农田水利田间灌溉工程规划与设计

水利水电工程-农田水利田间灌溉工程规划与设计摘要本设计在党中央关于《全国新增千亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》以及设计项目区农田灌溉体系老旧破损或者配套不完善，灌溉无法满足粮食产能要求以及水资源严重浪费背景下；以青阳和上塘两个乡镇农田水利灌溉项目设计为实例，从宏观环境背景、工程实施必要性方面着手，依据相关标准和规范进行项目设计，确定项目实施方案，方案中明确了农田水利灌溉项目的建设内容与设计规模和标准。通过基本资料及相关国家标准和行业标准确定工程的设计标准、工程等别、水工建筑物级别、渠道的规模与参数，渠系建筑物规模与参数，管道灌溉工程规模与参数、滴灌工程规模与参数。本次设计重点表述了小型农田水利灌溉工程的规划过程和设计思路、工程规模确定方法、渠道、各类型渠系建筑物、管道灌溉、滴灌工程的设计步骤及参数计算。关键词：农田水利灌溉田间灌溉管道灌溉滴灌目录TOC\o"1-2"\h\z\u1前言 11.1项目设计背景 11.2项目区现状 11.3目的和意义 12设计标准及方案 32.1设计标准 32.2设计目标 32.3总体布局 33建设内容 44工程设计 44.1设计依据及工程等级 44.2渠道工程设计 54.3渠系配套建筑物设计 104.4管道灌溉工程设计 154.5滴灌工程设计 265结论与建议 30后记 32参考文献 32表4.4-2物理力学指标及承载力建议值表土层号土层描述标准贯入击数比重天然含水率天然湿密度天然干密度天然孔隙比饱和度液限塑限塑性指数液性指数粘聚力内摩擦角压缩系数压缩模量允许承载力GsWρρeSrWLWPIPILCΦa1-2Es1-2[R]击%g/cm3g/cm3%%%KPaoMPa-1MPaKPa1素填土2粉质黏土2.7238.31.791.301.0579840.224.415.80.8822.04.10.643.28753黏土2.7429.51.891.460.8379743.222.720.60.3459.210.60.267.361804含砂姜黏土2.7427.01.921.510.7729645.323.421.90.1677.913.30.189.85250二、机泵选型1、设计灌溉流量：0.1m³/s。2、设计主要特征水位，特征水位见表4.4-3。表4.4-3管道灌溉水源泵站1特征水位表水位进水池(m)出水管中心线(m)最低水位13.5016.80设计水位14.0016.803、水泵扬程扬程管道灌溉水头损失为5.37m，水泵设计净扬程＝16.80-14.00=2.80m，初估管路损失为30%，则水泵设计扬程为2.80×（1+30%）+5.37=9.01m。4、泵型选择⑴初步选用3台潜水泵，单机流量为0.1m³/s，查水泵样本拟定水泵型号为200QW360-15-30，详细见水泵性能曲线见下图4.4-4图4.4-4200QW360-15-30型潜污泵性能曲线表4.4-5拟定水泵工作性能参数表水泵型号流量Q扬程H（m）转速n（r/min）效率η（%）轴功率Pa（kW）泵重量(kg)L/sm³/h200QW360-15-301003601598077.930900⑵水泵工况点校核依据管路布置，计算出管路损失扬程：局部损失计算：②沿程损失计算：表4.4-6水头损失计算表水泵3水头损失局部损失参数附件流量(m3/s)阻力系数ξ管道内径d(m)水头损失(m)进水管喇叭口0.09610.000.30.000027°弯管0.09610.500.20.2396偏心异径管0.09610.500.20.2396出水管路渐扩管0.09610.210.20.1006渐扩管0.09610.000.30.0000沿程损失参数Ld(m)Q(m3/s)管道糟率n水头损失(m)进水管路4.000.20.09610.0130.34出水管路2.500.350.09610.0130.01合计0.93所以管路总水头损失为0.93m。经计算，水泵总设计扬程为10.65m，根据水泵性能曲线，水泵在该扬程下运行处于高效区。综上所述，该泵型符合设计要求。三、工程设计1、泵站进出水建筑物及管路设计水泵机组布置在竖井内，由DN1200涵洞从河道引水，涵洞地板高程与河道底高程齐平为12.50m，涵洞进口设重力式挡墙和U型槽结构，挡墙顶高程为14.40m，U型槽底板长2.6m，宽2.0～3.2m，底板厚0.3m。涵洞出口与竖井衔接，竖井底高程为12.50m，顶高程为17.80m，长6.2m，宽3.3m，壁厚0.4m。引水涵洞顶部为河道岸坡，边坡比例为1:2。以14.00m高程为分界，该高程以上部分岸坡设预制联锁块护坡，以下部分设C20砼护坡，并增加冒水孔，冒水孔按梅花型布置。