管灌喷灌设计方案.docx
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管灌喷灌设计方案
五、项目设计报告
（一）、工程设计方案说明
1、项目概况
天祝县节水增效高效节水灌溉项目2016年度工程计划在天祝县金强河灌区、安远灌区、朱岔灌区、松山灌区4个灌区的华藏寺镇、打柴沟镇、哈溪镇、天堂镇、东大滩乡、松山镇六个乡镇的23个村及2个移民点实施高效节水灌溉面积3.0086万亩,其中:
低压管道灌溉面积1.9114万亩,喷灌面积0.5772万亩,滴灌面积0.52万亩。
主要建设内容:
铺设灌溉输供水管线139.06km，其中：
主管26.32km，支管16.3km，分支管96.45km；修建各类建筑物3775座，其中：
沉砂池13座，检查（控制）井241座，出水口3368座，渗水井133座；喷灌机15台；温棚滴管设备2600套。
（1）项目建设内容
本项目标段主要对在东大滩乡酸次沟片区；松山镇松山片区，6#、7#移民点片区发展高效节水9608亩，其中：
管灌2108亩，喷灌6300亩，微灌1200亩。
地下水滴灌工程等。
主要内容包括工程勘测、施工图设计、材料设备生产供应、施工安装、土建工程施工、工程试运行及群众的培训等工作。
项目主要设计建设内容：
发展管灌2108亩，喷灌6300亩，微灌1200亩；完成管沟土方开挖工程19798.00m³、管沟土方回填工程19798.00m³、修建检查井33座、排水井9座、修建镇墩136座、修建150㎡3座、安装管道Φ600*.063PVC管2051米、Φ400*0.63PVC管1653米、Φ315*0.63PVC管1200米、Φ250*0.63PVC管1795米、Φ160*0.63PVC管3930米、Φ125*0.63PVC管926米、Φ110*0.63PVC管3300米、Φ90*0.63PVC管1560米、安装多功能给水栓Φ160mm115个、Φ90微灌带19350米、加压泵3套、砂石+碟片过滤器3套、安装喷灌机12套。
工期：
2016年5月24日开工至2016年10月21日完工，共计150日历天。
2、管灌、喷灌、微灌工程设计说明
（1）管灌工程布置方案
<1>布置原则
依据原则是因地制宜，综合考虑，既经济合理又便于使用和管理，力求综合节水，效益最好，达到便于运行维修的目的。
本设计采用单井独立运行方式布置管路，管路尽量沿林带边、道路边，以节约耕地，便于维修。
<2>设计依据
《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL250-2000）;
《防洪标准》（GB50210-94）;
《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）；
《滴灌工程技术规范》（GS/T50485-2009）；
《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）;
《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006）;
《中国地震烈度区划图》（GB18306-2001）；
《水利水电工程设计工程量计算规定》（SL328-2005）；
《武威市凉州区节水增效高效节水灌溉发展2016年度工程实施方案》等
<3>布置形式
采用树枝状管网布置形式，干支两级固定管路，毛渠临时修筑土渠，单井形成干支毛三级渠道灌溉系统。
<4>出水口间距及灌溉制度
根据实际情况,支管间距100m,出水口间距100m。
另外，由于该地块土壤质地全部为沙壤土，渗漏量大，单口出水量不能过小，所以确定每个轮灌组开两个出水口，单井出水量设计为120立方米/小时，每个轮灌组的出水口至少分布在两条支管上。
（2）管灌工程设计说明
