滴灌系统设计示例.docx
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滴灌系统设计示例
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。
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
(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(%)
3680204904.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
三、灌水定额和灌水周期的拟定
(1)灌水定额。
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。
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
5
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
十、管网结构设计
因塑料管的线胀系数很大,为使管线在温度变化时可自由伸缩,初步拟定干管上每100m设置一个双括管(即伸缩节)。
在直径大于50mm的管道末端、转弯、分岔和阀门处应设镇墩,干管每隔200m设一镇墩60×60cm。
为保证系统管网的正常运行,需在管路上安装控制和保护装置。
管道埋深根据地面荷载和机耕要求,干管埋深60cm,为控制各分干管的运行,分干管首部设控制闸阀,尾部设泄水阀,各闸阀均砌阀门井保护。
十一、绘制技施设计图滴灌系统工程平面图、管系结构示意图及阀门井示意图详见图1-图3。
十二、主要设备与投资预算
典型示范区540亩滴灌工程总投资27.8679万元。
其中建筑工程费用3.5751万元,设备费23.0391万元,临时工程费用0.0715万元,其他工程费用0.9063万元,预备费用0.2759万元。
节水灌溉材料设备、规格、数量及价格见表六。
项目主要设备选型表、临时工程费及其他工程费详见预算:
表一至表五。
一膜一管膜式的投资预算及材料表见表七至表十二。
十三、工程效益分析与技术指标计算1、工程年增效益(B)
项目区棉花单产由滴灌前的83公斤(皮棉),提高
到107公斤,提高28%。
540亩棉花净增12960公斤。
按现行价每公斤10元计,可增收129600元。
2、滴灌工程年费用(C)的计算
(1)能耗费(C1)
取棉花多年平均累计灌水次数为12次,每次平均灌水定额15m3/亩,灌溉定额约200m3/亩,灌溉系统水利用率0.95,每kw〃h的电价为0.5元,经计算后为:
C1=540×200×30×0.5?
80?
0.95=21316(元)
(2)维修费(C2)
地埋管道及管件的年平均修理费为投资的1%,水泵及首部装置的年平均修理费为投资的5%
则C2=63122×1%+62131×5%=3737.77(元)(3)微灌工程年折旧费(C3)的计算地埋管材管件(20年折旧)D1=k1/n=63956/20=3197.8(元)地面管材管件(6年折旧)D2=K2/6=49946/6=8324(元)首部装置(15年折旧)D3=k2/n=24339/15=1622.6(元)机泵仪表(10年折旧)D4=k3/n=11350/10=1135(元)毛管(当年折旧)D5=k4/n=80800/1=80800
(元)则C3=3197.8+8324+1622.6+1135+80800=95079.4(元)(4)微灌工程年管理费(C4)由于滴灌面积较大,需水量大,灌水时间长,管理任务重,系统需有2名专职人员进行管理。
从每年的4月下旬至9月初共4个月的时间。
按当地工资水平,管理人员的月工资以300元/人计,则系统年管理费(C4)应为
C4=4×300×2=2400(元)
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据上述分析计算,该滴灌工程年费用(C)为:
C=C1+C2+C3+C4=21316+3737.77+95079.4+2400=122533元
3、工程经济效益费用比(R)R=[(1+i)n–1]/i(1+i)n〃(B-C)/K若取年利率i=10%,经济计算期n=15年,则:
R0.9m=[(1+0.1)15–1]/0.1(1+0.1)15×(129600-122533)/278679=0.19
R1.4m=[(1+0.1)15–1]/0.1(1+0.1)15×(129600-94232)/244638=1.1
4、还本年限(T)静态法
T0.9m=K0.9m/M=278679/129600=2.15年?
2.5年T1.4m=K1.4m/M=244638/129600=1.9年?
2年5、工程技术指标计算本项目实施后,可使灌溉水的利用率由目前的40%提高到90%以上,与地面灌相比,可节约灌溉用水50%以上,节约耕地5%-7%。
其他技术经济指标如下:
1)亩投资(Km)
Km0.9m=K0.9m/A=278679/540=516.07(元/亩)Km1.4m=K1.4m/A=244638/540=453.03(元/亩)2)滴灌工程设备投资(Sm)
Sm0.9m=S0.9m/A=230391/540=426.65(元/亩)Sm1.4m=S1.4m/A=200427/540=371.16(元/亩)3)亩管道用量(Lm)
(1)亩干管用量(Lm1)Lm1=L1/A=1850/540=3.43(m)
(2)亩支、附管用量(Lm2)Lm2=L2/A=2700*2/540=10(m)(3)亩毛管用量(Lm3)
Lm3(0.9m)=L3/A=404000/540=748(m)Lm3(1.4m)=L3/A=262700/540=486.48(m)