水泵采用自动耦合式安装，水泵出口尺寸为200mm，出水管道中心线高程为16.80m。（七）电气设计(1)接入电力系统方式管道灌溉水源泵站设有3台200QJ360-15-30kW潜水泵，配套3台功率为30kWY电动机,装机容量合计为90kW。根据实地情况，电气设计采用10kV供电线路供电，设计范围为10kV终端杆以下的内容，包括泵站内所有电力控制、保护及照明等内容。(2)电气主接线泵站为小型泵站，一般采用1台主变，电源侧采用线路－变压器单元接线或单母线接线，电动机低压母线采用单母线分段接线，主变压器的高压侧装设断路器或跌落式熔断器，低压侧设有断路器。根据投资成本、维护、实用等方面综合考虑，采用室内变压器。(3)主变容量选择。拟选1台125kVA油浸式变压器向主机供电，变压器型号为S13-M-125kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，变比为10/0.4kV。计量方式采用高供低计方式。电动机功率为30kW，启动电流为6.6倍的额定电流，根据电机样本，查得电动机的电气参数见表4.4-6：表4.4-7电动机参数表数量（台）额定电流（A)额定功率（kW)效率（%）功率因数总装机容量（kVA）35830910.79102.95电动机总装机容量计算公式如下：电动机总装机视在功率Sc=125.20kVA，有功功率P=98.90kW。根据《35kV及以下客户端变电所、居住区供配电设施建设标准》(DGJ32/J14-2007)中相关规定，需要对变压器进行功率补偿，补偿后全站功率因数不得小于0.90，初定补偿45kVar。选择变压器时考虑到自身变损，根据有关设计规程及设计手册，将计算过程见表4.4-8：表4.4-8全泵站负荷统计负荷名称平均功率因数计算负荷有功功率无功功率视在功率主电动机计算负荷0.7998.976.75125.20主变低压侧负荷98.976.75125.20主变损耗1.890.17照明用电10.75无功补偿-45泵站总计算负荷101.7932.68106.91根据变压器样本，选择主变的型号为S13-M-125kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，变比为10/0.4kV。补偿后全站功率因数，补偿满足要求。(4)电动机启动方式的确定根据已确定的设备配置和接线方案，按一台125kVA的变压器拖动一台电动机运行时的最不利的条件进行计算，母线启动压降为：=100×（（2×30+6.6×1×30）/(0.91×0.79)）/(100×125/4.0)=11.48%由于采用低压异步电机，电机采用直接启动方式启动电流很大，对电网的冲击非常大，根据上述母线压降计算，母线压降为11.48%，小于容许的15%，但是为减小电机启动对电网影响，配备变频启动装置以满足启动要求。(5)控制、保护与测量电动机额定电流为58.0A，电压等级0.4kV，则变压器高、低压侧总额定电流为：。根据电气元件的尺寸，采用低压控制柜型号固定式GGD标准柜，具体电气设备规格型号详见泵站的电气主接线图。泵站机组运行采用手动直接在控制柜上进行操作，控制柜内装软起动装置，以保障电机顺利起动。软起动装置应配有：缺相、短路、过载等保护装置。电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置，测量表选用数字显示仪表。(6)过电压保护及接地自然接地体由泵站主体结构钢筋及其它金属构件组成。同时泵站房屋顶部装设避雷网，顶部中间形成网格，利用主体结构主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成完整的防雷接地系统，整个自然接地接地电阻不超过4欧姆。泵站内电气设备的外壳必须与接地网完成可靠焊接。(7)电工（年检）试验设备泵站配置运行必要的电气试验设备供平常使用，每年委托有电气试验资质的单位的电气预防性试验。(8)消防设施站房内设置1套手提式干粉灭火器，在电缆沟设防火分隔物，进出厂房的电缆通道用防火包封堵，以隔绝火源。(9)电气设备布置变压器应根据《35kV及以下客户端变电所建设标准》采用室内安装方式，布置方式应满足相关规范要求。4.5滴灌工程设计本次滴灌工程项目区位于上塘镇马巷村、垫湖村，规划区种植作物为石榴树，总种植面积约3600亩。水源为七四水库和现状机井，通过新建七四水库提水泵站灌溉项目区面积2400亩，初选3台套离心泵，型号150s-78A，单台直联配套45kw电机；通过利用现状6座机井灌溉总面积1200亩，每座机井控制灌溉面积约200亩，本次选取机井片一作为典型设计叙述其设计过程。