<1>水源工程
项目区管灌水源为地表水，项目区现状地表水农田灌溉渠系模式为干、支、斗、农四级渠道进行配水，本次设计地表水管灌工程利用灌区原干、支渠进行配水，在支渠分水口后设进水池，容积为5m3，进水池前设置过滤网，进水池长5m，宽1.2m，深1.0m。
根据地形实际高差，复核管网水头损失，不满足管灌工作水头要求增加干管空留段。
干管进水口为水流从明渠进入管道的设施，为防止泥沙及杂物进入管道，在进口段设置拦污栅1道。
管道进水管段管道采用钢管与PVC干管衔接，钢管首段安装过滤网。
<2>管网工程
低压输水管网布置为梳齿状，采用干管、支管二级管道输配水形式，干管从引水点引至项目区，垂直于干管布置支管。
从技术经济角度出发，管道布置本着长度最短、尽可能利用原有渠道、减少施工干扰的原则进行。
现状田间渠道间距为50~120m左右，干管布置从入水口接至田间，支管管道上每隔50m布置一个给水栓，通过塑料软管接入畦块进行灌溉，在干管、支管连接处设闸阀井，支管末端设排水井，管道埋设于项目区最大冻土层以下加0.2m。
<3>控制、量测和保护设备选型
A、管灌系统控制设备：
在干管入口、各支管入口各设1套闸阀；在支管末端排水井内设排水塑料球阀，便于在冬季放空管道内积水，防治管道冻裂现象的发生。
B、管灌系统保护设备：
包括快速空气阀和排气阀。
快速空气阀安装在管线高处；排气阀安装在管道最末端排水井内。
C、管灌系统测量设备：
包括压力表。
管灌系统压力表安装在干管进口，每个首部选用1个0.6MPa压力表。
具体型号根据管网系统确定。
<4>给水栓
根据灌溉系统设计流量、压力及管灌系统特点，分析现状灌区已配套安装的给水设施使用优缺点，采用玻璃钢多功能给水栓，型号根据灌水系统合理确定。
上下栓体由中间法兰连接成型。
给水栓设外保护措施，为钢制外罩（2mm厚钢板），出水口接软管进行灌溉。
<5>土建设计
A首部设计
取水口后设管道进水池，尺寸为长×宽×高：
5.0m×1.2m×1.0m，采用现浇C20砼，厚20cm。
取水口与斗渠采用钢管连接，斗渠段设拦污栅一道，钢管进水口段采用喇叭口并设过滤网。
进水池后设置闸阀井，尺寸为长×宽×高：
1.0m×1.2m×1.0m，为使管道运行安全，干管首部也采用钢管与进水池连接，并在钢管上安装过滤网。
在钢管与pvc干管连接处设控制闸阀。
为避免灌区杂物进入进水池对管道造成堵塞，进水池顶部全部采用预制盖板进行封闭，单块预制盖板尺寸为：
长1.6m×宽0.5m×厚0.12m。
进水池要定期清淤，及时清理杂物，保持水流清洁，以确保管灌系统稳定运行。
B管槽开挖设计
管槽开挖深度由灌区最大冻土层深度确定，开挖槽底宽取0.5m，边坡1：
0.75。
C闸阀井、排水井
依据管灌运行管理及划分情况，考虑干管向支管分水，干、支管连接处设闸阀井，各支管末端设置排水井，排水井井底铺卵石层以渗水。
闸阀井、排水井结构形式均为圆形，井盖为预制C25钢筋砼结构，直径1.5m，厚6cm；井壁为M10水泥砂浆砌砖结构，直径1.5m，深1.75m，厚24cm，井壁内侧抹面为M10水泥砂浆，厚2cm。
D镇墩设计
干支管弯头连接处设镇墩，结构采用C20现浇砼结构。
（3）管道尺寸的确定
<1>管材
地埋塑料管采用高压PVC管。
<2>管道尺寸确定
、经济流速
根据有关资料介绍薄壁PVC管流速V管=1.0-2.0m/s
、管径确定：
D=1.13Q/V
式中A——经济断面
D——管道设计内径
Q——管道设计流量（m³/h）
V——管道适宜流速（m/s）
依据上式计算成果并参考生产厂家产品规格尺寸确定各管段管径，详见管道平面图。
（4）水头损失计算
<1>、沿程水头损失
公式：
hf沿=λ.LQm/dn
式中hf沿——沿程水头损失（m）
L——管路长度（m）
D——管道内径（mm）
λ、m、n——分别为：
