節(jié)水灌溉試驗基地噴灌工程施工方案

節(jié)水灌溉試驗基地噴灌工程施工方案1.1工程總體方案1.1.1方案選擇一、布置原則(1)管道的布置應(yīng)盡量與作物耕作方向一致，便于田間裝卸支管，減少或避免損壞莊稼。(２)管道布置應(yīng)密切與水渠排水系統(tǒng)，道路、林帶、供電系統(tǒng)的規(guī)劃相結(jié)合，注重保護(hù)和改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。(３)根據(jù)地形情況，盡量以最短的管道控制最大的面積，減少管道水頭損失，選擇合理的管徑，降低投資。二、方案選擇本次工程方案的選擇主要本著以下幾方面來進(jìn)行，第一，選擇高標(biāo)準(zhǔn)的田間節(jié)水技術(shù)；第二，受資金限制，本工程將盡可能地選擇經(jīng)濟(jì)的工程類型；第三、選擇群眾易接受同時有一定運行與管理經(jīng)驗的工程。本著以上方案原則選擇本次項建設(shè)工程形式為加壓半固定式噴灌（4000畝）和加壓膜下滴灌（1000畝），供水水源為地下水。1.2工程規(guī)模布局1.2.1系統(tǒng)工程一、水源和首部樞紐由于項目區(qū)地下水資源豐富，且噴、滴灌工程對水源水質(zhì)特別是水中固體顆粒含量要求較高，加之受資金限制，項目區(qū)上游支渠尚未配套，引地表水進(jìn)行灌溉需要投資過高，因此，本項目水源選擇地下水作為供水水源，本工程計劃鑿井5眼，取水方式為機(jī)電井，在取水頭部建50m3蓄水池，通過加壓泵房加壓后，輸水進(jìn)入管網(wǎng)。1.2.2噴灌工程典型設(shè)計噴灌系統(tǒng)系統(tǒng)輸配水管道按二級布置，自加壓泵站起為輸水干管，東西各長200m，2條配水干管長800m垂直等高線布置，每條配水干管平行等高線布置4條支管。本工程噴灌面積4000畝，種植作物為棉花，地勢南高北低，東高西低，地形坡度在10‰左右，根據(jù)條田規(guī)劃，利用4眼機(jī)電井，將項目區(qū)分為4個單井工作區(qū)，每個單井工作區(qū)長寬均為800m。每個單井工作區(qū)分為4個配水單元，每條配水干管控制2個配水單元，每個配水單元面積為240畝，長寬均為400m。具體詳見總體布置圖。二、技術(shù)設(shè)計參數(shù)（1）灌溉制度及水量平衡計算１)計劃灌水定額參照已建工程和水利局節(jié)水實驗農(nóng)場資料確定，計劃濕潤層深度h=40cm，適宜土壤含水量上下限為田間持水量的70-90％，土壤容重r=1.44g/cm3，田間持水量為25％（重量％），因風(fēng)速低于3.4m/s，故取噴灑水利用系數(shù)η=0.80，故設(shè)計灌水定額為：m=0.1rh(ρ1-ρ2)β=0.1×1.44×40×(0.9-0.7)×25/0.8=36(mm)m0=2/3m=2/3×36=24(m3/畝)２)設(shè)計灌水周期參考有關(guān)資料，棉花耗水量最旺期日需水量為1.4mm/d，則灌水周期為：T=mη/W=36/1.4×0.90=5.06（d）取灌水周期為5天（2）噴頭選型與組合１）允許最大噴灌強(qiáng)度查表可得砂壤土的允許噴灌強(qiáng)度為ρ允=15mm/h，因噴灌區(qū)地面平均坡度小于5％，不用折減。噴頭采用單行多噴頭同時噴灑的方式，支管與主風(fēng)向基本垂直布置，噴頭組合形式為正方形，查表可得Ka=Kb=0.95。