一、滴灌工程典型设计管道材料的选择，取决于输送流量的大小、管道承受的水压、外部荷载、地质及施工条件、市场供应、工程造价等因素。工程中通常可采用的管材有以下几种：①球墨铸铁管(DIP)；②钢管（SP）；③玻璃钢夹砂管（RPMP）；④预应力钢筋混凝土管(PCP)；⑤塑料管（ABS、PE、PP、UPVC）。从工程投资、施工、后期维护保养等方面考虑，支管网采用UPVC管，公称压力不小于0.6Mpa，主管网采用PE管，等级为PE80，公称压力为0.6～0.8Mpa，。1、管网布置利用现状机井取水，沿机井泵站两侧分别布置干管1、干管2，垂直干管方向布置支管（支管1～支管6），各支管均为单侧灌溉。支管每隔9m由分支管引出至地面通过预留口接毛管，用毛管上滴头控制灌溉田块，毛管沿作物种植方向布置。石榴树种植行距为3.0m，株距2.0m。管道布置详见图4.5-1图4.5-1滴灌管道布置典型设计图2、灌水器的选择项目区规划种植作物为石榴树，根据石榴树的需水要求及特点，选用滴灌的灌溉方式，滴头的主要技术指标为：工作压力0.1MPa，间距2.0m，流量4.0L/h。3、灌溉制度的确定（1）设计灌水定额按照设计灌水定额公式式中：——设计灌水定额，mm；——土壤容重，取1.38g/cm3；h——作物土壤计划湿润层的深度，采用h=0.8m；P——土壤计划湿润比，取30%；——灌后土层允许达到的含水量的上限，取田间持水率的90%，；——灌前土层含水量下限，取田间持水率的60%；——灌溉水利用系数，取0.90。所以（2）设计灌水周期按下式计算式中：e——果树耗水最旺时期的日平均耗水量（mm/d），取e=4.0mm/d。则，灌水周期取4d。（3）一次灌水延续时间式中：—一作物行距，取3.0m；—一作物株距，取2.0m；t—一每次灌水延续时间（h）；n—一株作物下安装的滴头数，取1只；—滴头流量，取4.0L/h。计算得（4）轮灌组划分该区域实行轮灌，轮灌组计算公式：—设计灌水周期（d）；t—一次灌水延续时间（h）；c—每天工作小时数，取20h。计算得结合支管布置情况，分为三个轮灌组，详见管道布置示意图。4、各级管道流量计算及管径选择按管道设计流速选择管径，计算公式如下：式中：Q—管道设计流量，；d—管道管径，mm；—设计流速，取1.1m/s。毛管流量毛管管径采用外径Ф20mm的PE管，壁厚2.3mm，内径15.4mm；支管流量支管管径采用外径Ф90mm的PE管，壁厚6.7mm，内径76.6mm；干管流量干管管径采用外径Ф110mm的PE管，壁厚8.1mm，内径93.8mm。5、管道水力计算取最不利工作点作为计算点，即干管1-支管1-最末端的毛管来进行管道水力计算：管道沿程水头损失：式中：f—沿程阻力系数，取0.505；F—多口系数，可查表得到；Q—管道流量，L/h；D—管道内径，mm；L—管道长度，m；m—流量指数，取1.75；b—管径指数，取4.75。经计算，管道局部水头损失按沿程水头损失的15%取，滴头工作压力取0.1MPa，则干管入口处水头：二、滴灌水源泵站工程设计（一）设计基本资料1、建筑物级别根据《泵站设计规范》（GB50265-2010）规定该灌溉站规模为小（2）型，泵站建筑物级别为5级。2、地震烈度该处地震基本烈度为Ⅷ度，相应地震动峰值加速度为0.20g。3、设计流量水泵设计流量应为所有喷头最大流量之和，即，所以取水泵站设计流量取32.5m3/h。（二）水泵选型根据《宿迁市地下水资源公告》和项目区现状井出水流量情况，初步确定本片区机井出水量约32.0m3/h,井深130m，成孔井径600mm，根据相关参数选定一台潜水泵，型号200QJ32-78/6，配套电机15.0kw。灌溉工况下H=104m，查水泵性能曲线得出，单台水泵流量Q=32m³/h，η泵=70%，满足灌溉要求，水泵在该扬程下运行处于高效区。为了方便控制和管理，井泵灌溉站站址选在本片区中心砼路旁。井泵为泵房内，泵房尺寸6.0m×4.0m，泵房采用单层框架结构，配电装置安装在泵房内。（三）电气设计（1）接入电力系统方式上塘镇管道灌溉典型设计采用一台型号为200QJ32-78-6潜水泵，配置一台功率为15.0kW潜水电机，所用电源接附近0.4kV农用电，为保证毛管上滴头出口压力维持在0.1Mpa,在GGD控制柜内安装变频系统。（2）电机启动方式的确定由于采用低压异步电机，直接启动时启动电流对电网的冲击很大，采用变频启动，以满足启动要求。控制、保护与测量根据电气元件的尺寸，采用低压控制柜型号固定式GGD标准柜，具体电气设备规格型号详见泵站的电气主接线图。泵站机组运行采用手动直接在控制柜上进行操作，控制柜内装软起动装置，以保障电机顺利起动。软起动装置应配有：缺相、短路、过载等保护装置。电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置，测量表选用数字显示仪表。