温室节水灌溉计算1.doc

6.3.2 节水灌溉设计
根据示范区的地形、土壤、农作物、种植结构和耕作方式，示范区工程主要采用半固定式微喷灌、滴灌二种节水形式。建设面积为1702亩，日光温室内部采用滴灌，棚间空闲地带采用半固定喷灌，依据《微灌工程技术规范》进行设计。
经规划示范区各种形式面积
1、 温棚内部滴灌面积为477亩。
2、 温棚空间半固定式喷灌面积714亩，共计1191亩。
3、 道路、日光温室墙体等占地511亩。
6.3.2.1节水工程技术设计方案
根据各系统面积、地块特征、土壤类型和各系统供水机井流量，本方案分别对5个系统均进行了设计。由于5个系统的设计原则、设计参数、设计方法均相同，因此，本方案只对系统1的设计进行详细表述。其余系统的设计过程全部省略，不再赘述，只将各个系统的设计结果包括灌水强度、轮灌组最大流量、设计蒸发量、灌水周期、灌水间隔、轮灌组数、灌水定额、灌水时间、最大流量偏差、日工作时数等与设计图一起作为附件后附。
6.3.2.2设计依据及原则
1、依据中华人民共和国行业标准SL103-95《微灌工程技术规范》；
2、设计参数力求科学，并参照本地区的经验系数；
3、按国产和国外进口设备厂商提供的技术参数推荐值，结合项目区实际情况进行设计；
4、根据项目区土壤、作物、气候条件，立足当前，兼顾长远，选择微喷灌、滴灌系统；
5、设计中要使管道总长度最短，少穿越障碍物，管道纵剖面力求平顺，满足各灌溉单元用水要求，管理维护方便。
6.3.2.3规划设计内容
1、首部过滤系统、控制设备选择布置；
2、安全设施的设计与布置；
3、管路布置、管材选择、管径、管长及连接方式设计；
4、灌水器及毛管选择及布置；
5、运行方案、轮灌编组、工作制度的确定；
6、不同条件下的工作参数等。
6.3.2.4系统1设计
1、系统首部设计
系统首部是系统的开始部分，由过滤设备、施肥设备、控制设备、安全设备及稳定建筑等五个部份组成。主要功能为水质净化处理、施肥、量测压力和水量，调节和控制灌溉用水等。
（1）过滤设备
根据水源水质情况和地埋滴灌系统对水质的要求选择过滤系统，项目地所用水源系地下水，水中含有细砂及少量大粒径砂粒，属于水质条件较好的水源种类。采用二级过滤系统，第一级采用离心过滤器，可过滤水中的大部分沙石，第二级采用叠片式过滤器，叠片过滤器精度为120目，可进一步对水质进行净化，确保水质清洁，以保证滴灌管线长期使用而不会发生堵塞的现象。叠片过滤器的叠片为杂质处理载体，由上下两片紧贴的槽形叠片形成无数道杂质颗粒无法通过的滤网，总厚度相当于30层普通滤网，其过流能力高于滤网10倍。叠片材质是优质工程塑料，耐磨性极高，使用寿命可超过15年。过滤器系统过水能力为184m3/hr。
过滤器组设置在机井旁，通过法兰与出水口直接相连。过滤器由多组单体并联而成，每组单体均包括砂石分离器和叠片式过滤器，单元间装有隔离阀，可保证在运行过程中进行检修。
（2）施肥系统
施肥装置采用施肥罐，容量为220升。本施肥罐是采用定量施用的原则, 可在灌溉过程中连续进行施肥操作, 施肥罐无活动部件，使用简单方便，运行可靠，无须人员值守看护。可使用固体可溶性肥料，可实现不同品种肥料的混和施加。罐体为钢质材料，外涂防腐油漆，极耐化学腐蚀，使用年限超过15年，施肥过程应伴随灌溉同时进行, 建议在灌溉过程进行到1/3时开始。这样可以保证对灌溉系统的正确冲洗和尽可能地减少化学物质对滴头的堵塞。施肥完毕后, 必须继续灌溉15分钟。
（3）控制设备
首部安装两套闸阀，过滤器进口处安装一个，可调节进水量，过滤器出口处安装一个可调节过滤器前后压力差以控制施肥速度。
（4）量测设备
量测设备包括一个压力表和一台水表，压力表安装在过滤器上，通过一个三向阀门可量测过滤器进水口和出水口的压力，用于灌溉系统的压力监控和判定过滤器的清洁程度及清理时间。水表安装在过滤器后用来量测用水量。
（5）安全设备
安全设备包括一个逆止阀、两个自动进排气阀，逆止阀安装在过滤器进口处，用于防止管道水锤，保护首部系统。自动进排气阀安装在过滤器的顶端。
2、田间控制阀门设计
田间阀门属液压隔膜阀类型，该项目应用DOROT 3″水力调压阀，其阀体上安装有压力调节器。压力调节器用于调节阀门出口压力，使之稳定在滴灌管线所要求的压力数值上。此装置为外置连续可调型，使用十分方便。工作原理为改变阀门隔膜室的体积来控制阀门的过流断面，从而调节阀门出口压力。优点是开关动作可靠，水头损失小，阀门出口压力连续可调，寿命长可保证正常使用20－30年且使用方法简单，是全套滴灌系统成功的可靠保证。
