灌溉管道系统.pptx

本章的教学目的本章的教学目的q讲讲述述管管道道灌灌溉溉系系统统的的组组成成和和分分类类，输输水水管管网网的的规规划划布布置置；输输配配水水管管道道及及管管网网优优化化设设计计；输输水水管管网网建建筑筑物物、管管材材及及管管料料；管管道道灌灌溉溉系系统统的的运运行管理。行管理。q要要求求具具备备灌灌溉溉管管道道系系统统运运行行管管理理及及维维护护的的一一般般知识，掌握灌溉管道系统规划设计方法。知识，掌握灌溉管道系统规划设计方法。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统本次学习提纲本次学习提纲第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统概述概述灌溉管道系统规划布置灌溉管道系统规划布置输配水管道及管网设计输配水管道及管网设计管道灌溉系统的运行管理管道灌溉系统的运行管理本章的重点是要掌握本章的重点是要掌握本章的重点是要掌握本章的重点是要掌握管管管管道道道道系系系系统统统统的的的的规规规规划划划划与与与与设设设设计计计计,利利利利用用用用水水水水力力力力学学学学知知知知识识识识进进进进行行行行管管管管道道道道的的的的水水水水力力力力学学学学计计计计算算算算、确确确确定定定定各各各各级级级级管管管管网网网网管管管管径径径径。本本本本章章章章节节节节的的的的内内内内容容容容涉涉涉涉及及及及水水水水力力力力学学学学中中中中的的的的管管管管道水力学及沿程与局部的水头损失计算。道水力学及沿程与局部的水头损失计算。道水力学及沿程与局部的水头损失计算。道水力学及沿程与局部的水头损失计算。u灌溉管道系统的特点灌溉管道系统的特点优优点点：1)节节水水效效益益显显著著；2）土土地地利利用用率率高高；3）适适应应性性强强；4）输输水水速速度度快快、效效率率高高；5）维维修修养养护护省省工工、省省时时、管管理方便；理方便；6）灌水及时。）灌水及时。缺缺点点：1)1)需需要要的的材材料料和和设设备备较较多多；2)2)投投资资较较高高；3)3)规规划划设设计计内内容容较较复复杂杂；4)4)对对水水源源的的水水质质要要求求较较高高，尤尤其其是是微微灌灌系系统统，对水质的要求更高。对水质的要求更高。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第一节第一节 灌溉管道系统的组成及分类灌溉管道系统的组成及分类 第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统 灌灌溉溉管管道道系系统统是是指指从从水水源源取取水水，并并通通过过压压力力管管网网输输水水、配配水水及及向向农农田田供供水水、灌灌水水的的工工程程系系统统。一一个个完完整整的的灌灌溉溉管管道道系系统统通通常常都都由由水水源源与与首首部部枢枢纽纽、输输配配水水管管网网、田田间间灌灌水水装装置置以及以及附属建筑物附属建筑物和和附属装置附属装置等部分组成。等部分组成。1灌溉管道系统的组成灌溉管道系统的组成第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统2灌溉管道系统的分类灌溉管道系统的分类1 1）按结构形式分类）按结构形式分类 开敞式开敞式 封闭式封闭式 半封闭式半封闭式2 2）按工作压力分类）按工作压力分类 无压灌溉管道系统无压灌溉管道系统 低压灌溉管道系统低压灌溉管道系统 中压灌溉管道系统中压灌溉管道系统 高压灌溉管道系统高压灌溉管道系统 3 3）按照各部分在灌溉季节中可移动程度分类）按照各部分在灌溉季节中可移动程度分类 固定式灌溉管道系统固定式灌溉管道系统 移动式灌溉管道系统移动式灌溉管道系统 半固定式灌溉管道系统半固定式灌溉管道系统 4 4）按灌水方法分类）按灌水方法分类 喷灌系统喷灌系统，滴灌系统，滴灌系统，微喷灌系统，微喷灌系统，低压管道输水地面灌溉系统低压管道输水地面灌溉系统 5 5）按压力的来源分类）按压力的来源分类 自压灌溉管道系统自压灌溉管道系统，机压灌溉管道系统，机压灌溉管道系统2灌溉管道系统的分类灌溉管道系统的分类第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 影响灌溉管道系统布置影响灌溉管道系统布置的因素有：水源与灌区的的因素有：水源与灌区的相对位置、灌区的面积大相对位置、灌区的面积大小、形状和地形、作物的小、形状和地形、作物的分布、耕作方向、灌溉季分布、耕作方向、灌溉季节的风速风向等。