灌溉工程设计

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1、目录第二章喷灌和微灌工程设计3第一节喷灌和微灌工程设计概述3一、工程设计原则及步骤.3二、工程设计的内容3三、喷灌和微灌系统的组成及特点5四、灌溉设计标准和灌溉制度确定8第二节喷灌和微灌系统管道布置和选型9一、田间管道系统布置的原则9二、影响田间管道系统布置的主要因素10三、田间管道系统的布置形式10第三节管道水力学基础11一、水力学的基本概念11二、水力学在节水灌溉中的应用13第四节喷灌工程设计要点22一、喷头选型和组合间距2227KW二、管道系统设计和管道水力计算29四、喷灌工作制度32第五节微灌工程设计35一、微灌工程设计的技术参数35二、微灌系统的组成40三、微灌系统的布置43四、微灌

2、系统工作制度与轮灌组确定46五微灌水力计算47第二章第二章喷灌和微灌工程设计第一节喷灌和微灌工程设计概述一、工程设计原则及步骤1. 工程的设计原则（1）工程设计应与规划相一致。（2）严格按照节水灌溉有关规范、标准进行。（3）根据实际情况，因地制宜，保质、经济。（4）满足施工深度要求。工程设计主要为施工服务，强调全面、细致、准确，内容应具体化。2. 工程设计的步骤一般如下（1）了解规划的内容，掌握设计的原则、方案和总体布局。（2）搜集基本资料，在规划设计的基础上，根据技术设计的要求提出需要补充搜集或提供更详细资料的清单。（3）准备设计依据，包括文件、合同、标准、规范、设计手册等。（4）设计计算。

3、包括灌溉制度、喷头选型及校核、系统布置、管道选型、水力计算、水泵选型、系统结构设计、预算和经济分析等。（5）绘制设计图纸。（6）形成设计文件，设计审核、批准。二、工程设计的内容工程设计的内容主要包括设计说明书、设计图纸、设计预算书等三部分。当工程规模较小时，可以将设计说明书和设计预算书合并。（一）设计说明书设计说明书应将技术设计的内容、设计依据的规范或标准、计算方法、计算公式及计算结果等设计步骤逐项阐述清楚。它是解读设计图纸的文字说明和审查预算书是否合理的依据。设计说明书主要包括以下内容。1. 基本资料。2. 设计依据。3. 系统选型和布局。4. 拟定作物灌溉制度、计算灌溉用水量。5水源分析与

4、水源工程设计。6. 系统分区、分级、出水口和灌水器的布置。灌水器选型与组合。7. 管材与管径的选择。8拟订系统工作制度。给出有关各项数据，进行轮灌编组、安排轮灌顺序。9. 系统结构设计。10. 系统设计流量和设计扬程的确定，水泵及动力机选配，各级管道的压力校核。11. 技术经济分析。12.施工和运行管理要点。在设计说明书中，还要对施工及运行管理提出必要的要求，阐明有关注意事项。（二）设计图纸提交的设计图纸应包括系统平面布置图、管道纵剖面图、管道系统结构示意图、工程建筑物设计图等。1. 系统平面布置图。比例尺不小于1/2000。图中应标明灌区边界及内部分区线，水源、水源工程及泵站的位置，输电线路

5、的位置和走向，各级管道及灌水器的位置，各类闸阀、给水栓以及其它附属设施的位置，还应标明管道的名称及编号，见图2-1。支300圃8支81支10厂支61E3取水枢纽8河,-1二T!二支31支1_支60|干=干支82-|图2-1系统平面布置图2. 管道纵剖面图。管道纵剖面图应绘出地面线、管底线，标出各种管件（如阀门、三通、四通、异径管等）和镇墩的位置。底栏应包括桩号、地面高程、挖深、纵坡和管径等。管道剖面图的纵横比例尺一般不同，见图2-2。3. 管道系统结构示意图。以透视图形式绘出固定管道系统的结构示意图，标出各段管道的材质、长度、管径及各种管件的规格型号，见图2-3。4. 工程建筑物设计图。包括泵

6、站平面图、立面图、电气主结构图，以及蓄水池、工作池、阀门井、泄水井、镇墩的设计图等。102-101-100-99-98-地面线管底线桩号地面咼程管底咼程挖深图22管道纵剖面示意图150X75150X150150X90200150200X90PVC管150X75丄p150100=PVC管75X3821150X75=-=-1=18图2-3管道系统结构示意图（三）概预算书对于大中型工程，需要单独编制概预算书，概预算书包括编制说明、设计概算表和附件三部分构成，具体见后面的内容。三、喷灌和微灌系统的组成及特点（一）喷灌和微灌系统组成及对比喷灌和微灌系统在组成上一般都由水泵和动力机、首部枢纽、管道系统和灌

