滴灌设计分析和总结

6.1.1地理位置

该滴灌系统位于准葛尔盆地南沿，天山北麓c面积2532亩。

6.1.2地形地貌

田块为一平行四边形，东高西低（J=0.0（）4）,南低北高（J=0.（）14）。

12

6.1.3气候条件

年平均气温6JoC,年最高气温42oC,最低3820c;多年平均降水量

181.2mm,多年平均蒸发量1738.5mm,多年平均冻土层深度1.25m,最大冻土

层深度1.50mo

6.1.4土壤

土壤质地为中壤土，土壤容重L42g/cm3,田间持水率为31%（占土壤体积百

分数），土层厚度为1-2米；土壤耕作层含盐量不大，未见较大的盐碱斑。

6.1.5作物栽培模式

加工番茄的栽培方式为宽窄行模式：宽行80cm,窄行40cm,株距40cm。

6.1.6灌溉水源

本滴灌系统利用原地面灌溉渠道供水，地表水主要来自于T河，T河发源于

天山山脉，属冰川融合性河流。

6.2工程规划

本工程规划灌溉水流程为：水源工程（干渠沉砂池）首部枢纽（离心

泵“砂+筛网”两级过滤器总控制阀）输配水管网（主干管分干管

支管毛管）灌水器番茄根层土壤。

6.2.1水源工程

本滴灌系统利用原地面灌溉渠道供水，水质符合农田灌溉水标准，可用于滴

灌，但悬浮泥沙含量大，需设置沉砂池进行初级处理，以去处大量泥沙C

6.2.2首部枢纽

动力选用电动机（功率与水泵配套），采用单机单吸离心泵，为处理水中的

细颗粒悬浮泥沙和少量的有机杂质，采用“砂石+箍网过滤器”过滤，用压差式施

肥罐施肥（安装于砂过滤器与筛网过滤器之间），首部装有压力表、空气阀、闸

阀、水表等设备和仪表。

623输配水管网

如规划图所示，管网由主干管、分干管、支管、毛管4级管道构成，一条

支管与其控制的毛管构成一个灌水小区。

单行毛管沿作物种植向东西方向直线布置。采用与灌水器合为一体的一次

性滴灌带，支管垂直于毛管布置，间距是由毛管的实际铺设长度限定的。根据地

块宽度，每个条田沿南北方向布置三列支管，毛管双向布置，支管间距150m,

分干管间距为156mo

主干管、分干管采用PVCU管，埋设在地下；毛管、支管、分干管、干管

依次成正交布置。

6.3技术参数的选择与确定

6.3.1灌溉保证率

滴灌系统的灌溉保证率一般在85%-90%之间，本设计采用渠道水灌溉，

故取灌溉保证率为90%。

本设计取灌溉的灌水均匀度Cu=0.9o

6.3.2作物设计耗水强度

①设计耗水强度的确定

Ic=KxKxKxE

r$c0

式中：I---滴灌设计耗水强度，mm/d;

K——覆盖率影响系数；

r

番茄生长盛期，其地面覆盖率为85%,(微管工程技术p58)由公式

K=Gc+0.15(1.0-Gc)可得：

r

K=Gc+0.15(1.0-Gc)=0.85+0.15(1.0-0.85)=0.87

r

其中：Gc——作物覆盖率

K——与土壤质地有关的灌溉水头损失系数；

$

查《滴灌工程规划设计原理与应用》P][9表59可得：Ks=1.0

K——作物系数；

C

H农场最面目对湿度为48%,小于70%,且该农场风速为5m/s,则查《滴

灌工程规划设计原理与应用》P220-221表11-1可得：K=1.2

C

E一参照作物蒸散量，mm/d;由设计指导书附表7可知，W地的

E=5.8mm/do

0

则：I=KxKxKxE

crsc0

=0.87x1.05x1.2x5.8

=6.35mm/d

②设计灌溉补充强度

作物生长所消耗的水量可能来源于天然降雨、地下水补充、土壤中原有的含水量和人

T灌溉所补给的水曷0滴灌的濯溉补充祸度是指为了保证作物正常生长必须有滴灌提供的水曷.