节的风速风向等。1.1.水源工程的布置水源工程的布置 水源工程包括水源工程包括取水取水、蓄水蓄水和和供水建筑物供水建筑物和设和设施等。水源工程的布置首先要研究有多少个可施等。水源工程的布置首先要研究有多少个可能被采用的水源，根据其水量、水位和水质情能被采用的水源，根据其水量、水位和水质情况，取水的难易程度与灌区的相对位置等因素况，取水的难易程度与灌区的相对位置等因素选定其中技术可行、工程简单而且投资较少的选定其中技术可行、工程简单而且投资较少的作为灌区的水源。作为灌区的水源。第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置2.2.首部枢纽的组成及布置首部枢纽的组成及布置 首部枢纽首部枢纽首部枢纽首部枢纽包括包括引水建筑物引水建筑物、泵站（或水泵机组）泵站（或水泵机组）、沉沙、过滤设备沉沙、过滤设备、肥料和化学药剂注入设备肥料和化学药剂注入设备、控制控制器器、压力或流量调节器压力或流量调节器、阀门和测量设备阀门和测量设备等。等。首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位置和管首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位置和管网布局方便。网布局方便。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统在区内作物要一样。在区内作物要一样。各区所需的流量相近，便于轮灌。各区所需的流量相近，便于轮灌。尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理。尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理。一个系统中应有一个系统中应有一定数目一定数目的轮灌区，便于充分利用每天的轮灌区，便于充分利用每天可灌溉的时间安排轮灌。可灌溉的时间安排轮灌。第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置3.3.灌溉面积分区灌溉面积分区 对于较大的灌溉系统，一般不是整个系统同时灌溉，而是对于较大的灌溉系统，一般不是整个系统同时灌溉，而是分成若干个区进行轮灌，在划分轮灌区时应考虑以下几个因素：分成若干个区进行轮灌，在划分轮灌区时应考虑以下几个因素：第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统4.4.灌溉管道系统形式的选择灌溉管道系统形式的选择l 确定采用的灌水方法；确定采用的灌水方法；l 确定各级管道是移动的还是固定的（确定各级管道是移动的还是固定的（根据当地地根据当地地形、作物、经济及设备条件，考虑各种形式的优缺形、作物、经济及设备条件，考虑各种形式的优缺点来选定点来选定）。）。第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置5.5.管道系统的布置管道系统的布置 灌溉管道系统中的灌溉管道系统中的输配水管道输配水管道输配水管道输配水管道一般是指支管一般是指支管（或毛管）以上的管网。（或毛管）以上的管网。布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以使支管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个灌使支管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个灌区灌水均匀。区灌水均匀。