7、水器等四大部分组成，但是在系统过滤方式、系统压力等级、灌水方式、灌水器等方面均有所不同因此喷灌和微灌在设计参数的选用上是不一样的，具体见表2-1。表2-1喷灌和微灌设计参数对比喷灌微喷灌滴灌灌水器工作压力200kPa7m/遮荫率/VV湿润比/丁（部分）V均匀度0.750.80.8灌水器材料金属、塑料塑料塑料（二）喷灌的特点及分类喷灌是喷洒灌溉的简称、它是借助一套专门设备将具有压力的水喷到空中，散成水滴降落田间，供给作物水分的一种先进的灌溉方法。喷灌的特点如下：优点：节水、增产、灌水均匀、适应性强，节省耕地和劳力。缺点：蒸发损失大（漂移损失）、能耗大（尤其对高压喷头）、土壤底层可能湿润不足。投资

8、较高、技术较复杂。1. 按系统的设备组成分类（1）管道式喷灌系统水源、喷灌用水泵与各喷头间由一级或数级压力管道连接，由于管道是这类系统中设备的主要组成部分，故称管道式喷灌系统。根据管道的可移动程度，又分为固定管道式喷灌系统、半固定管道式喷灌系统和移动管道式喷灌系统。（2）机组式喷灌系统使用厂家成套生产的喷灌机（组）的喷灌系统，称为机组式喷灌系统。机组式喷灌系统又分为定喷机组式喷灌系统和行喷机组式喷灌系统。2. 按系统的喷洒特征分类（1）定喷式喷灌系统喷水时喷头位置相对地面不动，如各类管道式喷灌系统和定喷机组式喷灌系统。（2）行喷式喷灌系统喷头在行走移动过程中进行喷洒作业，如中心支轴式、平移式等

9、行喷式喷灌系统。3. 各类喷灌系统优缺点及结构特征见表2-2（三）微灌的特点和分类微灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量，均匀、准确的直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌溉方法。微灌有全面湿润灌溉和局部湿润灌溉两种方式。微灌的特点是：优点：节水、增产、灌水均匀、适应性强，节省耕地和劳力。相比喷灌较节能。缺点：微灌易堵塞、可能会限制根系发展。投资高、技术复杂。局部返盐。1. 根据灌溉季节配水管道是否移动，微灌一般可以分为3种形式：固定式微灌系统：在整个灌溉季节，系统各个组成部分都是固定不动的。投资较高。半固定式微灌系统

10、：首部及干支管是固定的。移动式微灌系统：系统的各组成部分都可以移动。投资低、管理比较麻烦。2按出流形式，微灌系统可以分：滴灌（流量212L/h）、微喷灌（流量20250L/h）、小管出流灌（流量80250L/h）、渗灌（流量23L/h）、喷水带等形式。3.按是否全面湿润分为：全面湿润灌溉，局部湿润灌溉。表2-2各类喷灌系统优缺点及结构特征类型亩投资优点缺点结构特征适用条件省地、效率高，用料多、投资管道投资占灌水频繁，经济800易管理、便于自大，设备利用率7080%，支管价值高的蔬菜和动化，运行成本低，竖管对机耕耗用量一般25经济作物，也适用1200兀低，喷洒质量高有影响35m/亩，方块田于城市

11、园林、绿约20m/亩地、运动场支管重复使人工移管不方支管喷头可最适宜矮杆大用，降低投资，便，尤其是粘重移，干管固定，田粮食作物，其它300操作较方便，省土壤，而且易损管道投资占50适用面也较宽，但500元地，效率高，喷坏庄稼60%，平均亩管对高杆作物、果园洒质量较好道用量支管23m，干管13m不适用设备利用率干管、支管需管道全部可适于一套设备咼，投资少、占拆卸、搬移，劳移，管道投资占多井喷灌，尤其适200地少、喷洒质量动强度大，效率5055%，平均于不稳定的河滩500元较好较低，易损坏庄亩用支管1地灌溉和不易地稼3m，干管12m埋管道的高寒地区一次投资少，机组移动稍4hp24hp,结零星分散土

12、地、定小100使用灵活，结构难，喷洒质量较构简单，多为人分散小水源、家庭型机组150元简单，便于综合差，机组保有率工或拖拉机移动果园、菜园、集雨喷利用低，控制面积小和水窖节水灌溉式滚移式、端拖式、悬臂式投资较少，结机组移动不结构简单，多有一定技术条机200构较简单便，维修有一定为拖拉机移动件、集中使用，多组500元难度，机组保有率低，国内产品技术不大成熟用于大田作物喷洒质量最结构复杂、耗支管以中心支地形平坦、连片中心支好，抗风干扰较用钢材多，一次轴为圆心旋转或的大块土地（500行轴式、400强，效率高、劳投入稍大，技术以中心支架为准亩以上），适用于喷600元动强度小，自动条件要求高，坡平移，喷

