滴灌系统设计(以茶叶为例)

茶叶滴灌系统设计 系统简介 本设计灌区茶叶种植面积为 500 亩 首先确定滴灌系统的各 个设计参数 继而选用某公司一次成型薄壁滴灌带 内径 16mm 壁厚 0 31mm 通过计算滴灌的灌水定额 灌水周期 一 次灌水延续时间来确定滴灌的灌溉制度 通过水量平衡计算 确 定当地水源是否够用 根据设计参数把整个灌区划分为 4 个轮灌 组 进行管网系统的布置 推算各级管道的流量 进行管网水力 计算 确定各级管道的直径 长度 并选择水泵型号为 D185 67 9 最后设计首部枢纽 进行材料统计和概预算 第一章 基本资料 一 一 项项目概况目概况 项目位于某某市某某县 属贫困地区 项目区位于某某县府 城镇的某某村南茶北移示范区 规划滴灌茶叶滴灌面积 500 亩 本项目将引进先进的农业生物技术 与小型灌溉工程相结合 建设生态型灌溉工程 从生产技术手段和使用方式两方面对当地 的农业生产进行改进 主要建设内容是小型农田生态灌溉工程的 建设 二 地形地二 地形地质质概况概况 某某省某某市地处中国中部的黄土高原 是中国水土流失较 严重的地区 生态环境脆弱 植被土壤中有益微生物缺失 沙土 化严重 某某县位于某某市东北方向 面积 1965hm2 东部由北向南 与晋东南的沁源 屯留 长子和沁水接壤 西邻古县和浮山 境内 山岭起伏 沟壑纵横 地形复杂 整个地势北高南低 东部山峰有 安太山 盘秀山等 海拔在 1400m 以上 西部有大东沟梁 牛头 山等 海拔在千米以上 省内第二大河 唯一的一条无污染河流 沁河纵贯境内 95km 南部沁河谷地 地势较低 有小块平川 海 拔在 800m 左右 三 作物种植三 作物种植 1 作物名称 茶叶 2 间距 株距 0 4m 行距 0 4m 畦距 1m 3 灌溉方式 滴灌 4 滴灌设计补充强度为 4mm d 5 茶叶滴灌面积 500 亩 种植株距 0 4m 两行为一畦 行距 0 4m 畦与畦距离 1m 3 畦建一个大棚 棚与棚间距 1m 大棚选 用简易竹木材料 单棚尺寸为长 0 25 0 3m 宽 5m 占地 0 22 亩 选取距离高位蓄水池最远的大棚作为典型地块 此地高程 900m 四 气象四 气象资资料料 某某县位于典型的黄土高原残垣沟壑区 区内生态环境脆弱 年度降雨和年内分配极不均匀 十年九旱 当地农业抵御自然灾 害的能力较低 示范区茶园位于沁河东的谷地 地形东高西低 区内气候温 和 年均气温 9 4 一月零下 6 7 七月 24 8 年降雨量 622mm 霜冻期为 10 月上旬至次年四月中旬 无霜期 180 天 土 壤主要为褐化浅色草甸土 五 水源五 水源资资源源 某某县有大小河流 12 条 其中最大的河流沁河发源于某某 县西北山麓二郎神沟 北南纵贯流经罗云 和川 城关 冀氏 马 壁 5 乡镇 35 村 于马壁村南出县 境内全长 95km 河床高程 942 732m 之间 落差 210m 平均比降 2 21 东西两侧有 23 条 支流汇入 枯水季节清水流量保持在 1 5m3 s 以上 流域内植被 覆盖密度大 流水含沙量小 平均年含沙量每立方米约 6 95kg 项目区没有农田灌溉设施 沁河从项目区横穿而过 正常清水流 量约为 8 0m3 s 1956 2000 年多年平均径流量为 22121 万 m3 50 保 证率年径流量 17800 万 m3 75 保证率年径流量 11800m3 95 保证率年径流量 8210 万 m3 水量丰富 茶叶灌区的水源位置在沁河 由于从沁河引水 故水量充足 并且水质情况良好 适于灌溉 第二章 滴灌系统的设计 一 滴灌系一 滴灌系统统参数的参数的选择选择与确定与确定 1 滴灌设计日耗水强度的确定 一般取作物全生育期平均作物耗水强度峰值作为滴灌设计 耗水强度 Ea的值 设计耗水强度是指在设计条件下微灌的作物 耗水强度 它是确定微灌系统最大输水能力和灌溉制度的依据 设计耗水强度越大 系统的输水能力也越大 保证程度越高 但 系统的投资也越高 反之亦然 在本设计中 不考虑淋洗水量 滴灌设计灌溉补充强度为 Ea Ia 4 6mm d 2 滴灌土壤湿润比的确定 滴灌不湿润整个灌溉土地 它由许多湿润土体互相连接起来 形成湿润链对作物供水 湿润的部分土体占灌溉土体的百分比成 为土壤湿润比 土壤湿润比 p 值是滴灌设计时的重要参数之一 在确定土壤湿润比时 不仅要考虑作物对水分的要求 还要考虑 到工程投资的合理性 因为设计湿润比越大 系统的流量越大 越容易满足作物需水要求 但是系统的投资和运行费用也就越大 反之亦然 