摩阻系数、流量指数、管径指数
λ=0.948×105m=1.77n=4.77
依据上式在管网布置图上确定最不利管线，逐段计算沿程水头损失，累加为总沿程损失。
详见水头损失计算表。
<2>、局部水头损失
取沿程水头损失10%作为局部水头损失，即hf局=0.1hf沿。
详见水头损失计算表
水头损失计算表
井号
管段
管长
管径
流量
hf沿
hf
1
#——1
300
315
75.8
2.09
2.30
1——2
300
250
37.9
3.87
4.25
2
#——1
300
200
75.8
2.09
2.29
1——2
300
160
37.9
3.87
4.25
3
#——1
450
315
101
5.21
5.72
1——2
300
250
50.5
6.43
7.07
4
#——1
400
200
101
4.63
5.08
1——2
300
160
50.5
6.43
7.07
（5）配套管件及附属建筑物设计
<1>给水栓
该工程给水栓共设计650个，全部采用螺杆式给水栓，水栓体与竖管用承插连接，铁丝包箍，胶圈止水。
<2>安全阀
每眼井管路首端安装一个可调节弹簧式安全阀。
<3>出水口
为防止给水栓出水冲刷毛渠和损坏给水栓，每个给水栓处建一座出水口，采用给水栓钢制外罩（2mm厚钢板），C20砼稳定墩。
<4>管道沟及毛渠
管道沟深1.8米，底宽0.5米，开挖时一侧抛土，毛渠按设计流量和实际地形修筑，满足不冲不淤要求。
<5>管路首端
进水池与管道连接处设闸阀、压力表、安全阀、逆止阀，管路在进水池出水口直接与地下输水管路连接。
（2）喷灌工程设计
项目区节水灌溉总面积总计为9608亩，其中6300亩采用指针式喷灌和卷盘喷灌，微灌等节水灌溉工程形式。
<1>设计依据
设计依据：
（1）《牧区草地灌溉与排水技术规范》（SL334-2005）；
（2）《喷灌工程技术规范》（GB/T50085-2007）；
（3）《喷灌工程技术》。
<2>设备要求
依据以上《规范》要求指针式喷灌设备的技术指标如下：
（1）配置下垂软管式低压喷头，喷灌均匀系数不低于85%，喷灌强度与雾化指标要符合国标要求。
（2）中心支点和桁架要标准化设计，达到通用化，中心支撑采用C型钢，中心支点与首跨采用柔性连接，以适应地块坡度变化要求。
（3）跨体主管法兰连接采用内镶式橡胶密封件，密封圈不能外露，防老化和紫外线的照射的保护措施。
（4）主跨管出水口需采用焊接加固，主跨管内壁无凸起，对水流不产生阻挡，降低水流沿程损失。
（5）塔架车控制塔盒盒体采用双层中空结构设计，塔盒开启需具备安全自锁结构，仅在切断电源的条件下塔盒才能打开。
（6）塔架车构架采用单腿C型钢支撑，车轮中心距不小于4.2米，以确保设备良好的通过能力和行走稳定性。
（7）输水管为镀锌钢管，要符合国家标准《节水型产品技术条件与管理通则》GB/T18870-2002，
（8）爬坡能力为25%，地隙大于2.7m。
<3>喷灌工设计说明
项目区节水灌溉9608亩采用喷灌，管灌，微灌和滴灌等节水灌溉工程形式，其中喷灌选用指针式喷灌机和卷盘喷灌机进行灌溉，总控制喷灌西片区6300亩，东片区2972亩，根据地块现状共布设13套指针式喷灌机机组和两套卷盘喷灌机，，每套机组控制面积121亩到525亩不等。
1>指针式喷灌
项目区地块为起伏坡地，根据指针式喷灌机对坡度的适应性以及规模化，机械化灌溉的特性，选用指针式喷灌机。
大型指针式喷灌机的喷灌方式是一种实用高效的灌溉手段，它具有低压喷洒，洒水均匀和投资回报效率高等优点。
指针式喷灌机需有比较宽敞的空间进行旋转，有长度为59m、54m、48m的跨架，有4米到19米的多种悬臂可选用，根据地块的实际大小，选择合适跨体长度和悬臂组合以最大化利用地块。
技术特点：
