农田水利学喷灌系统规划设计

1、学校：云南农业大学学院：水利水电与建筑学院一 指导老师：教学班号：一班专业：水利水电工稈学号：姓名：农田水利学课程设计课程设计目的通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌 溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩 固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。 具体要求1、管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基 本要求与设计方法；2、掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；3、学会收集，分析，运用有关资料和数据；4、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际 问题的能力。基本资料某实验果园，面积 95亩，种植苹果树共 2544 株，果树株距 4

2、m,行距6m,正值盛果期。园内有十字交叉道路，路边与第一 排树的距离南北向为 2m,东西向为3mo果园由道路分割成为 4小 区。详见 1： 2000果园规划图。该园地面平坦,土壤为砂壤土,果园南部有一眼机井,最 大供水量60m3/h，动水位距地面 20m,该地电力供应不足，每日 开机时间不宜超过 14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树 供水,拟采用固定式喷灌系统。据测定,该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mmd,灌水周期可取57天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m / s，且风向多变。该地冻土层深度0.6m灌溉区域如下图所示:132m行数x株数22X30果园平面图

3、要求：（1 ）选择喷头型号和确定喷头组合形式（包括验核组合平均喷灌强度（）是否小于土壤允许喷灌强度（允）；（2）布置干、支管道系统 （包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足喷灌技术规范的要求，下称规范）;（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮 灌工作制度；4)确定干、 支管管道直径， 计算系统设计流量和总扬程。(5) 水泵和动力选型。1、喷灌选型与总体规划 喷灌工程应根据因地制宜的原则 资料收集 : 1、地形：地面平坦2、土壤：砂壤土冻土层深 0.6m3、作物：苹果树园林 ,正值盛果期34、水源： 机井，果园南部井水， 最大供水量为 60m3/h, 水位距地 20m 。5、

4、气象：灌溉季节多风，平均风速s,风向多变6、种植面积 95亩，果树2544株，株距4m,行距6m, 园内有十字交叉道路,路边与第一排树的距离南北 向为2m，东西向为 3m。社会经济条件：果园为实验果园,面积 95 亩,交通方便,电力 供应不足 ;系统选型：工程应根据因地制宜原则,综合考虑以下因素选择 系统类型：1、水源类型位置；2、地形地貌 ；3、地块形状；4、土壤地质；5、降水量灌溉区风速 ；6、风向；7、对象；8、社会经济条件；9、生产管理体制；10 、 劳动力状况及使用者素质等情况。 由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较 高。灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园

5、， 管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用 固定使得喷灌系统。喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条 件确定，一般不应低于 85。灌溉试验资料：该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田 间持水率为 32% （占容重，下同） ，凋萎系数为田间持水率的 60 %。在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为6mm/d。2. 规划和设计喷头选择和组合间距喷头的选择包括喷头型号 ，喷嘴直径和工作压力的选择 。 在选定喷头之后 ，喷头的流量 ，射程等性能参数也就随之确 定 。按照国家标准 GB85-85 喷灌工程技术规范规定 ，选 择喷头和确定间距的具体原则 :（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强

6、度值。在本设计中喷头的组喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。各类土壤的允许喷灌强度如下表：土壤类别允许喷灌强度(mm/h)砂土20砂壤土15壤土12壤粘土10粘土8注：有良好覆盖时，表中数值可提高20 %对本灌区取 p=15mm/h 。(2) 在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75 %，但对行喷式喷灌系统，不应低于 85 %。对本灌区取喷灌均匀系数为80 %(3) 果树雾化指标取值范围在30004000，在选择喷头时作为 依据，选择满足作物要求雾化指标的喷头。雾化指标如下表：种类h p/ d值蔬菜及花卉4000 5000粮食作物、经济作物及果树3000 4000牧草、饲料作物、草坪及绿化林

