《低壓管道灌溉水力計算案例》4300字（論文）

低壓管道灌溉水力計算案例目錄TOC\o"1-2"\h\u27644低壓管道灌溉水力計算案例 1226391.1設(shè)計參數(shù)確定 1205271.1.1灌溉設(shè)計保證率 1238961.1.2田間水利用系數(shù) 155191.1.3灌溉水利用系數(shù) 1222781.2灌水器和工作制度確定 2309031.3灌溉制度確定 2133341.3.1設(shè)計灌水定額 2267721.3.2設(shè)計灌水周期 3326301.3.3一次灌水的延續(xù)時間 495191.4管材及其附件 578311.5管道管徑 6137151.5.1設(shè)計流量 6241171.5.2管道設(shè)計流速 6302111.5.3干、支管管徑確定 6107961.5.4管道水力計算 7186651.6管網(wǎng)布置 8289861.6.1管網(wǎng)的布置原則 820751.6.2管線的布置 91.1設(shè)計參數(shù)確定1.1.1灌溉設(shè)計保證率農(nóng)田灌溉設(shè)計保證率是管道灌溉工程的重要指標(biāo)，應(yīng)該根據(jù)灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和自然環(huán)境確定，設(shè)計保證率應(yīng)高于70%。在本次設(shè)計中，灌溉設(shè)計保證率取80%。即表示在100年中大約有80年是滿足設(shè)計灌水要求的。1.1.2田間水利用系數(shù)由《農(nóng)田低壓管道規(guī)范》中對低壓管道輸水灌溉灌區(qū)的規(guī)定，低壓管道灌區(qū)需要滿足灌水方法合適、田間工程設(shè)施齊全、灌水定額滿足作物的水分需求，其田間水利用系數(shù)設(shè)計值在非干旱區(qū)應(yīng)不小于0.90。本次設(shè)計的田間水利用系數(shù)：取0.95。1.1.3灌溉水利用系數(shù)管道灌溉比渠道灌溉要節(jié)水，原因是管道灌溉的灌溉水利用系數(shù)比渠道的灌溉水利用系數(shù)高。從水源處到最后各級給水栓，其中的水頭損失，一大部分是由滲漏損失、蒸散發(fā)損失組成的，由《農(nóng)田低壓管道規(guī)范》中的規(guī)定，灌溉水利用系數(shù)不宜小于0.80。所以本次設(shè)計中擬取灌溉水利用系數(shù)0.85。1.2灌水器和工作制度確定本設(shè)計灌水器選擇給水栓，直接向田面提供壓力水源。在本項目中，灌水器采用給水栓，工作壓力控制在1.00m左右，灌水器的口徑為De32，給水栓每個的控制流量為6m3/h，每個給水栓可支持4畝完成灌溉工作。本項目灌區(qū)總面積為350畝，初步計算得到給水栓的數(shù)量應(yīng)該為88個。由于給水栓工作時受到的壓力較大，所以需要C20混凝土對給水栓進(jìn)行固定，同時給水栓兩側(cè)還需配置泄水閥、控制閥配合給水栓工作。為保證在灌水周期內(nèi)作物適時適量地獲得水分，必須制度一個合理的灌溉工作制度。灌溉工作制度主要是確定輪灌分組和輪灌順序。項目區(qū)位于建德市澤盛街道灌區(qū)，該灌區(qū)是盆地地形，地勢較為平坦，由于整個灌區(qū)都種植果樹所以需水量較大，如果采用續(xù)灌，則可能需要比較大的管徑不經(jīng)濟(jì)，所以本項目采用輪灌的方式。1.3灌溉制度確定1.3.1設(shè)計灌水定額本文中的設(shè)計灌水定額可用下列公式計算：上式中：m——灌水定額（mm）；γ——容重（g/cm3）；h——土壤濕潤層深（cm）；β1——適宜土壤含水量上限（%）；β2——適宜土壤含水量下限（%）；η——灌溉水利用系數(shù)。