节水灌溉毕业设计说明书.doc

目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论.1 第二章第二章 农业节水灌溉工程发展概况农业节水灌溉工程发展概况.2 第三章第三章 发展节水灌溉的必要性发展节水灌溉的必要性.3 3.1 存在的问题.3 3.1.1 工程老化、设备陈旧.3 3.1.2 灌溉工程应用节水工程技术较少.3 3.1.3 水质污染严重.3 3.1.4 灌溉管理水平不高.3 3.2 发展节水灌溉的必要性.4 3.2.1 沈阳市水资源总量及用水现状分析.4 3.2.2 沈阳市的土壤质地、地形地貌分析.5 3.2.3 从农业调整结构分析.6 3.2.4 从灌溉工程现状分析.6 3.2.5 从经济财务分析.6 第四章第四章 节水灌溉工程典型设计节水灌溉工程典型设计.8 4.1 喷灌系统的设计.8 4.1.1 半固定式喷灌系统的设计.8 4.1.2 移动式喷灌系统的设计.24 4.1.3 固定式喷灌系统的设计.28 4.24.2 低压管灌系统的设计低压管灌系统的设计.33 4.34.3 冷棚滴灌系统的设计冷棚滴灌系统的设计.40 第五章第五章 系统安装与施工的注意事项系统安装与施工的注意事项.45 5.1 一般规定.45 5.2 施工准备.45 5.3 管槽开挖.45 5.4 管道系统安装.45 5.5 试水回填.46 5.6 操作管理办法.47 第六章第六章 效益分析效益分析.49 6.1 生态效益.49 6.2 经济效益.49 6.3 社会效益.50 第七章第七章 总总 结结.51 节水灌溉毕业设计说明书 1 第一章第一章 绪绪 论论 中国是一个拥有 12 亿人口的发展中国家，人口占世界人口总数的 22%，据预测到 2030 年我国人 口将增至 16 亿。因此，面对 21 世纪，解决中国人吃饭问题确是一个十分艰巨的任务。 要解决吃饭问题，首先必须要有资源，最重要的就是水资源和土地资源。中国幅员辽阔，地大物 博，自然资源丰富，绝对量居世界前列。然而这些资源由 12 亿人来分摊，人均资源量就非常少，远远 低于世界平均水平。所以说土地资源和水资源的短缺是制约 21 世纪中国农业可持续发展的一个极为重 要的因素。 中国的河川径流总量居世界第六位，水资源总量为 2.8 万亿 m3。按 1997 年人口统计，我国人均 水资源量只有 2220m3，仅为世界平均数的 1/4。中国国土的大部分地区都存在着不同程度的水资源短 缺问题，这已成为制约 21 世纪中国社会经济、工农业发展的“瓶颈”性因素，尤其是对用水量占总用 水量 70%的农业起着决定性的制约作用。 随着社会经济的稳定发展，人民生活水平的不断提高，城市化进程的不断加快，社会对水的需求 量急剧增加，随之而来，工业用水和生活用水比例势必上升。但是，对于农业水资源来说，问题还不 仅仅是短缺，更为严峻的是在 21 世纪，由于我国水资源供需矛盾仍将继续存在，在总供水量难以满足 总需求量的条件下，由于用水竞争性的存在，农业用水特别是灌溉用水部分将被挤占、压缩，这是不 可避免的事。由此看，农业用水量只能是零增长，甚至是负增长。从这个意义上讲，农业水资源也将 出现负增长。因此，如何以农业水资源的可持续利用，保障农业粮食生产和社会经济的可持续发展是 必须研究的现实问题。 众所周知，水是中国可持续发展的基础，决定着农业发展的前景，具有特殊的战略地位，因此对 于一个水资源相对短缺的国家-中国，提高水的利用效益，节约灌溉用水就成了解决我国水资源危 机的一项不可替代的重大措施。 中国共产党十五届三中全会通过中共中央关于农业和农村工作若干问题的决定 ，这对于开创我 国农业和农村工作的新局面，实现我国跨世纪发展的宏伟目标具有重大意义。 决定明确了“加快以 水利为重点的农业基本建设，改善农业生态环境” ，指出“把推广节水灌溉作为一项革命性措施来抓， 大幅度提高水的利用率。由于水资源严重不足，实行节水灌溉不仅关系到我国农业，而且关系到我国 经济社会总体发展的迫切需要解决的重大战略问题 因此节水灌溉是我国发展现代农业的根本出路 节水灌溉毕业设计说明书 2 第二章第二章 农业节水灌溉工程发展概况农业节水灌溉工程发展概况 沈阳市喷灌发展是由 70 年代开始，主要喷灌蔬菜、春小麦，当时新引进的机组有小型喷灌机器， 半固定式喷灌和固定式喷灌。