（1 1）小型管网的布置）小型管网的布置 千亩以下，或千亩以上灌溉管道系统中的第二、三级管千亩以下，或千亩以上灌溉管道系统中的第二、三级管道以下的管网。道以下的管网。第二节第二节 灌溉管道系统的规划布置灌溉管道系统的规划布置 平原地区：平原地区：管道为直线，上下管道为直线，上下级管道互相垂直，上级管道布置级管道互相垂直，上级管道布置在地块中间，向两边分水，末级在地块中间，向两边分水，末级管道一般与耕作方向相一致。管道一般与耕作方向相一致。山丘地区山丘地区：末级管道（支管或末级管道（支管或毛管）一般沿等高线布置，避免毛管）一般沿等高线布置，避免走逆坡。走逆坡。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统“一一”字形字形“T”形形“L”形形梳齿形梳齿形“丰丰”字形字形当控制面积较大，地块近似成方形，作物种植方向与灌水方当控制面积较大，地块近似成方形，作物种植方向与灌水方向相同或不相同时树枝状管网可布置成梳齿形或丰字形。向相同或不相同时树枝状管网可布置成梳齿形或丰字形。“工工”字字形形环环状状管管网网环环状状管管网网:水水源源位位于于田田块块中中心心，控控制制面面积积约约6.76.710 10 hmhm2 2，田田块块长长宽宽比比2 2的的环环状状管管网网布布置置形形式式见见下下图图a。水水源源位位于于田田块块一侧、控制面积较大的环状管网布置形式一侧、控制面积较大的环状管网布置形式梯田管灌区梯田管灌区管网布置图管网布置图山丘区辐射树枝山丘区辐射树枝状管网布置图状管网布置图第四节第四节 管道附件管道附件 u在灌溉管道系统中，除直管和接头外，还要有一些特在灌溉管道系统中，除直管和接头外，还要有一些特殊的配件，这些配件可以分为两大类，一是控制件、殊的配件，这些配件可以分为两大类，一是控制件、二是连接件。二是连接件。u控制件的作用控制件的作用是根据灌溉的需要来控制管道系统中水是根据灌溉的需要来控制管道系统中水流的流量和压力，如阀门，压力调节器，空气阀、安流的流量和压力，如阀门，压力调节器，空气阀、安全阀等。全阀等。u连接件的作用连接件的作用是根据需要将管道连接成一定形状的管是根据需要将管道连接成一定形状的管网，也称为管件，如弯头、三通、四通、异径管、堵网，也称为管件，如弯头、三通、四通、异径管、堵头等。头等。管道附件管道附件1.1.控制件控制件 给水栓 阀门 安全阀 逆止阀 空气阀 流量调节器第四节第四节 管道附件管道附件 半半固固定定式式给给水水栓栓移移动动式式给给水水栓栓第四节第四节 管道附件管道附件 铸铁闸阀黄铜闸阀 青铜截止阀 第四节第四节 管道附件管道附件 第四节第四节 管道附件管道附件 青铜止回阀软管旋塞阀 青铜球阀黄铜球阀第四节第四节 管道附件管道附件 球墨铸铁蝶阀球墨铸铁蝶阀 铸铁蝶阀铸铁蝶阀 逆止阀逆止阀第四节第四节 管道附件管道附件 (7)配水井配水井第四节第四节 管道附件管道附件 (8)(8)放水井放水井第四节第四节 管道附件管道附件 2.2.连接件连接件 三通和四通三通和四通 弯头弯头 异径管异径管 堵头堵头 乙字管乙字管 短管短管第四节第四节 管道附件管道附件 3.3.快速接头快速接头 快速接头的结构形式很多，常用的硬管快速接头的结构形式很多，常用的硬管的快速接头有以下几种：的快速接头有以下几种：杠杆紧扣式杠杆紧扣式 搭扣式搭扣式 弹簧锁紧式弹簧锁紧式 暗销式暗销式 偏心扣式偏心扣式 第四节第四节 管道附件管道附件 快快速速接接头头第五节第五节 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统 管道系统的工作制度管道系统的工作制度是指管道系统的运行工作顺序及进是指管道系统的运行工作顺序及进行输水、配水和灌水的方式。管道系统最常用的工作制度行输水、配水和灌水的方式。管道系统最常用的工作制度有续灌、轮灌和随机灌有续灌、轮灌和随机灌3 3种方式：种方式：（1 1）续灌方式）续灌方式续灌：续灌：指上一级管道向所有下一级管道同时配水的方式。指上一级管道向所有下一级管道同时配水的方式。续灌的特点：续灌的特点：上一级管道和所有下一级管道内同时有水流上一级管道和所有下一级管道内同时有水流通过，其过流时间与设计所规定的灌水时间完全相同。