⑴能耗低，灌溉均匀度高；⑵高效节水，节水量达到75％以上；⑶安装简便，操作简单，使用安全；⑷使用寿命长，整机的平均使用寿命在20年以上，PVC管寿命10年以上。
本次设计选用的指针式喷灌机应有比较宽敞的空间进行旋转，指针式喷灌已经被证明是一种实用高效的灌溉手段，它具有洒水均匀和投资回报效率高等优点。
指针式喷灌机的技术特点：
（a）、喷灌机的旋转臂越长、每公顷的灌溉成本越低；（b）、全自动的电子控制系统；（c）、能在低水压条件下作业；（d）、无需人力或拖拉机牵引。
⑴布置原则
①充分利用该喷灌机的优点，采用不同喷洒半径的喷灌机交叉使用，使土地充分灌溉。
②喷灌机的喷洒范围间要留出适当的干燥空间，以便放置供配电设备。
③放置同一台喷灌机的地块高差不大于25%。
④机组交叉的间隙要适当，防止运行期喷灌机臂相遇相互损伤。
依据项目区地形和以上布置原则，本次设计选用指针式喷灌机。
该项目区内共设置113套指针喷灌机组，工程布置详见节水灌溉示范项目实施方案工程平面布置图。
⑵设计依据
《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363—2006
《喷灌工程技术规范》GB/T50085-2007
⑶喷灌设备要求
依据《喷灌工程技术规范》，指针式喷灌设备的技术指标如下：
（1）配置下垂软管式低压喷头，喷灌均匀系数不低于85%，喷灌强度与雾化指标要符合国标要求。
（2）中心支点和桁架要标准化设计，达到通用化，中心支点与首跨采用柔性连接，以适应地块坡度变化要求。
（3）跨体主管法兰连接采用内镶式橡胶密封件，不能外露，防老化和紫外线的照射的保护措施。
（4）主跨管出水口需采用焊接加固，主跨管内壁无凸起，对水流不产生阻挡，降低水流沿程损失。
（5）控制塔盒的开启需具备安全自锁结构，仅在切断电源的条件下塔盒才能打开。
（6）塔架车车轮中心距不小于4.2米，以确保设备良好的通过能力和行走稳定性。
（7）输水管为镀锌钢管，要符合国家标准《节水型产品技术条件与管理通则》GB/T18870-2002，
（8）爬坡能力为25%，地隙大于2.7m。
⑷系统布置
根据项目区地形选择喷灌机，以项目区1号机组为例，1号机组控制半径为292m，控制面积为401，选择喷灌机共5跨，跨长为59m跨体一跨，跨长为54m跨体四跨，在喷灌机末端加装19m悬臂，满足设计要求。
按项目区灌溉水源水量和喷灌机工作流量，需根据不同设备覆盖面积，制定每台机组的系统流量。
项目区内有高压线，但不满足输电要求，需对水源首部及大型机组进行部分输电及配电线路布置，要求输电线路电压10kV，配电线路电压0.38kV，由变压器进行电压调节。
指针式喷灌机喷洒图形为圆形，在运行过程中各机组之间或地角易形成漏喷区，为了提高土地利用率，可在末端加装尾枪，但鉴于项目地所在区域风力较大，蒸发量大。
项目地土壤非纯砂壤土，在高水压打击条件下容易被压实，而且地块非平坦土地，容易造成局部地表径流，故在本方案中不采用末端加装尾枪。
⑸喷灌机设计
根据项目区地块面积和作物种植情况，本着经济适用的原则，此次设计按控制面积的不同分别进行典型设计。
喷灌机性能见表3.3-1。
表3-1指针式喷灌机组性能表
控制半径
（m）
59米跨数
54米跨数
末端悬臂长（m）
控制面积（亩）
系统总流量（m3/h）
入口压力（bar）
292
11
4
19
401
100
2.06
1灌溉系统流量设计
根据喷灌工程的喷洒原理，按满足作物最高日需水量进行计算，系统流量按下式计算：
=977（m3/h）
式中：
Q—灌溉系统设计流量，m3/h；
Ea—作物最高日耗水量，紫花苜蓿Ea=0.008m/d；
A—典型设计灌溉面积，A项目区=401亩（圆形喷洒面积）；
t—日工作小时数，t=22h；
经计算得：
Q=97m3/h，选用出水量Q=100m3/h的水泵1台，才能满足系统需水的要求。
②E2060-G292m（DYP-292）大型指针式喷灌机设计