按風(fēng)向夾角為45°這種最不利的情況考慮，Kw45°=[Kw(0°)+Kw(90°)]/2=[1.08*2.40.194+1.12*2.40.302]/2=1.37Cp=π/{π-(π/90)arcos(a/2R)+(a/R)[1-(a/2R)2]1/2}=3.14/[3.14-(3.14/90)arccos(0.95/2)+0.95[1-(0.95/2)2]1/2]=1.72ρsmax=ρ/KwCp=15/(1.37×1.72)=1.37mm/h２）選擇噴頭根據(jù)小麥和棉花作物的要求的霧化指標(biāo)應(yīng)介于3000-4000之間，因此查噴頭特性表，我們初選20PY2-30°型噴頭，其工作臺壓力為hp=300kPa，噴頭流量q=3.47m3/h，射程R=20.5m，噴嘴直徑7.5mm，ρs=2.90mm/h，每條支管10個噴頭，即支管入口流量為38.17m3/h,霧化指標(biāo)hp/d=300/0.075=4000，ρs=2.90mm/h≤1.37(mm/h),符合要求。3）確定組合間距根據(jù)項目區(qū)10m高平均風(fēng)速為2.4m/s，選定等間距布置Ka=Kb=0.95，現(xiàn)已知r=20.5m，則a=b=0.95×19.5=19.5m,按標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長取18m，支管長度為171m。三、灌溉制度的擬定（１）確定噴頭工作點及支管位置根據(jù)單元系統(tǒng)布置及實際操作要求，可確定單元系統(tǒng)內(nèi)有8條支管同時工作，兩條支管為一組相對而噴，噴完后兩管互換地塊進(jìn)行第二遍噴灑。（詳見總體布置圖）（２）計算噴頭在一個噴點上的工作時間t=abm0/(1000q)=18×18×24/（1000×3.47）=2.24h，即確定噴頭在工作點上噴灑時間為2小時14分24秒。（３）計算支管每天可噴灑的工作位置數(shù)為充分利用每天可能的噴灌時間，也避免在剛噴灌過的濕地上拆除支管，確定配置兩套備用支管，因此支管的拆裝不占用噴灑作業(yè)時間。根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，作業(yè)時間不宜少于10h選10h計算，則n=10/t=10/2.24=4.46取n=4，即支管每天可噴灑4個位置，由布置示意圖知，相應(yīng)地一條支管噴頭每天可噴40個工作點。（４）計算每次同時噴灑的支管數(shù)和噴頭數(shù)由于單元區(qū)布置的支管位置數(shù)總共有164條，因此需每次同時噴灌的支管數(shù)按下式考慮：nt=N/（nT）=164/（4×5）=8.2，即每次輪灌同時需要8條支管。因此單元區(qū)同時噴灑的噴頭數(shù)為80個，則每天共完成320個工作位置的噴灑。四、編制輪灌次序、確定各級管道的設(shè)計流量（1）編制輪灌次序由系統(tǒng)平面布置圖可知，單元灌區(qū)按一干、二干的配水部分劃分為4個小區(qū)，每個小區(qū)分別對應(yīng)于BC、CD、EF、FG等4個配水管段，每個管段控制的支管位置見下表：各管段控制的支管位置管道名稱管長(m)直接控制的支管位置編號條數(shù)噴點數(shù)一干輸水段AB200配水段BC400支1-支21、支42-支6242420配水段CD400支22-支41、支63-支8240400二干輸水段AE200配水段EF400支83-支103、支124-支14442420配水段FG400支104-支123、支145-支16440400輪灌順序列表如下：支管輪灌順序輪灌

