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文档简介
膜下滴灌系统的组成与规划设计
TheComponentandDesignofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
国家节水灌溉工程技术研究中心(新疆)NationalCenterofEfficientIrrigationEngineeringandTechnologyResearch-XinJiang何林望HeLinwang1、膜下滴灌系统的组成
ComponentofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
水源工程Watersourceproject
首部枢纽Headofpivot
输配水管网Pipenetworksforwatertransportation
滴头及控制测量和保护装置
Emitters,pressureregulator,measuringmeterandprotectiondevices1.水源WaterSource2.水泵Pump3.供水管WaterSupplyPipe4.蓄水池Pond5.逆止阀BackflowPreventionDevice6.施肥开关Fertilizervalve7.灌水总开关IrrigationHeadValve
13.滴头Emitter14.毛管(滴灌带)Lateral(Dripline)15.滴灌支管Manifold16.尾部开关(电磁阀)ZoneValve(Electricalvalve)17.冲洗阀FlushValve18肥料罐FertilizerTank19.肥量调节阀FertilizerRegulator
20.施肥器FertilizerInjector
21.干管MainLine2、膜下滴灌系统设备
EquipmentofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
2.1滴灌管(带)
Dripline(tape)柱状滴头Columnardriptape
微喷带
Micro
spraytape
压力补偿式滴头Pressurecompensatingdriptape微喷Micro-sprinkle2.2输配水管道
Pipesforwatertransportation
PVC干管PVCMainpipePE支管、辅管PESubmainLine
pipeandFeederLinepipe
2.3首部控制枢纽HeadControl
水泵Pump过滤设备Filtrationdevice12347568离心式过滤器CentrifugalFilterWateroutletwaterinlet3.罐体tanksandinletsandoutlet6.支架supportsand-inpotflushingoutletCentrifugalFilter网式过滤器ScreenFilter离心网式过滤器组合UnitedCentrifugalFilterandScreenFilter砂石过滤器SandFilter工作原理OperatingPrincipleInletShelfBodyFilterMediumOutlet叠片式过滤器DiscFilter施肥罐:FertilizerTank3.膜下滴灌系统的规划设计
ProjectPlanningandDesignofDripIrrigationSystemunderMulchFilm
Basicprincipleofprojectplanning滴灌工程的规划应与农田基本建设规划相结合Projectofdripirrigationshouldconsiderthebasicconstructionoffarmland.近期需要与远景发展规划相结合
Requirementinthenearfutureshouldconnectwithdevelopmentinthefuture.滴灌工程的规划应综合考虑工程的经济、社会和生态效益。
Projectofdripirrigationshouldtakeintoaccountbenefitsofeconomic,socialandecology.3.1.2规划的内容
Contentsofproject勘测收集基本资料Surveyandcollectbasicdata论证工程的必要性和可行性Evaluatenecessityandfeasibilityofproject确定工程的控制范围和规模
Ascertaincontrollingareaandscopeofproject选择适当的取水方式Chooseproperfetchingwatermode滴灌系统选型Choosedripirrigationsystem工程布置Projectdisposal做出工程概算Workoutprojectbudgetaryestimates3.1.3资料的收集
Data
collection地理位置与地形资料Geographicallocationandtopographydata土地与工程地质资料Soilandprojectgeologydata水文与气象资料Hydrologyandweatherdata农作物资料Cropdata水源与动力情况Watersourceanddrivercondition社会经济状况及农业发展规划方面的基本资料
Situationofsocialeconomyandagriculturedevelopmentproject3.2滴灌系统的布置
Layoutofdripirrigationsystem控制面积的确定Ascertainmentofcontrollingarea水源供水流量稳定且无调蓄能力时可用下式确定滴灌面积Usethefollowingformulatodecideirrigationarea,aswaterissupplyingstablyandnoadjustment:式中:intheformula:
A——可灌面积,hm2;irrigationarea,hm2;Q——可供流量,m3/h;flowrate,m3/h;Ia——设计供水强度,mm/d;designedwatersupplyintensity,Ia=Ea-P0Ea——设计耗水强度,mm/d;designedwaterconsumeintensity,mm/d;P0——有效降雨量,mm/d;efficiencyofrainfall,mm/d;t——水源每日供水时数,h/d;hourofwatersupplyeveryday,h/d;η——灌溉水利用系数。coefficientofirrigationwater.
