噴灌工程設(shè)計(jì)

1、一、 西瓜噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園內(nèi)有198畝的規(guī)劃區(qū)域，擬種植西瓜，實(shí)施噴灌節(jié)水工程。（一） 基本情況（1）該規(guī)劃園區(qū)位于同心縣，屬于是中部干旱帶少雨偏旱區(qū)，易耕性和質(zhì)量較好，地勢比較平緩，地面坡度較小，可以忽略不計(jì)。（2）園區(qū)耕地均為板茬地和荒地，易耕性較差，特別是旱作區(qū)。3月下旬土壤解凍至20cm左右時(shí)，土壤返墑、墑情和易耕性較好，及時(shí)平田整地和機(jī)械深耕，耕層深18cm，種植西瓜，行距為0.8m，株距為0.7m，土壤平均干密度為1.32g/cm3,田間持水率為23%。（占干土重的百分比）（3）同心地區(qū)是中部干旱帶少雨偏旱區(qū)氣候，當(dāng)?shù)乜衫盟Y源很少，人均占有量為64.6

2、m3，畝均僅為6.8m3。同時(shí)區(qū)域內(nèi)降雨量年內(nèi)分布極不均衡，約為200-300毫m，大部分集中在79三個(gè)月，約占全年總降水量的60%70%。46月為夏糧作物主要生長期，降水卻僅占全年的25，并多以暴雨、冰雹等災(zāi)害形式出現(xiàn)。（4）該規(guī)劃園區(qū)的北方向有一泵站，水質(zhì)符合噴灌的要求，供應(yīng)整個(gè)規(guī)劃園區(qū)的作物需水。（二） 灌溉制度的制定(1) 設(shè)計(jì)灌水定額，按照灌水定額的公式計(jì)算。m設(shè)=0.1h(1-2)/式中： m設(shè)-設(shè)計(jì)灌水定額，m3/hm2 -土壤的干密度，1.32g/cm3 h-計(jì)劃濕潤層深度，一般40-60cm,這里取40cm 1，2-適宜土壤含水量的上下限，這里取田間持水量的90%，65%,田

3、間持水量為23% -灌溉水利用系數(shù)，這里取0.85計(jì)算m=0.1*40*1.32*(0.9-0.65)*23/0.85=35.7mm=357m3/hm2（2）設(shè)計(jì)灌水周期。T=m設(shè)/Ea式中：T-設(shè)計(jì)灌水周期，d Ea-作物的日需水量，mm/d,西瓜的最大日均耗水量出現(xiàn)在結(jié)瓜期，此后耗水量持續(xù)下降，這里取7.6mm/d ； 計(jì)算的T=35.7*0.85/7.6=3.99d，取4天。（3）一次灌水時(shí)間一次灌水時(shí)間按照下式計(jì)算t=m設(shè)/平均計(jì)算得t=35.7/8.5=4.2h,式中8.5為平均噴灌強(qiáng)度（三）噴灌系統(tǒng)的選型 綜合考慮，選擇固定式管道噴灌系統(tǒng)，除去噴頭以外，其他所有組成部分均固定不動(dòng)，

4、各級管道埋入地下，固定式管道操作便捷，易于維修管理。（四）確定灌區(qū)的總體布置灌區(qū)地勢平坦，公路貫穿東西，園區(qū)在南北方向布置，本規(guī)劃園區(qū)內(nèi)有一人工開挖的景觀湖，將西瓜園區(qū)分為兩部分，上部97畝，下部101畝，景觀底部可以開挖一條管道連接兩片區(qū)域，區(qū)域左面有一條河，水位不深，同樣可以通過開挖將西瓜區(qū)域和大棗區(qū)域?qū)⒔Y(jié)合，避免投資的浪費(fèi)。整個(gè)規(guī)劃區(qū)域共用一塊水源。具體的噴灌方案，地下管道，地上噴頭的布置見下圖。（五）噴頭的選型與組合（1）噴頭的選型查農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù)中沙壤土的允許噴灌強(qiáng)度為允=15mm/h，要求噴灌系統(tǒng)的平均噴灌強(qiáng)度應(yīng)該小于土壤的允許噴灌強(qiáng)度。為了節(jié)省管道的布置和噴頭的數(shù)目，同時(shí)考慮噴