13、头直接技术条件、经济条式平移式化程度高，操作大于7时行走布置在支管上，件较好的大型农方便有困难支管边移边喷场机结构较为简入机压力要求拖拉机移动，最适于甘蔗地，组500单，定位工作时较高（0.6喷头小车边走边也适合牧草等喷式800元劳动强度小0.9Mpa),机组移喷,支管为PE半灌位困难软管表中亩投资是按2000年价格计算，仅供参考。其中的优缺点也是相对的。（四）喷灌和微灌系统压力规划喷微灌系统压力规划的目标是：力求系统压力均衡，确保灌溉质量和节约能源。喷微灌系统压力规划要综合考虑水源水位、灌区地面高程变化、地块分布、输水距离，以及可供选择的设备规格等因素，必要时做出压力分区。划分压力区时，应根

14、据地形、压力和面积大小，灌水器产品的类型，管理、投资等具体条件，综合考虑，合理确定，一般应注意以下两点：（1）既保证各压力区能按设计压力灌水，又能经济合理。（2）压力区的设计压力，应与现有灌水器系列产品的性能要求相一致，以便于配套。对于微灌系统通常采用在支管入口或支管上安装减压设施来调节压力，分区可以适当减少。1. 机压灌溉系统中压力均衡在机压灌溉系统中，当管道系统较长或地面高差较大时，近处和远处（或低处和高处）的灌水器的工作压力相差悬殊，这样不仅难于保证各处出水量的一致，而且常使水泵不能在高效区运行。对于这种情况在规划设计中可采用以下改进措施：（1）在安排轮灌时，增加近处（或低处）的同时工作

15、灌水器，减少远处（或高处）的同时工作的灌水器，以变动流量来使压力趋于一致。但这种流量的调节必须在水泵的高效范围之内，因此是有限度的。（2）按地形的变化分区选用不同工作压力的灌水器，即高处用工作压力低的灌水器，低处用工作压力高的灌水器，但从便于管理的角度出发，这种压力分区一般不宜超过23个。（3）在采用上述两种方法仍不能获得满意的效果时，可根据地形和压力变化情况采用水泵串联或选用几台扬程不同的水泵，以便分区施加不同的压力。也可考虑按地形变化分区建立加压泵站。2. 自压灌溉系统中压力区的划分在自压灌溉系统中，管内水压随地形由上往下逐渐增大。在面积大、管道长、落差大的灌区，上部与下部压力往往相差很大

16、。如全灌区仅按一种灌水器压力规划设计，很难达到较好的效果。如全部选用压力小的灌水器，虽然可扩大上部自压灌溉面积，但下部水头利用不充分，剩余水头大，灌溉效率低。如全部选用压力大的灌水器，自然水头可得到较充分的利用，灌溉效率高，但上部有一部分面积不能自压灌溉，受益面积小。因此，为了充分利用自然水头，扩大自压灌溉效益，应根据压力随地形变化特点，按压力大小进行分区，并分别选配灌水器。当管道内压力超出管道、灌水器等设备所能承受的压力时，应采取减压措施。四、灌溉设计标准和灌溉制度确定1喷灌和微灌系统的设计保证率一般不应低于85%。2作物日耗水量确定。见前面内容，表1-9。一般按最大日耗水量作为设计依据。3

17、设计灌水定额：m=0.1yH（，）（21）12或m=0.1H（，）（22）12式中：m设计灌水定额（mm）；Y土壤干容重（g/cm3）；H计划湿润层深层（cm）,般大田作物可取为4060cm,蔬菜2030cm,果树80100cm；0、01分别为以干土重和以土体积表示的适宜土壤含水量上限，一般取为田间持水量的80100；02、02分别为以干土重和以土体积表示的适宜土壤含水量下限，一般取为田间持水量的6080；灌水定额除以水层深度（mm）表示外，还常以单位面积的水体积（m3/亩）表示，两者的关系是：3mm=2m3/亩。4设计灌水周期23）Ep式中：T设计灌水周期（d）；m设计灌水定额（mm）；Ep

18、作物日需水量（mm/d）,取符合设计保证率的代表年灌水临界期的平均日需水量。5设计流量当灌区只种植一种作物时，根据设计灌水定额和设计灌水周期按下式计算设计流量：m，AEAQ=7(24)jt，T耳t耳25)式中：Qj、Qm系统设计净流量和毛流量（m3/h）；m设计灌水定额（m3/亩）；A灌溉面积（亩）T设计灌水周期，即灌水延续天数（d）；t每日净灌溉时间（h）；n田间水利用系数；n输水系统水的利用系数。6水源水量分析作为灌溉工程的水源，可有河川径流、地方径流、地下水及已建成的水利工程供水等不同类型。因水源类型以及掌握数据情况不同，水源水量的计算方法也不同。第二节喷灌和微灌系统管道布置和选型田间管

