管灌微观设计.docx
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管灌微观设计
4.3节水工程典型设计
4.3.1管道灌溉典型工程设计
柳树行村南山，主要种植果树。
根据单井控制面积不同，分别选择具有代表性的三眼井控制三个地块进行典型设计。
选择的三眼井分别控制为120亩，150亩，180亩。
三眼井号分别为：
1号井控制面积180亩；2号井控制面积150亩；3号井控制面积120亩。
现有大口井3眼（需要维修），大口井深6m、井径5m，单井出水量20m3/h，大口井布置见典型设计图。
（1）规划设计参数
灌溉设计保证率应根据青龙县地自然条件和经济条件确定灌溉设计保证率不低于75%；
管系水利用系数取0.95；
田间水利用系数取0.85；
灌溉水利用系数取0.80。
（2）工程系统布置
1）管道布置
上水管道采用半地下固定式管道系统，上水管道布置是从山下大口井处直架到山上蓄水池，为蓄水池供水，中间不设出水口，没有分支。
上水管道由浆砌石支墩支撑，支墩间距约15m,支墩尺寸0.6×0.6m,地面以上高1m,基础深0.8m,基础尺寸0.8×0.8m。
上水管道典型设计详见图4-1。
下水管（即蓄水池自流引水到项目区这部分管道）采用地下固定式管道系统。
下水管根据地形和地势落差，全部选择PE塑料管材，管径采用63mm，公称压力达到1.0MPa，管网布置成梳齿型或鱼骨型，支管走向与作物种植方向及地形坡度相适应，地下输水管道埋深一般应在冻土层以下，出水口应尽量设在较高部位，间距为约40m，出水口为钢管焊接结构，并安装保护装置，出水口保护装置为柱体混凝土预制件，直径0.4m，高为0.6m，一条管道上的保护装置排列整齐，且安装方向一致。
典型地块三眼井地下管道工程量：
1号井地下输水管道1530m,安装出水口28个,2号井地下输水管道1275m,安装出水口23个,3号井地下输水管道1020m,安装出水口19个，管道沟槽深0.8m宽0.5m。
下水管道典型设计详见图4-2。
2）蓄水池
根据单井控制面积和上水管来水量、下水管的出水量，设计蓄水池3座，每座容积为100m3。
①容积确定：
根据项目区井控灌溉面积，作物的种植种类、种植比例及当地的灌溉制度，综合考虑确定作物需水情况进而情定水池的容积。
根据V=q×n×m×k
V-为为水池容积，m³；
q-为日需水量，mm；
n-为灌溉周期，d（一般5-8d）；
m-为灌溉面积，亩；
k-为灌溉水利用系数；
经计算，V=91.8m³，考虑预留一部分备用容积，可确定，水池容积约为100m³。
②设计结构
蓄水池的结构依据工程建设要求标准进行设计（典型设计）。
蓄水池为无顶盖半地下开场式，采用钢筋砼结构，蓄水池设在单元治理面积内最高处，地基全部为坚硬土。
每个蓄水池设1根排水管，1根以上放水管，每根管上安装闸阀。
结构：
底板厚40cm，下部10cm采用C10混凝土垫层，上部30cm为钢筋混凝土底板；池壁为30cm厚钢筋混凝土结构。
池内径为650cm，深300cm，蓄水池出地面100cm以上。
共设计100m3蓄水池3座。
③蓄水池施工
采用材料：
①混凝土：
垫层为C10，池体为C25，抗渗标号为W4；②钢筋：
直径≤φ10时为Ι级钢筋，直径＞10时用Ⅱ级钢筋；③钢梯：
预埋件为普通钢板（A3）；④抹面：
池内壁、底用1：
2防水水泥沙浆抹面，厚为15mm。
施工：
①池壁施工缝位置设于底板与池壁连接的斜托上部，施工缝作成键槽状。
②钢筋接头按相关规范执行，采用搭接。
③钢筋遇孔洞时应绕开，不得截断，遇大孔洞必须截断时，应采用加固措施，措施应符合有关规范要求。
④混凝土浇筑前应检查水池附件的预埋和预留情况。
⑤水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，混凝土浇筑后的收缩问题，应视拌合浇筑混凝土的质量而决定采取何种相应措施。
⑥池壁抹面应分层、紧密连续，各层接缝应错开。
⑦钢筋保护层：
底板、池壁为25cm。
⑧施工期间注意基坑排水，防止水池过早受浮托力而破坏。
⑨水池建成后，抹面前作充水试验。
每次充水1/3，共3次，每次结束后稳定两天进行下次充水，观察漏水情况，24h渗漏率应＜1/1000。
⑩蓄水池外壁刷室外防水涂料，顶边10cm宽为白色，墙面为天蓝色。
图4-1上水管道典型设计图
图4-2下水管道典型图
（3）灌溉制度的确定
根据项目区果树生长发育时期以及气候、需水规律，确定较为合适的灌溉制度及工作制度。
1）一次灌溉用水量（灌水定额）的确定
m=0.0011rzp（θmax-θmin）/η
式中：
m—设计灌水定额
r—土壤容重1.45g/cm3
p—设计土壤湿润比，据工程技术规范为40％
z—计划湿润层深度50cm