5、頭的噴灑半徑，選用DN25型號的噴頭（塑料搖臂式噴頭），噴頭壓力250-450kpa,流量3.0-6.0（m3/h），射程15-22m，噴嘴直徑7mm（2）計(jì)算噴頭平均噴灌強(qiáng)度。土壤的平均噴灌強(qiáng)度為：平均=1000qbl式中； q-一個(gè)噴頭的流量,m3/h b-支管的間距,m l-沿支管的噴頭間距,m（3）噴頭的間距和支管間距支管的間距設(shè)計(jì)為b=1.42R設(shè)系數(shù)，取0.8，R為噴頭的射程，這里取20m，通過計(jì)算的支管的間距和噴頭的間距都為23m，為正方形布置。則平均噴灌強(qiáng)度平均=1000*4.5/（23*23）=8.5 mm/h<允,滿足要求。（4）計(jì)算同時(shí)工作的噴頭數(shù)和支管數(shù)。同時(shí)工作

6、的噴頭數(shù)N噴可以按照下式計(jì)算N噴=Abl*(tT設(shè)C)式中 A-噴灌系統(tǒng)的灌溉面積，m2； C-噴灌系統(tǒng)每天工作的有效工作小時(shí)數(shù)，考慮到夜間不工作，所以有效工作小時(shí)數(shù)為12小時(shí)。噴灌灌溉總面積為198畝，即為132006.6 m2，b,L均為23m，t=4.2h, T設(shè)=4d,則N噴=22個(gè)同時(shí)工作的支管數(shù)N支為N支=N噴/n噴式中 n噴-一根支管上的噴頭數(shù)對于97畝的規(guī)劃區(qū)域，因?yàn)橹Ч艿拈L度較長，一根支管的噴頭取6個(gè)，則N支=4對于101畝的規(guī)劃區(qū)域，支管的長度較短，一根支管的噴頭取4個(gè)，則N支=6，具體的噴灌輪灌組中同時(shí)工作的支管數(shù)目和噴頭數(shù)目靈活取值，但不宜相差太大。（六）確定支管的輪灌

7、方式支管的輪灌方式不同，干管中通過的流量也不同，因?yàn)榫坝^把一個(gè)整體的區(qū)域劃分為兩個(gè)了，所以在規(guī)劃設(shè)計(jì)中兩塊地方進(jìn)行分別灌溉。對97畝的區(qū)域，進(jìn)行分組灌溉，同時(shí)工作的支管有四條，因?yàn)槊恳粭l的支管的長度都不一樣，從而導(dǎo)致每一條支管上的噴頭的數(shù)目都是不一樣的。設(shè)計(jì)中一組灌溉同時(shí)有四條支管，理論上每天的工作時(shí)間為12小時(shí)，一組輪灌的工作時(shí)間為4.2小時(shí)，擬定每天工作三組輪灌。對于101畝的區(qū)域，一組輪灌由6條支管，同樣三組輪灌。（七）編制輪灌順序區(qū)域支管的編號具體見下圖支管輪灌順序圖 輪灌順序 支管號 噴頭數(shù) 支管號 噴頭數(shù) 支管號 噴頭數(shù) 支管號 噴頭數(shù) 支管號 噴頭數(shù) 支管號 噴頭數(shù)同時(shí)工作的噴頭

8、數(shù)每日工作的噴頭數(shù)第一天11625354521 642546575851939510611612724第二天413614615616624 64517618619520522621422423324225126418第三天727428429430431420 62832533534635521936537538439341421第四天1042343344345446619 39114764864955025112012根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，可知同時(shí)工作的噴頭數(shù)的最大數(shù)目為24個(gè)，而每個(gè)噴頭的設(shè)計(jì)流量為4.5m3/h,則整個(gè)噴灌系統(tǒng)所需要的最大流量為108m3/h，而設(shè)計(jì)中考慮到平均工作的噴頭為22個(gè)