在通过，其过流时间与设计所规定的灌水时间完全相同。在续灌方式下，下一级配水管道管径小，可降低管道系统总续灌方式下，下一级配水管道管径小，可降低管道系统总投资，但工作时间长。投资，但工作时间长。（2 2）轮灌方式）轮灌方式l轮灌：轮灌：指上一级管道按预先划分好的轮灌组分组或逐一指上一级管道按预先划分好的轮灌组分组或逐一地向下一级管道配水或灌水的方式，管灌系统轮灌方式也地向下一级管道配水或灌水的方式，管灌系统轮灌方式也有集中轮灌和分组轮灌两种。有集中轮灌和分组轮灌两种。l轮灌方式的特点：轮灌方式的特点：下一级管道即实施轮灌的管道在灌水下一级管道即实施轮灌的管道在灌水时期内是轮流工作的，因此，其灌水时间和灌水量均较集时期内是轮流工作的，因此，其灌水时间和灌水量均较集中，有利于与农业操作、田间管理相配合，并可提高人工中，有利于与农业操作、田间管理相配合，并可提高人工控制灌水的工作效率。但其管径稍大，尤其是集中轮灌，控制灌水的工作效率。但其管径稍大，尤其是集中轮灌，其上下级管道流量相同，管径也将一样，从而会增大管道其上下级管道流量相同，管径也将一样，从而会增大管道系统投资。系统投资。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五节第五节 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 轮灌方式轮灌方式（3 3）随机方式）随机方式 当灌溉系统面积较大，灌区内的用水单位多，而且各种作当灌溉系统面积较大，灌区内的用水单位多，而且各种作物种植比例分散，各用水单位在各个时期的需水、用水要物种植比例分散，各用水单位在各个时期的需水、用水要求又各不相同，带有随意性时，应采用随机取用水方式或求又各不相同，带有随意性时，应采用随机取用水方式或称按需分配方式。称按需分配方式。随机取用水方式的特点随机取用水方式的特点是把管道系统各给水栓、配水井或是把管道系统各给水栓、配水井或出水口的取用水都看作是一个个独立的随机事件，每个给出水口的取用水都看作是一个个独立的随机事件，每个给水栓、配水井或出水口在任何时候都可以由管网中取水，水栓、配水井或出水口在任何时候都可以由管网中取水，也可以不取水；并把它们作为一个取用水计算单位，在此也可以不取水；并把它们作为一个取用水计算单位，在此基础上应用概率论和数理统计法推算各级管道的设计流量。基础上应用概率论和数理统计法推算各级管道的设计流量。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五节第五节 管道系统的工作制度管道系统的工作制度 第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第六节第六节 管道灌溉系统的流量与压力推算管道灌溉系统的流量与压力推算 1.1.树枝状管网的水力计算树枝状管网的水力计算 1 1）沿程水头损失计算）沿程水头损失计算 沿程水头损失即管路摩擦损失水头，它是发生在管道沿程水头损失即管路摩擦损失水头，它是发生在管道均匀流的直线段，由于水流内部摩擦而消耗的机械能，均匀流的直线段，由于水流内部摩擦而消耗的机械能，对于圆管有压水流可用下式计算对于圆管有压水流可用下式计算：沿程水头损失管道内径管径指数流量指数摩擦系数各种管径的各种管径的f，m，b值可参照下表：值可参照下表：第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统在灌溉管道系统中遇到等距等流量多出口管道，就是隔一在灌溉管道系统中遇到等距等流量多出口管道，就是隔一定相等的间隔就有相同的流量分出，这样各分流点后的流定相等的间隔就有相同的流量分出，这样各分流点后的流量就发生变化。量就发生变化。在计算时沿程水头损失应分段计算，但是当用手算时就过在计算时沿程水头损失应分段计算，但是当用手算时就过于繁复，有时为了简化计算，常先假定管内流量沿程不变于繁复，有时为了简化计算，常先假定管内流量沿程不变一直流到末端，按进口处最大流量计算水头损失一直流到末端，按进口处最大流量计算水头损失(即不考即不考虑分流虑分流)然后乘上一个小于然后乘上一个小于1的的多口系数多口系数F F进行校正。