高效节水典型设计.doc

高效节水（滴灌）典型设计
2015年中团灌区高效节水灌溉典型设计
灌区概况：本次项目实施范围为遂川县2015年小型农田水利重点县遂川县枚江乡中团灌区高效节水示范点，为中团灌区生态果园高效节水灌区，该项目区灌溉面积为580亩，果园主要种植井冈蜜柚和梨树，该项目区目前尚无有效节水灌溉设施，果树灌溉过程中，主要靠人工挑运南澳陂干渠里的水进行灌溉，人工损耗大、灌溉效率极低。为了解决这种问题，拟建高效节水片灌溉面积580亩，灌溉方式采用滴灌。灌区的灌溉水源为南澳陂干渠里的水，南澳陂灌区为中型灌区，其引水枢纽位于珠田乡南村左溪河的河床中，坝址以上集雨面积910km2,干渠渠首设计引用流量7.0m3/s，至枚江乡中团村处干渠引用流量为3.0m3/s。南澳陂干渠水量满足本次设计用水需求，其水质较好，根据南澳陂干渠的水质及项目区的地形条件，本次设计灌区的灌溉供水方式拟采用直供式滴灌。
工程总体布置：灌区灌溉拟引用南澳陂干渠内的水进行灌溉，灌溉方式为直供式滴灌。滴灌系统由水源工程、首部枢纽及配水管网组成。首部枢纽由加压设备、过滤器、施肥（药）装置、量测和控制设备等设施组成。配水管网由主干管、支干管、支管和毛管组成。配水管网走向根据项目区果树种植的株行距及地形确定，项目区内种植的井冈蜜柚和梨树其株距2m，行距3m。项目区的首部枢纽位于灌溉片的西边，其主干管为西北至东南走向，支干管垂直主干管布置间距160m，支管垂直支干管布置，间距50m，毛管垂直支管布置，间距3m。堆前灌溉片的首部枢纽位于灌溉片的西北角，其主干管为西至东走向，支干管垂直主干管布置间距160m，支管垂直支干管布置，间距100m，毛管垂直支管布置，间距3m。
处理方案：本项目建设高效节水有效灌溉面积580亩，全部采用滴灌方式，根据项目区地形情况和可供水量情况，项目区分为1个灌溉片，按灌溉片划分为1个灌溉单元，根据灌溉片的实地地形，划分为5个轮灌组，45个灌水小区。
工程设计：
（1）需水量
项目区总灌溉面积为580亩，种植的作物为蜜柚，设计耗水强度Ia根据邻近灌区资料，采用其设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值，为4mm，灌溉水利用系数η取0.9。项目区总需水量按下式计算：
=143.22m3/h
:系统需水流量，m3/h；A：灌溉面积，hm2;
:灌溉水利用系数，0.9；：水泵日供水小时数，=12h；
Ia：设计需水强度，mm，取4mm。
项目区取水点在P90%时最枯月均来水量为1.2m3/s=4320 m3/h，故南澳陂干渠的来水量完全满足项目区需水需求。
（2）设计标准
①灌溉设计保证率：灌溉设计保证率取90%。
②灌溉水利用系数：项目区采用滴灌，灌溉水利用系数取0.9。
③灌水小区灌水器设计允许流量偏差率[]≤20%，多口管道的首、末出口压差不大于20%。
④灌水器的选择
根据项目区地形和种植作物的特性，灌水器采用内镶式圆柱型滴头，流量=6L/h，一棵树两个滴头镶于Dn12PE微管上绕树布置。根据土壤及所选滴头流量湿润宽度=1.06m，深度=0.8m, 滴头最佳间距一般为湿润宽度的80%，=0.8=0.85m。参数见下表。
滴头与毛管布设参数
型号
DKB-6-（100-400）
毛管出水间距（m）
2
最佳工作水头范围h（m）
10~40
毛管布设间距（m）
3
额定流量q(L/h)
6
灌水器压力流量关系式
=0.632h0.5
滴头间距（m）
0.85

（3）滴灌系统设计
项目区总灌溉面积为580亩，项目区内种植的作物为井冈蜜柚及梨树，按地形高低走向开挖台地种植，株距2m，行距3m。
①微灌工程灌水方式选择
根据项目区内地形、土壤条件及作物类型，井冈蜜柚为常绿小乔木，高2~3m左右。为便于水肥管理本工程的灌溉方式选择滴灌。
②微灌工程设计的技术参数确定
本工程灌溉设计保证率取90%，灌溉水利用系数取0.9，Ia=5mm，C：滴灌系统日最大运行时数=12h，蜜柚株距2m，行距3m，拟定灌水器的设计工作水头hd=10m。
(a) 灌水器允许流量偏差率
根据所选灌水器型号确定允许流量偏差率
，满足要求。
：灌水器流量偏差率（%）；
：灌水器最大流量（L/h）；
：灌水器最小流量（L/h）；
(b)灌水器工作水头偏差率
当=20%时，灌水小区允许最大水头偏差为：
==12.77m
==8.65m
=4.12m
(c)土壤湿润比P
毛管单行直线布置，n=2，=1.06m，=0.85m，=2m，=3m，则