9、，系統(tǒng)所需要的流量為99m3/h，工程中考慮最不利的條件，所以在選擇水泵的揚(yáng)程的時(shí)候，我們擬定最大流量為108m3/h，選擇的水泵流量大于這個(gè)流量即可。（八）管道設(shè)計(jì)（1）支管設(shè)計(jì)。支管是指直接安裝豎管和噴頭的管道。支管管徑的選擇主要依據(jù)噴灑均勻的原則。管徑選的越大，支管運(yùn)行時(shí)的水頭損失就越小。為了保證同一支管上任意各噴頭的實(shí)際噴水量的偏差不大于20%，國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ85-85規(guī)定，同一支管上兩個(gè)噴頭的之間的工作壓力差在設(shè)計(jì)工作壓力的20%以內(nèi)，顯然，支管在水平的地方上鋪設(shè)，其首末兩端噴頭間的壓力差值應(yīng)該最大。這里園區(qū)中地勢平坦則有.hw0.2hp式中 hw-同一條支管上相鄰兩個(gè)噴頭之間的水頭

10、損失，m hp-噴頭設(shè)計(jì)的工作壓力水頭，m在這里，因?yàn)檫x擇的是固定式管道噴灌，所有的支管都在地下埋設(shè)，只有噴頭在地上，考慮到腐蝕和土體壓力，還有造價(jià)，我們選用PVC管道（硬聚氯乙烯管），即對支1到支51均選用這樣的管道。管徑的確定根據(jù)下式計(jì)算hf=flQm/db式中； hf-沿程水頭損失，m f-摩阻系數(shù)，與管材有關(guān)，這里等于0.948 Q-管中流量（指計(jì)算管道的最大流量），m3/h d-管道內(nèi)徑，mm b-與管材有關(guān)的管徑指數(shù)，4.77 m-與管材有關(guān)的流量指數(shù)，1.77 L-管長，m查農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù)可得，當(dāng)m=1.77,x=0.5時(shí)，N=7（一條支管最多安裝的噴頭數(shù)目）時(shí)，多口系數(shù)F=0

11、.395，工作水頭壓力350kpa,水頭為35m，計(jì)算得35*0.2>=0.395*0.948*105*173.69*31.51.77/D.4.77則D>=64mm。為了安全起見，選擇75mm的硬聚氯乙烯管作為支管。壁厚為1.5mm。（2）干管設(shè)計(jì)干管同樣選擇硬聚氯乙烯管前面的計(jì)算，整個(gè)噴灌系統(tǒng)所需的最大流量為108 m3/h，實(shí)行分組輪灌時(shí)，先對景觀上部進(jìn)行灌溉，待上部灌溉完成后，再對下部進(jìn)行灌溉。所以一條主干管分為了兩條分干管，且主干管的布置在整個(gè)區(qū)域的中間，所以兩條分干管的長度都是一樣的，并且所分流量都是一樣的都為54 m3/h，在分組輪灌時(shí)，由于所規(guī)劃的區(qū)域很不規(guī)則，一組輪

12、灌同時(shí)運(yùn)行的噴頭的數(shù)目也各不相同，但相差不大，所以每一組輪灌中的流量也不相同，導(dǎo)致51條支管的流量也不相同，在這里干管的流量只考慮整體的布置，即按最大所需輪灌流量進(jìn)行考慮，所有的分干管都按最大考慮，主干管另外計(jì)算。所以當(dāng)干管流量為54 m3/h時(shí)，干管長度為621.25m（兩條干管的總長度，單個(gè)長度310.635m）時(shí)，根據(jù)公式 式中：D管道直徑，mm； Q管道流量m3/h； v經(jīng)濟(jì)流速，m/s，取1.5。計(jì)算的D=112.8mm,則實(shí)際選擇管徑160mm,材料為硬聚氯乙烯管,壁厚為3.2mm。（3）主干管設(shè)計(jì)主干管分為兩段：一段為水泵的出水管，長假定2m左右，待水泵選定后，確定其內(nèi)徑；另外一

