145团滴灌井水技术设计.docx
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145团滴灌井水技术设计
石总场2006年棉花滴灌技术设计
1.1工程设计采用的规范标准：
依据的有关技术规范、规程、节水灌溉技术规范主要有：
1）《微灌工程技术规范》SL103-95。
2）《喷灌与微灌工程技术管理规程》SL236-1999。
1.2典型滴灌系统参数设计
石总场2006年棉花滴灌设计共13156亩，共15个系统，河水2个系统，面积1750亩，井水13个系统，面积11406亩。
种植模式采用机采棉方式：
一膜一管：
（10+66+10）+66cm，毛管铺设间距1.52m；土壤为壤性土，滴头流量为3.2L/h，滴头间距0.3m。
根据目前棉花种植模式和多年实践经验，确定如下设计参数。
典型设计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
壤土
2
设计日耗水量Ea
mm/d
5
3
土壤湿润层深度Z
m
0.5
4
土壤设计湿润比P
%
70
5
田间持水量
%
25
5
适宜的土壤含水率上限
%
22.5
6
适宜的土壤含水率下限
%
16.25
二
灌水器
1
选型
单翼迷宫式滴灌带
2
工作水头
M
10m
3
流量
L/h
3.2
4
滴头间距
m
0.3
5
毛管间距
m
1.52
6
铺管方式
一管四行
1.2.1系统水源
典型设计以井水做为滴灌的水源。
1.2.2系统动力
距滴溉系统首部附近有高压线路，不需架设高压线，只需调换安装变压器、配电箱、水泵即可满足滴灌系统运行需要。
1.2.3滴灌系统结构
滴灌系统采用如下结构：
水源（加压）→计量装置（水表、压力表）→离心过滤器→网式过滤器（施肥罐）→干管（地埋PVC-U管）→支管（地面PE黑管）→滴灌管→滴头。
为降低能耗，管道系统中支管与分干管，滴灌带与支管、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。
1.2.4水量平衡（选6分场3连10-6号地井水作为典型计算）
计算公式：
Q=10IaA/ηt
A
Q
T
Ia
η
（hm2）
（m3/h）
（t/d）
（mm）
（%）
74.53
207
20
5
90
式中：
A－可灌面积，hm2；
Q－可供流量，m3/h
Ia－设计供水强度，mm/d；
Ea－设计耗水强度，mm/d；
Po－有效降雨量，mm/d；
t－水源每日供水时数，h；
η－灌溉水利用系数。
1.2.5泵站
根据水量平衡计算结果，选择流量230m3/h，扬程40.7+动水位的潜水泵，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，造成管网破坏，影响正常供水。
1.2.6灌水定额
m=0.1γZPw（Qmax-Qmin）/η
其中：
Z——计划湿润层深度，根据实验中实测资料，棉花根系层深度，生育期最大为50cm。
Pw——土壤湿润比，由《微灌工程技术》式2-9。
Pw——NpSeW/（Sp·Sr）×100%。
Np——每棵作物的滴头数，Np=（1/0.3）×0.1=0.333
Se——滴头沿毛管上的间距，Se=0.3m。
W——湿润宽度（或单个滴头的湿润直径），W=1.06m。
Sp——作物株距，Sp=0.1m。
Sr——毛管铺设间距，Sr=1.52m。
以上参数代入式中得Pw=70%。
Qmax、Qmin——土壤含水率上、下限分别按田间持水量的90%和65%。
即Qmax=22.5，Qmin=16.25。
γ——土壤容重，γ=1.5g/cm3。
则灌水定额m滴=0.1γZPw（Qmax-Qmin）/η。
=0.1×1.5×0.5×70×（22.5-16.25）/0.9
=36.5mm=24.3m3/亩·次。
注：
此定额为棉花花铃期的灌水定额。
1.2.7灌水周期
T=（m/Ea）×η
式中：
T—设计灌水周期（d）；
m—设计灌水定额（mm）；
Ea—设计耗水强度（mm/d），根据实践经验棉花取5；
η—灌溉水利用系数，0.90；
根据大田实测取棉花日耗水量Ea=5.0mm/d，则灌水周期
T=（m/Ea）×η=（36.5/5）*0.9=6.6天
1.2.8一次灌水延续时间
t=（m×Se×SL）/q
式中：
t—一次灌水延续时间，h；
m—设计灌水定额（mm）；
Se—滴头间距（m）；
SL—毛管间距（m）；
q—滴头设计流量（L/h）；
t=（m滴×Se×SL）/qd=（36.5×0.3×1.52）/3.2=5.2小时
轮灌组N=20h/d×6.6d÷5.2h=25组，根据实际情况轮灌组数不应大于25组。
设计条田轮灌组数为24组。
石总场滴灌工程设计参数
种植模式
土壤类型
土壤容重
（g/cm3）
Qmax
Qmin
土壤
湿润比
湿润
宽度
滴头
流量
（L/h）
毛管
间距
（m）
灌水
定额
（mm）
灌水
周期
（d）
延续
时间
（h）
（10+66+10）+66
壤土
1.5
22.5
16.25
70
1.06
3.2
1.52
36.5
6.6
5.2
1.2.9灌溉制度
根据多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（参考计划）
作物
名称
灌溉方式
灌溉
定额
4～5月
6月
7月
8月
9月
灌溉
定额
棉花
膜下滴灌
定额
（m3/亩）
20
20
25
20
20
280
次数
1
3
4
4
1
13
1.2.10管系总体布置
典型设计地块形状及系统布置见附图，灌溉水源位于地块条田的边缘，主干管沿条田边缘布置，分干管沿种植方向布置，系统布置五条分干管，支管垂直种植方向，毛管沿种植方向铺设。
