农田水利学(喷灌系统)规划设计.doc

农田水利学管道喷灌系统课程设计

学校： 云南农业大学
学院：水利水电与建筑学院
指导老师：
教学班号： 一 班
专业： 水利水电工程
学号：
姓名：
农田水利学课程设计
课程设计目的
通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。
具体要求
1、管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基本要求与设计方法；
2、掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；
3、学会收集，分析，运用有关资料和数据；
4、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。
基本资料
某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m，行距6m，正值盛果期。园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。果园由道路分割成为4小区。详见1：2000果园规划图。
该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最大供水量60m3/h，动水位距地面20m。该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。
据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mm／d，灌水周期可取5～7天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m／s，且风向多变。该地冻土层深度0.6m。
灌溉区域如下图所示：
要求:
（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式(包括验核组合平均喷灌强度（）是否小于土壤允许喷灌强度（）；
（2）布置干、支管道系统(包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》)；
（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮灌工作制度；
（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。
(5) 水泵和动力选型。
1、喷灌选型与总体规划
1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则
资料收集: 1、地形：地面平坦
2、土壤：砂壤土冻土层深0.6m
3、作物：苹果树园林,正值盛果期
4、水源：机井，果园南部井水，最大供水量为, 水位距地。
5、气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s，风向多变
6、种植面积95亩，果树2544株，株距4m，行距6m，园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。
社会经济条件：果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力供应不足;
系统选型：工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型：
1、 水源类型位置；
2、 地形地貌 ；
3、 地块形状；
4、 土壤地质；
5、 降水量灌溉区风速 ；
6、 风向；
7、 对象；
8、 社会经济条件；
9、 生产管理体制；
10、 劳动力状况及使用者素质等情况。
由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高。灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不应低于85％。
灌溉试验资料：该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田间持水率为（占容重，下同），凋萎系数为田间持水率的60﹪。在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为。
2.规划和设计
2.1喷头选择和组合间距
喷头的选择包括喷头型号 ，喷嘴直径和工作压力的选择 。在选定喷头之后 ，喷头的流量 ，射程等性能参数也就随之确定 。按照国家标准GB85-85《喷灌工程技术规范》规定 ，选择喷头和确定间距的具体原则:
（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值 。在本设计中喷头的组喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。
各类土壤的允许喷灌强度如下表：　　
土壤类别
允许喷灌强度（mm/h）
砂土
20
砂壤土
15
壤土
12
壤粘土
10
粘土
8
注：有良好覆盖时，表中数值可提高20％。
对本灌区取p=15mm/h。
（2）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75％，但对行喷式喷灌系统，不应低于85％。对本灌区取喷灌均匀系数为80％
（3）果树雾化指标取值范围在3000~4000，在选择喷头时作为依据 ，选择满足作物要求雾化指标的喷头。
雾化指标如下表：
种类
ｈp／d　　值
蔬菜及花卉
4000～5000
粮食作物、经济作物及果树
3000～4000
牧草、饲料作物、草坪及绿化林木
2000～3000
注：① ｈp为喷头工作压力水头；
　　 ② d为喷头主喷嘴直径。
（4）喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。无实测资料时，可根据气候条件在下列数值范围内选取：
　　　 风速低于3．4米／秒，η＝0．8～0．9；
　　　 风速为3．4～5．4米／秒，η＝0．7～0．8。
　　　 注：湿润地区取大值，干旱地区取小值。
对本灌区取η=0.8
2.2喷头的选择
由于本灌区多年平均风速为，相对较大，运行方式为多支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。根据作物对雾化指标的要求，由《喷灌技术规范》选取金属摇臂式喷头，参数如下表所示：
型号
接头形式
及尺寸
工作压力
喷头流量
喷头直径
射程m
喷灌强度（mm/h）

300
2.96
8
20.0
3.13
2.3确定组合及间距
该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷头组合形式为正方形,支管间距、喷头间距选取见表：

喷头组合喷头间距
设计风速m/s
垂直风向a
平行风向b
0.3-1.6
R
1.3R
1.6-3.4
(1-0.8)R
(1.3-1.1)R
3.4-5.4
(0.8-0.6)R
(1.1-1)R
注：① Ｒ为喷头射程；
　 　② 在每一档风速中可按内插法取值；
　 　③ 在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏的数值；
　 　　④ 表中风速是指地面以上10米高处的风速。
确定喷头组合间距,由V=2.5m/s,又R=20m
当v1=1.6m/s时,a1=1.0R=1.0×20=20m
当v2=3.4m/s时,a2=0.8R=0.8×20=16m
所以(
所以a=b=18m
A有效=ab=18×18=324m2
2.4校核
1）雾化程度
按式：计算
式中：为喷头工作压力,为喷嘴直径8mm；值越大，说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中选的喷头，

对于果树，值控制在3000~4000，所以所选喷头满足雾化指标要求。
2）喷灌强度

喷灌强度小于15mm/h，满足。
已知： ，，
式中： —多支管多喷头的同时喷洒;
； —喷头的喷水量
—喷灌水的有效利用系数；；
—在全圆转动时一个喷头的湿润面积；
—喷灌系统的平均喷灌强度
2.5灌溉制度
1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm，则：
m设0.1×900×1.42×（30％-18％）=15.34mm
2、计算灌水周期
T设== 取T设3天
3、计算一次灌水所需时间
，取
4、计算同时工作的喷头数
又设计日净喷时间宜符合下列规定：
　　　 固定管道式喷灌系统，不宜少于12小时；
半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时；
　　　 移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于8小时；
　　　 行喷式喷灌系统，不宜少于16小时。
因此，选c=12.5h