固定式喷灌，每亩造价在 1300 元1600 元之间，半固定式喷灌，即水 泵、动力、干管固定，支管喷头移动，每亩造价 500 元700 元之间，移动式喷灌，又分为移动管道 式和移动喷灌机组形式，具有投资低机动灵活等特点，每亩需 200400 元。在 70 年代中期，在东陵 区，还研制成功了 13.3 余 hm2的自控喷灌系统，在当时居国内领先水平。由于种种原因，在 80 年代 末，我市喷灌面积只有 466.7 余 hm2，进入 90 年代，在省政府“3655”节水灌溉工程会议精神指引下 和市政府“1.3.5”目标的鼓舞下，喷灌工程有了长足的进展，引进了奥地利生产的卷盘式大型移动机 组，发展了小型移动机组，根据不同的作物种类，发展了固定式、移动式、半固定式等多种形式的喷 灌，据 1999 年的统计数字，全市喷灌面积达 20 余 hm2。 低压管道灌溉工程技术，沈阳市简称“管灌” ，是利用管道输水到田间进行灌溉的一种地面灌溉 技术。沈阳市首先在菜田及试验田应用，以后陆续推广到水田、麦田以及春小麦为前茬的旱田。至 1996 年为止，全市推广应用面积已达 52370 余亩。同时在水田区还搞了去掉田间明渠排水沟的灌排一 体化的低压管灌系统。在坝下引水两千亩成片滴灌时，还对首部电机调频变速，保证大面积管灌的恒 压供水。在菜田区还搞了水肥混合系统的管灌研究。通过六年来的实践，证明低压管道滴灌具有六大 优点： 节水。管道输水可以减少渗漏蒸发损失，输水的利用率可达 9597%。 节能。低压管灌通过提高水的利用率，节约了灌溉用水量，提高了水泵动力机的装置效率， 比喷灌降低了能源消耗。 省地。以管代渠在井灌区可比井渠少占地 2%，若在水田区实行灌排一体化，还可提高土地 利用率 12%。 输水快、省工、省时。管道输水速度快，渗漏小，供水及时，浇地快，从而缩短灌水周期， 节省了灌水用工，灌水效率可提高一倍。 适应性强便于管理。用管道输水不受地形限制，适用于井灌区，提水站灌区，也适应当前 农业生产责任制形式。也便于田间机耕作业与运输。 灌水及时，促进增产增收，投资少见效快，便于推广。 由于低压管灌具有上述优点，沈阳市经过多少年来的应用推广，已被广大农民所接受。移动式的 管灌多用于河滩地，及零散经济价值较高的地块。半固定式多用于零散的水田区。固定式喷灌，在菜 田区水田区应用的较多。而且随着经济的发展，管材质量接头质量的提高，在沈阳市将大面积应用。 节水灌溉毕业设计说明书 3 第三章第三章 发展节水灌溉的必要性发展节水灌溉的必要性 3.1 存在的问题 灌溉工程确实在沈阳市农业发展史上，发挥了巨大的作用，取得了显赫的成就。但是由于过去 各方面的种种原因，使沈阳市灌溉工程在近期不断维修改造中，仍然存在着一些问题，有的是社会进 步发展中带来的问题，概括为以下四个方面： 3.1.1 工程老化、设备陈旧 灌渠工程老化，这是全沈阳市灌渠存在的普遍问题，大中型灌区，特别是灌区的主要建筑物，建 成年代大都在 3050 年前修起来的，基本上完成了历史使命，有的原来设计标准、规模本来就低，有 的是当时施工条件所限施工质量不高，多年的应用造成冻裂、冲刷、基础漏水、倒塌等自然破坏现象。 据初步调查统计，全市大中型 17 座灌区，除市管浑蒲灌区 90 年分二期改造，工程完好率较高外，其 余灌区，工程完好率低下，有些灌区工程尚未配套完毕，渠系工程淤积除草问题严重，直接影响工程 效益的发挥。 现有工程不适应现在的灌溉需要，全市大中型原来的规划设计，大部分在 70 年代由于当时人们还 没有对辽宁省沈阳市水资源紧缺引起重视，为减少工程量大部分按用水时间长，轮灌时间长设计的， 已不适应当前农业生产的发展；家庭联产承包，用水高度集中和灌溉管理的“三集中二缩短”的管理 办法要求；渠系建筑物都需加大断面，增加输水能力。才能符合当前农业的生产发展的需要，才能适 应现代灌溉管理的需要。 小型灌区，设备陈旧，主要包括提水站灌区、小井灌区。提水站灌区大部分由于机电产品多产于 70 年代，属于高消耗低效率的产品，早已经到更新换代的年限，只是缺乏足够的资金。灌区有的井年 久失修，有的井由于历史原因，成井工艺本来就不好，严重影响了出水量，有的井位不够合理，也急 需调整，以发挥机电井应有的作用。 