2025年灌溉系统设计试题及答案

2025年灌溉系统设计试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.灌溉设计保证率是指（）A.灌溉系统在多年运行中，能保证正常灌溉的年数占总年数的百分比B.某一设计典型年中，灌溉系统满足作物需水要求的程度C.灌溉工程实际供水量与设计供水量的比值D.作物关键生育期内灌溉水满足需求的概率2.计算作物需水量时，彭曼蒙特斯公式（PenmanMonteith）的核心输入参数不包括（）A.太阳辐射量B.空气温度C.土壤容重D.风速3.某地区玉米全生育期需水量为500mm，有效降雨量为200mm，灌溉水利用系数为0.8，则设计灌溉定额为（）A.250mmB.300mmC.375mmD.400mm4.滴灌系统中，毛管的最大允许水头偏差一般控制在（）A.±5%B.±10%C.±15%D.±20%5.喷灌系统中，竖管高度设计需考虑（）A.喷头射程与风速的关系B.作物高度与喷洒均匀度C.土壤入渗速率D.水泵扬程的冗余量6.灌溉管网水力计算中，HazenWilliams公式（h_f=10.67LQ^1.852/C^1.852d^4.87）中，C值表示（）A.管道糙率系数B.流量系数C.局部水头损失系数D.水的粘滞系数7.微灌系统中，为防止滴头堵塞，过滤设备的过滤精度应至少达到（）A.80目B.120目C.200目D.300目8.水稻灌区采用间歇灌溉时，晒田阶段的田间水层深度应控制在（）A.03cmB.58cmC.1015cmD.1520cm9.灌溉系统规划中，确定灌溉面积的主要依据是（）A.水源可供水量B.作物种植结构C.地形坡度D.农民种植意愿10.管道灌溉系统中，水锤现象最易发生在（）A.水泵启动时B.阀门缓慢关闭时C.突然停泵或快速关闭阀门时D.管道正常运行时二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.以下属于节水灌溉技术的有（）A.渠道防渗B.膜上灌C.漫灌D.微喷灌2.滴灌系统的组成部分包括（）A.首部枢纽B.输配水管网C.滴头D.量水设施3.影响喷灌均匀度的因素有（）A.喷头间距B.工作压力C.风速D.土壤类型4.灌溉制度设计需确定的参数包括（）A.灌水定额B.灌溉周期C.灌溉面积D.全生育期灌溉次数5.灌溉管网布置原则包括（）A.尽量沿等高线布置B.减少起伏和转弯C.管道埋深不小于冻土层厚度D.优先布置毛管，再布置干管三、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.作物需水量是指作物在适宜生长环境下，通过_________和_________消耗的总水量。2.灌溉水利用系数是指_________与_________的比值。3.喷灌系统的工作压力一般为_________kPa，微喷灌系统的工作压力一般为_________kPa。4.滴灌系统中，毛管的铺设长度主要受_________和_________限制。5.渠道防渗常用材料包括_________、_________和混凝土等。四、简答题（共4题，每题8分，共32分）1.简述滴灌与微喷灌的主要区别及适用场景。2.说明灌溉系统管网水力计算的主要步骤。3.分析影响灌溉水利用系数的主要因素，并提出提高措施。4.列举3种常见的灌溉系统首部枢纽设备，并说明其功能。五、应用题（共1题，13分）某果园种植苹果树，行距4m，株距3m，种植面积100亩（1亩≈666.7m²）。当地气象资料显示：苹果树需水关键期日平均需水量为3mm/d，土壤田间持水量为22%（体积含水量），土壤容重为1.3g/cm³，计划湿润层深度为0.6m，灌溉水利用系数为0.9，滴头流量为2L/h，允许水头偏差为±10%，毛管内径为16mm（糙率系数C=140）。要求：（1）计算该果园关键期的灌水定额（单位：mm）；（2）确定灌溉周期（单位：d）；（3）若单条毛管控制20株果树，计算毛管的最大允许长度（提示：毛管沿行向布置，滴头间距=株距，HazenWilliams公式h_f=10.67LQ^1.852/(C^1.852d^4.87)，其中d单位为m，Q单位为m³/s，h_f单位为m）；（4）简述首部枢纽需配置的主要设备（至少3种）。答案及解析一、单项选择题1.A（灌溉设计保证率是多年运行中正常灌溉年数的百分比，反映系统可靠性）2.C（彭曼公式需气象参数，土壤容重为土壤物理性质，非核心输入）3.C（设计灌溉定额=（需水量有效降雨）/灌溉水利用系数=（500200）/0.8=375mm）4.B（滴灌毛管水头偏差一般控制在±10%以内，保证滴头流量均匀）5.B（竖管高度需高于作物高度，避免遮挡，保证喷洒均匀）6.A（HazenWilliams公式中C为管道糙率系数，塑料管C≈140150，混凝土管C≈120）7.B（微灌过滤精度一般要求120200目，防止滴头堵塞，80目精度不足）8.A（水稻晒田需降低水层至03cm，促进根系生长）9.A（灌溉面积由水源可供水量决定，是规划的核心约束）10.C（水锤由流速突变引起，突然停泵或快速关阀时最易发生）二、多项选择题1.ABD（漫灌为传统低效灌溉，不属于节水技术）2.ABCD（滴灌系统包括首部、管网、滴头及量水、控制设施）3.ABC（土壤类型影响入渗，但不直接影响喷洒均匀度）4.ABD（灌溉制度确定灌水定额、周期、次数，灌溉面积属规划参数）5.ABC（管网布置应先干管后毛管，D错误）三、填空题1.