根据相关资料 对于宽行作物 在北方干旱和半干旱 地区 设计土壤湿润比可取 20 30 南方地区可取 25 35 考虑到茶叶是经济作物 故滴灌土壤湿润比取 p 30 3 灌水小区流量偏差的确定 在本设计中灌水小区流量偏差取 qv 20 4 滴灌水利用系数的确定 灌溉水利用系数为满足作物消耗和淋洗的有效水量占灌溉 供水量的百分比 它主要与灌水均匀度 由于土壤湿润模式和不 定时的降雨可能产生的渗漏损失 过滤冲洗水量损失 管线冲洗 损失有关 对于滴灌 水量损失很少 本设计中灌溉水利用系数 取 0 9 5 滴头的选择 滴头是滴灌系统的重要组成部分 其作用是形成水头损失 压力水流进入滴头后 经滴头消能 以稳定均匀的低流量滴入土 壤 因此对滴头的基本要求是 1 出水量小 均匀而稳定 2 且受外界因素影响小 3 结构简单 便于制造和安装 4 价格低廉 坚固耐用 不易堵塞 本设计中选用某公司一次成型薄壁滴灌带 内径 16mm 壁 厚 0 31mm 二 滴灌灌二 滴灌灌溉溉制度的确定制度的确定 1 滴灌灌水定额的确定 1 最大净灌水定额 设计净灌水定额计算采用联合国组织和美国水土保持局建 议的方法 mmax 1000 Fd Wo zp 式中 为土壤中允许消耗的水量占土壤有效水量的比例 取 30 Fd为田间持水量 取 30 Wo为凋萎系数 取 10 z 为微灌土壤计划湿润层厚度 茶叶取 0 75m p 设计土壤湿润比 茶叶取 30 计算得出茶叶的最大净灌水定额 mmax 13 5mm d 2 毛灌水定额 m毛 m净 计算得出茶叶毛灌水定额为 15mm d 2 设计灌水周期的确定 T m净 Ia Ia 为作物日需水强度 本设计中 Ia Ea 4 6mm d 计算得出 T 2 93d 所以 T 取 3d 3 一次灌水延续时间的确定 t m毛SeSl qd 式中 Se为灌水器间距 Sl为毛管间距 qd为灌水器流量 单位 L h 计算 t 15 0 4 1 4 1 05 8h 4 水量平衡计算 Qd 10 A Ia C Qd为滴灌系统需水流量 m3 h A 为灌溉面积 hm2 为灌溉水利用系数 C 为系统日运行时间 本项目取 16h 计算得出 Qd 106 47m3 h 滴灌的用水量是指作物正常生长发育时需要水源提供的水 量 井水 泉水 河流 水库 塘堰都可以作为滴灌系统的水源 关键是进行水量平衡计算 以确定水源是否能满足设计滴灌面积 的用水量 本设计中 水源来自沁河 水量丰富 不用担心水源水 量不足的情况 沁河的水源足够 500 亩茶叶地的水源需求 第三章 管网系统的布置 根据地块形状 干管沿山脊线布置 分干管垂直干管布置 支管垂直分干管单向布置进入地块 支管长 101m 间距 25m 控 制 17 个大棚 毛管铺设长度为 25m 毛管垂直支管单向布置 单 棚种植 6 行茶叶 3 条毛管 一 毛管布置一 毛管布置 考虑茶叶的种植特点和种植模式 选用某公司一次成型薄壁 滴灌带 内径 16mm 壁厚 0 31mm 滴头额定工作压力 10m 额 定流量 1 05L h 流态指数 0 5 滴头间距 0 4m 采用单行直线布 置 滴灌带沿作物行布置 滴灌带从双种植行中间茶树基部穿过 喷水眼朝下 每隔 3m 用 0 5mm 厚 20cm 30cm 大小的塑料薄膜 铺盖固定 选用的滴灌带滴头湿润直径为 0 5m 因此 P 0 785D2 SeSl 100 0 785 0 52 0 4 1 4 100 35 P 30 说明选用的灌水器与毛管布置方式满足设计湿润比 的要求 二 水源布置二 水源布置 灌溉用水来自沁河中的水 系统将沁河的水通过提水干管抽 取到山头蓄水池里 再通过灌水干管自流灌溉 流入各支管和毛 管 流到各个茶叶大棚中 第四章 滴灌系统工作制度的确定 一 支 毛管水一 支 毛管水头头差的分配与毛管极限差的分配与毛管极限长长度的确定度的确定 当 qv 20 时 灌水小区允许的最大水头偏差 H 为 4 12m hmax 1 0 65 qv 1 x hd 1 0 65 0 2 1 0 5 10 12 77m hmin 1 0 35 qv 1 x hd 1 0 35 0 2 1 0 5 10 8 65m H hmax hmin 4 12m 式中 qv为流量偏差率 x 为流态指数 hd为灌水器额定工作压力 根据支 毛管水头差分配比得到 H毛 0 55 H 0 55 4 12 2 26m H支 0 45 H 0 45 4 12 1 84m 如果选用 D16PE 管 计算毛管极限长度为 Lm INT 