3.1.2 灌溉工程应用节水工程技术较少 由于沈阳市灌溉工程，因历史原因，有的阶段发展较快，相应的配套措施一时跟不上，造成了灌 区不能充分发挥效益。近年来加大投资力度对远灌区改造、维修，对田间灌溉网重新规划调整。这样 对节水灌溉工程的投资与应用，自然被削弱很多，突出表现为灌溉防渗工程控制面积，仅占全市灌溉 面积的 10%多一点，其次是灌溉的新技术，低压输水管道灌溉、喷灌、滴灌、微灌、渗灌等，我市灌 溉工程中，应用面积虽然超过了数万亩地，但与灌溉总面积相比，更是比例甚微。灌溉工程大部分仍 是采用传统的灌水技术，必然造成对水资源的相当大的浪费。还表现在渠系水有效利用率上，虽然比 以往有较大提高，有些灌区仍在 0。6 左右徘徊。按照辽宁省 19982000 年灌溉发展规划要求，从 1998 年开始至 2010 年沈阳市灌溉工程渠系水有效利用率要达到 0。7 以上，确实存在着大的差距。其 任务是艰巨的。 3.1.3 水质污染严重 沈阳市灌溉水源，主要是辽河、浑河水系。灌溉工程大部分面积分布在沈阳市的下游地区。水从 大伙房水库流出，历经抚顺、沈阳二大工业城市，对城市工业、生活用水的污水排放标准，由于种种 原因，尚无权威部门严令制止。至此受其危害颇大，灌溉水污染十分严重，例如沈抚污水灌区；抚顺 市的污水大量排放到灌区的水源中，据测定，该灌溉水中污水量占 26。1%，其中主要的是石油工业生 产中的油岩干馏，焦化裂解产物，及铜厂、铅厂、电厂、化工厂的生产废水，有害物质为酚剂、油、 铅及粉煤灰。又为沈阳市灌溉面积有 19.6 万亩的浑北灌区，近年来有 123 家工厂排放废水污染。 （每 天排放量 7 万立方米）造成总干水质逐年变坏，含酚量高达 0.123mg/L，超标 12 倍，含油及一些金属 也不同程度地超过国家排放标准。还有浑薄、浑南、八一灌区等，其有害物质不仅对土壤、粮食、人 畜危害，而且污染地下水资源、污染空气，对生态环境产生严惩的破坏，是沈阳市应尽早晨解决的问 题。 3.1.4 灌溉管理水平不高 八十年代以来，农村普遍实行了联产承包责任制改变了原有的农业生产体制，水利管理体制并没 有立即跟上，水利管理部门按政府规定水价很低，这样就很难维修工程。虽然我市实行了累进水费制， 节水灌溉毕业设计说明书 4 “按方收费，超引加价”但水费的基数很低，尽管水费每方水由 96 年前的 2 分钱提高到 3 分钱，也难 以维持灌区的正常开支，很难抽出钱来，以水养工程。长期以来，由于种种缘故，重建轻管的思想相 当普遍根深蒂固， “以政代管” “以政代技”甚至科研部门也认为管理无高深理论，水管意识淡薄，也 导致了农田灌溉用水效率和水分生产效率低的现状。先进管理理论手段，包括灌溉信息现代化基础管 理手段尚一灌区问津，沈阳市灌溉管理水平与沈阳市农业发展规划的要求，尚有相当大的距离，而其 中如何加快速度，提高灌溉工程的管理水平，也是急待解决的问题。 3.2 发展节水灌溉的必要性 沈阳市灌溉事业虽然起步不算早，但建国以来取得了较大的发展，达到了国内较先进的水平。沈 阳市建国前只有 1.13 千 hm2的水田，建国后与兄弟省市一样经历了几个阶段。到 80 年代，全市水田 灌溉面积已达 133.3 多千 hm2，灌溉面积上所产的谷物和蔬菜分别占全市总产量的一半和 80%以上。但 沈阳市水资源短缺，直接影响农田灌溉的发展，早在 70 年代就开始了节水灌溉的研究，如“水田的浅 湿 灌溉技术” “两旱整地” “水稻旱重” ，1974 年开始新近推广喷滴渗技术，1985 年发展喷灌面 积 660 hm2。喷灌蔬菜平均亩产 2040%之间，比沟省水每亩 97128m3，年省电 1539 度，滴灌黄瓜 比地面灌增产 14.4%的效果，直至 1997 年全市发展节水灌溉面积 19.9 千 hm2，其中低压输水管灌溉 613.3 hm2，渠道防渗控制面积 15 千 hm2。市政府对节水灌溉给予了高度重视。在年末的政府工作报告 中，市长就提出“四大农业开发，其中第一项就是灌溉农业开发。 ”充分利用现有的水资源条件，仅仅 围绕基地建设和高效作物发展灌溉农业和节水灌溉，提高土地产出水平，争取三年内新发展农田灌溉 面积 86.67 千 hm2，节水灌溉面积发展到 53.33 千 hm2，表示了沈阳市政府对发展节水灌溉的决心和计 划。