水源有调蓄能力且调蓄容积已定时,可用下式确定滴灌面积Usethefollowingformulatodecideirrigationarea,aswatersourceisadjustableandadjustingcubageisfixed:
式中:intheformula:
K——塘坝复蓄系数,K=1.0—1.4;K——efficiencyofponddamrepeatedsavingwater,;η——蓄水利用系数,η=0.6—0.7;η——coefficientofsavingwater,η=0.6—0.7;V——蓄水工程容积,m3;V——watersavingprojectcubage,m3;Ii——灌溉季节各月的毛供水强度,mm/d;Ii——grosswatersupplyintensityofeverymonthinirrigationseason,mm/d;Ti——灌溉季节各月的供水天数,d。Ti——supplywaterdaynumberofeverymonthinirrigationseason,d.3.2.2常见的几种管网布置方式
Somefamiliarpipenetworkslayouts水源位于田块的中心,控制面积较大时,常采用一字形树枝装管网布置形式“一”disposaltreeformofpipenetworks,ascontrollingareaislargeorwatersourceislocatedincenterofthefield.“一”字形布置“一”disposalT形布置“T”disposal梳齿形布置Combformdisposal
3.3系统设计参数的确定
Ascertainmentofsystemdesignparameter
基本参数Basicparameter1、设计保证率Insurancerateofdesign2、灌溉水的利用率不低于90%Irrigationwateruseefficiencyisnotlessthan90%3、设计系统的日工作小时应根据不同水源和农业技术条件确定,一般不宜大于20hWorkhourofdesignedsystemaccordingtodifferentwatersourceandagriculturetechnicalcondition,anditisbetternottoworkmorethan20hours.4、滴头设计工作水头应取所选滴头的额定工作水头,或由滴头压力与流量关系曲线确定。Choosenominalworkingwaterheadasworkpressure,ordoaccordingtopressureandflowratecurveofemitter.5、设计耗水强度应采用作物耗水强度峰值,并应由当地试验资料确定。Designedconsumewaterintensity(Ea):shouldadoptcropconsumewaterpeakvalue,localexperimentdatadecidetheEa.6、计划土壤湿润层深度,不同作物不同生育阶段的计划湿润层深度不一样,根据各地的经验确定。Planeddepthofwettedsoil(Z):planeddepthofwettedsoilindifferentcropanddifferentgrowthstagearedifferent,accordingtodifferentlocalexperience.3.3.2灌溉制度
Irrigationscheme设计灌水定额:根据当地试验资料按下面公式之一计算Designirrigationquota:Accordingtolocalexperimentdatum,useoneofthereinafterformulastocalculate:m=0.1γZP(θmax-θmin)/ηOrm=0.1ZP(θmax-θmin)/η式中:intheformulas:
m——设计灌水定额mm;designirrigationquota(mm);γ——土壤容重g/cm3;
γ——soildensityg/cm3,toselectaccordingtoFig.2.3-1;z——计划土壤湿润层深度m;z——thedepthofplannedwettedsoilm;P——湿润比%;P——percentageofwettedarea%;θmax、θmin——适宜土壤含水率上、下限(占干土重的百分比),θmax可取田间持水率的90%,θmin可取田间持水率的60%,可根据表2.3-1选用;θmax、θmin——upanddownlimitofwatercontent(weightpercentageindrysoil),θmaxreferto90%offieldmoisturecapacity,θminreferto60%offieldmoisturecapacity.Choosetheparameter;θmax、θmin——适宜土壤含水率上、下限(占土壤体积百分比),θmax可取田间持水率的90%,θmin可取田间持水率的60%,可根据表2.3-1选用;θmax、θmin——upanddownlimitofwatercontent(cubagepercentageindrysoil),θmaxreferto90%offieldmoisturecapacity,θminreferto60%offieldmoisturecapacity.Choosetheparameter.η——灌溉水利用系数。η——irrigationwaterusecoefficient.表3-1不同土壤的物理特性表
Table3-1physicalcharacteristicsofdifferentsoil土壤质地Soilcharacteritisc容重Density(g/cm3)田间持水量Fieldmoisturecapacity
凋萎系数Wiltingcoefficient
重量含水率WCWM(%)体积含水率CCWM(%)重量含水率WCWM(%)体积含水率CCWM
%)砂土Sand1.45-1.8016-2026-32
砂壤土Sandysoil
1.36-1.5422-3032-404-65-9轻壤土Lightloam