1.2.11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。
水源流量230m3/h，控制面积1118亩，根据水量平衡计算及水力计算结果，选用流量230m3/h，扬程40.7m+动水位的潜水泵。
井水进入滴灌系统经离心及网式过滤器。
过滤器水头损失为6-10m。
施肥系统选用容量为300L的施肥罐。
1.2.12管道设计及水力计算
1.2.12.1毛管极限孔数
Nm=INT{（5.466[△h2]d4.75）/（KSeqd1.75）}0.364
其中：
[△h2]——毛管的允许水头偏差，m，[△h2]=β2[△h]
d——毛管内径，d=16mm，
K——水头损失扩大系数，K=1.1~1.2;
Se——毛管上分流孔的间距，Se=0.3m；
qd——滴头设计流量，qd=3.2L/h。
滴灌带选用单翼迷宫式滴头，当滴头间距为0.3m，滴头流量q=3.2L/h时，Q=0.780H0.596。
棉花种植模式为（10+66+10）+66cm，滴灌带选用内径为16mm的PE单翼迷宫式滴灌带，以该产品的参数进行设计。
滴头间距Se=0.3m，滴头流量q=3.2L/h，毛管铺设间距Sc=1.52m，流态指数X=0.596。
依据《SL103-95微灌工程技术规范》，当滴灌的均匀系数Cu＞80%，滴头设计允许流量偏差率qv≤20%，滴头的流态指数X=0.596，则滴灌的允许设计水头偏差率[hv]应为。
[hv]≤[qv]/X·{1+0.15（1-X）/X·[qv]}
≤0.2/0.596×{1+0.15×（1-0.596）/0.596×0.2}
≤34.2%
滴头的定额工作压力为100Kpa（10米水头），则灌水小区允许水头偏差[△h]为：
[△h]=[hv]·hd=0.342×10=3.42m。
毛管和辅管的允许水头偏差
[△h]毛=[△h2]=β2[△h]=0.55×3.42=1.88m
[△h]辅=[△h1]=β1[△h]=0.45×3.42=1.54m
Nm=INT{（5.466[△h2]d4.75）/（KSqd1.75）}0.364
=INT{（5.466×1.88×164.75）/（1.2×0.3×3.21.75）}0.364
=194个。
则毛管辅设长度L毛≤194×0.3=58.2m。
设计中，根据条田的具体长度，可布8条支管，设计毛管最大辅设长度为50m。
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通常取V=1.2~1.8m/s，PVC-U管材不大于2m/s，PE管材不大于3.5m/s。
1.2.13.2毛管水头损失计算：
滴灌带选用单翼迷宫式滴头，毛管内径为16mm。
毛管沿程水头损失为：
hf=K（fSqdm/db）[（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1-So/S）]。
毛管的局部水头损失可按沿程水头损失的20%考虑。
毛管总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和。
hf=1.08×（0.505×0.3×3.21.75/164.75）[（167+0.48）2.75/2.75-1671.75×0.5]
=1.04m。
毛管的局部水头损失可按沿程水头损失的20%考虑，即
hw毛=0.2hf毛=0.2×1.04=0.208m
毛管总水头损失为：
h毛=hf毛+hw毛=1.04+0.208=1.25m
1.2.12.3辅管管径选择及水头损失计算：
辅管沿程水头损失：
hf=K（fSqdm/db）[（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1-So/S）]
辅管局部水头损失按沿程水头损失的20%考虑。
辅管总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和。
一个灌溉小区内的每条支管上同时开启12条毛管，用一个辅管控制，则
Q铺=（Q毛×12）/2=（1066×12）/2=6400L/h
d铺=1000[4Q铺/（3600πv）]0.5
=1000×[4×6.4÷（3600×3.14×3）]0.5=27.2mm
辅管采用PE管，管径32mm，壁厚1.6mm，工作压力0.25MPa。
沿程水头损失：
hf铺=K（fSqqm/db）[（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1-So/S）]
=0.9m。
辅管局部水头损失按沿程水头损失的20%考虑。
hw铺=0.9×0.2=0.18m
则辅管总水头损失：
h铺=1.08m。
1.2.12.4支管管径及水头损失计算
设计中支管选用PE薄壁管，管径63mm，壁厚1mm，工作压力0.25MPa。
支管沿程水头损失：
hf=Kf（Qm/db）L。
支管局部水头损失按沿程水头损失的10%考虑。
支管总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和。
支管管径按管道经济流速确定：
d支=1000[4Q支/（3600πv）]0.5
=1000×[4×14.375÷（3.14×3600×1.8）]0.5=53.2mm
v——塑料管径经济流速，m/s，v=1.2~1.8m/s，不大于3.5m/s。
Q支——支管流量，m3/h，Q支=230/16=14.375m3/h。
支管沿程水头损失hf支=Kf（Qm/db）L
=1.08×0.505×（143751.75/614.75）×（113.5-18.24/2）
=3.29m。
支管局部水头
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