壤湿润比，70%90%,(2) 设计灌水周期T,设计灌水周期：滴灌设计灌水周期是指按一定的灌水定额灌水后，在作物适宜土壤含水率的条件下，保障作物正常生长的可能延续时间T，用下式计算，即,式中： T灌水周期（d）； e作物需水旺盛日平均耗水量（mm/d）,(3) 一次灌水延续时间,一次灌水延续时间：一次灌水延续时间是指把设计灌水定额水量，在不产生径流的条件下，均匀分布于保护地田间所用的灌水时间，用下式计算，即 式中：t 次灌水延续时间（h）； 设计灌水定额（mm）； 滴头间距（m）； 毛管间距（m）； 滴头流量（l/h）,3、微灌系统工作制度的确定, 续罐 轮罐 确定轮罐区数目 确定灌溉控制面积, 续 灌,续灌是对系统内全部管道同时供水，灌溉面积内所有作物同时灌水的一种工作制度。 优点：每株作物都能得到适时灌水；灌溉供水时间短，有利于其他农事活动的安排； 缺点：干管流量大，增加工程的投资和运行费用；设备的利用率低；在水源流量小的地区，可能缩小灌溉面积。, 轮 灌,较大的微灌系统为了减少工程投资，提高设备利用率，增加灌溉面积，通常采用轮灌的工作制度 一般是将支管分成若干组，由干管轮流向各组支管供水，而支管内部则同时向毛管供水, 划分轮灌组的原则,轮灌组的数目：应满足作物需水要求，同时使水源的水量与计划灌溉的面积相协调； 每个轮灌组控制的面积：应尽可能接近相等，以便水泵工作稳定，提高动力机和水泵的效率，减少能耗； 轮灌组的划分：应照顾农业生产责任制和田间管理的要求； 为了便于运行操作和管理：通常一个轮灌组管辖的范围宜集中连片，轮灌顺序可通过协商自上面下或自下而上进行。有时，为了减少输水干管的流量，也可采用插花操作的方法划分轮灌组。, 轮灌组数目的确定,按作物需水要求，全系统轮灌组的数目划分如下： 对于固定式系统 NCT/t 对于移动式系统 NCt/n移t,式中 N允许的轮灌组最大数目，取整数； c一天运行的小时数，一般为1220h； T灌水时间间隔(周期)，d； t一次灌水延续时间，h； n移一条毛管在所管辖的面积内移动的次数。,实践表明，轮灌组过多，会造成务农户的用水矛盾。按上式计算的N值为允许的最多轮灌组数，设计时应根据具体情况确定合理的轮灌组。,轮灌区数目的确定,轮灌区数目的确定：对于固定式滴灌系统，轮灌区数目可按下式计算：,式中：N轮灌区数目（个）； K水泵每天开启时间比例，通常选0.50.8； t每条或每组开启的时间（h）； T灌水周期（d）。,对于移动式微灌系统可按下式计算：,滴灌系统控制面积内毛管移动的次数,t每条或每组开启的时间（h）,式中：,(4)控制灌溉面积大小的计算,微灌系统控制灌溉面积大小的计算 在灌溉水源能够得到充分保证的条件下，滴灌面积的大小取决于管道的输水能力。对于水源流量不能满足整个区域需要时，滴灌面积为：,一条毛管的控制灌溉面积,对于固定式微灌系统，毛管固定在一个位置上灌水，控制面积按下式计算：,3.5.4 微灌系统管道水力计算,1、管道流量的确定 2、各级管道管径的选择 3、管道水头损失计算 4、系统首部设计水头的推求,1、管道流量的确定,毛管 支管 干管,2、各级管道管径的选择,允许水头偏差的分配 毛管管径初选 支管管径初选 干管管径初选,管径的选择,通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的最大流量，作为本级管道的设计流量，依据这个设计流量来确定管道的管径； 若某一级管道，其最大流量通过的时间占管道总过水时间的比例甚小，也可选取一个出现次数较多的次大流量，作为管道的设计流量来确定管径。,支管管径的确定,考虑地形高差Z的影响时上述规定可表示为：,两滴头进水口高程差（实际上就是两滴头所在地的地面高差）可以从系统平面布置图中查取。则即可求出。利用公式：,在其他参数已知的情况下反求管径，就是该支 管可选用的最小管径的计算值； 管材的管径已标准化、系列化。因此，还需按管材的标准管径将计算出的管径规范取整。,支管以上各级管道管径的确定,一般情况下，经验公式估算管道的直径：,3 管道水头损失,有压管道沿程水头损失 多口出流管道沿程水头损失 管道局部水头损失,管网水力计算,微灌系统各级管道布置好以后，即可从最末端或最不利毛管位置开始，逐级推算各级管道的水头损失（沿程水头损失和局部水头损失