由上可知：澤盛街道灌區(qū)計劃土壤層深度h=40cm；澤盛街道灌區(qū)田間持水率β田=25%；澤盛街道灌區(qū)適宜土壤含水率的上限β1=21.25%；澤盛街道灌區(qū)適宜土壤含水率的下限β2=17.5%；澤盛街道灌區(qū)水利用系數(shù)η=0.85；澤盛街道灌區(qū)土壤干容重γ=1.25g/cm3。所以本次設(shè)計的灌水定額為：1.3.2設(shè)計灌水周期設(shè)計灌水周期與種植植株種類、灌溉面積、農(nóng)技農(nóng)藝等因素相關(guān)，設(shè)計灌水周期可按照下面這個經(jīng)驗公式計算：上式中：T——灌水周期（d）；Ia——耗水強(qiáng)度（mm/d）。由上文資料可得：Ia=6mm/d；η=0.85；m=22.06；計算可知灌水周期：綜上，設(shè)計灌水周期取3天較為合適1.3.3一次灌水的延續(xù)時間灌水延續(xù)時間的設(shè)計會根據(jù)灌區(qū)面積、灌區(qū)灌溉設(shè)施等不同而有所差異，本次設(shè)計的灌區(qū)屬于小型灌區(qū)，一般根據(jù)下面這個公式計算：式子中：A0——澤盛街道灌區(qū)單口控制面積（畝）；q0——澤盛街道灌區(qū)灌水器單口流量（m3/h）；tn——澤盛街道一次灌水的延續(xù)時間（h）。根據(jù)實際情況，給水栓大致每4畝布置1個，每個給水栓流量為6m3/h根據(jù)上述資料得：A0=4畝；q0=6m3/h；m=22.06mm因為1m3/畝=1.5mm經(jīng)換算可得m=22.06mm=11.7m3/畝由此可得本項目一次灌水延續(xù)時間：1.3.4輪灌組數(shù)根據(jù)上文確定的一次灌水延續(xù)時間，可由下面這個公式計算出輪灌組數(shù)：N≤int[Th×T/tn]上式中：N——建德市澤盛街道灌區(qū)設(shè)計總輪灌組數(shù)（個）；Th——建德市澤盛街道灌區(qū)設(shè)計輪灌制度日運(yùn)行時長，一般在14~18h內(nèi)取；tn——建德市澤盛街道灌區(qū)設(shè)計一次灌水的延續(xù)時間（h）；T——建德市澤盛街道灌區(qū)設(shè)計灌水周期（d）。int[]—取整數(shù)符號。由上文計算可得：T=3d；tn=9.8h；Th=14h。計算可得輪灌組：N≤4組。根據(jù)實際情況?。篘=4組。通過上文的計算可以初步確定本次設(shè)計采用輪灌，計劃3d灌完1～4輪灌組，詳細(xì)的輪灌制度見下表4-1所示。表4-1輪灌制度時間輪灌組輪灌組中支管工作時間（h）第一天第一組1、13、259.8h第二組2、14、261.2h第三組3、15、270h第四組4、16、280h第二天第一組5、178.4h第二組6、185.6h第三組7、190h第四組8、200h第三天第一組9、210h第二組10、220h第三組11、231.4h第四組12、249.8h注：根據(jù)實際灌水周期增減天數(shù)。1.4管材及其附件管材是低壓管道灌溉系統(tǒng)的主要組成部分，控制管材的投資就可以控制整個工程的投資。因此，選擇經(jīng)濟(jì)、耐用、高效的管材是非常重要的。目前市面上主要的固定管道管材有兩種：水泥制品管和塑料硬管。水泥制品管在我國發(fā)展管灌初期應(yīng)用廣泛，但是近年來隨著塑料硬管的發(fā)展，管灌的主要材料開始轉(zhuǎn)變成塑料硬管。下表4-2是兩種管材的使用條件和優(yōu)缺點(diǎn)對比分析。表4-2各類管材適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)對比管材類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件水泥制品管價格低可塑性差、適應(yīng)性差平原地區(qū)塑料硬管抗腐蝕性好，適應(yīng)性強(qiáng)價格低連接時需要動力和機(jī)械設(shè)備丘陵區(qū)結(jié)合上表分析，在本次澤盛街道灌區(qū)設(shè)計中宜采用塑料硬管。