農(nóng)田水利學(xué)(噴灌系統(tǒng))規(guī)劃設(shè)計(jì)

1、農(nóng)田水利學(xué)管道噴灌系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 學(xué)校： 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 學(xué)院：水利水電與建筑學(xué)院 指導(dǎo)老師： 教學(xué)班號(hào)： 一 班 專業(yè)： 水利水電工程 學(xué)號(hào)： 姓名： 農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)管道灌溉系統(tǒng)（包括噴灌，微灌或低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)）的規(guī)劃設(shè)計(jì)，了解灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)方法，鞏固農(nóng)田水利學(xué)的所學(xué)內(nèi)容，提高綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)造能力。具體要求1、管道灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃布置原則，掌握灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本要求與設(shè)計(jì)方法；2、掌握管道灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本規(guī)范；3、學(xué)會(huì)收集，分析，運(yùn)用有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；4、提高獨(dú)立工作能力，創(chuàng)造能力及綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力?；举Y料某實(shí)驗(yàn)果園，面積95畝，種

2、植蘋果樹共2544株，果樹株距4m，行距6m，正值盛果期。園內(nèi)有十字交叉道路，路邊與第一排樹的距離南北向?yàn)?m，東西向?yàn)?m。果園由道路分割成為4小區(qū)。詳見1：2000果園規(guī)劃圖。該園地面平坦，土壤為砂壤土，果園南部有一眼機(jī)井，最大供水量60m3/h，動(dòng)水位距地面20m。該地電力供應(yīng)不足，每日開機(jī)時(shí)間不宜超過(guò)14h。為了節(jié)約用水，并保證適時(shí)適量向果樹供水，擬采用固定式噴灌系統(tǒng)。據(jù)測(cè)定，該地蘋果樹耗水高峰期平均日耗水強(qiáng)度為6mmd，灌水周期可取57天。該地屬半干旱氣候區(qū)，灌溉季節(jié)多風(fēng)，月平均風(fēng)速為2.5ms，且風(fēng)向多變。該地凍土層深度0.6m。灌溉區(qū)域如下圖所示：要求:（1）選擇噴頭型號(hào)和確定噴

3、頭組合形式(包括驗(yàn)核組合平均噴灌強(qiáng)度（）是否小于土壤允許噴灌強(qiáng)度（）；（2）布置干、支管道系統(tǒng)(包括驗(yàn)核支管首、尾上的噴頭工作壓力差是否滿足噴灌技術(shù)規(guī)范的要求，下稱規(guī)范)；（3）擬定噴灌灌溉制度，計(jì)算噴頭工作時(shí)間及確定系統(tǒng)輪灌工作制度；（4）確定干、支管管道直徑，計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量和總揚(yáng)程。(5) 水泵和動(dòng)力選型。1、噴灌選型與總體規(guī)劃1.1噴灌工程應(yīng)根據(jù)因地制宜的原則資料收集: 1、地形：地面平坦 2、土壤：砂壤土凍土層深0.6m 3、作物：蘋果樹園林,正值盛果期4、水源：機(jī)井，果園南部井水，最大供水量為, 水位距地。5、氣象：灌溉季節(jié)多風(fēng)，平均風(fēng)速2.5m/s，風(fēng)向多變6、種植面積95畝，果

4、樹2544株，株距4m，行距6m，園內(nèi)有十字交叉道路，路邊與第一排樹的距離南北向?yàn)?m，東西向?yàn)?m。社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件：果園為實(shí)驗(yàn)果園，面積95畝，交通方便，電力供應(yīng)不足;系統(tǒng)選型：工程應(yīng)根據(jù)因地制宜原則，綜合考慮以下因素選擇系統(tǒng)類型：1、 水源類型位置； 2、 地形地貌 ；3、 地塊形狀； 4、 土壤地質(zhì)；5、 降水量灌溉區(qū)風(fēng)速 ；6、 風(fēng)向； 7、 對(duì)象； 8、 社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件； 9、 生產(chǎn)管理體制； 10、 勞動(dòng)力狀況及使用者素質(zhì)等情況。 由于該果園為盛果期的蘋果樹，經(jīng)濟(jì)價(jià)值就目前情況較高。灌水頻繁，作物耗水量大，勞動(dòng)力缺乏，但作為實(shí)驗(yàn)果園，管理者素質(zhì)高有利于噴灌系統(tǒng)的實(shí)施，綜合考慮后，擬定采

