果园微喷灌系统规划与设计_133513

1、果园微喷灌系统规划与设计33513果园微喷灌系统规划与设计标签:来源摘要:微喷灌技术是主要的节水灌溉技术之一，果园应用微喷灌越来越多，微 喷灌系统应如何进行规划设计，才能达到要求，本文就此问题进行研究探讨。关键词：果园微喷灌规划设计1基本情况微喷灌是通过低压管道系统，以小的流量将水喷洒到土壤表面进行局部灌溉， 微喷灌的特点是灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌溉周期短，需要的工作压 力较低，能够较精确地控制灌水量，能把水和养分直接输送到作物根部附近的土壤 中去。果园位于广东省电白县大衙镇，种植荔枝，树龄在3, 7年左右。规划13.3hm2 的微灌工程，于1996年10月建成。果园最高处高程为9

2、4. 91 m,坡面比较均匀， 高差在8, 21 m之间，土壤为砂壤土，含有机质少，透水性较大，保水保肥能力较 差。水源利用1996年初打的一口深25 1n的水井，流量为25 m3/h,可连续抽水 4,6 h,果场已有380V动力线，变压器容量为10 kVAo2规划设计方案荔枝基本沿等高线种植，每行树布置一条毛管，毛管沿等高线布置，毛管间距 等于果树行距，即6. 0m。沿毛管在每两棵树中间布置一个微喷头，微喷头间距与 荔枝树株距相等，即4. 5 m,微喷头用04 mm微管与毛管连接，微管长1. 0 m,用 插杆固定在地面上。根据地形条件，干管沿山丘的脊线布置，山首部枢纽A点起沿山脊向北布置 A

3、PS干管和向南布置AFL干管，支管沿山坡垂直于等高线布置，并尽量向两侧毛管 供水，毛管平行等高线布置，见图1。图1微灌工程规划图规划设计参数为:南方果树的湿润比P?0. 35,设计灌水均匀度Cu=95%,灌水有 效利用系数n=0.9,设计日耗水强度Ea=2. 71 mm/do3微喷灌溉制度设计计算3.1 一次灌水量计算微喷灌设计一次灌水量用式计算M=0. 1 rh (Wd-Wo) P (1)式中M?灌水定额,mm;r?土壤容量，砂质壤土厂1.37 g/cm3;h?灌水湿润深度，取h=0.5 m;Wd?土壤田间最大持水量，Wd=22%;W。?设计含水量下限,Wo=0.6 Wd=13. 2%;P?

4、土壤温润比,P=2X5/(4. 5X6)=0. 37oM=0.1 XI. 37X50X(22-13. 2)X0. 37 =22.3 (mm)3.2设计灌水周期T二M/Ea22. 3/2. 71 =8. 23 (d)取 T=8d3.3 一次灌水延续时间t=MStSr/ ( Q 水 nqd)式中t?一次灌水延续时间,h;St?果树株距,m;n水?灌水有效利用率，取n水二0.9；qd?微喷头流量，qd=60 L/h;n?灌水器数量，n=l个/株。t=22. 3 X 4. 5 X 6/0. 9 X1X 60) =11. 15 (h)取廿11(h)3.4轮灌组数目每天工作时间取08 h,则轮灌组数目N=

5、CT/t=8X8/11 =5. 8 (组)取二6 (组)为了使每个轮灌组灌水时水泵出水量基本相等，压力比较均匀，缩小管径，降 低工程投资，根据实际支管情况，将各轮灌组的分组情况划分见表1。表1轮灌分组表单位:m3/h组支管流量合计组支管流量合计1支1支2支14支2212. 36 7. 28. 58 11.439. 544支7支8支189. 24 6.016. 3831.622支3支4支16支209. 110. 62 6. 54 12. 2438. 585支10支11支1914. 52 13. 14 9. 637. 263支5支6支15支176. 24 9. 66 9. 96 11. 1637.