(b)设计灌水定额
设计净灌水定额根据《微灌工程技术规范》采用下式计算：

式中：md—设计净灌水定额（mm）；
—土壤容重，1.42g/cm3；
z—计划湿润层深度，取0.8m；
θmax—适宜土壤含水量上限（占干土重量百分比），为27%；
θmin—适宜土壤含水量下限（占干土重量百分比），为22%；
p—滴灌设计土壤湿润比，30%；
η—灌溉水利用系数，0.9；
经计算，md=18.9mm。设计毛灌水定额按下式计算：
mm
md：设计净灌水定额（mm）
m′：设计毛灌水定额（mm）
即单次设计灌水定额为21mm，折合每亩为14m3/亩，则灌水小区灌溉用水量为8120m3。
(c)设计灌水周期及系统工作小时数
设计灌水周期由于无试验资料，按下式计算：

经计算，T=4.75d，设计灌水周期取5d。
(d)一次灌水延续时间t
mm , =2m，=3m，n=2，qd=6L/h
10.5h
：一次灌水延续时间（h）
：植物的行距（m）
：植物的株距（m）
：灌水器的设计流量（L/h）
n:每株植物的灌水器个数
计算一次灌水延续时间t=10.5h，实际取t=11h
④微灌系统的布置
灌溉系统工作制度通常分为全系统续灌和分组轮灌两种。由于灌区灌溉面积窄长，宜采用分组轮灌形式。考虑现状蜜柚园均由农户分散经营，用水同时率较高，轮灌组数不宜划分太多。项目区内两个单元的轮灌组数应不大于最大轮灌组数。最大轮灌组数按下式计算：

式中：—最大轮灌组数；
C—系统日最大运行时数，为12h；
T—最大设计灌水周期，5d
—一次灌水延续时间，为11h；
经济计算=5.5组，则轮灌组数取5组。
灌溉单元总面积580亩，其地形地势是东南高，西北低，井冈蜜柚及梨树种植沿地势高差挖台地种植。故拟在单元的西南角新建水源工程和首部枢纽，主干管沿地块中间布置，支干垂直主干管布置，间距160m，支管垂直支干管布置，间距100m，毛管垂直支管（顺植物种植行）布置，间距3m。按上述布置，鄢背灌溉单元划分5个轮灌组，45个灌溉小区。
（4）微灌系统水力设计
（a）流量计算
毛管：毛管采用Dn16Pe滴灌管，长30~50m，其设计流量为毛管所带滴头设计流量的总和。
支管：其流量为同时工作的毛管设计流量之和。即

式中：Q支—支管设计流量(m3/h)；
—同时工作的毛管条数；
Q毛—毛管设计流量。
支干：其流量为同时工作的支管设计流量之和。即

式中：Q支干—支干管设计流量(m3/h)；
—同时工作的支管条数；
Q支—支管设计流量。
主干管：干管流量根据轮灌组划分，取下级管段最大轮灌组的过流量为主干管的设计流量。
项目区支管、支干管、主干管各管段流量计算如下表：
灌溉片支管流量计算表
管段编号
长度（m)
毛管长度(m)
毛管根数
毛管开口数
毛管流量Q（L/h)
支管流量Q（L/h)
拟定支管管径（mm）
1-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
1-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
1-3支
87
49
30×2
25
300
18000
63
1-4支
79
49
27×2
25
300
16200
63
1-5支
79
49
27
25
300
8100
50
1-6支
63
49
27×2
25
300
16200
63
2-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
2-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
2-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
2-4支
79
49
27×2
25
300
16200
63
2-5支
79
49
27×2
25
300
16200
63
2-6支
79
49
27
25
300
8100
50
3-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-4支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-5支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-6支
79
49
27×2
25
300
16200
63
3-7支
79
49
27
25
300
8100
50
3-8支
79
49
27
25
300
8100
50
4-1支
36
49
13×2
25
300
7800
63
4-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-4支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-5支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-6支
79
49
27×2
25
300
16200
63
5-7支
79
49
27
25
300
8100
50
5-8支
79
49
27
25
300
8100
50
6-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
6-2支
79
49
27×2
25
300
16200
63
6-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
6-4支
79
49
27×2
25
300
16200
63
7-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
7-2支
83
49
28×2
25
300
16200
63
7-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
7-4支
75
49
26×2
25
300
15600
63
7-5支
79
49
27×2
25
300
16200
63
7-6支
59
49
20×2
25
300
12000
63
7-7支
79
49
27
25
300
8100
63
8-1支
79
49
27×2
25
300
16200
63
8-2支
77
49
26×2
25
300
15600
63
8-3支
79
49
27×2
25
300
16200
63
8-4支
35
49
12×2
25
300
7200
63
支干管各管段流量计算表
管段编号
管道长度（m)
流量Q（m3/h)
备注
1-6
31
90.9
1支干
6-7
100
58.5
7-8
50
24.3
8-9
50
16.2
2-10
100
89.1
2支干
10-11
100
40.5
11-12
50
8.1
3-13
50
113.4
3支干
13-14
100
81
14-15
100
48.6
15-16
50
16.2
3-17
50
24
4支干
4-18
50
113.4
5支干
18-19
100
81
19-20
100
48.6
20-21
50
16.2
4-22
50
64.8
6支干
22-23
100
32.4
5-24
50
100.5
7支干
24-25
100
68.1
25-26
100
36.3
26-27
50
8.1
5-28
50
55.2
8支干
28-29
100
23.4