指作物需水高峰期有一定可靠降水，根层土黑水或地下水补给，滴灌系补充灌溉情况下的设计

灌水强度。滴灌设计灌溉补充强度的计算公式为：

I=I-P-S

3co

式中I—滴管设计灌溉补充强度，mnVd;

a

P-----日平均有效降雨量，mm/d;

O

S——根层土壤或地下水补给的水量，mm/d;

其余符号意义同前。

根据本设计的具体情况，I°取6.0

633滴灌带的选择和铺设

在土壤质地一定的情况下，滴灌带上的滴头流量、间距以及滴灌带布设间距

是影响土壤湿润比的主要因素；同时滴灌带上的流量和间距还是影响滴灌带稀设

长度的关键因素。因此，滴灌的选择和布设是非常重要的技术环节，应根据土壤

质地、番茄栽培方式、支管间距等囚素合理选取C

该项目区土壤质地中等，为中壤土，番笳栽培方式为宽窄行(80cm+40cm)

栽培模式。为达到满意的铺设长度并满足土壤湿润比的要求以及降低管网造价，

选用滴水口间距0.4m,设计工作水头10m情况下流量1.8L/h的滴灌带，滴头的流

态指数x=0.5。滴灌带铺设间距为1.2m,沿种植方向铺设，其最大铺设长度为顺

坡90m,逆坡为60m;实际铺设长度根据支管间距或田块实际情况而定，但不得

超过最大铺设长度。

6.3.4土壤湿润比的分析与计算

nSD

PCW

SS

tr

式中：P——土壤湿润比，%;

n——每棵作物的滴头个数，nS-_上.（）.5

厂S0.42

ne

注：当为一管一行布置时，Sn=l;当一管两行布置时，Sn=2;当一行作

物布置两条或两条以上毛管时，Sn=l/2,Sn=l/3;

S---滴头间距，S=0.4m;

cc

D——土壤水分水平扩散直径，行播作物即为湿润带宽度，视土质不

W

同，D取值从刈\土至I」壤土为0.7m-1.2m,本设计土壤为中壤土，选取D=1.0m;

WW

St-作物株距，St=0.4m;

Sr——作物的平均行距，Sr=0.65m（S=12=0.65m）；

r2

Rill.pnSD（）50.41.（）_AO0/

SS0.40.65

tr

6.3.5滴灌灌溉制度的确定

6.3.5.1最大净灌水深度m的计算

max

m一二，

max1000

其中：

maxmm

式中：m----最大净灌水深度，mm;

nidA

——土壤中允讦消耗水量占有效持水量的比例，%,其值大小取决于土壤、

作物及其生育阶段和经济关系，较小的水分亏缺用于对水分敏感的作物，较大的

水分亏缺用于对水分不敏感的作物。

查《滴灌工程规划设计原理与应用》P表11—6可得：25%40%,

230

本设计的加工番茄属大田作物，故可采取=40%。

——土壤的田间持水量（占土壤体积百分数），%；由设计所提供的资料

max

得=31%

max

——作物的土壤含水量下限（占土壤体积百分数），%,一般取，查〈靖

min

灌工程规划设计原理与应用》表11-8查得中壤土凋萎系数平均值为11.5%。

——土壤的有效持水（占土壤质量百分数），%；

31%11.5%195%

maxmin

Z——根系活动层深度（根据各地经验，各种作物的适宜土壤湿润层深度

为：蔬菜0.2-0.3m,大田作物0.3・0.6m,果树1.0-1.2m),本设计此处选用加工

番笳的根系活动层深度Z=0.5;

P土壤湿润比，%O

ZP

则m把----2---枚----里----W啜―20mm

净10001000

m20

作物的毛灌水深度m毛F.922mm

6.3・5.2最大设计灌水周期

滴灌条件下的最大设计灌水周期为作物耗水高峰的允许最大灌水周期。

m20

Tu--4.28d

14.7

按生产实践的经验稍作调整，取T=4d

6.3.53一次灌水延填时间

一次灌水延续时间为通过滴头将灌水量灌到毛灌水深度所需要的灌水时间。

mSS

t无e1

q

a

式中：m------毛灌水深度,mm；

毛

Se------滴头间距,mm;

S------毛管间距，mm;

I

q-----滴头流量,L/h。

a

则：t嗔Sg5.87h

一q1.8

a

63.5.4日工作时数

日工作时数采用20小时，小于《规范》规定值22h

6.4滴灌系统水力计算

641轮灌方式

允许的轮灌组最大数组数：

CT4

N二;13.6组，

t5.87

即：最多可采用14个为灌组。

本设计取N=10,即共分为10个轮灌组。

式中：C——日工作时数，查规范«SL-103-95»的,C=2()h.