从以下六个方面，沈阳市农业的发展也必须走高效节水之路。 3.2.1 沈阳市水资源总量及用水现状分析 沈阳地区多年平均径流量为 11.84 亿 m3，地下水综合补给量 23.68 亿 m3，可开采量 19.34 亿 m3， 扣除地表水重复利用量，水资源总量为 32.27 亿 m3。当 P=50%时，水资源总量为 309920 万 m3，当 P=75%时，水资源总量为 258026 万 m3，P=95%时，水资源总量为 2065322 万 m3（不同频率的水资源总 量详见下表） 。 不同频率年水资源量 单位：万 m3 不同频率 水资源量 多年平均 P=50%P=75%P=95% 地表水 11.8410.677.194.12 地下水 23.6822.1319.8317.23 重复利用 3.251.811.220.7 总量合计 32.2730.9925.820.65 沈阳是个用水量较大的城市，近二十年来，城市不断扩大，居民生活和公共用水逐年递增。随着 国民经济发展，新、改、扩建水源工程日新月异，工业生产需用水量供不应求，人民生产用水日益增 加，除市政供水之外，还有一些厂建自备井水源，但仍然满足不了全市的工农业生产的需要。从前沈 阳 12980 平方公里的土地上统计，97 年统计局数据有耕地 68.29 万 hm2，与 94 年 56.78 万公顷相比发 展了 11.5 万 hm2。水田已由 94 年的 10.43 万 hm2，发展到 97 年 16.31 万 hm2，四年发展了 5.88 万 hm2，灌溉需水量也同时大幅度增长。根据 9497 年统计调查，现状用水量有如下几个方面： （一）生活用水 生活用水包括城乡居民生活用水和城市公共用水。生活用水量随着城乡人口增长，城市规模不 断扩大和人民生活水平提高，逐步增加。1994 年全市总人口 662.4 万人到 1997 年总人口达 673.8 万 人，四年增加 11.4 万人，年递增率达 4.3,根据 1997 年市政资料分析城市居民生活用水每年达 1.63 亿 m3；城乡生活用水 0.41 亿 m3，生活用水 1.51 亿 m3， ，全市生活用水达 3.55 亿 m3。 节水灌溉毕业设计说明书 5 （二）工业用水 目前，全市工业需要用水总量为 4.01 亿 m3，据 1997 年统计资料分析，市政供水在 1.67 亿 m3，自备井水源工程，日供水量能力达 45 万 m3，但目前只能达到 28 万 m3/日，年供水量 1.02 亿 m3， 乡镇工业用水 1.03 亿 m3，工业用水共计达 3.72 亿 m3。 （三）农业用水 农业用水，包括灌溉用水和养殖用水，灌溉用水包括水田、菜田和麦田等用水。在 16 万 hm2水 田面积中，有 5.3 万 hm2水田是纯井灌,有 10.7 万 hm2，是井渠联合灌溉，由辽、浑河地表水供水，年 平均引用客水达 5.42 亿 m3，地下水动态达到采补平衡，目前水田需用地下水 13.67 亿 m3，加之菜田、 麦田、养殖等需水量 1.22 亿 m3，农业用地下水共计 14.89 亿 m3。 （四）供需平衡分析 将上述三项用水合计为 22.16 亿 m3，而地下水可用量为 19.34 亿 m3，超采 2.82 亿 m3。特别是 市政水源由于多年开采，使中心城市及其邻近的石佛寺水源区、尹家水源区等的地下水源下降，形成 区域降落漏斗，超采封闭圈面积达 540km2。若按保证率 70%及 95%计算，地下水可供水量将有更大的 缺口。 依此对 2003 年沈阳市需水量估算与可供水量差高达 10 亿 m3之多，开源（前面已经论述）很难 一时奏效。惟有节约用水，包括加强水资源管理力度，合理科学的防止水的污染和加速水污染处理， 提高工业用水的重复利用，农业需采取多种先进技术集成组装，提高水的利用率，降低水资源提取量， 提高水的产出率，以保持水资源供需平衡和持续发展。 