A水源工程配置
选用的DYP-292指针式喷灌机系统要求总流量为100m3/h，设计利用地表水作为喷灌机的供水水源，采用1台出水量100m3/h的离心泵供水。
因该项目为节水项目，故水源建设考虑最佳位置，现以1号喷灌机组所控制地块为典型地块进行设计，喷灌机田间管道与水源布置见平面布置图。
B管网系统布置
供水水源设在地块边缘，通过PVC输水管道由水源直接供给喷灌机。
因供水距离300米，为较少沿程水流损失，选择φ200PVC,PVC管道内径采用以下经验公式计算水流速度：
式中：
d——管道内径，mm；
Q——设计流量，本工程设计流量94m3/h（0.026m3/s）；
V——管道内的经济流速，取1～1.5m/s；
通过计算，本次设计管道管径选取φ200（内径194），管材为PVC，管道内流速为1.34m/s。
喷灌机以供水口为圆心做圆周运动，单台喷灌机控制401亩草场。
根据作物生长的不同时期，可调整喷灌机旋转时间和速率。
C工作制度制定
每次灌水时，先打开机泵，然后再运行指针式喷灌机。
为降低蒸发损失和飘移损失，工作尽量安排在夜间，每天计划工作18h-24h。
项目区土壤主要为沙壤土,最大允许喷灌强度P=15mm/h,喷灌机机组控制面积为401亩，为防止喷灌机喷水量过大产生地表径流，故喷灌机每转一圈供水量应控制在4300m3以内,喷灌机每小时出水量100m3,则喷灌机转一圈控制在46小时以内。
本次设计29.3小时转一圈，每亩地每次喷水量为6.5m3，灌溉定额为26m3/亩，则喷灌机转4圈可以满足灌水需求。
喷灌机在7.5天内即可完成424亩的喷灌，灌水周期小于设计灌水周期8天，满足设计要求。
D水力计算
a管道沿程水头损失计算
式中：
hf——管道沿程水头损失，m；
f——摩阻系数，f=94800；
Q——管道流量，Q主=94m3/h，Q支=03/h；
d——管道内径，d主=194，；
m——流量指数，m=1.77；
b——管径指数，b=4.77；
L——管长，
b管道局部水头损失hj按沿程水头损失的10%计算。
具体结果见表4.3-2。
经计算得，汇流后管道总水头损失为7.03m。
hf主=6.39m
hj主=0.64m
表3-2DYP-292型喷灌机-#21地块PVC管道水头损失
地块号与输水管
长度（m）
直径
（mm）
承受压力（MPa）
水头损失（m）
备注
沿程
局部
合计
11#
310
200
0.63
2.39
0.64
3.03
1#水泵向喷灌机供水
E水泵的选型
a.喷灌系统设计扬程计算
喷灌系统的设计扬程应按下式计算：
H=hf+hj+hmin+h动+h泵
式中：
hf—沿程水头损失（m），hf=hf主+hf支=6.39m；
hj—局部水头损失（m），hj=hj主+hj支=0.64m；
hmin—喷灌机入口压力（m），hmin=21m；
h泵—泵房内的水头损失（m），一般取3m，取3m
h动—水源水位差深，h动=1m。
经计算：
水泵设计扬程为32.03m。
b.水泵的选型
根据移动式喷灌设备的总扬程和总流量确定水泵的型号。
本次设计水源井选用1台200QJ63-48/4型离心水泵，选取的水泵性能及参数见表3.3-3。
表3-3潜水泵性能及参数
编号
水泵型号
流量（m3/h）
扬程（m）
配套功率（KW）
数量（台）
12
200QJ63-48
100
33
12
1
④砼重力机座
为了稳固指针式喷灌机，在喷灌机中心需建一座砼重力机座，用来支撑喷灌机中心的支架。
指针式喷灌典型地块一示意图
PVC供水管道
R292m
离心加压泵
401亩
<4>埋深与回水装置
管道全部设计为地埋管道。
本次设计埋深为0.6m，该埋深完全能保证管道的正常运行。
沟槽断面底宽0.5m，上口宽1.0m，深度0.6m，弃土堆放在管沟同一侧，最少1.0m以外。