轮灌方式如表6-1示。

表6-1设计系统轮灌方式

轮灌组工作时间工作支管系统流量(L/h)

11-1、2-2、3-1、4-2、5-1、627-1321130

第一天前半天

321130

第一天后半天1-2、2-1、3-2、4-1、5-2、6-1、7-2

2

321130

3第二天前半天1-3、2-4、3-3、445-3,647-3

321130

4第二天后半天1-4、2-3、344-3、5-4、6-3、7-4

5321130

第三天前半天1-5、2-6、3-5、4-6、5-5、6-6、7-5

6321130

第三天后半天1-6、2-5、364-5、566-5、7-6

321130

7第四天前半天1-7、2-8、3-7、4-8、5-7,6-8.7-7

321130

8第四天后半天1-8、2-7、3-8、4-7、5-8、6-7、7-8

第五天前半天321130

91-9、2-10、3-9、4-10、5-9、6-10、7-9

321130

10第五天后半天

1-1(),2-9、3-10、4-9、5-10、6-9、7-10

注：本表为系统一得轮灌方式，系统二、三、四的乱灌方式与系统一相同

6.4.2设计流量推算

6.4.2,1毛管流量

该系统毛管长度为L150m,滴头流量为qd1.8L/h,滴头间距为

Se=0.4,1毛管上自2.5个滴头，因此，毛管流量(顺坡、逆坡流量之和)

为：

Qq2.51501.82.5150675L/h

md

6.422支管流量

支管长度均相等，为L156m,采用顺、逆坡布置，其顺破长度为99m,

支

逆坡长度为57m,其流量值见表6-2。

表6-2支管流量表

单向毛管数支管总流尾

支管号支管长度(口)毛管流量(L?h)支管流量(Uh)

(个)(Mi)

顺破998367556025

88425

逆坡574867532400

6.4.3灌水小区水力设计

6.4.3.1灌水小区设计允许水头偏差

(1)流量偏差率[q]

V

根据《节水灌溉诙计规范》规定，灌水器设计流量允许偏差率应不大于20%,

本设计取。[q]=20%o

V

(2)灌水小区设计允许水头偏差[h]

V

滴灌的流态指数x=0.4-0.6,本设计取为x=0.5o

[hl%]Q0J51°5[q])

xxv

由公式，可得：[h]020.15105020.412

V0505

(3)灌水小区设计允许压力偏差h

hhh

由公式\a,又因had,可得:

hhh

0.41210

4.12m

6.43.2灌水小区设计允许水头偏差在支管、毛管之间的分配

项目区田面较均匀，且支管和毛管均按均匀坡设计，所以根据实践经险，灌

水小区允许水头偏差在支、毛管间点的分配比例为:

0.5,0.5o

2

其中：i一允许水头偏差分给支管的比

2——允许水头偏差分给毛管的比

故，hh0.54.122.06m

支।

hh0.54.122.06m

毛2

式中：h——支管上的允许水头偏差；

支

h——毛管上的允许水头偏差。

毛

6.43.3毛管极限孔数和极限长度

(1)毛管的降比「

毛

Jd4.75

r.

毛kfqi.75

毛毛d

式中：r——毛管最下游管段的水力坡降；

毛

J——沿毛管的地形比降，本设计；J=0.0014

毛毛

d----------毛管内径，d=16mm；

k——水头损失扩大系数，为毛管总水头损失与沿程水头损失的比值,

毛

k=l.l-1.2,本设计取k=1.1；

f——摩阻系数，查《滴灌工程规划设计原理与应用》「67表4—7可得:

毛

f0.505;

毛

q------滴头设计流量，L/h,q1.8L/h

dd

Jd4.750.004164.75

贝I」：r_s-----------------------------------1349.64

毛kfqi.751.10.5051.875

毛毛d

(2)毛管的压比G

毛

「kfSqi.75

毛hdl7Sd

式中：G——毛管最下游管段的总水头损失；

毛

S—毛管上出水口(滴头)间距，m,S0.4m

q-----滴头设计流量，L/h,q1.8L/h;

