农田水利学(喷灌系统)规划设计

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1、农田水利学管道喷灌系统课程设计 学校： 云南农业大学 学院：水利水电与建筑学院 指导老师： 教学班号： 一 班 专业： 水利水电工程 学号： 姓名： 农田水利学课程设计课程设计目的通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。具体要求1、管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基本要求与设计方法；2、掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；3、学会收集，分析，运用有关资料和数据；4、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。基本资料某实验果园，面积95亩，种

2、植苹果树共2544株，果树株距4m，行距6m，正值盛果期。园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。果园由道路分割成为4小区。详见1：2000果园规划图。该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最大供水量60m3/h，动水位距地面20m。该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mmd，灌水周期可取57天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5ms，且风向多变。该地冻土层深度0.6m。灌溉区域如下图所示：要求:（1）选择喷头型号和确定喷

3、头组合形式(包括验核组合平均喷灌强度（）是否小于土壤允许喷灌强度（）；（2）布置干、支管道系统(包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足喷灌技术规范的要求，下称规范)；（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮灌工作制度；（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。(5) 水泵和动力选型。1、喷灌选型与总体规划1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则资料收集: 1、地形：地面平坦 2、土壤：砂壤土冻土层深0.6m 3、作物：苹果树园林,正值盛果期4、水源：机井，果园南部井水，最大供水量为, 水位距地。5、气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s，风向多变6、种植面积95亩，果

4、树2544株，株距4m，行距6m，园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。社会经济条件：果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力供应不足;系统选型：工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型：1、 水源类型位置； 2、 地形地貌 ；3、 地块形状； 4、 土壤地质；5、 降水量灌溉区风速 ；6、 风向； 7、 对象； 8、 社会经济条件； 9、 生产管理体制； 10、 劳动力状况及使用者素质等情况。 由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高。灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采

5、用固定使得喷灌系统。喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不应低于85。灌溉试验资料：该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田间持水率为（占容重，下同），凋萎系数为田间持水率的60。在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为。2.规划和设计2.1喷头选择和组合间距喷头的选择包括喷头型号 ，喷嘴直径和工作压力的选择 。在选定喷头之后 ，喷头的流量 ，射程等性能参数也就随之确定 。按照国家标准GB85-85喷灌工程技术规范规定 ，选择喷头和确定间距的具体原则:（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值 。在本设计中喷头的组喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。各类土壤的允许喷灌强度如下表：土壤

6、类别允许喷灌强度（mm/h）砂土20砂壤土15壤土12壤粘土10粘土8注：有良好覆盖时，表中数值可提高20。对本灌区取p=15mm/h。（2）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75，但对行喷式喷灌系统，不应低于85。对本灌区取喷灌均匀系数为80（3）果树雾化指标取值范围在30004000，在选择喷头时作为依据 ，选择满足作物要求雾化指标的喷头。雾化指标如下表：种类pd值蔬菜及花卉40005000粮食作物、经济作物及果树30004000牧草、饲料作物、草坪及绿化林木20003000注： p为喷头工作压力水头； d为喷头主喷嘴直径。（4）喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。无实测资料时，可根据气候

7、条件在下列数值范围内选取： 风速低于34米秒，0809； 风速为3454米秒，0708。 注：湿润地区取大值，干旱地区取小值。对本灌区取=0.82.2喷头的选择 由于本灌区多年平均风速为，相对较大，运行方式为多支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。根据作物对雾化指标的要求，由喷灌技术规范选取金属摇臂式喷头，参数如下表所示：型号接头形式及尺寸工作压力喷头流量喷头直径射程m喷灌强度（mm/h）3002.96820.03.132.3确定组合及间距该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷头组合形式为正方形,支管间距、喷头间距选取见表：喷头

8、组合喷头间距设计风速m/s垂直风向a平行风向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： 为喷头射程； 在每一档风速中可按内插法取值； 在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏的数值； 表中风速是指地面以上10米高处的风速。确定喷头组合间距,由V=2.5m/s,又R=20m当v1=1.6m/s时,a1=1.0R=1.020=20m当v2=3.4m/s时,a2=0.8R=0.820=16m所以(所以a=b=18mA有效=ab=1818=324m22.4校核1）雾化程度按式：计算式中：为喷头工作压力,为喷嘴

9、直径8mm；值越大，说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中选的喷头， 对于果树，值控制在30004000，所以所选喷头满足雾化指标要求。2）喷灌强度喷灌强度小于15mm/h，满足。已知： ，式中： 多支管多喷头的同时喷洒; ； 喷头的喷水量 喷灌水的有效利用系数；在全圆转动时一个喷头的湿润面积；喷灌系统的平均喷灌强度2.5灌溉制度1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm，则：m设0.19001.42（30-18）=15.34mm2、计算灌水周期T设= 取T设3天 3、计算一次灌水所需时间 ，取4、计算同时工作的喷头数又设计日净喷时间宜符合下列规定： 固定管道式喷灌