5、用固定使得噴灌系統(tǒng)。噴灌設(shè)計(jì)保證率應(yīng)根據(jù)自然條件和經(jīng)濟(jì)條件確定，一般不應(yīng)低于85。灌溉試驗(yàn)資料：該地區(qū)位于淮北地區(qū)，土壤為砂壤土，田間持水率為（占容重，下同），凋萎系數(shù)為田間持水率的60。在果樹需水高峰期，蘋果樹的需水強(qiáng)度為。2.規(guī)劃和設(shè)計(jì)2.1噴頭選擇和組合間距噴頭的選擇包括噴頭型號(hào) ，噴嘴直徑和工作壓力的選擇 。在選定噴頭之后 ，噴頭的流量 ，射程等性能參數(shù)也就隨之確定 。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB85-85噴灌工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定 ，選擇噴頭和確定間距的具體原則:（1）組合噴灌強(qiáng)度不超過(guò)土壤的允許噴灌強(qiáng)度值 。在本設(shè)計(jì)中噴頭的組噴灌強(qiáng)度均要求小于灌區(qū)土壤允許噴灌強(qiáng)度。各類土壤的允許噴灌強(qiáng)度如下表：土壤

6、類別允許噴灌強(qiáng)度（mm/h）砂土20砂壤土15壤土12壤粘土10粘土8注：有良好覆蓋時(shí)，表中數(shù)值可提高20。對(duì)本灌區(qū)取p=15mm/h。（2）在設(shè)計(jì)風(fēng)速下，噴灌均勻系數(shù)不應(yīng)低于75，但對(duì)行噴式噴灌系統(tǒng)，不應(yīng)低于85。對(duì)本灌區(qū)取噴灌均勻系數(shù)為80（3）果樹霧化指標(biāo)取值范圍在30004000，在選擇噴頭時(shí)作為依據(jù) ，選擇滿足作物要求霧化指標(biāo)的噴頭。霧化指標(biāo)如下表：種類pd值蔬菜及花卉40005000糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物及果樹30004000牧草、飼料作物、草坪及綠化林木20003000注： p為噴頭工作壓力水頭； d為噴頭主噴嘴直徑。（4）噴灑水利用系數(shù)，有條件時(shí)宜實(shí)測(cè)確定。無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)氣候

7、條件在下列數(shù)值范圍內(nèi)選取： 風(fēng)速低于34米秒，0809； 風(fēng)速為3454米秒，0708。 注：濕潤(rùn)地區(qū)取大值，干旱地區(qū)取小值。對(duì)本灌區(qū)取=0.82.2噴頭的選擇 由于本灌區(qū)多年平均風(fēng)速為，相對(duì)較大，運(yùn)行方式為多支，多噴頭同時(shí)噴灑，因此選單噴頭噴灌強(qiáng)度較小噴頭。本灌區(qū)噴頭的噴灑方式有全圓噴灑和扇形噴灑。根據(jù)作物對(duì)霧化指標(biāo)的要求，由噴灌技術(shù)規(guī)范選取金屬搖臂式噴頭，參數(shù)如下表所示：型號(hào)接頭形式及尺寸工作壓力噴頭流量噴頭直徑射程m噴灌強(qiáng)度（mm/h）3002.96820.03.132.3確定組合及間距該灌區(qū)多風(fēng)且風(fēng)向多變，以減小風(fēng)的影響采用全圓噴灑噴頭組合形式為正方形,支管間距、噴頭間距選取見表：噴頭