管材選擇塑料硬管中的PE管。1.5管道管徑1.5.1設(shè)計流量本項目灌區(qū)灌溉面積350畝，m=11.7m3/畝，故ma=5145畝。取一次灌水延續(xù)時間9.8h，設(shè)計3d灌完，則Q=175m3/h。1.5.2管道設(shè)計流速適宜的流速對管徑的選擇有很大影響，目前低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的流速依賴經(jīng)驗選取，一般多控制在0.5~1.5m/s之間，在滿足不沖、不淤情況下確定。本文管道采用的是PE管，通常其正常工作的流速在1.0~1.5m/s之間，由于采用分級灌溉，干支管流速不同，在干管中常取其經(jīng)濟(jì)流速1.5m/s，而在支管中常取其經(jīng)濟(jì)流速1.0m/s。1.5.3干、支管管徑確定經(jīng)濟(jì)管徑計算公式：上式中：Q——為管道設(shè)計流量；V——為管道設(shè)計流速。由上可知：Q=175m3/h，V=1.5m/s。計算得=122.1mm查閱管道管徑標(biāo)準(zhǔn)后管道干管選用De140PE管。根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，管道設(shè)計流量必須滿足作物需水量，由支管上給水栓的布置形式可知，每條支管上給水栓數(shù)量應(yīng)小于等于4個，以最不利流量計算，管道設(shè)計流量為24m3/h，那么支管管徑的理論值為：=55.4mm綜上所述，支管宜選用De63PE管1.5.4管道水力計算（1）管材工作壓力：本設(shè)計采用PE管，其工作壓力為1.0Mpa（2）沿程水頭損失按下面這個公式計算：上式中：——澤盛街道灌區(qū)設(shè)計干管沿程水頭損失（m）；——澤盛街道灌區(qū)管道長度（m）；——澤盛街道灌區(qū)沿程水頭損失摩阻系數(shù)；——澤盛街道灌區(qū)管道流量（m3/h）；——澤盛街道灌區(qū)管道流量指數(shù)；——澤盛街道灌區(qū)管道管徑（mm）；——澤盛街道灌區(qū)管道管徑指數(shù)。查閱參數(shù)表可知管材的f、m、b的數(shù)據(jù)：f=0.948x105，m=1.77m，b=1.77本設(shè)計采用分級灌溉管道回路較多，采用分析主要水頭損失的方法來初步確定干管的沿程水頭損失。根據(jù)管網(wǎng)布置情況，找出了最不利情況是管道總長度688m，通過查閱PE管道的規(guī)格，得到的De140管道，內(nèi)徑123.4mm，由公式計算可得：管道的局部水頭損失本設(shè)計中的局部水頭損失是由干管、分干管、支管交匯處，流速與邊界發(fā)生變化產(chǎn)生的水頭損失，計算公式如下：上式中：——澤盛街道灌區(qū)管道局部水頭損失（m）；——澤盛街道灌區(qū)管道局部水頭損失系數(shù)；——澤盛街道灌區(qū)管道中的流速（m3/s）；——重力加速度，為9.80m/s2。在對局部水頭損失計算中，往往由于管道局部水頭損失系數(shù)的確定而產(chǎn)生較大的誤差，因為管道局部水頭損失系數(shù)和許多因素都相關(guān)。為了減小誤差，根據(jù)經(jīng)驗，一般來說局部水頭損失為沿程水頭損失的10%～15%，本設(shè)計采用較高標(biāo)準(zhǔn)所以取在本次設(shè)計中取?？傻茫?9.6m。（4）自壓校核為判斷該自壓式低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)是否滿足其正常工作的壓力，需要根據(jù)地形落差和總水頭損失比較分析進(jìn)行自壓校核。