1.40-1.5222-2830-364-96-12中壤土loam1.40-1.5522-2830-356-108-15重壤土Heavyloam
1.38-1.5422-2832-426-139-18轻粘土Lightclay
1.35-1.4428-3240-451520中粘土clay1.30-1.4525-3535-4512-1717-24重粘土Heavyclay1.32-1.4030-3540-50
设计灌水周期:可按下式计算Designirrigationintervalcalculateaccordingtothereinafterformula:T=(m/Ea)η式中:T——设计灌水周期d;Intheformula:T——designedirrigationcycled;Ea——设计耗水强度mm/d。Ea——designedwaterconsumeintensitymm/d.按上式求得的值为作物需水高峰期的灌水周期。Withforegoingformula,wecouldworkoutirrigationwatercycleasthecycleatpeakofcroprequirementwater.一次灌水延续时间Durationofirrigation
t=m•Se•Sr/(ηqd)式中:t——一次灌水延续时间h;intheformula:t——durationofoneirrigation(h);qd——设计滴头流量l/h。qd——designeddischargeofemitterl/h.灌水次数与灌水总量的确定irrigationtimesandgrossirrigationquality
3.3.3滴灌灌水均匀度
Irrigationuniformityofdripirrigation
滴灌均匀系数Uniformitycoefficientofdripirrigation
灌水器设计允许流量偏差率qv应不大于20%,设计灌水均匀度不应低于0.95。Designedallowableflowratedeviation(qv)islowerthan20%,designirrigationuniformityisbetterthan0.95.灌水小区允许水头偏差Permitflowratedeviationofirrigationblock滴头工作水头偏差率hV与流量偏差率qV之间的关系可用下式表示:Wecouldusethereinafterformulatoshowrelationofdeviationrateofemitterworkwaterhead(hv)andpermitflowratedeviation(qv):式中:X——滴头流态指数。intheformula:X——emitterdischargeexponent。灌水小区允许水头偏差按下式计算:Wecanworkoutpermitflowratedeviationofirrigationdistrictwiththereinafterformula:[ΔH]=hV×hd式中:[ΔH]——灌水小区允许水头偏差,m;intheformula:[ΔH]——permitflowratedeviationofirrigationdistrict,m;hd——设计滴头工作水头,m。hd——designemitterworkwaterhead,m.3.4.滴灌系统设计
Designationofdripirrigationsystem毛管设计Driptapedesign1、滴灌带的选型Driptapespecification2、水平毛管极限滴头个数的确定Confirmlimitdrippernumbersofdriptape式中:Nm——毛管的极限分流孔数;Inthisformula:Nm:limitdrippernumbersofdriptape[△h2]——毛管的允许水头差,m,[△h2]=β2[△h],β2应经过技术经济比较确定,对于平地β2可取0.55;
[Δh2]permitwaterheadlossofdriptape.[△h]——灌水小区允许水头差m;[Δh]permitwaterheadlossofirrigationregion.d——毛管内径mm;d------innerradiusofdriptape,mmk——水头损失扩大系数,一般为1.1~1.2;
qdk:waterheadlossenlargemodulus;commonlyis1.1~1.2.
qd:——滴头设计流量L/h。qd:Designedflowrateofdriptape,L/h.确定毛管极限长度(Lm)Confirmoflimitlengthofthepipetape(Lm)Lm=Nm×Se根据毛管极限长度及条田的实际情况可确定毛管的实际铺设长度。Confirmlimitlengthoflateral,calculatethereallengthoflateralaccordingtolimitlengthandrealsituationoffarmland.确定毛管的沿程水头损失h毛(多孔管)Confirmofwaterheadlossalonglateral,h(porouspipe)式中:f、m、b——分别为摩阻系数,流量指数和管径系数,可由表3-3查得;Inthisformula:f、m、bisrespectivelyattritionmodulus,flowrateindexandpiperadiusmodulus,youcanchoosetheparameterfromtable2.3-3:
N——出水孔个数;
N:numberofoutlet;
S0——进口至首孔的间距,m。S0:spacebetweenfirstemitterandthebeginningofthelateral,m确定毛管局部水头损失
Confirmlocalwaterheadlossoflateral当参数缺乏时,毛管局部水头损失可按沿程水头损失的10%-20%计算。Take10%-20%ofwaterheadlossalongthelateralasthelocalwaterheadlossifnotoomuchparameters.