<1d

h----滴头设计水头，与q相对应，m,h-10m;

ddd

1.10.5050.41.8.75

1.19107

毛hd4.7510164.75

(3)毛管极限孔数N

m

1顺坡毛管极限孔数N

m顺

顺坡降比r=1349.64,I,按下述方法确定顺坡毛管极限孔数:

毛

计算P

n

由公式pINTID.571可得：

n毛

DINTIn).57iINT(11349.64).5加62.29

，毛

计算

h1

千

-Ghp~0.52275

d

rP1n

毛n2.75

2.061

工百加一记江京标荷)一一一夜挈盘更

33.195

计算N

m预

因33.1951,故N的计算公式为

mIR

h11

—____N0.52275_____p0,522乃rNp

Gh2.75m顺2.75n毛m顺n

d

即：

2.0611

-------------(N0.52)75——(62.290.52”51349.64(N62.29)

1.19107102.75---m2.75m

经过试算，=286

m烦

N

2逆坡毛管极限孔数N

in逆

逆坡降比r=-472.38<1,按下述方法确定逆坡毛管极限孔数:

毛

h1

___。---NO.52Z75rN1

Gh2.75m逆毛m逆

____任__”1349.64(N1)

1.191071()2.75m

经过试算，=249

m逆

N

3毛管极限长度LSN1S

m

L

mm0

式中：s----滴头间距，m,S0.4m;

S——毛管的正口至第一个滴头的距离，m,S0.2m

0o

顺坡毛管的极限长度L

F顺

L=s(N—1)+s=0.4x(286—1)+0.2=114.4m

m顺mo

逆坡毛管的极限长度L

F逆

L=s(N-1)4-s=0.4x(249—1)+0.2=99.6m

m逆mo

643.4毛管顺、逆坡长度与支管定位

沿毛管方向的地形为J0.0014的均匀坡，对于均匀坡，支管的位置应使

上坡毛管与下坡毛管产生相等的最大压力差。假定不同的出水口数(假定的出水

口数必须小于计算所得的极限孔数)，通过试算，当上、下坡毛管的最大压力差

基本相等，且均满足hh2.06m时，此时所对应彳限定的出水口数即为

max毛

所求。

(1)顺坡毛管的最大压力差h

max顺

由初步布置图可知：毛管总长度为L150m,毛管间距S0.4m,因此毛

毛

管上的出水口数目为：150/0.4=375个，由前面计算可知，N=249个，此处取

m逆

N=150个，故顺坡实际孔数N=375-150=225个。

m逆m|啦

I最大压力孔P

m

2.7火rl)2.75(2251)Q^.381

(N0.52力(2251—0:52).

贝!J：最大压力孔在首孔，即：p1

m

2最小压力孔p

n

PNINT(ro.57i)300INT(1349.64571)231

n毛

3顺坡毛管的最大压力差h

max顺

N0.52275Np0.48275

hGh——--------------------D----------rp1

max顺d2.75毛11

inr(2250.52).75(2252310.48”，

1.19107--1349.64(2311)]

=0.65m<[h]=2.06m

毛

(2)逆坡毛管的最大压力差h

max逆

当r1,p1,pN时

mn

N0.522-75

hGh—----------rN1

max逆d2.75毛逆

1.19IX)if斗。力-1349.64(1501)]

2.75

=0.6354m<[h]=2.06m

毛

(3)结果分析：

虽然毛管的顺坡最大压力差h与毛管的逆坡最大压力差h均不大

max顺inax逆

h0.6501mh]2.06m

于毛管上的最大允许压力差h-胺，毛]0nA,但其两

毛h0.6354mh]2.06m

max逆毛

八皿…丁0.3190.318

者的相差百分数小于5A%12久100%0.07%，即h=h，所

max顺max逆

以毛管顺坡的孔数N顺和逆坡的孔数N逆满足要求。故铺设方案可行。

h

6.43.5毛管进口工作压力。毛

(1)顺坡毛管进口工作压力

1第一个出水口至最后一个出水口的水头损失H

GhN-0.5227511910710(2250.52打5

△H=d*=____________________________i.26m

2J52.75

2毛管上第一个出水口的水头h

1毛

hhRH().5N1JS

I毛d新毛

式中：R——平均磨损比，

根据出水口个数N,由《滴灌工程规划设计原理与应用》P表4—8可得：当

89

N=225个时，R=O.73O8;