通過上面的計算可知該系統(tǒng)的總水頭損失為73.58m，而本設(shè)計的設(shè)計水源高程為8.1m，管道輸水系統(tǒng)的最低處高程為7.9m，可以判斷出本設(shè)計需設(shè)計水泵提水，靠自流無法滿足正常工作灌溉需求。1.6管網(wǎng)布置1.6.1管網(wǎng)的布置原則（1）管網(wǎng)的布置需要考慮多方面，例如管網(wǎng)的投資費(fèi)用，管網(wǎng)的總水頭損失，管網(wǎng)后期的管理運(yùn)行便利程度、灌區(qū)道路規(guī)劃、行政區(qū)劃等問題。使線路盡量短、控制面積盡量大；（2）管網(wǎng)的布置原則需要根據(jù)項目區(qū)當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，通常管網(wǎng)的布置在平原地區(qū)和山區(qū)丘陵地區(qū)不同。按照管網(wǎng)的幾種不同布置形式的特點(diǎn)分別適合于不同的地形條件，在平原地區(qū)由于地勢平緩，可以采用環(huán)狀封閉式管網(wǎng)，該方法可以提高土地的利用率，方便大規(guī)模工程建設(shè)，同時還可以在支管的兩側(cè)進(jìn)行設(shè)置充分提高了田間水灌溉系數(shù)。但是由于環(huán)狀封閉式管網(wǎng)對高差的變化比較敏感，稍有變化，管網(wǎng)布置形式就發(fā)生嚴(yán)重的變化，所以一般在山區(qū)丘陵盆地地區(qū)通常采用的是對地形適應(yīng)性較高的樹枝狀管網(wǎng)，其主要管道沿山脊布置，以減少管道起伏。（3）管網(wǎng)的入口處的設(shè)計壓力和流量，需要滿足整個管道灌溉系統(tǒng)的設(shè)計流量同時還應(yīng)與分水管進(jìn)口所需的設(shè)計壓力相符合；（4）輸配水管網(wǎng)各級管道進(jìn)口處必須設(shè)置控制閥，并安裝相應(yīng)的壓力和流量的調(diào)節(jié)裝置。在分水口較多處應(yīng)每隔2~5個分水口安設(shè)一個泄水閥。根據(jù)實際情況，盡可能簡化，控制管道最大效率化；（5）盡量節(jié)省施工材料，爭取做到雙向控制；（6）避免過大的土方開挖與回填；（7）將系統(tǒng)分塊分區(qū)管理，是整個系統(tǒng)既可以整體工作，也可以部分獨(dú)立工作。1.6.2管線的布置管線布置是一個動態(tài)的規(guī)劃問題，如何布置好管線決定了灌溉的效率，土地的利用率，是發(fā)展高效節(jié)水灌溉中重要的一環(huán)。在管道灌溉水源確定后，首部樞紐的位置要盡可能地布置在灌區(qū)中心處。還要對灌區(qū)進(jìn)行校核，確定管道的工作壓力是否滿足管道最不利處的壓力，不滿足則需要建設(shè)泵站提水。在本設(shè)計中，入水口處布置在整個灌區(qū)高程的最高點(diǎn)，需要在河流旁建設(shè)泵站。本設(shè)計的初步布置形式在灌區(qū)實測地形圖中展示，詳見附圖3項目區(qū)管網(wǎng)布置圖。本設(shè)計中的建德市澤盛街道灌區(qū)地勢較低，無法靠自流進(jìn)行灌溉，需要泵站提水，因此選用樹狀管網(wǎng)布置形式，采用樹狀管網(wǎng)布置形式可以充分解決地形對管灌限制的問題，而且由于樹狀管網(wǎng)布置的靈活性比較高，相比其他的管網(wǎng)布置形式可以節(jié)省很多材料。項目區(qū)管網(wǎng)設(shè)計布置如下所述：首先確定干管的布置形式應(yīng)為在項目區(qū)中線處，在根據(jù)項目區(qū)的形狀具體確定干管、分干管、支管的數(shù)量。本設(shè)計充分結(jié)合了項目區(qū)的形狀設(shè)計出了一條干管、28條支管、一條連接泵站干管，其中干管長度為600m管材采用De140