6、 026支9支12支13支217. 8611.404. 7414.4638. 464微灌系统管网水力计算4.1 毛管水力计算4.1.1 毛管水力计算参数本工程采用全圆折射式微喷头，已知灌水器流态指数X=0.5,微灌系统设计流 量偏差qv=O. 2,灌水器设计工作水头hd=0. 1 MPa,设计流量q=60 L/h。4. 1. 2灌水 器设计允许工作水头偏差率4.1.3 毛管最大出水孔数取 m=10(孔)4.1.4 毛管设计最大长度Lmax=NmS+SO=10X4. 5+4. 5/2=47. 25 (m)根据实际地形和管道布置情况，实际最大毛管长度L=42.5 m, Lmax=47. 25 m,

7、 满足设计要求。4. 1.5毛管进口压力h0计算毛管沿树行平行于等高线布置，灌水器最大工作压力水头在毛管进口处第一个 出水口处。hO=hl+ka(Nqd)mSo-JSohl二(1+0. 62 X 0. 2) 1/5 X 10+8.4X10-4X601. 696X2+1. 34X10-5X602=14. 43 (m)a =1. 006X10-5X1. 2-(0. 123Lgl. 2+4. 88)=4. 1X10-6m=l. 753(D/2. 5)0.018=1.73K=l. 1h0=14. 43+1. 1X4. IX 10-6X (10X60)1.73X 2-0X4. 5/2=15. 01 (m

8、)4.2干管、支管水力计算4. 2. 1干管ASW水力计算根据地形条件和管网布置情况，第一轮灌组离首部枢纽二级加压泵最远，流量 Q12=11. 4 m3/h, W点地面高程为94 m,如果支管进口水头等于毛管进口设计水 头，那么只要在W点管道内有满足毛管进口水头ho的工作水头，其他毛管的进口 水头均能满足要求。干管ASW沿程水头损失按勃拉休斯公式计算。hfAW=8. 4X104 XQ1. 74L/D4. 75=8. 4X104X, (19. 981. 75X84+11. 41. 75X64)/504. 75+11.41.75X192/654. 75=17. 36 (m)4.2.2干管AFL水力

9、计算在第一轮灌组中，向支1、支2两条支管同时供水，其流量为Q=19. 56 m3/h, 干管AFL全长Lal=205 m, A点与L点地面高程差为97. 7-83. 1=14. 6 m。干管AFL管径为DAL二(KQ1. 75L/ A H 地)-4. 75= (8.4X104X19. 561. 75X 205/14. 6)-4. 75=56. 7 (mm)由于干管ASW和干管AFL所需要的工作水头有差别，而且两条干管在A处平 衡，所以A点处提供的工作水头远远超过干管AFL的沿程水头损失，所以选用干管 AFL的管径D=50 mm,满足要求。hfAL=8. 4X104D1. 75L/Q4. 75=

10、8. 4X104X 19. 561. 75X205/504. 75=26. 7 (m)4. 2. 3首部二级加压泵扬程计算首部地面高程ZA=97. 7 m, W点地面高程Zw=94. 0 m,干管ASW沿程水头损失 hfAW=17. 36 m,毛管进口水头ho=15. 0 m,考虑首部枢纽中各种管道、管件和过滤 器水头损失Xhj=8. 0 m,首部枢纽水泵扬程为HAW=ho+Shj+hfAW-AZ=15+8+17. 36(97. 7-94)=36.66 (m)干管AL沿程水头损失hfAL=26. 7 m, L点地面高程为Z=83. 1 m,首部枢纽水泵 扬程为HAL=ho+Shj+hfAL-A

11、Z=15+8+26. 7-(97. 7-83. 1)=35. 1 (m)可见，第一组最大扬程为36. 66 m,就能满足要求，其他各轮灌组所需的扬程 和流量经过计算，结果见表2。表2各轮灌组设计扬程计算结果表轮灌组23456流量(m3/h)39. 5438. 5837. 0231.6237. 2638. 46扬程(m)36. 6637. 0832. 8532. 6426. 6030. 55从表2计算结果中可知，最大流量为第1轮灌组，最大扬程为第2轮灌组，因 此满足第1轮灌组的流量和第2轮灌组的压力，即可满足其他轮灌组的要求。4.2.4首部枢纽水泵电机选择根据轮灌组最大流量Q=39. 54 m3