辅管、支管设计
Designforassistantpipelineandsubmain辅管、支管的选型Chooseassistantpipelineandlateral确定经济管径Confirmeconomypipediameter式中:D——管内径,mm;Inthisformula:Dpipeinsidediameter,mmQ——管设计流量,m3/h;Q——pipedesignflowrate,m3/hI——经济水力坡度,支管、辅管沿程水头损失的计算Calculatelateral、assistantpipewaterheadloss对于有辅助支管的滴灌系统,支管沿程水头损失计算至最后一个给水阀,当只开一条或两条辅管时,其沿程水头损失计算公式为:Fordripirrigationsystemwithassistantsubmain,calculatewaterheadlossalongassistanttillthelastsupplyvalve.Whenopeningoneortwoassistantlateral,itscalculationformulaofwaterheadlossalongsubmainis:
支管的铺设长度L,在系统分析的基础上,用线性规划或动态规划的方法确定支管的水头损失hf,然后反推算出管长LSubmainlengthL:afteranalyzingthesystem,getthelengthwithabackcalculationbylinearconfirmoflateralwaterheadlosshfuselinearityprogramordynamicprogram.管道沿程水头损失计算系数、指数表
modulus、indexforwaterheadlossalongpipelinecalculation管材PipeFmb硬塑料管Hardplasticpipe0.4641.774.77微灌用聚乙烯管PEpipeformicroirrigation
d>8mm0.5051.754.75D≤8mmRe>23200.5951.694.69Re≤23201.7514支管局部水头损失Calculatelocalwaterheadlossofsubmain当参数缺乏时,局部水头损失可按沿程水头损失的5%~10%计算Take5%-10%ofwaterheadlossalongthesubmainasthelocalwaterheadlossifparametersarenotenough.薄壁支管水头损失计算Calculatewaterheadlossalongsubmainwiththinwall干管的设计Mainlinedesign
干管的沿程和局部水头损失计算Calculatewaterheadlossalongsubmainwiththinwall沿程水损局部水损
CalculationformulaofCalculationformulaofwaterheadlossalongmainline
partwaterheadloss式中ζ为局部水头损失系数。Informula:ζislocalwaterheadlossmodulus.
首部枢纽设计HeadControlDesign水源过滤及施肥设备选型Watersourcefiltrationandfertilizerequipmentselection
应根据水源水质和滴头抗堵塞能力选择过滤设备型号,由于流道设计上的差异,各种灌水器对水质的要求不同。若已知灌溉水中各种污物的含量,则可根据以下条件选配过滤设备:Selectfiltrationequipmentaccordingtoqualityofwaterresourceandemittercharacterofanti-clogging.Duetodifferenceonflowpassagedesign,emittersrequiredifferentwaterquality.Differentwaterqualitiesneeddifferenttreatment.
Ifweknowthecontentofimpurityintheirrigationwater,wecanselectfiltrationequipmentsbasedonfollowingconditions:当灌溉水中无机物含量小于10ppm或粒径小于80μm时,宜选用砂石过滤器或筛网过滤器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterislessthan10ppmorgraindiameterislessthan80μm,sandfilterorscreenfilterisbetter.灌溉水中无机物含量在10~100ppm之间,或粒径在80~500μm之间时,宜先选用离心过滤器或筛网过滤器作初级处理,然后再选用砂石过滤器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterisbetween10and100ppm,orgraindiameterisbetween80and500μm,centrifugalfilterorscreenfilterisasthefirstclass,screenfilterandsandfilterisbetterforsecondclass.灌溉水中无机物含量大于100ppm或粒径大于500μm时,应使用沉淀池或离心过滤器作初级处理,然后再选用筛网或砂石过滤器。Whenmineralcontentintheirrigationwaterismorethan100ppmorgraindiameterbiggerthan500ppm,screenfilterorsettlingpondsareneededforprimaryfiltration,andthenscreenfilterorsandmediafilter.灌溉水中有机污物含量小于10PPm时,可用砂石过滤器或筛网过滤器。灌溉水中有机污物含量大于100PPm,应选用初级拦污筛作第一级处理,再选用筛网或砂石过滤器。Whenorganic
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