7、木2000 3000注： h p为喷头工作压力水头; d为喷头主喷嘴直径(4 )喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。无实测资料时， 可根据气候条件在下列数值范围内选取：风速低于 3. 4米/秒，n= 0 80. 9;风速为 3. 45. 4米/秒，n= 0. 70. 8。注：湿润地区取大值，干旱地区取小值。对本灌区取 n=喷头的选择由于本灌区多年平均风速为2.5m/s，相对较大，运行方式为多支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。本灌 区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。根据作物对雾化指 标的要求，由喷灌技术规范选取金属摇臂式喷头，参数如F表所示:型号接头形式及尺寸工作压力kPa喷

8、头流m3/h量喷头直径mm射程m喷灌强度(mm/h)PY120HG13008确定组合及间距该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷头组合形式为正方形，支管间距、喷头间距选取见表：喷头组合喷头间距设计风速m/s垂直风向 a平行风向b注：R为喷头射程； 在每一档风速中可按内插法取值； 在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏的数值； 表中风速是指地面以上10米高处的风速。确定喷头组合间距，由V=s，又R=20m当 Vi=s 时，ai=x 20=20m当 V2=s 时,a2=x 20=16m所以 a= al - -L(a1 - a2) = 20 - -(20 - 16) = 18mv

9、 2-v 13.4-1.6所以 a=b=18m2A 有效=ab=18 x 18=324m校核1）雾化程度按式：100hpPdd d计算式中：hp为喷头工作压力,d为喷嘴直径 8mm ; Pd值越大,说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中hp选300kPa的喷头，Pd100hp 100 3003750d8对于果树，pd值控制在30004000，所以所选喷头满足雾化 指标要求。2）喷灌强度喷灌强度小于 15mm/h，满足。已知：32q 2.96m /hA有效 a b 18m 18m 324m式中：w 多支管多喷头的同时喷洒；w 1.0q喷头的喷水量喷灌水的有效利用系数；0.80

10、；A在全圆转动时一个喷头的湿润面积；全一喷灌系统的平均喷灌强度全1000qw有效1000 2.96 0.803247.3mm/h灌溉制度1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm,则:m 设二 0.1Hr( B 1 B 2) = X 900 xx( 30 %-18 %)=?设？.？T 设=? ?,?取 T 设 3 天2、计算灌水周期3、计算一次灌水所需时间15.347.32.1h，取t2.5h4、计算同时工作的喷头数又设计日净喷时间宜符合下列规定:固定管道式喷灌系统，不宜少于12小时；半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时；移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于8小时；行喷式喷灌系

11、统，不宜少于16小时。因此，选c=Ni喷头丄95 66713个abb C 18 183 12.5流量校核： Q总二 N喷 q = 13 X2.96 = 38.48m3/h < 60m3/h水源满足供给5、轮灌组数为：n1二T设*c/t=3 X =15 （组）式中：N 同时工作的喷头数；C天中喷灌系统的有效工作小时数，C取h ；6、同时工作的支管数为：N支巴头匹3根n 4支为同时工作的支管n为一根支管喷头数,n=4该灌区的管网配置如下图工作制度如下表:轮灌顺序支管号同时每日工作的喷头数第一组1-1,1-2,1-3,1-11支管13第第二组1-4,1-5,1-6,1-7支管13一第三组1-8

12、,1-9,1-10支管1264天第四组1-12,2-10,2-11,2-12支管13第五组2-6,2-7,2-8,2-9,2-10支管13第一组2-3,2-4,2-5,2-6支管12第第二组4-9,4-10,4-11,4-12支管12二第三组4-4,4-5,4-6,4-7,4-8支管1253天第四组4-1,4-2,4-3支管9第五组2-1,2-2 支管8第一组3-1,3-2,3-3支管12第三第二组3-4,3-5,3-6支管943天第三组3-7,3-8,3-9支管12第四组3-10 , 3-11,3-12支管10管道设计及水力计算干支管选择硬塑料管，竖管选用DN32钢管3、扬程的确定对于支管F