10、系统，不宜少于12小时；半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时； 移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于8小时； 行喷式喷灌系统，不宜少于16小时。因此，选c=12.5h流量校核：/h水源满足供给5、轮灌组数为：n1= T设*c/t=312.5/2.5=15（组）式中：同时工作的喷头数；天中喷灌系统的有效工作小时数， 取12.5；6、同时工作的支管数为:为同时工作的支管n为一根支管喷头数,n=4该灌区的管网配置如下图: 工作制度如下表：轮灌顺序支管号同时工作喷头数每日工作的喷头数第一天第一组1-1,1-2,1-3,1-11支管1364第二组1-4,1-5,1-6,1-7支管13第三组1-8,

11、1-9,1-10支管12第四组1-12,2-10,2-11,2-12支管13第五组2-6,2-7,2-8,2-9,2-10支管13第二天第一组2-3,2-4,2-5,2-6支管1253第二组4-9,4-10,4-11,4-12支管12第三组4-4,4-5,4-6,4-7,4-8支管12第四组4-1,4-2,4-3支管9第五组2-1,2-2支管8第三天第一组3-1,3-2,3-3支管1243第二组3-4,3-5,3-6支管9第三组3-7,3-8,3-9支管12第四组3-10，3-11,3-12支管10管道设计及水力计算干支管选择硬塑料管,竖管选用DN32钢管3、扬程的确定3.1 选择支管管径考虑

12、多口流，多口流系数选取如下表：Nm=1.77X=1X=0.520.6480.53030.5440.45340.4950.42350.4670.40860.4480.398,数值表管材b混凝土管钢筋混凝土管 5.335.33钢管、铁铸管5.1硬塑料管4.77铝质管及铝合金管 4.74由上表及管道具体情况得F=0.423,m=1.77，f=0.948105，b=4.77对于支管Fhf+z0.2hp，又则：0.4230.948105 6311.841.77/d4.77 0.230 d55mm式中：管道内径； 喷灌系数设计流量。z=0喷灌手册选取D=63mm，内径d=58mm的硬塑料管干管管径选择（由

13、喷灌工程学查得经验公式）：时，；时，。=nq喷头 =132.96=38.48m3/h所以干管管径 根据喷灌设计手册选管径，壁厚为,实际内径为的硬塑料 管。比阻值s0=2.37510-53.2 计算水头损失:1、干管的沿程水头损失为：2、计算典型支管沿程水头损失：3、计算干管局部水头损失： 4、计算支管水头损失： 5，计算竖管水头损失：竖管选用DN32钢管，内径为，竖管计算长度为3.0m则一根竖管水头损失为：6,计算喷头水头损失又 所以扬程的确定已知喷头工作压力为hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取管道埋深为0.7m。水泵的设计扬程式中：为水位距地的距离； 为喷头的压力； 为地势的高

14、差；即水泵的设计扬程为56.44m。水泵的选型及动力配套省略。4、设备用量与材料细表表1 管材设备序号名称单位数量型号备注1干管m300硬质塑料管PVC外径110mm内径103mm2支管m2424硬质塑料管PVC外径63mm内径58mm3竖管m480DN32钢管内径28mm表2 喷头型号接头式及尺寸工作压力喷头流量喷头直径射程m喷灌强度（mm/h）3002.96820.03.13表3 接头名称型号数量（个）备注三通接头三承三通1总干管与干管连接2干管与分干管连接四通接头三承四通24分干管与支管连接接头弯管接头162用于支管与竖管连接和水泵进出口处卡套式接头-用于各管长不足时，连接两管表4 闸阀

15、名称型号数量(个)性能参数备注调节阀ZZYP型-自力式压力调节阀|48公称通径DN=200mm公称压力PN=1.6Mpa安装于干管与支管连接处，主要调节支管压力逆止阀内螺纹止回阀1止回阀公称压力PN1.0MPa 公称通径DN120mm安装于水泵出水口处，防止水回流或者水锤想象闸阀弹性座封闸阀52工作温度 -29425安装于总干管与干，干管与分干管，分干管与支管接头处，控制各管道水流表5 其它设备名称数量备注堵头54安装在干管、分干管、支管尾部排水井在分干管末端压力表4安装于分干管首部水表安装于总干管首部5、水泵和动力选型省略主要参考文献1、郭元裕主编，农田水利学，中国水利水电出版社，1997年2、华东水利学院主编，水工设计手册（8），水电出版社，1984年 3、魏永曜、林性粹编，农业供水工程，水利电力出版社，1992年4、喷灌工程设计手册编写组，喷灌工程设计手册，水利电力出版社，1989年5、傅琳、董文楚、郑耀泉编著，微灌工程技术指南，水利电力出版社，1988年 17 / 17