8、組合噴頭間距設(shè)計(jì)風(fēng)速m/s垂直風(fēng)向a平行風(fēng)向b0.3-1.6R1.3R1.6-3.4(1-0.8)R(1.3-1.1)R3.4-5.4(0.8-0.6)R(1.1-1)R注： 為噴頭射程； 在每一檔風(fēng)速中可按內(nèi)插法取值； 在風(fēng)向多變而采用等間距組合時(shí)，應(yīng)選用垂直風(fēng)向欄的數(shù)值； 表中風(fēng)速是指地面以上10米高處的風(fēng)速。確定噴頭組合間距,由V=2.5m/s,又R=20m當(dāng)v1=1.6m/s時(shí),a1=1.0R=1.0×20=20m當(dāng)v2=3.4m/s時(shí),a2=0.8R=0.8×20=16m所以a=a1-v-v1v2-v1(a1-a2)=20-2.5-1.63.4-1.620-16=

9、18m所以a=b=18mA有效=ab=18×18=324m22.4校核1）霧化程度按式：計(jì)算式中：為噴頭工作壓力,為噴嘴直徑8mm；值越大，說(shuō)明其霧化程度越高，水滴直徑就越小，打擊強(qiáng)度也越小，式中選的噴頭， 對(duì)于果樹，值控制在30004000，所以所選噴頭滿足霧化指標(biāo)要求。2）噴灌強(qiáng)度噴灌強(qiáng)度小于15mm/h，滿足。已知： ，式中： 多支管多噴頭的同時(shí)噴灑; ； 噴頭的噴水量 噴灌水的有效利用系數(shù)；在全圓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一個(gè)噴頭的濕潤(rùn)面積；噴灌系統(tǒng)的平均噴灌強(qiáng)度2.5灌溉制度1、計(jì)算果園的灌水定額，設(shè)其計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為90cm，則：m設(shè)=0.1Hr12=0.1×900×1.

10、42×（30-18）=15.34mm2、計(jì)算灌水周期T設(shè)=m設(shè)e=15.346= 2.56d， 取T設(shè)3天 3、計(jì)算一次灌水所需時(shí)間 ，取4、計(jì)算同時(shí)工作的噴頭數(shù)又設(shè)計(jì)日凈噴時(shí)間宜符合下列規(guī)定： 固定管道式噴灌系統(tǒng)，不宜少于12小時(shí)；半固定管道式噴灌系統(tǒng)，不宜少于10小時(shí)； 移動(dòng)管道式和定噴機(jī)組式噴灌系統(tǒng)，不宜少于8小時(shí)； 行噴式噴灌系統(tǒng)，不宜少于16小時(shí)。因此，選c=12.5h流量校核：Q總=N噴q=13×2.96=38.48m3/h<60m3/h水源滿足供給5、輪灌組數(shù)為：n1= T設(shè)*c/t=3×12.5/2.5=15（組）式中：同時(shí)工作的噴頭數(shù)；天中

11、噴灌系統(tǒng)的有效工作小時(shí)數(shù)， 取12.5；6、同時(shí)工作的支管數(shù)為:為同時(shí)工作的支管n為一根支管噴頭數(shù),n=4該灌區(qū)的管網(wǎng)配置如下圖: 工作制度如下表：輪灌順序支管號(hào)同時(shí)工作噴頭數(shù)每日工作的噴頭數(shù)第一天第一組1-1,1-2,1-3,1-11支管1364第二組1-4,1-5,1-6,1-7支管13第三組1-8,1-9,1-10支管12第四組1-12,2-10,2-11,2-12支管13第五組2-6,2-7,2-8,2-9,2-10支管13第二天第一組2-3,2-4,2-5,2-6支管1253第二組4-9,4-10,4-11,4-12支管12第三組4-4,4-5,4-6,4-7,4-8支管12第四組4

12、-1,4-2,4-3支管9第五組2-1,2-2支管8第三天第一組3-1,3-2,3-3支管1243第二組3-4,3-5,3-6支管9第三組3-7,3-8,3-9支管12第四組3-10，3-11,3-12支管10管道設(shè)計(jì)及水力計(jì)算干支管選擇硬塑料管,豎管選用DN32鋼管3、揚(yáng)程的確定3.1 選擇支管管徑考慮多口流，多口流系數(shù)選取如下表：Nm=1.77X=1X=0.520.6480.53030.5440.45340.4950.42350.4670.40860.4480.398,數(shù)值表管材b混凝土管鋼筋混凝土管 5.335.33鋼管、鐵鑄管5.1硬塑料管4.77鋁質(zhì)管及鋁合金管 4.74由上表及管道