城镇生活工业农村人畜 项 目 人 口 （ 万 人） 定额 （升/ 人日） 需水 量 （万 m3） 产值 （亿元） 定额 （m3 /万 元） 需水 量 （万 m3） 农村 人口 （万 人） 需水 量 （万 m3） 渗漏水 量（万 m3） 需 水 合 计 （ 万 m3 ） 村 以 下 工 业 需 水 （ 万 m3 ） 沈 阳 516 .8 216.040742808.847568251173.87063325575 65 19 376 4 3.2.2 沈阳市的土壤质地、地形地貌分析 沈阳市虽处辽河水系的中下游，辽河、浑河水系贯穿全境，但其本地区的水资源并不丰富，从地 形地貌来看，全境由东向西为剥蚀构造地山丘陵，阶状台地。逐渐过度为山前冲积扇及扇间平原，冲 洪积平原。从地质剖面来看，表层冲洪积平原大部为沙质壤土，或砂壤土，山前冲积扇有少量壤土， 低山丘陵区有少量残积粘土。 以沈阳市为中心的平原区已开发了 133.3 千 hm2多水田，以大伙房水库供水及采用地下水补给进 行运行。因城市供水影响及土质溶液的变化及周边地区已不适再开发水田了，将发展一定规模的菜田 区、果树区。最适合的灌溉方式，只能采用喷微灌及低压管灌。在康法地区以及柳绕地区，从土质分 布状况来看，粉砂壤土、粉砂土居多，单井出水量都在 2001000 m3/日，若采用低压管道输水灌溉 形式，田间有效利用系数采用 0.95，最大的单井日出水量也只能灌 1.33 hm2地左右，单井只能控制 9.33 hm2地左右，若以单井出水量 200 m3只能灌 0.267 hm2，每眼井只能控制 1.87 hm2。这些地区都 是渗漏性极强的砂壤土或粉砂壤土，只能因地制宜的采用水的利用率较高的喷、微灌或改进的沟、畦 节水灌溉毕业设计说明书 6 灌溉形式，否则其渗透损失是很大的。也很难满足灌溉的需要。 3.2.3 从农业调整结构分析 3.2.3.1 农业结构调整分析 据 1997 年统计资料表明，在全市当年总播种面积 587.8 千 hm2，其中水稻 113.1 hm2，占播种面 积 20%，玉米播种面积 290.7 hm2，占全市播种面积的 47.7%，豆类 27. hm21，占播种面积的 4.4%，经 济作物 16.47 hm2，占总播种面积的 6.2%，果树花卉占总耕地面积仅为 2%。从上述各类作物中水稻、 蔬菜、果树、花卉仅占总面积 52.1%。全市水田 136.7 hm2，菜田 11.3 hm2，旱田 202 hm2，其他作物 3.33 hm2的作物结构，年灌溉总水量 19.9 亿 m3，就需要外境水 2 亿 m3。若按市政府 1997 年工作报告 作物结构调整为 6：4，而粮食作物削减为 60%，经济和其他作物为 40%，在保证水田面积不变的情况 下，只有调整旱田，若按此比例只将有灌溉条件的上述面积作类似的调整。 从多年的经验资料表明，露地菜全年需水量，在沈阳地区在 500800mm 之间，而一年一熟的旱 田作物需水量仅占 320400mm 之间，二者相差在 40%100%。如果将玉米的面积按目前 47.7%降至 30%， 经济作物面积增长 12.5%，综合需水量将增长 7%左右，沈阳市总的水资源将亏欠 3 亿 m3水。 若将现有的复种指数由 1.07 提高到 1.15 时，沈阳市工业发展、人民生活水平的提高，都需要增 加需水量，使原本水资源紧缺的局面更加严峻。 3.2.3.2 从农业第二次跨世纪创业分析 政府提出第二次跨世纪创业，其总的目标是加速推进我市农业现代化基础设施建设，保持农村经 济持续增长，农民收入稳定增加，在 2005 年全面实现小康。是沈阳市跨世纪要实现的宏伟目标。为实 现这一目标，对全市小城镇发展农田基本建设等做了全面的规划。需要建设项目达 51 个重点项，总投 资 6.8 亿元。 这些项目的建设，固然有很多的强有力的支撑点，但其中水资源的支撑是必不可少的条件。节约 水资源发展项目也引起了政府各界有识之士的公识。在农田基本设施建设中仅节水灌溉项目 65 项，建 设面积达 31.3 千余 hm2，市政府明确的提出改善水利生产条件，大力发展节水灌溉设施农业为重点， 以建设高标准、高科技、高效益为主体的农田开发为主攻方向，对全市山、水、林、田、路、村进行 统筹规划，综合治理。市政府明确指出了沈阳市农业发展须走高效节水之路。 3.2.4 从灌溉工程现状分析 沈阳市灌溉工程虽然在农业发展中做了巨大的贡献，但现有的灌溉工程经过几十年运行，灌溉能 力和经济效益大大下降，大部分是带病运行。 渠系有效利用系数仅在 0.40.5 之间，粗略地估算，将有 6 亿 m3损失，相当于修建 1 个大型水 库的容积。