13、段為輸水管道，流量Q=108 m3/h，長度為892m，需要穿過公路和景觀湖。具體圖如下根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式主干管直徑D=159.6mm,則實(shí)際選擇管徑200mm,材料為硬聚氯乙烯管，壁厚為3.9mm.（九）管道系統(tǒng)各控制點(diǎn)的壓力計(jì)算（1）支管進(jìn)口的壓力水頭本設(shè)計(jì)中因最大水頭差產(chǎn)生在支管首末段噴頭間，所以應(yīng)該用末端噴頭入口壓力作為計(jì)算基礎(chǔ)。西瓜株高較低，選擇內(nèi)徑為25mm,長度為0.5m的鋁制薄壁管，f=0.861。因?yàn)榈匦魏芷教?，幾乎沒有地形的高差，假定支管入口與末端的高差為0.1m，噴頭的工作水頭以豎管上距噴頭進(jìn)口0.2m處的壓力水頭計(jì)算，根據(jù)公式 H支=hf'+Z+0.9hp式中 H支-

14、支管入口的壓力水頭 hf-用多口系數(shù)法計(jì)算的支管相應(yīng)管段的沿程水頭損失,m Z-支管入口地面高程到工作壓力最低的噴頭處的高程差，這里假定為0.1m hp-噴頭設(shè)計(jì)工作壓力水頭，m計(jì)算得H=0.9*35+(0.5-0.2)+0.1+(0.861*105*0.3*4.51.74/254.74)+(0.948*105*173.69*31.5 1.77/（75-2*1.5)4.77)=42.20(m)即支管入口的壓力水頭需要保證有42.20m。(2)干管配水段入口壓力水頭一條主干管布置在兩條分干管的中間，所以兩條干管的長度相等，按最大的可能布置，已知一組輪灌中一條支管同時(shí)工作的噴頭數(shù)最多有七個(gè)，即是支

15、管12同時(shí)有7個(gè)噴頭工作，單個(gè)噴頭流量為4.5，則一條支管需要的最大流量為31.5，所以計(jì)算的支管入口壓力水頭就是該系統(tǒng)的支管最大壓力水頭，出現(xiàn)在第三組輪灌中，該支管距離配水點(diǎn)的距離為34m，則該段的沿程水頭損失按式hf=flQm/db計(jì)算，計(jì)算得為2.03m，局部水頭損失為0.1*2.03 =0.203m，則該段的水頭損失為2.233m，所以配水段的水頭壓力為44.433m，表格如下輪灌順序123456距配水點(diǎn)距離218.625126.62534.62534.625126.625218.625支管入口流量31.531.531.531.531.531.5沿程水頭損失12.87.442.032.

16、037.4412.8局部水頭損失1.280.7440.2030.2030.7441.28管段入口流量49.0843.18437.23337.23343.18449.08這里的管段入口流量都是根據(jù)最大單條支管所需要的流量最大進(jìn)行計(jì)算的，所以滿足該系統(tǒng)內(nèi)所有的流量要求。所以干管的配水段入口的最大壓力水頭為56.28m,而且干管的入口壓力水頭同樣為56.28m。（3）主干管的入口壓力水頭主干管入口接水泵出口，其所需要的壓力水頭等于干管入口的壓力水頭加上由入口到水泵出口之間的損失還有兩者之間的高程差。即H主=H干+Z+hf+hj通過計(jì)算hf=3.55m, hj=0.355m, H干=56.28m,假定

17、Z=2m,則H主=56.28+3.55+0.355+2=62.185m。（十）噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程是選擇水泵的依據(jù)（1）設(shè)計(jì)揚(yáng)程。是在主干管入口所需壓力的基礎(chǔ)上，在考慮水泵吸水管的水頭損失以及水源水位和水泵基準(zhǔn)面的高程差得到的。根據(jù)主干管的流量和H主+（Z），在這里Z=3m,因?yàn)楦晒艿闹睆綖?00mm,取水泵進(jìn)口直徑為150mm,吸水管直徑為200mm,設(shè)其有一個(gè)90°的彎頭,一個(gè)偏心漸擴(kuò)管，一個(gè)偏心漸縮管，查表可知90°彎頭的局部水頭損失系數(shù)為0.48，偏心漸縮管為0.1，漸擴(kuò)管為0.25，水泵入水口為1.0，吸水管的長度設(shè)為4m，則設(shè)計(jì)揚(yáng)程為H=H干+Z+hf+hj計(jì)算各部分的局部水頭損失為（m）彎頭漸縮管漸擴(kuò)管入水口0.0230.0050.0120.05吸