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