在灌溉水资源的利用上，浪费也相当严重。因此加强渠道衬砌，输配水枢纽的改建维修， 进一步完善田间网的建设，提高水的利用率，可以节约大量水资源的用量，提高或转移水资源的利用 率及效益转移。从上述简略分析来看，对目前大中型工程的改造，加强防渗和节水技术的应用，是沈 阳市发展节水灌溉工程的重中之重。是缓解我市水资源紧缺的有效手段，而从全市来看，改造提高灌 溉用水率已成为当务之急。 3.2.5 从经济财务分析 节水灌溉不单纯具有节水效益，而且具有较高的回报率。从沈阳市典型地区的节水工程建成后将 取得节水、节能、增产、节地、省工等综合效益。从 1988 年1989 年度资料分析，管灌比传统地面 相比，输水利用系数由 0.65 可提高到 0.93，每亩年节水量约为 100 m3；由于用水量减少，提水耗电 量亦虽之降低；在浅井灌区，节电率为 12.2%，中、深井灌区为 23.3%。实行管灌后，减少农、毛两级 渠道占地，可节约渠道占地 1.31.5%。实施管灌后，由于扩大了保灌面积，提高复种指数，缩种灌 水周期，使农作物产量有较大提高，粮食产量可由亩产 290kg 提高到 346kg。此外，灌水管理工效还 可提高 50%以上。若乘以灌溉面积，其经济和财务回报是十分明显的。 再以沈阳市利用世行贷款发展节水灌溉 39.2 千 hm2分析，其中喷灌麦菜 14.9 千 hm2，菜菜复种 2.67 千 hm2，低压管灌水田 4 千 hm2，菜田 2.67 千 hm2，滴灌棚菜 5.33 千 hm2，果树 0.933 千 hm2，微 灌苗圃 0.867 千 hm2，花卉 1.13 千 hm2，渠道防渗水田 6.67 千 hm2。再根据不同作物的投入产出模型， 节水灌溉毕业设计说明书 7 典型农户的财务分析及投资概算，计算出财务内部收益率 FIRR，为 22%，财务净现值 410361 千元，投 资 4 年回本。经济内部收益率为 26%，经济净现值为 376543.54 千元。其经济效益是非常巨大的。 综上所述，按照沈阳市各方面条件，搞节水灌溉是必要的，从经济和财务收入来看，也是十分可 观的。 节水灌溉毕业设计说明书 8 第四章第四章 节水灌溉工程典型设计节水灌溉工程典型设计 4.1 喷灌系统的设计 沈阳市喷灌发展是由 70 年代开始，主要喷灌蔬菜、春小麦，当时新引进的机组有小型喷灌机器， 半固定式喷灌和固定式喷灌。固定式喷灌，每亩造价在 1300 元1600 元之间，半固定式喷灌，即水 泵、动力、干管固定，支管喷头移动，每亩造价 500 元700 元之间，移动式喷灌，又分为移动管道 式和移动喷灌机组形式，具有投资低机动灵活等特点，每亩需 200400 元。在 70 年代中期，在东陵 区，还研制成功了 13.3 余 hm2的自控喷灌系统，在当时居国内领先水平。由于种种原因，在 80 年代 末，我市喷灌面积只有 466.7 余 hm2，进入 90 年代，在省政府“3655”节水灌溉工程会议精神指引下 和市政府“1.3.5”目标的鼓舞下，喷灌工程有了长足的进展，引进了奥地利生产的卷盘式大型移动机 组，发展了小型移动机组，根据不同的作物种类，发展了固定式、移动式、半固定式等多种形式的喷 灌，据 1999 年的统计数字，全市喷灌面积达 20 余 hm2。 4.1.14.1.1 半固定式喷灌系统的设计半固定式喷灌系统的设计 典型地块设计 4.1.1.1 法库县十间房乡 本工程属法库县农业综合开发项目。地块位于法库县十间房乡樱桃沟村西北部，基地田块大致 规格为 1270m420m（东西南北方向） ，总面积约 790 亩。根据规划，该地块将开发为林木繁育基地， 计划采用半固定式管道喷灌灌溉方式。 一 、基本资料 （一） 地形 实测 1：2000 地形图。 （二） 土壤 土质为砂壤土,土壤容重约为 1.45g/cm3。当地最大冻土深度约为 150cm。 （三） 作物 林木。查中国主要作物需水量与灌溉 ，根据法库地区作物需水规律，综合考虑区内待植林木 需水临界期耗水强度，取灌水临界期林木平均日耗水量为 e=4.5mm/d。 （四） 水源 水源为机电井，共 4 眼，沿东西方向布设（见平面规划图） ，单井平均控制灌溉面积约为 170 230 亩。