19、道系统的布置取决于田块的形状、地面坡度、耕作与种植方向、灌溉季节的风速与风向、喷头的组合间距、微灌毛管间距、是否双向供水等因素，依据这些因素进行设计并做方案比较，择优选用。一、田间管道系统布置的原则田间管道系统的布置一般应遵循以下原则：1. 应符合工程规划的要求。2. 管道总长度短，少穿越其他障碍物。3. 喷洒支管应尽量与耕作和作物种植方向一致。4. 喷洒支管最好平行等高线布置，如果条件限制，应尽量避免逆坡布置。5. 在风向比较恒定的喷灌区，支管最好垂直于主风向布置，应尽量避免平行主风向布置。6. 喷洒支管与上一级管道的连接，应避免锐角相交，支管铺设应力求平顺、减少折点。7. 微灌毛管一般与等

20、高线平行布置，和作物种植方向一致，而支管垂直于等高线。8. 管道的纵剖面应力求平顺。二、影响田间管道系统布置的主要因素在贯彻以上原则时，有时会出现矛盾，这时应根据具体情况进行分析比较，分清主次，因地制宜地确定布置方案。影响管道布置主要有下列因素：1.地形条件在地形起伏的地区，支管平行等高线成水平铺设，有利于支管和竖管喷头的施工安装。当支管无法沿等高线布置时，应将配水干管或分干管布置在高处，使支管由高处向低处铺设，以地形高差弥补支管水头损失。对于地面坡度较陡或梯田的地形，若采用半固定或移动系统，一般将移动支管布置成平行等高线。2.地块形状地块形状不规则会给管道布置带来困难。当地块较大时，可用分区

21、布置的方法解决。分区时应使小地块基本规整，支管在小地块内的走向一致。移动式系统因配水干管都设置在地面，为使移动方便和避免损伤作物，干管应尽量布置在分区边界。3. 耕作与种植方向有的灌区处于漫坡地带，耕作、种植方向是顺坡，支管如平行等高线布置，与耕作、种植方向就不能保持一致，这时一般应按耕种方向布置喷洒支管，配水干管沿等高线布置并使其处于支管上方，支管顺坡下铺。有时在同一地块内存在不同的耕作种植方向，造成管道布置困难，这时宜根据管道布置的要求，对耕作方向作必要的调整和统一。4.风向和风速喷灌季节如果灌区内风速很小，则支管的布置可不考虑风向；如果风速超过一级风，且存在主风向时，支管最好垂直主风向布

22、置。但在有些地方，如河谷地，其主风向往往与等高线平行，这时应根据喷灌系统的类型采用不同方法处理。对于固定式系统，配水干管或分干管宜沿等高线布置在高处，支管下顺铺设；对于半固定或移动式系统，喷洒支管是移动的，一般仍沿等高线布置。5.水源位置当水源或地块位置可以选择时，宜将水源布置在地块中央，依次布置干管、分干管、支管，可降低管道系统投资。当水源有选择余地但不能布置在地块中央时，应先布置田间管网，再布置配水干管或分干管，最后视地形、地质等情况，进行方案比较,确定输水管和水源位三、田间管道系统的布置形式田间管道系统布置主要有两种形式（单向、双向供水）1丰字形布置，见图2-4。图24a丰字形布置2-4

23、b丰字形布置2梳子形布置（图25）第三节管道水力学基础一、水力学的基本概念（一）三大基本方程1能量守恒方程水体的总能量由动能、位能和压能组成，三种能量可以相互转换。对于任意两个断面水的总能量是守恒的，任意两个断面之间的能量差反映能量损失（水头损失）或能量的注入（水泵加压）。能量守恒方程式如下：26）pv2pv2z04=z14h0,2g1,2gw式中：z0过水断面上单位重量液体所具有的位能，单位为m；厶过水断面上单位重量液体所具有的平均压能，单位为m，Y为液体的容重,水可取9.8kN/m3；hw水头损失，单位为m。玄过水断面上单位重量液体所具有的位平均动能，单位为m；g为重力加速度，一般取9.8

24、m/s2。能量守恒方程常用在如下方面的水力计算：水头损失计算，管道压力平衡计算，喷头流量、射程计算，微灌小孔出流计算，水泵扬程计算等。如对于小孔出流，把基准面取在出口断面的中心线上，则有：zi”，有v=卩2gH，|J综合反映收缩、损失等的流量系数。02动量守恒方程动量守恒方程反映了当水流流速（大小、方向等参数）发生变化时，水流与外界作用力的相互变化关系。PQ（卩v卩v）=工F（27）2211动量守恒方程常用在如下方面的水力计算：过水部件受力分析，稳定性计算，水锤计算，镇墩计算、支墩计算等。3连续性方程，质量守恒定律连续性方程说明对于不可压缩液体，通过任意两个过水断面的液体质量是相同的。Q进=0