叶面蒸腾；棵间蒸发（或“蒸发蒸腾”）2.田间净灌溉水量；灌溉系统总引水量3.200500；50150（喷灌压力较高，微喷灌较低）4.水头偏差；滴头流量均匀度（或“毛管水力特性”）5.土料；砌石（或“塑料薄膜”“沥青混凝土”等）四、简答题1.主要区别：滴灌通过滴头以点滴方式供水，流量小（112L/h），湿润局部土壤；微喷灌通过微喷头以喷洒方式供水，流量较大（20200L/h），湿润面积更广。适用场景：滴灌适用于干旱区、高价值作物（如蔬菜、果树）及土壤透水性强的地块；微喷灌适用于需增加空气湿度的作物（如花卉、茶园）或地形较平坦的区域。2.主要步骤：①确定管网布置方案（干管、支管、毛管走向）；②计算各管段流量（根据灌溉面积、灌水定额、同时工作的喷头/滴头数量）；③选择管道材质及管径（初估管径，校核流速是否在经济范围0.53m/s）；④计算沿程水头损失（用HazenWilliams或达西公式）和局部水头损失（按沿程损失的10%20%估算）；⑤确定管网总水头需求（最不利点工作压力+沿程/局部水头损失+地形高差）；⑥校核水头偏差是否满足设计要求（如滴灌≤±10%）。3.影响因素：①渠道渗漏（土壤透水性、衬砌状况）；②田间灌溉方式（漫灌>喷灌>滴灌）；③管理水平（轮灌制度、阀门控制精度）；④管道系统密封性（接头漏损）。提高措施：①渠道防渗（混凝土、塑料薄膜衬砌）；②推广节水灌溉技术（喷滴灌）；③优化灌溉制度（按需灌溉，减少深层渗漏）；④加强管道维护（修复漏点，定期检查）。4.首部枢纽设备及功能：①水泵：提供系统工作压力（将水从水源提升至管网）；②过滤器（如砂石过滤器、网式过滤器）：去除水中杂质，防止滴头/喷头堵塞；③施肥装置（如文丘里施肥器、压差式施肥罐）：实现水肥一体化，提高肥效；④压力表/流量计：监测系统压力和流量，保障运行安全；⑤自动控制装置（如PLC控制器）：实现灌溉定时、定量控制，提升管理效率。五、应用题（1）灌水定额计算灌水定额公式：m=1000×γ×H×(θ_fθ_0)/η其中：γ=1.3g/cm³=1300kg/m³，H=0.6m，θ_f=22%（体积含水量），θ_0取田间持水量的60%（经验值），η=0.9（灌溉水利用系数）。假设θ_0=0.6×22%=13.2%，则：m=1000×1300×0.6×(0.220.132)/0.9=1000×1300×0.6×0.088/0.9≈76.5mm（注：若θ_0取其他合理值，结果在7080mm范围内均正确）（2）灌溉周期确定灌溉周期T=m/E_a，E_a=3mm/d（日需水量），则T=76.5/3≈25.5d，取25d（或根据实际取整）。（3）毛管最大允许长度计算①单条毛管流量Q=滴头流量×滴头数量=2L/h×20=40L/h=0.0000111m³/s（40÷3600≈0.0000111m³/s）。②毛管内径d=16mm=0.016m，C=140。③允许水头偏差±10%，假设毛管首端压力为H，则末端最小压力为0.9H，沿程水头损失h_f≤0.1H。④取H=10m（滴灌常见工作压力），则h_f≤1m。⑤代入HazenWilliams公式：h_f=10.67×L×Q^1.852/(C^1.852×d^4.87)1=10.67×L×(0.0000111)^1.852/(140^1.852×0.016^4.87)计算各参数：(0.0000111)^1.852≈(1.11×10^5)^1.852≈1.11^1.852×10^9.26≈1.9×10^9.26≈5.5×10^10140^1.852≈140^1.852≈(140^1)×(140^0.852)≈140×(140^(0.8))≈140×(140^0.8)≈140×33≈4620（更精确计算：ln140≈4.94，0.852×4.94≈4.21，e^4.21≈67.4，故140^1.852≈140×67.4≈9436）0.016^4.87≈(1.6×10^2)^4.87≈1.6^4.87×10^9.74≈(1.6^4)×(1.6^0.87)×10^9.74≈6.55×1.5×10^9.74≈9.8×10^10代入得：1=10.67×L×5.5×10^10/(9436×9.8×10^10)分母≈9436×9.8×10^10≈9.25×10^4×10^10≈9.25×10^6分子≈10.67×L×5.5×10^10≈5.87×10^9×L则：1=5.87×10^9×L/(9.25×10^6)→L≈(9.25×10^6)/5.87×10^9≈1576m（显然不合理，说明假设H=10m过大）修正：滴灌毛管工作压力通常为515m，取H=5m，则h_f≤0.5m。重新计算：0.5=10.67×L×5.5×10^10/(9436×9.8×10^10)→L≈(9.25×10^6×0.5)/5.87×10^9≈788m（仍过大，实际中毛管长度受滴头间距和流量限制）正确方法：毛管沿行向布置，滴头间距=株距=3m，单条毛管控制20株，故毛管长度=3m×(201)=57m（滴头数=20，间距数=19）。此时需校核水头损失是否在允许范围内。单滴头流量q=2L/h=5.556×10^7m³/s，毛管流量Q=20×q=1.111×10^5m³/s。h_f=10.67×57×(1.111×10^5)^1.852/(140^1.852×0.016^4.87)计算(1.111×10^5)^1.852≈(1.111)^1.852×10^9.26