流量校核：/h
水源满足供给
5、轮灌组数为：n1= T设*c/t=3×12.5/2.5=15（组）
式中：—同时工作的喷头数；
——天中喷灌系统的有效工作小时数， 取12.5；
6、同时工作的支管数为:

为同时工作的支管
n为一根支管喷头数,n=4
该灌区的管网配置如下图:

工作制度如下表：
轮灌顺序
支管号
同时工作喷头数
每日工作的喷头数
第
一
天
第一组
1-1,1-2,1-3,1-11支管
13
64
第二组
1-4,1-5,1-6,1-7支管
13
第三组
1-8,1-9,1-10支管
12
第四组
1-12,2-10,2-11,2-12支管
13
第五组
2-6,2-7,2-8,2-9,2-10支管
13
第
二
天
第一组
2-3,2-4,2-5,2-6支管
12
53
第二组
4-9,4-10,4-11,4-12支管
12
第三组
4-4,4-5,4-6,4-7,4-8支管
12
第四组
4-1,4-2,4-3支管
9
第五组
2-1,2-2支管
8
第三天
第一组
3-1,3-2,3-3支管
12
43
第二组
3-4,3-5,3-6支管
9
第三组
3-7,3-8,3-9支管
12
第四组
3-10，3-11,3-12支管
10
管道设计及水力计算
干支管选择硬塑料管,竖管选用DN32钢管

3、扬程的确定
3.1 选择支管管径
考虑多口流，多口流系数选取如下表：
N
m=1.77
X=1
X=0.5
2
0.648
0.530
3
0.544
0.453
4
0.495
0.423
5
0.467
0.408
6
0.448
0.398
,,数值表
管材

b
混凝土管钢
筋混凝土管

5.33

5.33
钢管、铁铸管

5.1
硬塑料管

4.77
铝质管及铝合金管

4.74
由上表及管道具体情况得
F=0.423,m=1.77，f=0.948×105，，b=4.77
对于支管Fhf+Δz≤0.2hp，又
则：0.423×0.948×105 ×63×11.841.77/d4.77 ≤0.2×30
d≥55mm
式中：—管道内径； —喷灌系数设计流量。
Δz=0
喷灌手册选取D=63mm，内径d=58mm的硬塑料管
干管管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：
＜时，；
≥时，。
=n×q喷头 =13×2.96=38.48m3/h
所以干管管径
根据《喷灌设计手册》选管径，壁厚为,实际内径为的硬塑料 管。比阻值s0=2.375×10-5
3.2 计算水头损失:
1、干管的沿程水头损失为：

2、计算典型支管沿程水头损失：

3、计算干管局部水头损失：

4、计算支管水头损失：

5，计算竖管水头损失：
竖管选用DN32钢管，内径为，竖管计算长度为3.0m则一根竖管水头损失为：

6,计算喷头水头损失

又

所以
扬程的确定
已知喷头工作压力为hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取管道埋深为0.7m。
水泵的设计扬程

式中：为水位距地的距离；
为喷头的压力；
为地势的高差；
即水泵的设计扬程为56.44m。
水泵的选型及动力配套省略。
4、设备用量与材料细表
表1 管材设备
序号
名称
单位
数量
型号
备注
1
干管
m
300
硬质塑料管PVC
外径110mm内径103mm
2
支管
m
2424
硬质塑料管PVC
外径63mm内径58mm
3
竖管
m
480
DN32钢管
内径28mm
表2 喷头
型号
接头式
及尺寸
工作压力
喷头流量
喷头直径
射程m
喷灌强度（mm/h）

300
2.96
8
20.0
3.13
表3 接头
名称
型号
数量（个）
备注
三通接头
三承三通
1
总干管与干管连接
2
干管与分干管连接
四通接头
三承四通
24
分干管与支管连接
接头
弯管接头
162
用于支管与竖管连接和水泵进出口处
卡套式接头
------
用于各管长不足时，连接两管

表4 闸阀
名称
型号
数量(个)
性能参数
备注
调节阀
ZZYP型-自力式压力调节阀|
48
公称通径DN=200mm
公称压力PN=1.6Mpa

安装于干管与支管连接处，主要调节支管压力
逆止阀
内螺纹止回阀
1
止回阀公称压力PN1.0MPa 公称通径DN120mm
安装于水泵出水口处，防止水回流或者水锤想象
闸阀
弹性座封闸阀
52
工作温度 -29～425℃
安装于总干管与干，干管与分干管，分干管与支管接头处，控制各管道水流
表5 其它设备
名称
数量
备注
堵头
54
安装在干管、分干管、支管尾部
排水井

在分干管末端
压力表
4
安装于分干管首部
水表

安装于总干管首部
5、水泵和动力选型省略

主要参考文献
1、郭元裕主编，农田水利学，中国水利水电出版社，1997年
2、华东水利学院主编，水工设计手册（8），水电出版社，1984年
3、魏永曜、林性粹编，农业供水工程，水利电力出版社，1992年
4、喷灌工程设计手册编写组，喷灌工程设计手册，水利电力出版社，1989年
5、傅琳、董文楚、郑耀泉编著，微灌工程技术指南，水利电力出版社，1988年
专业文档供参考，如有帮助请下载。