25、出连续性方程常用在如下方面的水力计算：流量、流速计算，管径计算等。（二）水流流态水流流态一般有两种形式：层流和紊流。1. 层流当水流流速相对较小时的水流形态，较多用于渗流计算。2. 紊流当水流流速相对较大时的水流形态，较多的水流处于紊流状态。紊流又可根据流速大小、边界粗糙度等因素分为光滑区，过渡区，粗糙区（阻力平方区）三种。vx对于任何水流流态都可以用一个统一的公式计算水头损失h=k-f2gx为流态指数，反映水头损失大小与流速关系的指数，不同流态取值不同。层流，x=1光滑区，1x1.8过渡区，1.8x8mm0.5051.754.75dW8mmRe23200.5951.694.69ReW2320

26、1.7514注：Re为雷诺数。微灌用聚乙烯管f的取值相应于10C水温。其它温度时应修正。在计算管道局部水头损失可按沿程水头损失的一定比例估算，支管为k=0.050.1,毛管为k=0.10.2。6. 多口系数计算固定式、半固定式和移动式管道喷灌系统的支管，以及大型喷灌机（平移式、时针式）的支管、滴灌出流等一般都属多口出流管道。在喷洒支管上，每隔一定距离有一个喷头分流，支管内的流量是沿程减小的。在计算管道的沿程损失时，可以逐段计算两喷头之间管道沿程水头损失，相加后即为该支管的沿程水头损失。但这样计算相当繁琐，可采用简化方法进行计算。多口出流管道的沿程水头损失Hf,与同一管道但全部流量只在管末出流时

27、的沿程水头损失hf之比，称为多口系数，以F表示，即：HFf(215)hf因此，按非多口出流沿程水头损失hf,在乘以多口系数F,就可求得多口出流管道(如喷灌支管、微喷灌和滴灌毛管)的沿程水头损失Hf,即：HFhff(1) 固定管道(包括喷灌支管和微灌支管、毛管)的多口系数公式：216)217)厂NF1+XFN1+X厂11m一1F+1m+12N6N2式中：F多口系数；N支管等的孔口数；m所采用的沿程水头损失公式中的流量指数；X第一出水口至支管等进口距离(l1)与出水口口间距(l)的比值。X=l1/l。(2) 大型喷灌机支管的多口系数公式厂mmm一1F1，3(218)在喷灌系统规划设计中，用到多口系

28、数计算的场合，绝大多数是半固定式或固定式的移动支管(大型喷灌机的多口系数公式很少用到)，一般都是用塑料管或铝管，而且在多数情况下，支管上所布置喷头数在512个，为设计方便，在表25中给出这两种管道的常用多口系数，设计时可直接查用。表25塑料管或铝管的多口系数开口数567891011121314X=10.470.450.440.430.420420.410.410.400.400.36X=0.50.410.400.400.390.390.390.380.380.380.387. 管径及长度确定由于每一条管道，以及同一条管道的不同管段在轮灌过程中流量有变化，一般应取各管或管段中通过的最大流量为该管

29、或管段的设计流量。有时最大流量通过的时间在设计灌水周期内所占总过水时间比例很小，可取次大流量作为设计流量。(1)喷灌支管管径的选择支管是指直接连接竖管和喷头的一级管道，有时亦称喷洒支管。支管的管径的选择除与支管的设计流量有关外，还应力求使同一支管上的各喷头喷水量均匀，同时又较为经济、合用。管径选得越大，管道沿程水头损失越小，同一支管上各喷头的压力差也越小，各喷头的喷水量也就越接近。但若管径取得过大，则会增加支管的投资造价，对于移动支管来说还会增加拆装、搬移的劳动强度。管径选得越小，管道沿程水头损失越大，各喷头压力差和喷水量的差别就越大，影响喷灌质量。为了保证同一支管上各喷头实际喷水量的相对偏差

30、不超过10%，喷灌工程技术规范规定：“同一支管上任意两个喷头之间的工作压力差应在喷头设计工作压力的20%以内”。若支管在平坦的地面铺设或逆坡铺设，其首末两端喷头间的工作压力差应为最大；但是当支管顺坡铺设或铺设在地形起伏的地面上时，其最大的工作压力差不一定发生在首末喷头之间，此时需要绘出压力水头线和地面线，从中找出压力差最大的两个喷头的位置，再进行计算。对支管喷头工作压力差的控制要求，在考虑地形高差的影响后，可用公式表示为：h+AZ0.2h（219）Wp式中：Z两喷头的进水口高程差（m）h喷头设计工作压力（m）。phw同一支管上任意两个喷头间的水头损失差（m）,般情况下可用支管W段的沿程水头损失