(b)轮灌组划分
根据上述灌溉单元的支管及支管流量计算，结合最大轮灌组数为5组，灌溉片的轮灌组划分如下：
灌溉片有8条支干，根据支干管计算的过流量，划分5个轮灌组，1、8支干为一个轮灌组，2、6支干为一个轮灌组，3、4支干为一个轮灌组， 5、7支干各为一个轮灌组，共5个轮灌组，满足要求。
（c）主干管流量
灌溉片内主管的设计流量，根据轮灌组划分取下级管段最大轮灌组过流量确定。
主干管各管段流量计算表
管段编号
管道长度（m)
流量Q（m3/h)
备注
0-1
273
153.9
主干管
1-2
168
153.9
主干管
2-3
165
153.9
主干管
3-4
160
153.9
主干管
4-5
160
100.5
主干管
（d）毛管实际铺设长度确定
毛管在支管两侧或一侧布置，具体见平面布置图，其长度受地形、灌水器工作压力范围、毛管进口压力等因素制约。
允许水头偏差分配给毛管的比例：

：允许水头差分配给支管的比例；
：许水头差分配给毛管的比例；
:灌水小区允许的压力水头差，m；
L1、L2：支管和毛管的长度，m；
J1、J2：沿支管和毛管的地形比降；
:支管上毛管布置系数，单侧布置时为1，双侧布置时为2；
:支管上单侧毛管的根数；
本次计算取一个灌水小区来进行计算，=4.12m，L1=79m，L2=49m，=2，=41，J1=0.004，J2=0，将上述数据代入上式计算得:=0.33, =0.67
则m
m
毛管的极限长度采用下式进行计算：

Lm—毛管允许的极限长度，m;
q—滴头设计流量， L/h;
S—分流孔间距，m；
D—毛管直径，取D=16mm；
K—毛管局部损失加大系数；取1.1。
计算得到:Lm=154m ，实际毛管长度50m小于极限长度，满足设计要求。
（e）支，毛管水力计算
因为毛管和支管均属多出口水管，且属等距、等量分流多孔管，其沿程水头损失按下式计算：

式中：—等距、等量分流多孔管沿程水头损失；
F—多口系数；
多口系数F采用克里斯琴森公式计算：

式中：F—多口系数；
N—管道上出水口数目；
m—流量指数，取m=1.75；
—进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比；
支管长L1=79m，毛管长L2=49m，毛管沿植物行铺设，蜜柚种植的行距为3m，株距为2m，故一条支管上的出水口为N支=28，一条毛管上的出水口为N毛=26，经计算F支=0.382，F毛=0.383。
管道沿程水头损失按勃拉休斯公式计算：