13、具體情況得F=0.423,m=1.77，f=0.948×105，b=4.77對(duì)于支管Fhf+z0.2hp，又則：0.423×0.948×105 ×63×11.841.77/d4.77 0.2×30 d55mm式中：管道內(nèi)徑； 噴灌系數(shù)設(shè)計(jì)流量。z=0噴灌手冊(cè)選取D=63mm，內(nèi)徑d=58mm的硬塑料管干管管徑選擇（由噴灌工程學(xué)查得經(jīng)驗(yàn)公式）：時(shí)，；時(shí)，。=n×q噴頭 =13×2.96=38.48m3/h所以干管管徑 根據(jù)噴灌設(shè)計(jì)手冊(cè)選管徑，壁厚為,實(shí)際內(nèi)徑為的硬塑料 管。比阻值s0=2.375×10-53

14、.2 計(jì)算水頭損失:1、干管的沿程水頭損失為：hf=soQmL 又L=300mHf=2.375×10-5×38.481.77×300=3.75m2、計(jì)算典型支管沿程水頭損失：3、計(jì)算干管局部水頭損失： V干=Q干A干=38.48×4×1063.14×1032×3600=1.28m/s hj干=1.7+1.2+0.2+1.2×4×1.2822×9.81=0.66m4、計(jì)算支管水頭損失：V支=Q支A支=11.84×4×1063.14×582×3600=1.25

15、m/s hj支=0.1×4+0.1×1.2522×9.81=0.04m5，計(jì)算豎管水頭損失：豎管選用DN32鋼管，內(nèi)徑為，豎管計(jì)算長(zhǎng)度為3.0m則一根豎管水頭損失為：6,計(jì)算噴頭水頭損失h噴=10%hw又hw=hf干+hf支+hj干+hj支+hs =3.75+0.79+0.66+0.04+0.61=5.85m所以h噴=10%hw=5.85×0.1=0.59m揚(yáng)程的確定已知噴頭工作壓力為hp=300KPa,即相當(dāng)于h=30m的水頭，取管道埋深為0.7m。水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程H=h1+hp+hw+h噴+Z=20+30+5.85+0.59=56.44m式中：h1為水

16、位距地的距離； hp為噴頭的壓力； z為地勢(shì)的高差；即水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程為56.44m。水泵的選型及動(dòng)力配套省略。4、設(shè)備用量與材料細(xì)表表1 管材設(shè)備序號(hào)名稱單位數(shù)量型號(hào)備注1干管m300硬質(zhì)塑料管PVC外徑110mm內(nèi)徑103mm2支管m2424硬質(zhì)塑料管PVC外徑63mm內(nèi)徑58mm3豎管m480DN32鋼管內(nèi)徑28mm表2 噴頭型號(hào)接頭式及尺寸工作壓力噴頭流量噴頭直徑射程m噴灌強(qiáng)度（mm/h）3002.96820.03.13表3 接頭名稱型號(hào)數(shù)量（個(gè)）備注三通接頭三承三通1總干管與干管連接2干管與分干管連接四通接頭三承四通24分干管與支管連接接頭900彎管接頭162用于支管與豎管連接和水泵進(jìn)出口處卡套式接頭-用于各管長(zhǎng)不足時(shí)，連接兩管表4 閘閥名稱型號(hào)數(shù)量(個(gè))性能參數(shù)備注調(diào)節(jié)閥ZZYP型-自力式壓力調(diào)節(jié)閥|48公稱通徑DN=200mm公稱壓力PN=1.6Mpa安裝于干管與支管連接處，主要調(diào)節(jié)支管壓力逆止閥內(nèi)螺紋止回閥1止回閥公稱壓力PN1.0MPa 公稱通徑DN120mm安裝于水泵出水口處，防止水回流或者水錘想象閘閥彈性座封閘閥52工作溫度 -29425安裝于總干管與干，干管與分干管，分干管與支管接