順序一干二干同時

工作

的噴

頭數(shù)每日

工作

的噴

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

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頭

數(shù)支

管

號噴

頭

數(shù)支

管

號噴

頭

數(shù)支

管

號噴

頭

數(shù)第一天1支110支2210支4210支6310支8310支10410支12410210支2310支4310支6410支8410支10510支12510支14610803支310支2410支4410支6510支8510支10610支12610支14710804支410支2510支4510支6610支8610支10710支12710支1481080第二天5支510支2610支4610支6710支8710支10810支12810610支2710支4710支6810支8810支10910支12910支15010807支710支2810支4810支6910支8910支11010支13010支15110808支810支2910支4910支7010支9010支11110支13110支1521080第三天9支910支3010支5010支7110支9110支11210支13210支153108032010支1010支3110支5110支7210支9210支11310支13310支154108011支1110支3210支5210支7310支9310支11410支13410支155108012支1210支3310支5310支7410支9410支11510支13510支1561080第四天13支1310支3410支5410支7510支9510支11610支13610支157108032014支1410支3510支5510支7610支9610支11710支13710支158108015支1510支3610支5610支7710支9710支11810支13810支159108016支1610支3710支5710支7810支9810支11910支13910支1601080第五天17支1710支3810支5810支7910支9910支12010支14010支161108036018支1810支3910支5910支8010支10010支12110支14110支162108019支1910支4010支6010支8110支10110支12210支14210支163108020支2010支4110支6110支8210支10210支12310支14310支164108021支2110支6210支10310支1441040（2）確定各管段的設(shè)計流量根據(jù)支管輪灌順序情況，布置地面支管。根據(jù)管道布置，設(shè)水源處為節(jié)點0，地埋管道按輸配水管道順序依次設(shè)節(jié)點A～K,地面支管按每小區(qū)起始工作位置設(shè)節(jié)點1～16，詳見布置圖。各管段的入口流量、管長、管段首末端高程詳見《水力計算表》。五、系統(tǒng)水力設(shè)計（1）地面支管設(shè)計選用薄壁鋁管，管徑為76mm，所有地面支管均由27節(jié)6m長鋁管組成，其中有10節(jié)鋁合金三通管，第一個三通管至給水栓的距離為9m。其后每隔12m（由2根鋁合金直管組成）設(shè)1根鋁合金三通管，支管末端為第10個鋁合金三通管，因此每條支管共長為171m。地面支管沿程水頭損失采用多口出流公式計算：hf=0.000875LQ1.761/d4.761Hf′=Fhf其中：Hf′——多口出流管道沿程水頭損失，m；F——多口系數(shù)；hf——鋁合金管最大流量不變之沿程水頭損失，m。F=（NF1+X-1）/（N+X-1）其中：N——出水口數(shù)目，個；X——第一個出水口到管進(jìn)口距離a0與出水口間距a的比值；F1——X=1時的多口系數(shù)。F1=1/（m+1）+1/（2N）+（m-1）1/2/（6N2）其中：m——流量系數(shù)，采用薄壁鋁管時m=1.77；查表可得，當(dāng)N=10，X=0.5時，F(xiàn)=0.382。局部水頭損失按hj=ξv2/2g計算。（2）輸水干管設(shè)計輸水干管選擇硬聚氯乙烯管（PVC），設(shè)計強(qiáng)度0.6Mpa。