3、田间系统设计
（1）材料选择
① 管材选择
根据类似工程设计经验，地埋滴灌供水管管材采用PVC管材，其优点是价格较便宜，施工安装简单，能适应一定程度的地基不均匀沉降，为防止其老化将主干管埋设于地下，这样PVC管材寿命可达30年。供水支管选用黑色抗紫外线PE管，其优点是价格较便宜，管材使用寿命长，施工安装简单，易于搬迁，冬季和收回入库。
② 微喷头、滴头的选择
微喷头选择技术成熟的微喷头选择单侧轮微喷头，流量120L/h，喷射半径2.8-4.5米。压力0.2-0.25mpa。滴灌采用内镶式滴灌管，管径φ12mm，流量2.5L/h，压力0.05-0.3mpa。微喷与滴灌工作压力相同，可用同一系统供水。
（2）田间系统设计
① 设计标准及微灌系统规划参数
● 设计标准：
——《节水灌溉技术规范》SL207-98
——《微灌工程技术规范》SL103-95
● 系统规划参数：
根据水利部颁发的《微灌工程技术规范》要求，结合作物种类，多年滴灌工程设计及实施经验，确定本工程设计技术参数值如下：
微灌土壤湿润比：P= 90% （微喷灌），P=75%（滴灌）
微灌水利用系数：h=0.9
设计灌水均匀度：Eu≥90%
设计湿润深度：Z=0.4m
设计日耗降水强度：Ea=8mm/d（微喷灌），Ea=3mm/d（滴灌），
② 管网布置
典型条田地块为矩形，泵房系统位于条田中间，管网采用梳式布置。管道系统分为干管、分干管、毛管三级管道。
整个灌溉系统控制二块条田，整个1号地款，田东西长900米，南北宽210米，土地总面积284亩，扣除道路、日光温室墙体占地49亩，净灌溉面积235亩。
机井布置在田块中间，东西向沿生产道路布置干管，干管总长900米，机井东西各450米，管径为160 mm、125 mm、110mm、90mm。在干管上设置给水栓供南侧温室使用，同时在干管上设置分水管穿过生产道路，在北侧温室内外分别预留给水栓。每栋温室预留两个给水栓。给水栓出口直接接地面支管，支管布置原则为每栋温室内设置一道，管径为50mm，温室外设置两道，管径为40mm。
整个系统共布置支管156条，南北向呈梳形布置。温室外支管上直接接微喷头,喷头间距为2*2米。日光温室内部支管上接接滴灌管，滴灌管东西向布置，间距为0.3*1.2米间隔布置，单根滴灌管长8米。
③ 水量平衡计算
（根据提供的现场资料知当地井水流量均在50m3/h以上）
计算公式为：A=ηQ t/10Ia
A——可灌面积，hm2
Q——可供流量，m3/h
Ia——设计供水强度，mm/d；Ia= Ea- P0，(本工程滴灌与微喷灌溉面积比例为1:1，加权平均Ea=5.5mm)
Ea——作物最大耗水强度，mm/d
P0——有效降雨量，mm/d；因本地区降雨少，蒸发大， P0忽略不计
t——水源每日供水时数，h/d；20h
η——灌溉水利用系数。0.95
根据现有机井出水量，计算控制面积：
A=ηQ t/10Ia
=(0.9×50×20)/(10×5.5)
=16.36hm2×15=245亩
最大控制面积为245亩。
系统1净灌溉面积为235亩，面积小于245亩，机井出水量满足设计要求。
④ 灌水制度的确定
——灌水量的确定
m=0.1gzp(qmax－qmin)/h
式中：m—设计灌水定额，mm；
g—土壤容重，g=1.48g/cm3；
z—计划土壤湿润层深度，z=0.4m；
p—设计土壤湿润比，p=80%。
qmax，qmin—占干土重的百分比，
取qmax=22%，qmin=17%；
h—灌溉水的有效利用系数，取h=0.95。
由以上各参数，得到喷灌的设计灌水定额为：
m=0.1×1.48×0.4×90×(22－17)/0.9 = 29.6mm
滴灌的设计灌水定额：
m=0.1×1.48×0.4×75×(22－17)/0.9 = 24.67mm
——灌水周期的确定
滴灌系统设计日耗水强度Ea=3mm/d；微喷灌系统设计日耗水强度Ea=8mm/d。
灌水周期微喷灌 T=mh/E=29.6×0.9/8=3.83 (天) 取4天
滴灌 T=mh/E=24.67×0.9/3=7.4 (天) 取7天
—— 一次灌水延续时间
t=mSpSe/hq
式中：
Sp—滴头间距m，Sp=0.4m；
Se—毛管间距m；Se=1.2 m；
q—滴头平均流量 L/h，q=2.5L/h。
微喷灌t=29.6×2×2/(0.9×120)=1.1h
滴灌t=24.7×0.3×1.2/(0.9×2.5)=4h
——工作制度确定
轮灌组数(微喷灌)：

