农业科普资料滴灌典型设计书.docx

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农业科普资料滴灌典型设计书

滴灌系统设计示例

按照兵团水利局、兵团节水办“关于召开兵团节水灌溉规划设计研讨会的通知”的要求，根据农八师几年来在大田作物膜下滴灌技术上的实践和研究，此次滴灌系统典型设计综合农八师的具体情况做如下简要介绍：

一、基本资料

（一）地形

农八师垦区地处天山北麓中段，古尔班通古特沙漠南缘。

全垦区土地面积7529平方公里。

垦区地势由东南向西北倾斜。

垦区地形由南向北依次为天山山区、山前丘陵区、山前倾斜平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。

（二）土壤

农八师土壤缺氮面积大，全氮含量低于1%的面积占78%，碱解氮低于60ppm的面积占76%。

土壤普遍缺磷，含量低于10ppm的面积占77.5%。

土壤含钾丰富，约在100ppm以上。

土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土质多系砾质土、沙质土、粘质土等。

根据农八师土壤普查结果，本设计取占范围较广的砂壤土。

（三）作物

全垦区有效灌溉面积266万亩，其中以棉花为主。

棉花种植面积占总播种面积的46.5%。

本设计示例选棉花。

种植模式采用：

一膜两管四行--宽窄行30×60cm,滴灌带间距90cm；一膜一管四行--（25+30+25）×60cm，滴灌带间距140cm。

1、滴灌工程设计参数的确定

根据农八师目前棉花种植模式和多年实践，确定如下设计参数。

典型滴灌系统设计基本资料

序号

项目名称

单位

数量

一

土壤与作物

1

土壤结构

砂壤土

2

设计日耗水量Ea

mm/d

4

3

土壤湿润层深度Z

m

0.45

4

土壤设计湿润比P

%

60

5

适宜的土壤含水率上限

%

22．5

6

适宜的土壤含水率下限

%

15

三

滴头

1

选型

天业迷宫式

2

工作水头

m

10m

3

流量

L/h

2.1（2.6）

4

滴头间距

m

0.9（1.4）

（四）水源

垦区水资源来源主要为地表水（库水、河水）和地下水。

目前垦区滴灌节水工程水源以井水为主,单井流量为80立方米/小时，动水位埋深在40米左右。

（五）气象

垦区平均海拔300-500米左右，呈典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热。

年平均气温7.5℃-8.2℃，日照2318-2732小时，无霜期147-191天，年降雨量180-270毫米，年蒸发量1000-1500毫米。

蒸发强烈，降水稀少，气候十分干燥，光照充足，热资源丰富。

（六）动力

原有机井泵大多为250QJ80-60/3或250QJ80-40/2，需更换水泵及变压器。

但原有高压电线不需更换。

二、设计内容

按照农八师多数条田的规划布置方式，采用东西长800米，南北宽450米的条田进行规划设计。

种植作物为棉花，种植模式采用宽窄行60×30cm与60×（25+30+25）cm，一膜两管四行与一膜一管四行，滴灌带间距0.9米与1.4m。

作物东西方向种植。

耕层土壤为砂壤土。

1.管道系统

滴灌系统采用如下结构：

水源（井水加压）→计量装置（水表、压力表）→离心式过滤器（进排气装置）→施肥罐（施肥控制装置）→网式过滤器（排砂控制装置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地面PE黑管）→附管（地面PE黑管）→滴灌带→滴头。

为减少水头沿程损失，降低能耗，管道系统中支管与分干管，滴灌管（带）与支管，干管与分干管按各条田的具体形状，以优化方式采用鱼骨式或梳型两种方式布置，目的是达到操作管理方便，系统投资和运行费用最低的效果。