θmax一适宜土壤含水量上限，取田间持水量的85％，田间持水量取23％
θmin一适宜土壤含水量下限，取田间持水量65％
η一灌溉水利用系数80％
将各数据代入计算得：
m=22.3mm
2）设计灌水周期的计算：
mη
T=———
Ea
式中：
T—灌水周期，天
m—灌水定额mm
η一灌溉水有效利用系数80％
Ea一日耗水强度3.2mm／d
计算得：
T=5.57天，取T=6天
（4）管道设计流量
干管设计流量按下式计算：
Q=mA/（Ttη）
式中：
Q——流量，m3/h；
A——控制面积，亩，取平均控制地块面积150亩；
m——亩均灌水定额，m³/d；
T——一次持续时间，d
t——日供水时数，取16h/d；
η——灌溉水利用系数，取0.8。
经计算，干管设计流量Q=20m3/h。
大口井出水量20m3，满足用水要求。
根据工程总体布置，采用单向水流单个出水口灌溉的工作制度，因此，支管和干管流量相等。
（5）经济管径的确定
根据《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006及输送流量、经济流速等，选取干管管道。
根据经验公式计算：
120
时
式中：
——管道设计流量，
——管道内径，mm。
经计算，干管管径D=58.1mm，则管径取63mm。
按照灌溉工作制度，支管和干管流量相等，支管管径也取63mm。
（6）水力计算
管道沿程水头损失按下式计算：
采用公式
其中：
hf—沿程水头损失
f—管材摩阻系数；
L—管长，m；
Q—管道设计流量，m³/h
d—管道内径，mm；
m—流量指数；
b—管径指数；
hf=
m
上山管道采用钢制管道，经计算沿程水头损失4.83m。
管道系统的局部水头损失按沿程损失的10%计为0.48m。
管道沿程水头损失和局部水头损失之和为5.31m。
（6）机泵选型
设计流量Q设＝20m3/h。
水源井动水位至蓄水池高差95m，管道沿程损失4.83m，总损失5.31，预留富余水头2～3m。
则系统总扬程：
Hp＝95＋5.31+3＝103.31m。
根据流量和扬程选取用井用潜水泵200QJ20-108，设计流量20m3/h，扬程108m，电机功率11kW。
（7）首部水锤验算
根据水锤计算基本公式：
△F=（a*△v）/g
a=1/（（Rw/g）*（1/k+（c*di）/（Ep*en）））^0.5
△F—水锤压力值，m；
G—重力加速度，m/s2；
△v—管道内水平均流速变化值，m/s；
A—管道内压力波回流速度，m/s；
Rw—水的重力密度，KN/m³；
k—水的体积模量，Mpa；
c—管端固定值，0.75～1；
Ep—管材弹性模量，Mpa；
di—管道计算内径，m；
En—管道壁厚，mm。
经过计算判断得压力钢管内水锤为间接水锤，最大值为极限水锤，出现在首部水泵处，其水锤压力值为103.2m，因此需要在首部加设消除水锤设备。
（8）管道灌溉工程典型地块材料总用量及投资预算
该三眼井控制地块面积为450亩，地埋PE塑料管道用量是为3825m，单位面积用量为8.5m/亩；出水口个数为70个，单位面积用量为0.16个/亩。
低压输水管道系统总投资413755元，单位面积投资919元/亩，详见表4-2。
表4-2柳树行1号井管灌工程典型设计投资估算表
序号
项目名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
复价（元）
一、安装工程
54103
（一）
直接材料费
50096
1
井房及首部工程
5977
水泵
200QJ20-108
套
1
4800
4800
闸阀
2″
个
1
195
195
逆止阀
2″
个
1
200
200
进排气阀
2″
个
1
175
175
其它管件
G2″
套
1
500
500
铁双法兰短节
个
2
35
70
铁法兰标盘
2″
套
2
15
30
胶垫
2″
个
6
1.2
7
2
蓄水池部分
11250
上山钢管
Dg50
m
450
25
11250
3
管材部分
31733
PE塑料管道
Φ63（1Mpa）
m
1530
17
26010
出水口及出水口保护
Φ63
套
28
200
5600
三通
Φ63
个
8
12
96
弯头
Φ63
个
3
9
27
4
闸阀井部分
954
球阀
Φ63
个
3
88
264
水表
DN63
个
3
230
690
5
排水井部分
182
泄水阀
Φ63
个
3
60.5
182
（二）
安装费
项
50095.70
0.08
4008
二、建筑工程
92181
1
井房及首部工程
27262
大口井维修
眼
1
20062
20062
大口井房
3*3m
座
1
7200
7200
2
蓄水池部分
54020
蓄水池
100m3
座
1
50892