= 20×4/ 1.1 =72.7个 取72个

轮灌组数(滴灌)：

= 20×7/ 4 =35个 取35个
式中：N—轮灌组数
T—灌水周期
t—灌水时间
C—每天运行小时数取20小时
结合实际地块情况和可操作性，最终确定轮灌组为32个，每天灌水运行时间为20小时。
——轮灌区的划分
根据水源供水能力、自动控制操作的方便性、滴灌均匀度控制和管网运行的合理性等综合因素的考虑，整个灌区的划分详见设计图。每个灌水单元的流量、压力与轮灌区的划分见图纸相应参数表格。
轮灌组划分表
轮灌组
温室编号
轮灌组
温室空地编号
1
1．1—5．1
17
1．2—5．2
2
6．1—10．1
18
6．2—10．2
3
11．1—15．1
19
11．2—15．2
4
16．1—20．1
20
16．2—20．2
5
21．1—25．1
21
21．2—25．2
6
26．1—30．1
22
26．2—30．2
7
31．1—35．1
23
31．2—35．2
8
36．1—40．1
24
36．2—40．2
9
41．1—45．1
25
41．2—45．2
10
46．1—50．1
26
46．2—50．2
11
51．1—55．1
27
51．2—55．2
12
56．1—60．1
28
56．2—60．2
13
61．1—65．1
29
61．2—65．2
14
66．1—70．1
30
66．2—70．2
15
71．1—75．1
31
71．2—75．2
16
76．1—80．1
32
76．2—80．2
设计要求为每天灌溉，这可结合作物的生长特性和不同生育期作物对水的需求及当年气候的实际情况而操作轮灌。
⑤ 系统水力计算
——水量计算
● 一条支管输水量
在喷灌、滴灌在每条支管进水口处设一调压阀，压力设为20m
喷灌管输水量：QL1=nqd=40*120=4.8m3/h
滴灌管输水量：QL2=nqd=133×8/0.3*2.5=8.86m3/h
计算结果如下表：
支管水量计算表
小区
流量（m3/h）
小区
流量（m3/h）
1.1---80.1
8.86
12---80.2
9.6