根据法库县开发办及十间房乡水利站提供的资料：各机井成井平均深度为 20 米左右，由于区 内地质条件差异，物探单井稳定涌水量各井有较大差异，各井涌水量均为 50m3/h 范围内。当地地下静 水位埋深 68 米，动水位埋深 15 米左右。 （五）气象 具当地气象站资料，多年平均降雨量为 610 mm，春季灌溉季节风向多变，设计风速取为 3.0m/s。喷灌在整个白天作业，夜间不作业。 二、设计内容 根据基本资料，确定设计内容范围如下： （一） 管道系统 各级管道布置，管材选择，管径、管长及连接方式的设计，控制设备的选择，喷洒器的选型及 工作参数的确定等。 （二） 加压泵站 水泵选型，水泵工作范围的确定，水泵安装高程的计算，配套动力的选择等。 （三） 运行方案 轮灌编组、工作制度的确定等。 （四） 设备投资预算 包括喷灌系统设备明细和投资预算，土建工程投资估算，运行费用计算等。 节水灌溉毕业设计说明书 9 三、灌水定额和灌水周期的拟定 （一）设计灌水定额 查农田水利学 ，灌水定额按公式m=0.1h (1-2)计算 式中 m设计灌水定额（mm） 土壤容重（g/cm3） h计划湿润层深度（cm） 1适宜土壤含水量上限（重量百分比） 2适宜土壤含水量下限（重量百分比） 且各种土壤的田间持水率，见表 1： 表 1 各种土壤的田间持水率 田间持水率 土壤类别孔隙率（体积%） 占土体%占孔隙率% 砂土 砂壤土 壤土 粘土 重粘土 3040 4045 4550 5055 5565 1220 1730 2435 3545 4555 3550 4065 5070 6580 7585 并依当地资料确定土壤田间持水量取 21%，土壤适宜含水量上下限分别取田间持水量的 90%和 70%,=1.45g/cm3，h=50cm 则设计灌水定额为 m设=0.11.455021（90%-70%）=30.45mm （二） 设计灌水周期 林木的灌水临界期平均日耗水量为 e=4.5mm/d。则根据公式 T设=m设/e得 T设=30.45/4.5=6.8d 结合当地经验及水源供水情况，轮灌周期取为 8 天。 四、确定管系总体布置 本设计根据法库县农业开发办提供的单井出水量大小将整个灌溉地块自东向西分为 4 个分区， 各分区面积及相应控制区内井的出水量见表 2。 表 2 单井出水量及各区控制面积 分区分区一区一区二区二区三区三区四区四区 单井涌水量（m3/h） 50505050 分区面积（亩） 200190170230 五、选择喷头、确定组合间距 （一） 喷头选型 考虑灌溉季节多风，根据国内喷头样品系列和本地区特点，要求低仰角抗风加重喷头。故采用 ZY-2 型喷头，采用 6.0*3.1 型喷头，一区三区的设计喷头工作压力确定为 hp =0.20MPa，单喷头设 计工作流量 q= 2.43 m3/h；而四区面积较大且考虑到地形条件，选用喷头的设计工作压力 hp =0.31MPa，单喷头设计工作流量 q= 3.01 m3/h。上述喷头主要性能指标如表 3 所示。 表 3 6.03.1 型喷头性能、型号及技术指标 喷头射程 R(m) 喷嘴直径 d （d 主d 副） （mm） 额定工作 压力 hp (MPa) 喷头流量 q (m3/h) 接管口径 (in) 喷射仰角 =20-30 0.202.4316.3 0.313.0118.56.03.1 0.403.43 ZG1 19.6 节水灌溉毕业设计说明书 10 （二）支管及喷头布置方式 考虑本项目是半固定式喷灌方式，为方便支管拆移，同时考虑灌溉季节风的影响因素，为确保不 漏喷，因此喷头组合采用正方形布置方式，即喷头与支管组合间距为 18m18m 规格，每条控制支管上 布置 8 个喷头，最多不得超过 10 个喷头。 （三） 设计参数校核 1、雾化度 查喷灌工程技术规范有 表 4 各种作物适宜雾化指标 作物种类作物种类h hp p/d/d 值值 蔬菜及花卉 粮食作物、经济作物及果树 牧草、饲料作物、草坪及绿化林木 40005000 30004000 20003000 则雾化度=1000hp/d=100020/6=33333000 ， 四区雾化度=1000hp/d=100031/6=51673000，均满足要求。 