0 364 S INT 5 446 毛 4 75 5 446 2 26 164 75 1 1 0 4 1 051 75 0 364 0 4 157m 式中 Lm为毛管允许的极限长度 m qd为灌水器设计流量 L h S 为毛管水灌水器间距 m D 为毛管内径 mm K 为毛管局部水头损失加大系数 二 二 轮轮灌灌组组的划分的划分 划分轮灌组的原则 1 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 2 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 3 轮灌组的划分应照顾田间管理的要求 4 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 轮管顺序可通过协商自上而下或自下而上进行 5 确定轮管顺序时 应尽量把流量分散到各输 配水管道中 去 避免管道的管径或减少其水头损失 降低管道投资或运行费 用 确定轮灌区能充分发挥滴灌设备的利用率及挖掘水源灌溉潜 力 在滴灌系统所控制面积内进行轮流滴灌 系统允许的最大轮灌组数为 固定式系统 N CT t 移动式系统 N CT nt N 为允许的轮灌组最大数目 C 为系统一天运行的时间 一般为 12 20h T 为灌水时间间隔周期 d t 为一次灌水延续时间 h n 为一条毛管在所管辖的面积内移动的次数 本设计中 N 16 3 8 6 个 项目区控制面积为 500 亩 考虑灌区实际情况 分 4 个轮灌 组 第五章 滴灌系统的流量计算 一 毛管流量的一 毛管流量的计计算算 每条毛管的进口流量为 Q毛 qd 式中 qd为滴头出水流量 本设计中为 1 05L h L 为毛管长度 本设计中为 25m S 为滴头间距 本设计中为 0 4m 计算得出 Q毛 66L h 二 支 干管流量二 支 干管流量计计算算 每个大棚有 3 条毛管 每条支管控制 17 个大棚 其控制流 量为 3366L h 每条干管根据控制的支管数量计算控制流量 第六章 管道水力计算 管网水力计算是滴灌系统设计的中心内容 其目的是在满足 水量和均匀度的前提下 确定管网布置中各级管道的直径 长度 及系统扬程 进而选择水泵型号 一 毛管水力一 毛管水力计计算算 毛管水力计算的任务是根据灌水器的流量和规定的允许流 量偏差 计算毛管的最大允许长度和实际使用长度 并按实际使 用长度计算毛管的进口水头 毛管实际水头损失 H毛实际 1 2 f L F 1 2 0 505 25 0 365 0 015m 毛 661 75 164 75 其中 f m b 为管材系数 L 为毛管长度 F 为多口系数 b 为毛管内径 管材系数表管材系数表 管材fmb 硬塑料管0 4641 774 77 d 8mm0 5051 754 75 Re 23200 5951 694 69 微灌用聚乙 烯管 d 8 Re 23201 7514 选取距离高位蓄水池最远的大棚作为典型地块来进行管道 的水力计算 由于毛管实际铺设长度为 25m 因此毛管实际的水头损失 为 h毛进口 hmin H毛实际 HAB 8 65 0 015 0 8 665m 实际分配给支管的水头差 H支实际 H H毛实际 4 12 0 015 4 105m 二 支管水力二 支管水力计计算算 支管在滴灌系统中起配水和输水的双重作用 按支管顺序对 轮灌区进行轮管 将干管压力降低 转换为毛管的工作压力 支 管设计的依据是配输水能力和均匀度两个因素 配输水能力是指 支管按设计的各灌区水量配送到各轮灌区 均匀度意味着支管分 段长度必须在允许的压力偏差内 支管设计的标准是每条支管内 任一点的水头 h支 i须大于或等于毛管进口要求的工作水头 h0 以确保支管上每条毛管的滴头有足够的流量和压力使滴灌小区 灌水均匀 支管控制流量为 3366L h 长 101m 如果支管采用 D32PE 管 支管水头损失为 H支 1 1 f L F 1 1 0 505 101 0 369 2 17m 毛 33661 75 324 75 H支 H支实际 4 105m 选用的支管满足要求 则支管进口水头为 h支进口 h毛进口 H支 ZBC 8 665 2 17 0 10 835m 三 干管水力三 干管水力计计算算 干管的控制流量最大为 41382L h 长为 679 98m 如果干管 采用 D90PVC 管 则干管的水头损失为 H干 1 05 f L 1 05 0 505 679 98 22 571m 毛 41