50892
浆砌石支墩
个
17
184
3128
3
闸阀井
个
3
807
2421
4
排水井
个
2
1179
2358
5
管道土方开挖、回填及压实
m3
612
10
6120
三、合计
146284
亩造价
规划180亩
813
表4-2柳树行2号井管灌工程典型设计投资估算表
序号
项目名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
复价（元）
一、安装工程
47640
（一）
直接材料费
44111
1
井房及首部工程
5977
水泵
200QJ20-108
套
1
4800
4800
闸阀
2″
个
1
195
195
逆止阀
2″
个
1
200
200
进排气阀
2″
个
1
175
175
其它管件
G2″
套
1
500
500
铁双法兰短节
个
2
35
70
铁法兰标盘
2″
套
2
15
30
胶垫
2″
个
6
1.2
7
2
蓄水池部分
2″
11000
上山钢管
Dg50
m
440
25
11000
3
管材部分
26377
PE塑料管道
Φ63（1Mpa）
m
1275
17
21675
出水口及出水口保护
Φ63
套
23
200
4600
三通
Φ63
个
7
12
84
弯头
Φ63
个
2
9
18
4
闸阀井部分
636
球阀
Φ63
个
2
88
176
水表
DN63
个
2
230
460
5
排水井部分
121
泄水阀
Φ63
个
2
60.5
121
（二）
安装费
项
44111.2
0.08
3529
二、建筑工程
89802
1
井房及首部工程
27262
大口井维修
眼
1
20062
20062
大口井房
3*3m
座
1
7200
7200
2
蓄水池部分
53468
蓄水池
100m3
座
1
50892
50892
浆砌石支墩
个
14
184
2576
3
闸阀井
个
2
807
1614
4
排水井
个
2
1179
2358
5
管道土方开挖、回填及压实
m3
510
10
5100
三、合计
137442
亩造价
规划150亩
916
表4-2柳树行3号井管灌工程典型设计投资估算表
序号
项目名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
复价（元）
一、安装工程
41798
（一）
直接材料费
38702
1
井房及首部工程
5977
水泵
200QJ20-108
套
1
4800
4800
闸阀
2″
个
1
195
195
逆止阀
2″
个
1
200
200
进排气阀
2″
个
1
175
175
其它管件
G2″
套
1
500
500
铁双法兰短节
个
2
35
70
铁法兰标盘
2″
套
2
15
30
胶垫
2″
个
6
1.2
7
2
蓄水池部分
2″
10750
上山钢管
Dg50
m
430
25
10750
3
管材部分
21218
PE塑料管道
Φ63（1Mpa）
m
1020
17
17340
出水口及出水口保护
Φ63
套
19
200
3800
三通
Φ63
个
5
12
60
弯头
Φ63
个
2
9
18
4
闸阀井部分
636
球阀
Φ63
个
2
88
176
水表
DN63
个
2
230
460
5
排水井部分
121
泄水阀
Φ63
个
2
60.5
121
（二）
安装费
项
38702.20
0.08
3096
二、建筑工程
88230
1
井房及首部工程
27262
大口井维修
眼
1
20062
20062
大口井房
3*3m
座
1
7200
7200
2
蓄水池部分
52916
蓄水池
100m3
座
1
50892
50892
浆砌石支墩
个
11
184
2024
3
闸阀井
个
2
807
1614
4
排水井
个
2
1179
2358
5
管道土方开挖、回填及压实
m3
408
10
4080
三、合计
130028
亩造价
规划120亩
1084
低压输水管道工程典型设计投资汇总表
序号
项目名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
复价（元）
一、安装工程
143542
（一）
直接材料费
132909
1
井房及首部工程
17932
水泵
200QJ20-108
套
3
4800
14400
闸阀
2″
个
3
195
585
逆止阀
2″
个
3
200
600
进排气阀
2″
个
3
175
525
其它管件
G2″
套
3
500
1500
铁双法兰短节
个
6
35
210
铁法兰标盘
2″
套
6
15
90
胶垫
2″
个
18
1.2
22
2
蓄水池部分
33000
上山钢管
Dg50
m
1320
25
33000