hhRII0.5N1JS

1毛d顺毛

=10+0.73080.38-0.5(225-1)0.0040.4

=10.70m

3毛管迸口工作压刀八。毛

kfSNq175

hh/-_O____JS

0毛1毛04.75毛0

二L如吸山乌山此段40.4

164.75

=10.71m

(2)逆坡毛管进口工作压力。

逆坡毛管工作压力应与顺坡毛管工作压力相等。

6.43.6支管水力计算

(1)参数确定

初选0.4Mp,外径90mm,其内径D86.8mm的PE管。

a

1支管的降比r

支

JD4.75

r支_____

支kfQ1.75

支支毛

式中：r一支管最下游管段的水力坡降；

支

J——沿支管的地形比降，本设计；J=0.014;

支支

D----支管内径，D=86.8mm;

k——水头损失扩大系数，为支管总水头损失与沿程水头损失的比值，k=l.l

支

—1.2,本设计取k=1.1；

支

f——摩阻系数，

支

查《滴灌工程规划设计原理与应用》P表4—7可得：f0.505;

67支

Q——毛管的设计流量，L/h,Q=675L/h

毛毛

JD4750.01486.8.75

贝ni［|Jr__________________________455.13

kfQ1.75u0.5056751.75

毛

2支管的压比G

支

kfSQL75

G•岁支•毛

5hD475

。毛

式中：G------支管最下游管段的总水头损失；

支

S——支管上出水口(滴头)间距，m,S=1.2m;

支支

Q——毛管的设计流量，L/h,Q=675L/h;

毛毛

上一毛管进口的工作压力m’”「。加;

kfSQ1.751.10.5051.2675175

则G至.__________________________________3.45106

hD4.7510.7186.8.75

泾

(2)支管顺、逆坡长度与分干管定位

沿支管方向的地形为的均匀坡J=0.014,分干管的位置应使上坡支管与下

支

坡支管产生相等的最大压力差。通过试算，当上、下坡支管的最大压力差基本相

等，目均满足hh_2.06m时，此时所对应假定的出水口数即为所求。

max支

1顺坡支管的最大压力差h

maxI领

由初步布置图可知：支管总长度为L156m,毛管间距S1.2m,因比支

支支

管上的出水□数目为：156/1.2=131个，取N=83个，则N=131-83=48个。

顺逆

最大压力孔p

m

2.73N1)r2.75(831)455.130551J

而下而春—一(8?-053^•

贝I」：最大压力孔在首孔，即：p1

m

最小压力孔P

n

PNINT(ro.57i)83INT(455.1357J)50.1

n支

顺坡支管的最大压力差h

max脱

N0.52275Np0.48275

hGh------------------------------u--------------rp1

maxJ页支。毛2.75支11

(830.52).75(88350.10.48)75

3.45IO6•455.13(50.11)]

-£75

=1.31<[hJ=2.06m

更

2逆坡支管的最大压力差h

max逆

当1，P1,pN时

mn

N0.52275

hGh涉•N1

max逆支0毛2.75支逆

(480.52)75

3.451066455.13(481)]