12、/h,扬程H=37.08 m,选择型号为IS80-65-160型节能单级单吸清水离心泵，H=32, 45 m, Q=50, 25 m3/h,由安微宁国工业泵厂生产。电机为三相异步电动机，型号为Y132-2,功率N=7.5 kW,由西安电机厂生产。4.2.5支管进口工作水头计算由于轮灌时各组的流量大小不相同，水泵扬程也不同，各支管的进口工作水头 需按水泵扬程进行复核计算，确定是否需要在支管进口设置调压装置。首部枢纽出水口 A点工作水头确定：蓄水池平均设计水位为97 m,水泵轴线安装高程为98 m,首部枢纽地面高程 为97. 7 m,轮灌组的流量在31. 62, 39. 54 m3/h之间，由水泵

13、性能曲线可知，水泵 的扬程在39, 42. 5 m之间变化，现以39 m为各次轮灌时水泵的计算扬程。A点处的水头为HA二H 扬- A h 首一 A Z=39-8-(98-97)=30 (m)灌水时各支管进口工作水头计算：轮灌时各支管进口的工作水头与轮灌组的输水流量、管道沿程水头损失及地面 高程有差别，关系较大，现均以A点为计算起点，各支管进口的工作水头为H 支二 HA-X AH?AH 地AH=hf+hf取 hj=0. 1 hf现计算第1轮灌组，干管AL同时向支1、支2供水。管段水头损失HfkL=8. 4X104X7. 21.75X5/504. 75=0. 1 (m) HkL=l. 1 hfkL

14、=1. 1X0. 1=0. 1 (m)支管2进口处的工作水头为H 支 2二HAE H+4H 土也=39-(29. 32+0. 1) +(98-82. 5)二25. 08 (m)其他支管进口工作水头计算方法相同，计算结果见表3o表3支管进口工作水头计算结果(单位:m)管段AKKLAPPWAIUARRUAGGHAQ工作水头(H支)25. 5827. 0841.8224.4625.7227. 7732. 0333. 3437. 0438. 8445. 37管段QSAEEPATABBCAUADAMHNNV工作水头（H支）39. 8738. #47. 6031.3748. 6049. 3750. 955

15、1. 4352. 1453. 7754. 254. 2. 6支管管径计算根据地形条件及实际情况，干管沿山脊布置，支管垂直于等高线布置，此时支 管水力计算应满足支管上各毛管进口的工作水头要求，因此，支管的水头损失应根 据地面高差和支管进口工作水头大小确定，并根据确定支管管径。A h=H支？ H地二ho (顺坡为+,逆坡为一)D 支二KQL 75 支 LF/ h-4. 75现计算支管3,查表5可知H支3=32. 85 m,毛管进口工作水头ho=15. 0 m, Q 支 3=9. 18 m3/h, AH 支=85. 5-72=3. 5 m,分水孔数 N=15,多孔系数 F=0. 377,支管 长 L

16、 支 3=90 mo h=23. 77+13. 5-15=22. 27 (m)支管3管径：D 支 3=(8. 4 X 104X9. 181. 75X90X0. 377/26. 27)-4. 75=25. 99 (mm)取 D 支 3=32. 00 mm其他各支管管径计算结果见表4。表4支管水力管径计算结果（单位:mm）管段KKK，KK，KKLLL，LLJJ，II，HHfGG，FF，计算管径26. 0228. 2926. 1619. 3913. 3229. 8325. 9927. 7721.7223. 8523. 99选用管径3232322525323232252525管段EE，DD，CC，Cf CBBMMM; MM MNN，PP，计算管径21.9822. 4636. 3318. 3130. 402820. 114. 122. 116. 723.3选用管径25254025323