3
管材部分
79328
PE塑料管道
Φ63（1Mpa）
m
3825
17
65025
出水口（内含保护）
Φ63
套
70
200
14000
三通
Φ63
个
20
12
240
弯头
Φ63
个
7
9
63
4
闸阀井部分
2226
球阀
Φ63
个
7
88
616
水表
DN63
个
7
230
1610
5
排水井部分
424
泄水阀
Φ63
个
7
60.5
424
（二）
安装费
项
132909.1
0.08
10633
二、建筑工程
270213
1
井房及首部工程
81786
大口井维修
眼
3
20062
60186
大口井房
3*3m
座
3
7200
21600
2
蓄水池部分
160404
蓄水池
100m³
座
3
50892
152676
浆砌石支墩
个
42
184
7728
3
闸阀井
个
7
807
5649
4
排水井
个
6
1179
7074
5
管道土方开挖、回填及压实
m3
1530
10
15300
三、合计
413755
亩造价
规划450亩
919
4.3.2微灌典型工程设计
高丽铺村北部，主要种植板栗树，果树行株距平均约为2×5m。
根据单井控制面积不同，分别选择具有代表性的三眼井控制三个地块进行典型设计。
选择的三眼井分别控制为120亩，150亩，180亩。
三眼井号分别为：
2号井控制面积180亩；1号井控制面积150亩；4号井控制面积120亩。
现有大口大口井3眼，井深7m、井径7m，出水量为20m3/h。
为提高管理和节水灌溉水平，又使果品增质增量，计划发展微灌（小管出流）工程。
（1）规划设计参数
①设计日耗水强度：
e=3.5mm
②土壤湿润比p=40%
③设计灌水均匀度：
Cu≥85％
④灌溉水利系数η=0.85
（2）灌水器选择
本系统灌水器选用小管出流灌水器，该灌水器由稳流器和一段φ4小管组成，其优点:
①抗堵塞性能强，水质净化处理简单，解决了微灌系统灌水器易于堵塞的难题；②施肥方便，将肥液注入灌水道系统内随灌溉水一起进入作物根区土壤中；③省水；④适应性强，对不同的地形、土壤均可适用，其工作压力0.05MPa-0.4MPa，且在国内平同压力均能保持流量稳定，该灌水器中的稳流器流量有15L/h、30L/h、40L/h、50L/h、60L/h等不同型号，因本单位内树距较密，故本系统采用流量较少的型号，即流量为30L/h，其允许最大工作压力可达0.4MPa。
（3）系统的规划布置
①系统的规划
根据总体规划，板栗园区采用小管出流灌溉形式，水源是位于园区下部的一口大口井，其可供水量为20m3／h，小管出流灌溉系统的首部枢纽建在大口井附近。
②管网的布置
毛管与灌水器的布置：
果树沿南北向种植，行距为5m，故毛管采用单行布置，即沿南北方向一行树布置一条毛管，毛管长度为56.25m。
每株板栗下一个小管出流灌水器，其单个流量为q=30L/h，毛管为φ16PE管。
干、支管布置：
干管采用φ110PVC硬管，支管垂直于干管布置，且双向控制毛管，支管采用中φ90PVC硬管，毛管沿种植的方向布置，支管间距为毛管长度的2倍，即112.5m。
主、支管道开挖深0.8m宽0.5m，毛管开挖深0.3m宽0.30m。
小管出流管道布置示意图见图4-3。
微灌主、支、毛管布置应根据现场实际情况调整布置方案。
图4-3小管出流管道布置示意图
控制调节和量测设备的布置：
在系统的首部安装闸阀、止回阀、水表、压力表、进排气阀等，在各干、支管上安装控制阀门。
（4）灌溉制度的确定
①一次灌溉用水量（灌水定额）的确定
m=0.1rzp（θmax-θmin）/η
式中：
m—设计灌水定额
r—土壤容重1.45g/cm3
p—设计土壤湿润比，据工程技术规范为50％
z—计划湿润层深度50cm
θmax一适宜土壤含水量上限，取田间持水量的90％，田间持水量取23％
θmin一适宜土壤含水量下限，取田间持水量70％
η一灌溉水利用系数85％
将各数据代入计算得：
m=26.2mm
②设计灌水周期的计算：
mη
T=———
Ea
式中：
T—灌水周期，天
m—灌水定额mm
η一灌溉水有效利用系数85％
Ea一日耗水强度2.6mm／d
计算得：
T=8.56天，取T=9天
③灌水延续时间的确定：
由于小管出流果树株行距很大，计算灌水延续时间：
mSeSr
t=————
nηq
式中：
t一灌水延续时间
m—灌水定额mm
Se—行距m
Sr—株距m
n—灌水器流量L/h
将各数值代入计算得：
t=4.6小时，取t=5.0h
（5）系统工作制度的确定
为节约工程投资，本系统采用轮灌的工作制度，每次灌溉位于不同分干管上的两条支管，全部灌区共有支管24条
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