2.泵站

根据水力计算结果，选择250QJ80-80/4的潜水泵，可满足滴灌系统工作压力和设计流量。

在过滤器出口安装水表、逆止阀，在过滤器和施肥罐的前后分别设置一个压力表，观察其压力变化。

在滴灌系统的最高处设置进排气阀，以调节管网进气和排气，防止停水时管网内产生负压，和开始供水时，管网排气不畅产生气阻，使管网破坏，影响正常供水。

3.水源

灌溉用水以井水为水源，单井出水量80m3/h。

动水位埋深40米。

水量平衡计算

A=ηQt/10Ia

A

（hm2）

Q

（m3/h）

T

（t/d）

Ia

（mm）

η

（%）

36

80

20

4

90

4.运行方案

系统布置两条分干管，两条分干管分别运行，采取轮灌的方式。

同时开启的支管做为一个轮灌组，共分四个轮灌组。

每个轮灌组有9个轮灌小区。

先开启一分干的支1-支6，每条支管各开一条附管做为一个轮灌小区，一次灌水延续时间为4.2小时,一个轮灌组分9次灌完。

当一个灌水小区灌水结束后，先开下一个小区，然后关闭灌水结束小区，严禁先关后开。

一分干的支7-支12做为一个轮灌组，二分干的支13-支18做为一个轮灌组，二分干的支19-支24做为一个轮灌组，其运行方式同一分干的支1-支6。

5.设备投资预算及经济分析

本工程投资预算编制,依据新水基字[1992]第11号和[96]第004号文进行编制。

其综合费用、临时费用、其他费用均按兵团水利局水利水电处发《新疆兵团2000年灌区续建配套及节水灌溉示范项目实施方案编制》执行，按示范项目计取。

工程投资预算及设备投资预算分析表如下：

滴灌工程预算表

单位:

万元

种植模式

项目名称

一膜两管

（毛管间距0.9m）

一膜一管

（毛管间距1.4m）

总投资

27.8679

24.4638

其中:

建安工程费

3.5751

3.3074

设备费

23.0391

20.0427

临时工程费

0.0715

0.0661

其他费用

0.9063

0.8054

预备费

0.2759

0.2422

亩投资（元/亩）

516.07

453.03

滴灌工程主要材料投资分析表

单位：

元

项目名称

单位

数量

总价

亩投资

0.9m

1.4m

0.9m

1.4m

0.9m

1.4m

潜水泵

台

1

1

13379

13379

24.77

24.77

变压器

台

1

1

10960

10960

20.3

20.3

过滤器

套

1

1

9500

9500

17.6

17.6

施肥罐

套

1

1

1200

1200

2.22

2.22

干管PVC160

米

1850

1850

60458

60458

111.96

111.96

支管PE63

米

2700

2700

27810

27810

51.5

51.5

附管PE32

米

2700

2700

6318

6318

11.7

11.7

滴灌管

φ16

万米

40.4

26.27

80800

52540

149.6

97.3

管件

亩

540

540

19966

18262

36.97

33.82

平均材料费:

一膜两管（0.9m）426.65元/亩

一膜一管（1.4m）371.16元/亩

三、灌水定额和灌水周期的拟定

（1）灌水定额。

m=0.1γzp（θmax-θmin）/η

棉花灌水定额

m

（mm）

Z

（m）

P

（%）

γ

（g/cm3）

θmax

（%）

θmin

（%）

η

（%）

32.6

0.45

60

1.45

22.5

15

90

注：

此定额为棉花花铃期的灌水定额。

（2）灌水周期。

（T）

根据大田实测取棉花日耗水量Ea=4mm/d，则灌水周期

T=m滴/Ea·η=32.6/4×0.9=7.34d

取灌水周期为8天。

（3）一次灌水延续时间（t）

t0.9m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×0.9÷2.1=4.2h

轮灌组N=20h/d×8d÷4.2h/组=38，根据实际情况取N=36组。

t1.4m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×1.4÷2.6=5.27≈5.3h

轮灌组N=20h/d×8d÷5.3h/组=30组,根据实际情况取N=28组。

（4）灌溉制度确定

根据农八师五年来大田棉花膜下滴灌灌溉制度的研究和实践应用，确定灌溉定额如下表：

棉花膜下滴灌灌溉制度表

作物名称

灌溉方式

灌水定额

4月

5月

6月

7月

8月

9月

灌溉定额

棉花

膜下滴灌

定额（m3/亩）

10

15

15

20

20

10

200

次数

1

1

3

3

3

1

12

四、确定管系总体布置

典型设计地块形状及系统布置见附图，设计条田分南、北两个地块。

棉花东西播种。

水源井位于地块的西头。

由水源井沿地边分别向南、北分出一条主干管，在南、北地块的中间分别布置一条分干管，并垂直于主干管。

干管和分干管管材选用PVC管材，管径为φ160。

支管垂直于分干管，两边布置，便于双向控制，地下埋深80cm。

支、附、毛管铺设在地面，均是鱼骨式布置。

支管的间距是由毛管的铺设长度决定的，即毛管最大铺设长度的两倍，经计算为134m。

支管的管材选用φ63PE黑管。

附管平行支管布置，由一个球阀控制,便于轮灌组的管理和化分。

毛管垂直于附管与支管布置，毛管间距为0.9m与1.4m。

每两行棉花布置一条毛管或每四行棉花布置一条毛管。

毛管选用φ16.5mm的单翼迷宫式滴灌带.首部枢纽装置布置在水泵的旁边,便于操作与管理。

为冲洗管道的淤积物和冬季到来之前排干管中的积水，在分干管的末端（较低处）布置了排水井。

五、滴灌设备选型

滴灌设备包括水泵、过滤装置及干、支、附、滴灌管。

机井流量为80m3/h，控制面积540亩，根据水量平衡计算及水力计算结果，选潜水泵250QJ80-80/4。

根据机井水质情况,由于机井中含有一定的泥沙及有机物，采用4″/120目组合式过滤器。

首级过滤器为离心过滤器（LX-400-1001件），次级过滤器为网式过滤器（WS-160×504件并联）。

查性能曲线可知,水头损失为6-8m。

施肥系统选用容量为150L。

六、拟定滴灌系统的工作制度

本系统运行时,每次运行一条分干管,并开启分干管上的6条支管,因此分4个轮灌组；然后每次开启支管上的一条附管，就是经计算确定的一个轮灌小区,使附管上的所有毛管同时供水。

经计算，每条支管上有9条（7条）附管，即9（7）个轮灌小区。

一条附管带26（22）条或28（24）条毛管，一个轮灌小区共有156（132）或168（144）条毛管。

故典型滴灌系统的轮灌组为4个，轮灌小区有36（28）个。

七、编制轮灌顺序，确定各级管道设计流量

典型滴灌设计轮灌顺序表

轮灌顺序

干

第一组

第二组

第三组

第四组

项目名称

管

一分干

一分干

二分干

二分干

管长（m）

200

800

800

800

800

流量m3/h

80

13.3-80

△=13.3

13.3-80

△=13.3

13.3-80

△=13.3

13.3-80

△=13.3

轮灌小区

9（7）

9（7）

9（7）

9（7）

支管编号

支1-支6

支7-支12

支13-支18

支19-支24

支管长度

112.5m

112.5m

112.5m

112.5m

支管流量

13.3m3/h

13.3m3/h

13.3m3/h

13.3m3/h

附管1-9

开一条附管

开一条附管

开一条附管

开一条附管

附管长度

11.7或12.6m

（14m或15.4m）

同左

同左

同左

附管流量

13.3m3/h

13.3m3/h

13.3m3/h

13.3m3/h

毛管条数

156条或168条

（120或132条）

同左

同左

同左

毛管长度

66.7

66.7

66.7

66.7

毛管流量

0.466m3/h

（0.578m3/h）

同左

同左

同左

八、管道设计及水力计算

滴灌带选用单翼迷宫式滴头，当滴头间距0.3m,滴头流量q=2.1L/h时，q=0.502h0.607；当滴头间距0.3m,滴头流量q=2.6L/h时，q=0.653h0.600。

1.毛管与滴头间距的确定

棉花种植模式为一膜两管四行或一膜两管八行，滴灌带选用新疆天业塑化集团生产的内径为16mm的PE单翼迷宫式滴灌带，以该产品的参数进行设计。

一膜两管模式：

一根毛管灌两行棉花，滴灌带间距0.9m，滴头间距0.3m，滴头流量2.1L/h，流态指数X=0.607；一膜一管模式：

一根毛管灌四行棉花，滴灌带间距1.4m，滴头间距0.3m，滴头流量2.6L/h,流态指数X=0.600。

2.毛管极限长度的校核

毛管的极限孔数（毛管按均匀地形坡计算）：

Nm=INT{（5.466[△h2]d4.75）/（kSqd1.75）}0.364

d（mm）

k

Cu

S（m）

qd（L/h）

[△h2]（m）

Nm（个）

L（m）

16

1.2

90%

0.3

2.1

1.85

253

75.9

16

1.2

90%

0.3

2.6

1.87

222

66.6

毛管的铺设长度L毛=Nm×0.3,根据地块的实际长度,可布6条支管，12条毛管,取毛管的长度为66.67米。

3.各级管道管径的确定及水力计算

管道管径的确定方法选择经济流速法。

塑料管材的经济流速一般取v=1.2~1.8m/s

（1）毛管水头损失的计算：

Q毛=n滴·qd=222×2.1=466L/h

n滴=66.67÷0.3=222个

毛管内径为16mm>8mm，可认为管内流态为光滑紊流，故可计算：

沿程水头损失hf毛=fsqdm/db[（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1-So/S）]

（5）附管水头损失的计算：

沿程水头损

hf附=fSqdm/db[（N+0.48）m+1/m+1-Nm（1-S0/S）]

（6）配水支管管径及水头损失计算：

d支=[4Q支/（πv）]0.5

=[4×13.3÷（3.14×1.8×3600）]0.5=51mm