农田水利学课程设计.doc

农田水利学课程设计

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2020年4月19日
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农田水利学课程设计

一、课程设计目的
经过对管道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。
二、基本资料
某实验果园，园内有一眼机井，动水位距地20m。该地电力供应不足，为节约用水，拟采用固定式喷灌系统。
地形：地面平坦，最大供水量为60m/h,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3名。
气象：干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s,风向多变。
土壤：壤土,冻土层深0.6m
水源：机井，最大供水量为,水位距地。
灌溉试验资料：苹果树耗水高峰期平均月耗水强度6mm/d，灌水周期可取5-7天。
三、喷管系统的选型
1、由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值较高、灌水频繁，作物耗水量大、劳动力缺乏、综合考虑后采用固定式喷灌系统。
2、喷头的选择和组合间距
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。
喷头选择由于灌区月平均风速为2.5m/s相对较大运行方式为多支多喷头同时喷洒，因此选喷灌强度较小的喷头。
ZY系列部分喷头性能参数（摘抄自《节水灌溉理论与技术》 ）
型号
接头型式
喷嘴直径
工作压力
喷头流量
喷头射程
20PY-30。
1（内）管螺纹
9.0mm
300kpa

22m
四、 喷头的组合形式和组合间距的确定
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。
设计风速
m/s
组合间距
垂直风向
平行风向
0.3~1.6
（1~1.1）R
1.3R
1.6~3.4
（0.8~1.0）R
（1.1~1.3）R
3.1~5.4
(0.6~0.8)R
（1.0~1.1）R
确定喷头组合间距（喷头间距L、支管间距b ）

当风速为=1.6m/s时，
=1.0R=1.0
m
当风速为=3.4m/s时，
=0.8R=0.8
m
在设计风速v=2.5m/s情况下，支管上喷头间距和支管间距风别为

根据上述结果，取L=20m, b=26m 。
一、 校核雾化指标
不同作物的适宜雾化指标（摘抄自《节水灌溉理论与技术》 ）
作物种类
W
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
~3000
计算雾化指标：
W
实际雾化指标在适宜雾化指标范围内，因此喷灌雾化指标满足要求。
二、 校核喷灌强度
各类土壤的允许喷灌强度（摘抄自《节水灌溉理论与技术》 ）
土壤类别
允许喷灌强度值mm/h
砂土
20
砂壤土
15
壤土
12
壤黏土
10
黏土
8
风系数k=1.0
已知：L=20m b=26m。
则喷头的有效控制面积为

设计喷灌强度小于允许喷灌强度，因此喷灌强度满足要求。

主要内容：计算灌溉制度与工作制度
一、 灌溉制度
1、 计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为50cm,则：
砂壤土：田间持水量（12%~22%） 取
计划湿润层：40~60cm 取H=50cm
适宜土壤含水率：（70%~90%）
土壤干密度：1.0g/cm
β1——适宜土壤含水量上限
　　　　　β2——适宜土壤含水量下限

灌水定额：

2、 灌水周期
设计需水强度为6mm/d，则灌水周期：

为方便管理，实际灌水周期应取整数，因此灌水周期取为4d。
实际灌水周定额为
一次灌水所需时间t可按下式确定：

同时工作的喷头数（N）可按下式计算：
个
取同时工作的喷头数为2个

取同时工作的喷头数为2个
一根支管上的喷头数n=l/L=120/20=6
干管上的支管数N=L/26=(132+148)/26=10.7.取为10根
根据实际情况，全喷罐区总共包括8个轮灌组，每天工作2个轮灌组，每天工作总时间为6h。
轮灌制度（轮灌顺序）
时间
轮灌组
轮灌组中的喷头
喷头数
第一天

第一组
1支、2支
12
第二组
3支、4支5支
18
第二天
第一组
6支、7支、
12
第二组
8支、9支、10支
8
第三天
第一组
11、12支
8
第二组
13支、14支、15支、
8
第四天
第一组
16支、17支、
8
第二组
18支、19支、20支
8

主要内容：水力计算与管道计算
一、 管材的选择
管材的选择应当根据当地的具体情况
1、从喷头性能参数表查的喷头流量为5.0m/h，工作压力为300kpa。
2、支管、干管的流量及管径选择
有经验公式：
当Q<120 m/h，D=13；
当Q>=120 m/h，D=11.5;
D为管内径（mm）
支管：Q=nq= m/h<120 m/h
D=13=13
根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=75mm，壁厚为3.0mm的硬聚氯乙烯管。
干管：Q=nq= m/h<120 m/h
D=13=13
根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=110mm，壁厚为4.2mm的硬聚氯乙烯管。
二、水力计算
管道的沿程水头损失，由《灌溉与排水工程设计规范》得：

各种管材的f、m、b值
管材
f
m
b
钢筋混凝土管

糙率 n=0.013

n=0.014

n=0.015

1.312
2.00
5.33
1.516
2.00
5.33
1.749
2.00
5.33
旧钢管、旧铸铁管
6.25
1.90
5.10
硬塑料管
0.948
1.77
4.77
铝合金管
0.861
1.74
4.74
1、 干管的沿程水头损失
L=256m
。
2、 计算距离最远的支管沿程水头损失
。
总水头损失=10.636+6.823=17.459m
考虑多孔出流 X=0.5, F=0.373
=0.37317.459=6.512m
3、 计算局部损失：

因此总损失：

喷头水头损失：
三、水泵扬程的确定
已知喷头工作压力为，即相当于h=30m的水头，取管道埋深为0.7m
水泵的设计扬程。
m
式中：h为水位距地面的距离。
水泵的选型及动力配套设备省略。
三、 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
280
硬聚氯乙烯管
外径110mm
2
支管
m
2280
硬聚氯乙烯管
外径75mm
3
竖管
m
426
DN32钢管
外径32mm
表2喷头
型号
接头型式
工作压力
喷头流量
喷嘴直径
射程
个数
20PY-30
1(内)管螺纹
300kp
5 m/h
9.0mm
22m
142个
表3 控制件（闸阀）
名称
型号
数量
备注
闸阀
Z15T-10型
18个
安装与干管与支管接头处，干管与分干管之间
逆止阀
内螺纹
1个
安装于水泵出水口处