一3U

=1.33<[h]=2.06m

支

结果分析：

虽然支管的顺坡最大压力差h与逆坡最大压力差＞均不大于支管

逆

max顺max

h1.31m[h]2.06m

上的最大允许压力差hmax顺[h'l，但其两者的相差

支h1.33m2.06m

max逆支

二八…十0.9560.945

百分数小于5%A------J*1------100%0.01%,即h=',所以毛管顺

max.max逆

坡的孔数N顺和逆坡的孔数N满足要求。故铺设方案可行。

逆

3确定支管的铺设长度

LNS831.299m

烦m顺支

m

LNS481.257m

逆m逆m支

6.4.3.7支管进口的工作水头

第一个出水口至最末一个出水口的水头损失H

Gh(N().532.7510.711063.45(830.532.75

H。-1_______________________________________2.5m

2.752.75

第一个出水口的h由查《滴灌工程设计原理与应用》P89页(4-92)式计算,

।支

始终R查表4-8可得R=0.7291

hhRH0.5(N1)JS

i支。毛支

10.710.72912.50.5(831)0.0141.211.84m

支管进口工作水头h

D支

kfs(NQ)1.75

hh0去玄壬

。支।支d^.75

支

1.10.5051.2(83455.13)175

10.70

86.8.75

11.91

m

由以上计算可得，采用外径90mm型号支管最大压力差小于支管允许压力差

较多。但选择外径75mm型号的支管计算其最大压力差超过支管允许水头损失，

故选用0.4Mpa,外径90mm型号的PE管。

6.4.4干管设计

干管设计是一个技术经济问题。项目区为内陆极端干旱区，作物生育期无

降水补给，滴灌系统每年的运行时数很高，一般均在15()()h以上，必须尽可能地

采用经济流速进行设计，即经规范查得：干管的流速应控制在l.2m/s—1.5m/s

之间。

用经济流速的方法进行设计分干管以及干管的管径，进而来计算分干管和

干管的水头损失和节点压力均衡的验算。根据所计算出的各段管道流量和管径计

算经济流速：

vQ

A

式中v-----各管段管内水流流速，m/so

Q-----各管段流量，mVSoA-------

各管段横截面积，m%

管径的计算与选择见表6-3

水头损失计算

根据所选的管径，用勃拉休斯公式计算管路水头损失，具体计算见表6

勃拉休斯公式：h=也笠攵工

fd4.75

式中：hf:水头损失，m;V:

水的运动粘度，ciw/s;Q:

流量，L/h;L:管道长

度，m;d:管道内径，

m

项s（单孔间距m）管长（m）流量（Mi）qd单孔流■(L/h)(1(韶mm)N（多孔数）

多孔管（毛管）顺坡0.4904051.816225

多孔管（毛管）逆坡0.4602701.816150

多孔管（支管）顺坡1.299560256759083

多孔管（支管）逆坡1.257324006759048

项目管道编号Q（管流量L/h）管径计算值d选择管径d选D(内径mm)L（管长m）

O-C321130.0275.6315299.2464.53

1干管C-E232875.0234.7250234.2309.69

E-G88425.0144.6200184.2309.69

分干管A1-A588425.0144.6200189.1805.5

滴头工作压力（m）13

毛管水头损失（m）1.695

支管水头损失（m）2.645

分干管水头损失3.233

(m)

干官木头损失（ni）3.94

过滤器水头损失（n】）10

地形局差（m）-16

水泵管总水头损失-3-

动水位（m）1

水泵物程21.5

表6-3

6.4.4.4节点压力均衡验算

节点压力用下式计算：

HZZhhh

pb0fw

式中：H-----节点压三，m;

Z—典型支管进口高程，m;

p

Z-----节点高程，m;

b

h——典型支管进口的设计水头，m;

o

h——节点至典型支管进口的管道沿程水头损失，m;

f

h——节点至典型支管进口的管道局部水头损失，mo

W

具体验算见表6-4。

表6-4节点压力验算表

干邕分干8管的生损郑用的曲献髓

夕展内径

节点管段Q(mVh)L(m)A(mm2)fITbv(m/s)1(0h(m

d(mmd(mm)j

)

GG

55

GG4G58842515()200239.144877.520.5051.754.75().550.1730.()

4

GG3G348842515()200239.144877.520.5051.754.75().550.1730.0：

3

GG2G388425130200239.144877.52O.JOJ1.754.750.550.1730.0

2

GG1G288425150200239.144877.520.5051.754.750.550.1730.01

1

GGG157315“910505I75A75055V0.V06W6MoiW0(

F5F8842515620033428767637050s175475028o03700(

G

F4F4F588425150200239.144877.520.5051.754.750.550.1730.0

F3F3F488425150200239.144877.520.5051.754.75().550.1730.()：

F2F2F388425150200239.144877.520.5051.754.750.550.1730.0

F1F1F288425150250239.144877.520.5051.754.750.550.1730.0

FFF117685057315239.144877.520.5051.754.751.090.2210.0：

E5EF88425156200334.287676.370.5051.754.750.280.0370.0(

E4E4E588425150200239.144877.520.5051.754.750.550.1730.0

E3E3E488425150200239.144877.520.5051.75