31、代替；喷头设计工作压力可从喷头性能表中查得。两喷头进水口高程差（实际上就是两喷头所在地的地面高差）可以由系统平面布置图中查得。利用公式219，在其它参数已知的情况下反求管径D,D就是该支管可选用的最小管径的计算值,按照管材的标准将计算管径取整。另外，支管管径选择还应考虑到施工和管理运行的方便，对半固定、移动式喷灌系统的移动支管,力求使各支管采用统一的规格,对于较大的喷灌系统,若不能全灌区支管管径一致,至少也需做到在一个作业区内统一，最大管径一般不超过90mm。对固定的地埋支管，管径可以变化,但规格不宜太多。例某铝合金喷灌支管，全长120m,共带有PY120喷头（喷嘴直径7mm）8个,喷头工作压

32、力为0.3Mpa,喷头间距16m，第一个喷头距支管入口处8m。支管逆坡铺设，首末端喷头高差1.8m，试确定其管径。解：从喷头性能表查得喷头流量为：q=2.96m3/h多口出流管道沿程水头损失用式213计算：hFhWfFLQm0.861x105FLQ17dbd4.74铝管：7=0.861x105,m=1.74，b=4.74第一个喷头到末端的支管管段长L=7x16=112（m）相应管段的入口流量Q=7x2.96=20.72（m3/h）由孑L口数N=7及X=0.5，查表25得多口系数F=0.439将L、F、Q代入式（213）式，得：0.861x1050.439x112x20.721.74d4.74已

33、知Z=1.8（m），h=30（m）p将AZ,h，及上式代入公式（219）并解方程p得d三56.2（mm）按铝合金管规格，采用=65mm的管，其内径d=62mm(2)微灌支管管径、管长的选择微灌以小区为计算范围，按照微灌工程技术规范，灌水器允许流量偏差不大于20%按照此要求校核和计算管道直径和长度。q=qmaxminX100%20%vqd220)h一hmaxminhdX100%221)h可按下式计算hV1+0.15qIxv丿222)以上公式中：x灌水器流态指数，约为0.5；q灌水器的流量偏差率；Vh灌水器的工作水头偏差率；Vq灌水器的最大流量；maxq.灌水器的最小流量；minh灌水器的最大工作

34、水头；maxh.灌水器的最小工作水头；minqd灌水器的设计流量；hd灌水器的设计工作水头d实际计算时:H二0.45hh(223)支vd5）的情况。（3）按离支管总长1/4位置的点的压力为设计工作压力点计算H，hAZh（229）支fp式中：hf支管入口地面到入口处约为支管总长1/4处喷头进水口处的沿程水头损失（m）,Z上述两位置的高程差（m）；其它符号意义同前。此方法适用地形平坦或一面缓坡的情况，在微灌的毛管水力计算中也常采用。例某铝质移动支管，全长180米，内径为62mm,安装有PYR0型喷头10个，设计工作压力03.Mpa，喷头间距为18米，首端喷头到支管入口18米。竖管高1米，内径为25

35、mm。支管沿线地势平坦，试确定支管入口压力。支管入口的压力确定后，即可根据系统在各轮灌组运行时的流量，分别计算各分干管、干管的沿程水头损失和局部水头损失，最后计算出各控制点在各轮灌组作业时的压力。将各轮灌组作业时各控制点的压力算出之后，应将结果按轮灌组顺序列成表格，作为运行时的依据。与此同时，可以得到系统的流量范围和干管入口的压力范围，作为选择水泵所必需的数据。根据系统流量和压力的变化范围选择水泵。保证实际的工况点始终在高效区。9. 管道水锤计算水锤计算：应用，控制关阀历时，关键点。水锤（或称水击），是指在有压管道中，由于流速急剧变化而引起管道中水流压力急剧升高或降低的现象。常见的水锤包括水泵

36、起动时产生的起动水锤、充水水锤、关闭阀门产生的关阀水锤、以及突然停泵时产生的事故停泵水锤，其中事故停泵水锤危害最大。通过水锤计算，可以确定是否要采取一定的安全防护措施以确保管道的安全。（1）水锤计算用参数1）水锤波传播速度a对于匀质圆管有：1425a二（230）Kd1Ee式中：a水锤波传播速度（m/s）;d管径（m）;e管壁厚度（m）;k水的体积弹性模数（Pa）,般k=2.025Gpa;E管道材料的纵向弹性模数（Pa）。对于钢筋砼管有14251KEc（231）de（19.5,）0式中：Ec钢筋砼的弹性模数，Ec=20.58Gpa;a0管壁内环向含钢系数，a0=0.0150.05;其余符号意义同