2、组合喷灌强度 查喷灌工程技术规范有 表 5 各类土壤的允许喷灌强度值 表 6 坡地允许喷灌强度降低值 土壤质土壤质 地地 允许喷灌强度（允许喷灌强度（mm/hmm/h）地面坡度（地面坡度（% %） 允许喷灌强度降低值允许喷灌强度降低值 （% %） 砂土 砂壤土 壤土 壤粘土 粘土 20 15 12 10 8 5 58 912 1320 20 0 20 40 60 75 则组合喷灌强度根据公式 =KwCps 计算 式中：Kw风系数； Cp布置系数，按单支管多喷头同时喷洒计算。 s为按无风时单喷头全圆喷洒设计喷灌强度（mm/h） 。 查喷灌工程设计手册 ， s =1000q/(R 2) 表 7 不同运行情况下的 Cp值 运行情况 Cp 单喷全圆喷洒 1 单喷扇形喷洒（中心角 ） 360/ 单支管多喷头同时全圆喷洒 2 ) 2 (1 2 arccos 90R a R a R a Cp 多支管多喷头同时全圆喷洒 R2/ab 表 8 不同运行情况下的风系数Kw值 运行情况 Kw 单喷头全圆喷洒 1.15v0.314 支管垂直风向 1.08v0.194 单支管多喷头 同时全圆喷洒支管平行风向 1.12v0.302 多支管多喷头同时全圆喷洒 1 节水灌溉毕业设计说明书 11 本设计中在设计风速 v=3.0m/s 条件下,按单支管多喷头同时全圆喷洒，以 最不利工况,即支管平行风向计算： Kw =1.12 v0.302 =1.12 30.302=1.56 ； 2 ) 2 (1 2 arccos 90R a R a R a Cp 将 a=18,R=16.3 代入上式得， CP =1.503； s =1000q/(R 2)=10002.43/（3.1416.3）=2.91 因此有： = KwCP1000q/(R 2) =1.561.5032.91=6.83mm/h15mm/h。满足喷灌工程技术规范要求。 （四）均匀度（Cu） 本设计中，喷头与支管组合间距为 ab=18m18m，设计风速为 v=3.0m/s，根据喷灌工程设 计手册提供的间距射程比，本设计条件下，均匀度能满足要求，即 Cu75%，符合规定。 六、拟定喷灌工作制度（以一区为例） （一） 确定喷头工作点及支管位置 根据法库县农业综合开发办要求，各均沿南北向布置，地面移动支管沿东西向布置。沿干管每 隔 18m 设一给水栓，支管平行作物垄向，间距为 18m。各区给水栓及支管布设见平面布置图。一区共 45 条支管，399 个喷点。 （二） 计算喷头在工作点上喷洒时间（t，即一次灌水延续时间） lm SS q m t 1000 系统 系统 设 式中 喷洒水利用系数，取 0.85； Sm喷头间距，m； Sl支管间距，m。 则 375 . 6 1818 85 . 0 43 . 2 10001000 lm SS q 系统 ；取 t=5hh m t78 . 4 375 . 6 45.30 系统 设 （三）计算支管每天可喷洒工作位置数（n） n= td / (t+ty) 式中 td每日喷灌作业时间； ty移动、拆装、启闭喷头时间。 本设计中为充分利用每天可能的喷灌时间，也避免在刚喷灌过的湿 地上拆装支管，确定配置两套备用移动支管，因此支管的拆装不占用喷洒作业时间，即 ty =0h。根据 节水灌溉毕业设计说明书 12 基本资料提供的情况，喷灌不在夜间作业，白天则有 15h 可以工作，即 td =15h。所以 n= td / (t+ty) =15/(5+0)=3， 取 n=3 （四） 每次可同时喷洒的喷头数（np） np =N/(nT) （ N控制区内喷头工作点总数） =399/(37)=19 个 （五） 每次可同时喷洒的支管数（n支） np =N/(nT) （ N控制区内支管工作总数） =45/（37）=23 条 七、编制轮灌顺序、确定各级管道的设计流量 （一） 各区轮灌编组 根据上述计算公式确定各分区灌溉制度有关参数如下表 9： 表 9 各分区灌溉制度若干参数统计 项目一区二区三区四区 T5.05.05.04.0 td15151516 N3334 T 8847 np18182016 按照灌水周期和一次灌水时间确定轮灌编组顺序，各区轮灌编组详见表 10表 13。 表 10 一区喷灌工程轮灌顺序表 轮灌编号支管号同时工作 喷头数 干管流量（m3/h ） 1 支 1、支 24 1843.74 2 支 2、支 25 1843.74 第一天 3 支 3