式中：—水头损失，m；
—水的运动黏度（运动粘滞系数），取0.0131cm2/s；
Q—流量，L/h；
L—管道长度，m；
d—管道内径，mm;
经计算一条毛管水头损失=1.01m,则 =0.39m，根据规范取局部损失为沿程损失的15%，则=0.43，则毛管入口工作水头为10.43m。
拟定带两侧毛管的支管管径取Dn63 0.4Mpa PE管，带一侧毛管的支管管径取Dn50 0.4Mpa PE管。支管水力计算结果如下：
①带两侧毛管的支管：支管水头损失=2.59m,则 =0.99m，根据规范取局部损失为沿程损失的10%，则=1.09，则支管入口要求的最小工作水头为11.52m。
②带一侧毛管的支管：支管水头损失=2.31m,则 =0.88m，根据规范取局部损失为沿程损失的10%，则=0.97，则支管入口要求的最小工作水头为11.40m。
（f）支干、主干管水力计算
根据支干、主干管的计算流量，计算各管段的管径，采用勃拉休斯公式计算，进行列表试算，结果见下表：
支干、主干管水力计算成果表
管段编号
管道长度（m)
流量Q（m3/h)
管内径（mm)
管道总水头损失（m)
选用管材直径（mm）
管道型号
备注
0-1
273
153.9
180.8
7.2
200
SDR21
主干管
1-2
168
153.9
180.8
4.05
200
SDR21
主干管
2-3
165
153.9
180.8
3.93
200
SDR21
主干管
3-4
160
153.9
180.8
3.68
200
SDR21
主干管
4-5
160
100.5
144.6
3.68
160
SDR21
主干管
1-6
31
90.9
113
0.65
125
SDR21
1支干
6-7
100
58.5
99.4
2.12
110
SDR21
7-8
50
24.3
81.4
1.55
90
SDR21
8-9
50
16.2
63.8
1.32
75
SDR13.6
2-10
100
89.1
113
1.45
125
SDR21
2支干
10-11
100
40.5
99.4
1.32
110
SDR21
11-12
50
8.1
81.4
0.78
90
SDR21
3-13
50
113.4
113
1.5
125
SDR21
3支干
13-14
100
81
99.4
1.26
110
SDR21
14-15
100
48.6
81.4
1.12
90
SDR21
15-16
50
16.2
63.8
0.52
75
SDR13.6
3-17
50
24
81.4
2.21
90
SDR21
4支干
4-18
50
113.4
113
1.13
125
SDR21
5支干
18-19
100
81
99.4
2.05
110
SDR21
19-20
100
48.6
81.4
1.83
90
SDR21
20-21
50
16.2
63.8
0.65
75
SDR13.6
4-22
50
64.8
99.4
1.45
110
SDR21
6支干
22-23
100
32.4
59.6
2.11
90
SDR13.6
5-24
50
100.5
113
1.36
125
SDR21
7支干
24-25
100
68.1
99.4
1.05
110
SDR21
25-26
100
36.3
81.4
0.99
90
SDR21
26-27
50
8.1
63.8
0.42
75
SDR13.6
5-28
50
55.2
99.4
1.66
110
SDR21
8支干
28-29
100
23.4
81.4
2.05
90
SDR21
（g）最不利节点
根据支干、主干管流量及管径计算表及滴灌系统配水管网布置，最不利节点为29号节点，其管道为0-1-2-3-4-5-28-29管，总水头损失24.25m,支管进口最低工作水头要求为：11.52m，泵站地面高程为201.8m，29号节点的地面高程为199.0m，则最低要求工作水头为:H=199.0-201.8+11.52+24.25=32.97m。
(5)水源工程与首部枢纽设计
项目区的灌溉水源为南澳陂干渠水，南澳陂干渠在项目区内河宽3~5m，水深0.5m~0.8m，为抽取表层清水，需在南澳陂干渠旁新建集水井。
取水头部位于单元西南角，该处位于单元的较高处，地面108.8m，南澳陂干渠在该处水深达0.6m，故在该处新建一集水井，集水井井壁采用C20钢筋砼结构，井直径2.0m，深4.0m。为安放首部枢纽，需建一泵房。泵房平面尺寸考虑首部枢纽安装要求，泵房平面尺寸为3.0×2.4m2,层高2.6m，地面高程109.00m，采用砖混结构。
灌溉单元最大过流量为153.9m3/h，最小工作水头32.97m，根据前述指标选择一台150QJ-160-40/2潜水泵，水泵的性能参数如下：
水泵性能参数表
型号
流量
（m3/s）
扬程
（m3/s）
转速
（r/min）
电机功率
（kw）
出水口直径
（mm）
150QJ-160-40/2
160
40
2500
30
150
根据南澳陂干渠的水质，首部枢纽选择加装1个砂过滤器作为初级过滤，在进入配水管网前端装200目的叠片式过滤器。
施肥罐容积按下式计算：

式中：—肥料罐容积，L；
—每次施肥时单位面积上的施肥量，kg/hm2；
A—施肥面积，hm2；
C—肥料罐中肥料溶液的溶度，或稀释比（1:100或1:200）
查相关资料，蜜柚树全年每株施肥量为纯氮0.13~0.25 kg (不包括改土用肥)，如折合成尿素约为0.25~0.5 kg，本次取0.4 kg/株，则每hm2施肥量为660kg，灌溉单元总面积400亩，取稀释比1:100，经计算施肥罐容量为177L，实际取施肥罐容量=200L。