37、前。几种主要管材的E值（GPa）如下：表26管材的E值管材E值GPa管材E值GPa管材E值GPa钢管206铸铁管108铝管70聚氯乙稀管2.83聚乙烯管1.42聚丙烯管0.00008根据喷灌中常用的不同管材E值和d/e值可得到不同管道水锤波传播速度，见下表表27不同管道中水锤波传播速度a值管材a(m/s)管材a(m/s)钢管1100-1200钢筋砼管10001100铸铁管1200-1300聚乙烯、聚氯乙烯管350400铝管900聚丙烯32）水锤相时卩水锤相时卩表示水锤波在管道中来回传播一次所需时间（s）,用下式求出：2L=（232）a式中：L计算管长（m）;a水锤波传播速度（m/s）。3）管道

38、中水柱惰性时间常数Tb艸。典（233）式中：V0关阀前管道内的流速；H0关阀前管道内的压力；g重力加速度，g=9.81m/s。(2) 水锤压力计算1)瞬时完全关闭阀门时，阀前产生的最高压力水头为H=H+av/g(234)max00一般喷灌的主干管道内压力在4060m水头，流速在1.52m/s,据此可求出不同管道内瞬时关闭阀门，阀前的最高压力值见下表：表28瞬时关闭阀前水锤压力管材水锤压力(m水头)管材水锤压力(m水头)钢管200300钢筋砼管190260铸铁管220320聚乙烯、聚氯乙稀管90140铝管170220聚丙烯管增加值1从表中可以看出，除聚丙烯管外，其它管材在瞬时关闭的情况下，其水锤

39、压力均较原管道中的压力增加1倍以上，根据喷灌工程技术规范中规定。水锤压力超过管道试验压力(一般为管道工作压力的1.5倍)时应采取防护措施。2) 缓慢关闭阀门时，阀前产生的水锤压力为H=H+obb+4+(b)2(235)max02TTTsss式中：Ts关阀历时，s;其它符号意义同前。根据公式/Tb=2LgHo/aLv0=2gHo/avo,一般情况H0=4060m水头，a=3001300(m),v=1.52(m/s)，可知：/Tb=0.32,基本是同数量级。按照喷灌工程技术规范规定，当关闭历时满足Ts220p时有：HmaxW(1.141.03)H0，自然可以不必验算水锤压力。(3) 水锤防护由前面

40、分析可知，正常运行(包括缓闭阀门)时都不会产生过大的水锤压力，管道一般时可以承受，但在瞬时关闭或水泵突然停泵时，管道内可能出现较大的水泵压力，此时需要靠水锤防护措施消除水锤的破坏。一般采用的方法主要有以下几种。1) 安全阀，在首部枢纽的后部，系统干管、分干管上低凹处和上坡的坡脚处，设置安全阀，其作用是在水锤发生时可以急速打开，释放出管道的部分水，消除水锤压力。相当于将瞬时关闭状态变为状态。2) 空气阀，在系统的若干高处，安装一定数量的空气阀，既可在正常运行时排除管道中的空气，保证系统内是单相流，不致出现有完全分隔时更为严重的水锤，同时还可在管道内出现负压时补气，防止产生负压水锤。3) 逆止阀，

41、在系统的一些重要设施部位后部设置逆止阀，可以防止出现水锤时对这些设施造成破坏。例某喷灌系统中采用铝合金管，管径d=104mm，壁厚e=2mm，通过流量Q=50m3/h,系统正常工作压力水头H0=44.22m，管道长L=230m，设阀门(下游末端)在T=0.5s时间0s内瞬时完全关闭，试求水锤压力。解：(1)计算水锤波传播速度a1425已知d=104mm,e=2mm,E=69.58GPa,K=2.025GPa，代入公式(230)得a898.9(m/s)12.025x109x0.1041,69.58x109x0.002(2)判断水锤种类t2L2x230水锤相时卩0.512(s)a898.9Ts=0

42、.5sVp=0.512s，所以关闭阀门产生的是直接水锤。(3)计算水锤压力Q50v1.64(m/s)oA3600x3.14x0.1042/4将v0代入公式()得阀门前管内最高压力水头为HH,aV044.22,899x1.64194.26(m)maxeg9.8H197.26由严4.39可知，直接水锤产生的压力水头为正常工作压力水头的4.39H44.220倍，应采取措施避免直接水锤的发生。第四节喷灌工程设计要点一、喷头选型和组合间距选择喷头和确定组合间距应满足喷灌质量和经济合理等要求，同时便于操作、管理。按照喷灌工程技术规范规定，选择喷头和确定组合间距的具体要求如下：1. 喷灌强度不超过土壤的允许