为防止管内排水不净冬季结冰破坏管道，根据项目区内地面坡差整高程走向的具体情况，选用向PVC末端排水方式，在地埋管道的末端管处下边设置2寸回排管接头，管道埋设比降为1:
2000，首端高高，末端低，以便管道中的余水排出。
<5>水泵与管网连接方式
选用水泵管到出水口用连接弯管到地下与地埋管道连接，本方式不用单向阀，减少水锤冲击。
<6>出水口立管防冻拔措施
一是在出水口立管上涂一层黄干油、包上一层塑料膜，再回填沙土。
二是在出水口立管周围填粗砂，降低含水率，防止冻拨。
<7>供电设计
项目区需新建电力配套设备及高低压线路，为喷灌设备及水泵供电，水源泵配备配电柜，设于泵房内。
喷灌机及机电泵用电从变压器直接接低压电缆。
新建泵房变配电工程包括配电线路，变电工程，所选水泵的电动机为低压电动机，在满足降低起动电流并保证起动转矩的要求的情况下，采用自藕变压器起动。
为保证电气接线、低压电器的安装及相关构筑物的施工质量要严格按照《电气装置安装工程施工及验收规范》进行操作。
本设计内容包括：
取水泵房室内开关设备电气安装设计、动力及照明电气安装设计。
<8>负荷性质和供配电电源及运行方式
输电线路：
10KV
负荷性质：
低压动力
供电电源：
0.38KV
<9>电气设备的防火
井房内电气设备的防火，应贯彻“预防为主，防消结合”的消防工作方针，预防火灾，减少火灾危害。
应积极采用先进的防火技术，做到保障安全，使用方便，经济合理。
<10>照明
泵站应设置正常工作照明、事故照明以及必要的安全照明装置。
照明装置电压宜采用交流220V，泵房照明电源应由固定可靠电源供电；安装高度低于2.5m时，应采用防止触电措施或采用12～36V安全照明。
<11>变压器的选择
变压器的选择中考虑负荷率在0.75为宜，此时变压器运行安全可靠，经济节能。
（主要由于变压器的工作原理及工艺、材料、结构等因素决定的）。
采用需要系数法确定计算负荷。
Pjs=Kx.Ps
Qjs=Pjs.tgφ
式中：
Ps——设备总容量（不计备用设备容量）；
Kx——需要系数，它与用电设备的工作性质、台数、设备效率和线损有关，泵的电动机设备负荷需要系数0.8；
cosφ——功率因数，泵的电动机的设备负荷功率因数0.8；
tgφ——用电设备组的功率因数角对应的正切值，泵的电动机的设备负荷功率因数角对应的正切值0.75。
项目区供电工程需新架设高压线路1.76km，铺设低压线路3.485km，项目区需2台100KVA变压器，1台50KVA变压器。
3、工程勘测设计质量、进度、安全管理措施及方案
（1）工程设计工作质量管理方案
（1）、前期对职工进行“质量第一”的教育；认真推行质量管理，提高勘察设计质量。
（2）、勘察工作要正确反映客观实际，对现场地形、地质概况、原有设备状况以及使用情况等原始资料的收集必须准确、齐全，以满足编制设计文件的要求。
对勘察的原始资料不得遗失或任意涂改。
（3）、对设计文件进行严格的审定进行层层把关，重大的技术方案和技术问题必须经总工程师审定。
（4）、设计人员对勘察、设计、施工和竣工投产全过程的设计工作负责，对设计文件存在的质量问题负责解决及修正。
施工中有必要到现场才能解决的问题，设计人员应到现场解决。
（5）、设计所应指派设计人员参加设计会审，施工图技术交底，竣工验收等工作，并应定期对有代表性或重点的工程设计项目进行回访。
（6）、勘察设计中发生的差错及质量问题，除在原始的设计文件中予以更正外，还应进行登记统计。
（7）、设计院组织设计竞赛，设计所应根据有关规定的要求，评定出最优秀的设计方案。
（8）、对新技术、新设备的采用，必须贯彻一切经过试验的原则，对经技术鉴定不合格的技术、设备，不得在工程中采用。
（9）、要积极推行设计
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