（4）过电压保护及接地接地网由自然接地体组成，自然接地体由泵站、出水池底板、梁内钢筋及其它金属构件组成。同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网，中间形成网格，利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成整个防雷接地系统，整个接地网接地电阻不大于4欧姆。泵站内所有电气设备的外壳均须与接地网可靠焊接。（5）电工（年检）试验设备泵站配置运行必要的电气试验设备供平常使用，每年委托有电气试验资质的单位的电气预防性试验。（6）消防设施站房内设置1套手提式干粉灭火器，在电缆沟设防火分隔物，进出厂房的电缆通道用防火包封堵，以隔绝火源。（7）电气设备布置变压器应根据《35kV及以下客户端变电所建设标准》采用室内安装方式，布置方式应满足相关规范要求。5.结论与建议5.1结论农田水利工程的建设将产生具有较好的经济效益、社会效益和持久的环境效益，意义深远。工程实施后，可以提高农村灌区水资源利用率和涝区排涝能力，增加粮食产量和农民收入，改善居民生活水平，增加植被覆盖率，对生态环境起到良好的保护和促进作用。而规划方案对环境的不利影响主要是在工程建设期间，但这些不利影响是局部和短暂的，可以通过环境措施可以降低或者避免，工程完工后不利影响会逐步消失。总体而言，本工程对环境的有利影响，利大于弊，工程实施期间可以通过一系列环境保护措施，可以减免或消除不利影响。从经济、社会、环境等方面而言，此农田水利工程是可行的。5.2建议5.2.1资金来源建议为了加快本工程尽快实施，解决配套资金问题，应根据中共中央关于《全国新增千亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》文件，落实中央下达的补助资金。5.2.2建设周期建议将工程施工大体分为四个阶段：工程筹建期、工程准备期、主体工程施工期、工程完建期；各阶段实施内容为:①工程筹建期工作：项目立项、项目可研、选址、招投标等涉及对外协作的筹建工作，由业主负责进行；②工程准备期工作：施工单位进场三通一平等工作，由业主配合施工单位负责进行；③主体工程施工期工作：拆建建筑物、土方回填及开挖、管道铺设安装、渠道衬砌、新建、改造建筑物、管理设施等方面，由施工单位负责进行；④工程完建期工作：工程完成扫尾工作后，解决好与地方上遗留问题后，有序退场，完成工程资料，由施工单位负责、监理单位配合进行。5.2.3项目管理建议(1)项目建设期管理：在工程建设中实行项目法人责任制、合同制和工程监理制，保证工程建设的质量、工期和投资控制，确保工程按计划顺利实施，达到预期目标。(2)项目建成后运营管理：工程建成后交由乡镇水务站，负责该项目长效管理工作，乡镇水务站应根据项目属地关系，组织农村水利合作社管进行统一管辖，保障工程运行及管护措施全面落实。5.2.4环境保护建议（1）合理规划、布置，减少工程占地；加强水土保持工程，工程施工期间，应尽量避免对植被破坏，在工程结束后，对破坏的植被进行恢复。（2）坚持土地的用养结合，增加有机肥施用量，少施化肥；对质地比较粘重的土壤，通过采用生物改土措施进行培肥，改善土壤理化性质，提高土壤肥力。（3）农业生产中合理使用化肥和农药。选择高效、低毒、低残留、半衰期短的农药品种，减少农田弃水对水环境的污染。（4）施工期尽量采用减少噪声、减少对大气环境的影响施工方案及环境保障措施。（5）对施工区生活区卫生理消毒，保障施工人员居住条件和生活条件安全，做好施工人员防疫工作。（6）加强周边生态环境管理及水资源保护，避免生态环境及水资源受到污染。参考文献1.中华人民共和国国务院办公厅.《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》日前发布.粮油加工，2009，12：18~182.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中华人民共和国国家标准化管理委员会.GB/T30600-2014.高标准农田建设通则.北京：中国标准出版社，2014-06-253.中华人民共和国农业部.NY/T2148-2012,高标准农田建设标准.北京：中国标准出版社，2012-03-014.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB5084-2005.农田灌溉水质标准.北京：中国标准出版社，2005-07-215.中华人民共和国国家环境保护总局中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB2828-