43、喷灌强度值。2. 组合均匀系数不低于规范规定的数值。3. 雾化指标不低于作物要求的数值。4. 有利于减少喷灌工程的年费用。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。在一定的自然条件下，如果组合间距和运行方式也确定下来，则喷灌强度、组合均匀度和雾化指标都可确定。(一) 喷头的基本参数、喷洒方式和组合形状1. 喷头的基本参数(1) 喷头的进水口直径(D)喷头的进水口直径指喷头空心轴或进水口管道的内径，单位为mm。我国常以进水口公称直径命名喷头型号，对旋转式喷头，国标GB5670.185旋转式喷头类型与基本参数规定的进水口公称直径为10

44、、15、20、30、40、50、60、80mm八种。(2) 喷嘴直径(d)喷嘴直径指喷头出口直径，即喷嘴流道的等截面段的直径，单位为mm。对非圆形的异形喷嘴，用当量喷嘴直径(按其流量折算的喷嘴直径)来表示。（3）喷射仰角（a）喷嘴出口射流轴线与水平面的夹角，称为喷射仰角，单位为度。目前我国常用旋转式喷头的喷射仰角多为2730，为了提高抗风能力，有些喷头采用2125喷射仰角；对树下喷灌、温室喷灌或防霜等特殊用途的喷灌，可采用喷射仰角小于20的低仰角喷头，为了适应工矿企业除尘要求，我国还研制了仰角大于30的高仰角除尘喷头。（4）工作压力（hp）喷头的工作压力是从指喷头进水口下20cm处的竖管上测取

45、的静水压力，通常用符号hp表示，单位为kPa（或m）。（5）喷头流量（q）喷头流量即喷水量，指单位时间内喷头喷出水的体积，单位为m3/h。喷头流量可用体积法、重量法、堰法、流量计法等测定，也可用管嘴出流量公式进行计算，公式为：q=3600,A2gh（236）P式中：“流量系数，取0.850.95；A喷嘴过水断面面积（m2）；g重力加速度（m/s2）；hp喷头工作压力（m）；q喷头流量（m3/h）。（6）喷头射程（R）喷头射程是指在无风情况下，喷头正常工作时喷洒湿润圆的半径，即喷射水所能到达的最远距离，单位为m。7）喷头的喷灌强度（P）s1000qS-喷头的喷灌强度（mm/h）；237)喷头的喷

46、灌强度是指单喷头全圆喷洒时的喷灌强度，是一种计算喷灌强度。用单位时间内喷洒到单位面积上水的体积或单位时间内喷洒湿润圆的平均喷洒水深表示，单位为mm/h，计算公式如下：式中：pq喷头流量（m3/h）；S喷头喷洒控制的面积（m2）。（8）喷头的雾化指标（pd）喷头的雾化指标指射流的碎裂程度，反映了喷头喷洒水滴的大小、水滴降落的速度以及水滴的密度。主要作物的雾化指标可参见表29。在喷灌工程技术规范中规定：喷灌的雾化指标应根据喷头工作压力水头和主喷嘴直径的比值确定，计算公式如下：238)P=1000hddP式中：pd雾化指标；hp喷头工作压力（m）；d喷嘴直径（mm）。实际计算时：一般%单位为kPa，

47、d单位为mm，则有：Pd=100hpd表29作物雾化指标作物种类雾化指标疏菜及花卉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（9）喷头的水量分布特性在喷头喷洒范围内，各点的喷灌强度与相应点位置间的关系，常用水量分布曲线或水量分布等值线图表示，它们是根据实测喷头喷洒范围内各点喷灌强度绘制的，水量分布的等值线图实际就是单位时间的等水深线图，一般又在等值线图的下方和右方给出相互垂直的两个方向的剖面图，见图26。影响喷头水量分布的因素很多，风和工作压力的影响较大。在有风时，风对水量分布的影响如图27所示，顺（逆）风向和垂直风向的喷洒半径都减小

48、，整个湿润面积缩小，喷灌强度增加，水量分布等值线，逆风带变陡而收缩，顺风带变缓而伸长，垂直风向的喷洒半径收缩更明显，并往往出现两个峰值点，水量分布性能变差。工作压力对水量分布的影响如图2-8，压力过高时，水量向近处集中，射程减小，压力过低，粉碎不足，水量分布曲线呈笔架形；压力适中时，射程最远，水量分布曲线呈三角形或梯形，有利于提高组合均匀度。040202101204202612184000400AB218408216102482161024200420042B-BA-A42822363242016128404812162024图26喷头水量分布图12840481216图27风对喷头水量分布图图28工作压力对水量分布的影