各管段的經(jīng)濟(jì)管徑由管道水力計算可得，詳見《噴灌水力計算表》。（3）管道系統(tǒng)各控制點壓力各管段節(jié)點自由水頭均大于30m，即300Kpa，滿足噴頭工作壓力。經(jīng)計算，管道系統(tǒng)各控制點自由水頭（出水壓力）、各管段選擇管徑詳見《噴灌水力計算表》。1.2.2滴灌工程典型設(shè)計一、作物需水量、灌溉制度計算（1）作物耗水強(qiáng)度計算根據(jù)自治區(qū)水利廳有關(guān)專家通過調(diào)查、試驗確定的某地區(qū)作物需水量ETc=1.6mm/d，則作物耗水強(qiáng)度為：Ea=ETc=0.75×1.6/0.85=5.824mm/d式中：Ea－－滴灌作物耗水強(qiáng)度，mm/d；Gc－－作物遮蔭率，取最小值0.75；ETc－－作物需水量，mm/d。滴灌的灌溉補充強(qiáng)度是指為了保證作物正常生長必須由滴灌提供的水量，取決于作物耗水量、降雨和土壤含水量等條件。本次設(shè)計為確保灌溉效果，設(shè)計將作物所消耗的水量全部由灌溉補充。即灌溉補充強(qiáng)度Ia=Ea。微灌水利用系數(shù)一般采用0.9～0.95。規(guī)范SL103－95規(guī)定，灌溉水利用系數(shù)滴灌應(yīng)不低于0.9，本次設(shè)計取0.9。（2）設(shè)計灌溉制度本次滴灌種植采用寬行密植棉花，膜寬1.15m，種植四行密植高產(chǎn)棉，行距30cm，株距15cm，每道膜下鋪設(shè)1條滴灌帶，每道膜間距35cm，即滴灌帶間距為1.45m。根據(jù)石河子市天業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的滴灌帶型號、特性，初步選擇流量為2.8L/h，滴頭間距0.3m，管徑16mm，每條滴灌帶鋪設(shè)長度為80m。1.151.150.30.30.31.45滴灌帶滴灌帶1、計算計劃土壤濕潤比ρwρw=×100%=0.0625×0.3×1.15÷（0.10×0.30）×100％=71.88％式中：ρw－－為土壤表層30cm處濕潤面積占作物種植面積的比（濕潤比）。Se－－滴頭間距，0.3m；W－－濕潤寬度，1.15m；Sp－－作物株距，0.10m；Sr－－作物行距，0.30m；Np－－每棵作物滴頭數(shù)，0.0625個（平均16株一個）。2、滴灌的設(shè)計灌水定額由下式計算：In=β（Fd-W0）Zρw/1000=35×（15-5）×0.5×71.88/1000=12.58mm式中：β－－為土壤中允許消耗的水量占土壤有效水量的比例，取35％。Fd－－土壤田間持水量（占土體積數(shù)），取15％。W0－－作物凋萎系數(shù)， 取5％。Z－－土壤計劃濕潤層深度，取0.5m。ρw－－土壤濕潤比。3、灌水周期是指在設(shè)計灌水定額和設(shè)計日耗水量條件下，能滿足作物需要，兩次灌水之間的最長時間間隔。T==12.58÷5.824=2.16d4、設(shè)計灌水周期設(shè)計灌水周期取1天，因為實際管理時灌溉周期并不影響整個系統(tǒng)的水力設(shè)計。5、一次灌水持續(xù)時間本工程采用單行毛管直線布置，滴頭均勻分布，則一次灌水持續(xù)時間t為：t==12.58×0.3×1.45÷（0.90×2.8）=2.17h采用補償式滴頭，滴頭平均流量為2.8L/S，流量偏差率±10％，工作水頭0.05～0.2Mpa.二、系統(tǒng)布置和毛管設(shè)計如滴灌工程布置圖，輸水主干管平行等高線布置，管段號為A-B、B-C、A-D、D-E；輸水干管垂直等高線每160m布置1道，共布置5道，長720m，管段號為C~9、B~18、A~27、D~36、E~45；分別在節(jié)點A、B、C、D、E、1、2、3、4……44、45接地面配水支管，沿輸水干管方向鋪設(shè)，每條配水支管長80m，分別為A-A′、B-B′、C-C′……1-1′、2-2′……44-44′、45-45′；毛管平行等高線沿配水支管兩側(cè)鋪設(shè)，每條毛管長80m。其中輸水主干管及輸水干管為地埋管道，管材選擇PVC管（硬聚氯乙烯塑管），配水支管（PE管）和毛管為地面管道。如下圖簡示：支管主管毛管毛管支管主管毛管毛管