● 干管输水量：
干管输水量等于支管输水量，主管输水量为同一轮灌组内各条支管输水量的和。
Qm= Qs1+Qs2+Qs3+Qs4
计算结果如表8：
表8 干管水量计算表
轮灌组
流量（m3/h）
轮灌组
流量（m3/h）
1
44.3
17
48
2
44.3
18
48
3
44.3
19
48
4
44.3
20
48
5
44.3
21
48
6
44.3
22
48
7
44.3
23
48
8
44.3
24
48
9
44.3
25
48
10
44.3
26
48
11
44.3
27
48
12
44.3
28
48
13
44.3
29
48
14
44.3
30
48
15
44.3
31
48
16
44.3
32
48
——水力计算
●支设计及水力计算：
毛管长度设计最长铺设长度120m，支管进口压力为20m。
毛管允许工作压力偏差率：

=
=0.46
—设计滴头工作压力偏差率
—设计允许流量偏差率
x—流态指数
毛管极限孔数：

=
=507.4=507
毛管最大铺设长度:

=507×0.3＋0.4=152.5 m
毛管设计铺设长度8m完全可满足使用要求
支管沿程水头损失：

=
=0.67 m
毛管局部水头损失：
=0.2×0.67=0.13 m
● 支管设计
根据支管允许水头法,按下式推求支管的管径：

b=4.77,f=0.464,K=1.2,F=0.405,m=1.77,L=100m,Q=45800L/H
计算得：
D支=86.8mm 取D=110mm和D=75mm
支管水头损失：
支管沿程水头损失：
=1.1
支管局部水头损失：
=0.1X1.1=0.11m
● 主管设计
根据相关技术规范的要求，主管管径根据经济流速设计V=1.5m/s，由此分段进行计算：
第一段： Q=45.8m3/h
管径为：
D===103mm 取110mm
第二段： Q=91.6 m3/h
管径为：
D===0.147m 取200mm
第三段： Q=137.4m3/h
管径为：
D===0.180m 取200mm
第四段： Q=183.4m3/h
管径为：
D===0.208m 取200mm
主管道水头损失计算
沿程水头损失计算采用以下公式：

局部水头损失为沿程水头损失的10％。

表9 管网水头损失计算表
管段
长度
（m）
流量（m3/h）
管径（mm）
沿程损失（m）
局部损失（m）
总损失（m）
1
200
45.8
110
3.5
0.35
3.85
2
900
45.8
160
2.6
0.26
2.86
3
208
91.6
200
0.72
0.07
0.79
4
200
137.4
200
1.44
0.14
1.48
5
135
184.2
200
1.63
0.16
1.79

● 系统水泵工作参数
支管进口调压阀设定压力为11m，阀门水头损失为7m，系统首部过滤器、阀门、水表总水头损失10m。高差为3-4 m.
系统总水头损失H：
H=11+7+10+10.77×1.1+4=42.8m 取45m
系统需要的工作流量：
Q=185 m3/h
系统总水头损失H为45m，当地动水位为45m，因此水泵所需扬程为45m+45m=90m，流量为185 m3/h。
水泵型号选择为300QJ200-80/4，配套电机功率为 75KW。由于现有系统已有水泵，但水泵的扬程和水量均不够，因此需换水泵。
4、灌溉制度
根据当地棉花生育期生产需水要求和两年来地埋滴灌的应用情况确定地埋滴灌的灌溉制度，地埋滴灌要求灌水时要高频率低强度，这样可提高作物对肥料和水分的利用率。一般灌水周期为3天，这可根据土壤水分和气候情况适时进行调整。
时 间
项目
5月
6月
7月
8月
9月
灌水
定额
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
生育期
苗期
蕾期
花铃期
吐絮期

灌水次数
1

2
3
3
3
3
3
3
3
2
1

27
灌水量（m3/亩）
18

9.0
9.0
9.0
9.0
9.0
9.0
9.0
9.0
9.0
9.0

252.0
在实际操作中可根据气候情况适当调整
表10 灌溉制度表

14