进行校正。假定管内流量沿程不变，而且都假定管内流量沿程不变，而且都 等于多口等于多口 出流管的首端流量时之沿程水头损失出流管的首端流量时之沿程水头损失,m 多口出流量管道实际的沿程水头损失，多口出流量管道实际的沿程水头损失，m多口多口系数系数第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统多口系数可用下式计算，也可将其列成表格，供设计多口系数可用下式计算，也可将其列成表格，供设计时查用。时查用。N出流孔口数；出流孔口数；m流量指数。流量指数。X多孔管首孔位置系数，即多孔管入口至第一个出多孔管首孔位置系数，即多孔管入口至第一个出 流孔管口的距离与各出流孔口间距之比流孔管口的距离与各出流孔口间距之比.(2)(2)局部水头损失计算局部水头损失计算 管道总的水头损失等于沿程水头损失加上局部水管道总的水头损失等于沿程水头损失加上局部水头损失的迭加，即头损失的迭加，即 局部水头损失局部阻力系数管道内水流的流速重力加速度第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统总水头损失总沿程水头损失总局部水头损失第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统水头损失通常用流速水头的倍数表示水头损失通常用流速水头的倍数表示:(2)局部水头损失计算局部水头损失计算水头损失系数(3)不同工作制度下各级管道设计流量的推算不同工作制度下各级管道设计流量的推算 第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统x系数；系数；Q0连续供水时的干管流量，连续供水时的干管流量，m3/h；K 与管理工作保证率有关的系数，当与管理工作保证率有关的系数，当管理工作保证率为管理工作保证率为95%时，时，K=1.645；C系统日运行小时数，系统日运行小时数，h；n系统支管数目；系统支管数目；r系统运行系数；系统运行系数；n1在灌溉季节内在灌溉季节内可能可能同时供水的支管同时供水的支管数；数；Q支支支管流量，支管流量，m3/h。(4)(4)首部设计工作压力的推算首部设计工作压力的推算首部设计工作压力的推算首部设计工作压力的推算 首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计算出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。算出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。为为典型点高程与水源水面的高差，典型点高程与水源水面的高差，mm。第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统工作水头首部到典型点之间管路沿程水头损失之和首部到典型点之间管路局部水头损失之和2.环状管网的水力计算举例环状管网的水力计算举例单环网说明：（示意图见下图）水泵位于A点若开启出水口C，则水流分两条线路流向C；一条为一条为ABCEABCE一条为一条为ADECADEC第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统第七节第七节 灌溉管道系统的结构设计灌溉管道系统的结构设计 灌溉管道系统由直管、接头、管件、控制件等构成灌溉管道系统由直管、接头、管件、控制件等构成后，如何安置在田间。这就是结构设计所应当考虑后，如何安置在田间。这就是结构设计所应当考虑的问题。的问题。u灌溉管道系统结构设计主要包括以下几个面：灌溉管道系统结构设计主要包括以下几个面：第五章第五章 灌溉管道系统灌溉管道系统1.确定埋深与坡度确定埋深与坡度 2.镇墩与支墩的设置镇墩与支墩的设置3.柔性接头与伸缩接头柔性接头与伸缩接头4.排气与泄水设施排气与泄水设施5.阀门井阀门井6.竖管与支柱竖管与支柱