13、hf + A z ，又 hffLQf db选择支管管径考虑多口流，多口流系数选取如下表:Nm=X=1X=23456f , m, b数值表管材mfb混凝土管钢筋混凝土管n 0.0132.001.312 1065.33n 0.0142.001.516 106n 0.0152.001.749 106钢管、铁铸管1.906.250 10F=,m=, f= x 10，, b=硬塑料管1.7750.948 10铝质管及铝合金管1.740.861 105由上表及管道具体情况得则:5xx 10 x 63 x <x30式中:> 55mmd 管道内径（mm）；Q 喷灌系数设计流量 （m3；h）。 z=

14、0喷灌手册选取 D=63mm内径d=58m m的硬塑料管干管管径选择（由喷灌工程学查得经验公式）Q v 120m3/ h 时，d 13V ；Q > 120m3/h 时，d 11.5/Q。Q=nxq 喷头=13 x =h所以干管管径d 13. Q支 13 - 38.48 80.65mm根据喷灌设计手册选管径d 110mm,壁厚为3.5mm,实际内径为103mm的硬塑料 管。比阻值S0=x10-5计算水头损失：1、干管的沿程水头损失为:hf 二 soQmL 又 L =300mHf = 2.375 x 10-5 x 38.481.77X300 = 3.75m2、计算典型支管沿程水头损失:hfm

15、LQ支5Ff 厂 0.948 1050.432db1.776311.84而°.79m583、计算干管局部水头损失:Q干38.48 x 4 x 101.28m/s7工=一干A干3.14 x 103 x 36001 28 2hj 干=(1.7+1.2+0.2+1.2 x4) X r=0.66m4、计算支管水头损失:_ Q 支 _11.84 X 4 X 60=A支=3.14 X 58 X 3600125 2hj 支=(0.1 X4+0.1)XE=°.°4m5,计算竖管水头损失:竖管选用DN32钢管，内径为28mm，竖管计算长度为则一根竖管水头损失为:hfsLsQmhsd

16、bs6.251053.02.96一亍0.61m286,计算喷头水头损失h喷二 10%hw又hw =hf干+ hf支+ 0干+ 0支+ hs=3.75 + 0.79 + 0.66 + 0.04 + 0.61 = 5.85m所以 h喷二 10%hw = 5.85 X0.1 = 0.59m扬程的确定已知喷头工作压力为hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取管道埋深为。水泵的设计扬程H = h1 + hp + hw + h喷 +? Z = 20 + 30 + 5.85 + 0.59 = 56.44m式中：h1为水位距地的距离；hp为喷头的压力；?乙为地势的高差；即水泵的设计扬程为。水泵的选型及

17、动力配套省略4、设备用量与材料细表表1管材设备序号名称单位数量型号备注1干管m300硬质塑料管PVC外径110m m 内 径 103mm2支管m2424硬质塑料管PVC外径63mm 内径58mm3竖管m480DN32钢管内径28mm表2 喷头型号接头式 及尺寸工作压力kPa喷头流量m7h喷头直径mm射程m喷灌强度（mm/h）PY|20G13008表3 接头名称型号数量（个）备注三通接头三承三通1总干管与干管连接:2干管与分干管连接四通接头三承四通24分干管与支管连接接头90°弯管接头162用于支管与竖管连接 和水泵进出口处卡套式接头用于各管长不足时，连 接两管表4 闸阀名 称型号数量 （个）性能参数备注调 节 阀ZZYP型-自力式压力 调节阀|48公称通径DN=200mm公称压力PN=安装于干管与支管连接处， 主要调节支管压力逆 止 阀内螺纹止 回阀1止回阀公称压力 公称通径DN120mm安装于水泵出水口处，防 止水回流或者水锤想象闸弹性座封闸52工作温度 -29安装于总干管与干，干管阀阀425