农田水利学喷灌系统规划设计.docx
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农田水利学喷灌系统规划设计
学校：
—云南农业大学—学院：
水利水电与建筑学院一指导老师：
—
教学班号：
一班
专业：
一水利水电工稈
学号：
姓名：
农田水利学课程设计
课程设计目的
通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。
具体要求
1、管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基
本要求与设计方法；
2、掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；
3、学会收集，分析，运用有关资料和数据；
4、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。
基本资料
某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m,行距6m,正值盛果期。
园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m,东西向为3mo果园由道路分割成为4小区。
详见1：
2000果园规划图。
该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最
大供水量60m3/h，动水位距地面20m,该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。
为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。
据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mmZd,
灌水周期可取5〜7天。
该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，
月平均风速为2.5m/s，且风向多变。
该地冻土层深度0.6m
灌溉区域如下图所示：
果园平面图
要求:
（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式（包括验核组合平
均喷灌强度（'）是否小于土壤允许喷灌强度（'允）；
（2）布置干、支管道系统（包括验核支管首、尾上的喷头
工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》）;
（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮
灌工作制度;
（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。
（5）水泵和动力选型。
1、喷灌选型与总体规划
1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则
资料收集：
1、地形：
地面平坦
2、土壤：
砂壤土冻土层深0.6m
3、作物：
苹果树园林，正值盛果期
3
4、水源：
机井，果园南部井水，最大供水量为60m/h,水位距地20m。
5、气象：
灌溉季节多风，平均风速2.5m/s，风向多
变
6、种植面积95亩，果树2544株，株距4m,行距6m,园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。
社会经济条件：
果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力
供应不足；
系统选型：
工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择
系统类型：
1、水源类型位置；
2、地形地貌；
3、地块形状；
4、土壤地质；
5、降水量灌溉区风速；
6、风向；
7、对象；
&社会经济条件；
9、生产管理体制；
10、劳动力状况及使用者素质等情况。
由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较
高。
灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。
喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不应低于85%。
灌溉试验资料：
该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田
间持水率为32%（占容重，下同），凋萎系数为田间持水率的60
%。
在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为6mm/d。
2.规划和设计
2.1喷头选择和组合间距
喷头的选择包括喷头型号，喷嘴直径和工作压力的选择。
在选定喷头之后，喷头的流量，射程等性能参数也就随之确定。
按照国家标准GB85-85《喷灌工程技术规范》规定，选
择喷头和确定间距的具体原则：
（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值。
在本
设计中喷头的组喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。
各类土壤的允许喷灌强度如下表:
土壤类别
允许喷灌强度（mm/h）
砂土
20
砂壤土
15
壤土
12
壤粘土
10
粘土
8
注：
有良好覆盖时，表中数值可提高20%
对本灌区取p=15mm/h。
（2）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75%，但对行喷式
喷灌系统，不应低于85%。
对本灌区取喷灌均匀系数为80%
（3）果树雾化指标取值范围在3000~4000，在选择喷头时作为依据，选择满足作物要求雾化指标的喷头。
雾化指标如下表：
种类
hp/d值
蔬菜及花卉
4000〜5000
粮食作物、经济作物及
果树
3000〜4000
牧草、饲料作物、草坪
及绿化林木
2000〜3000
注：
①hp为喷头工作压力水头;
2d为喷头主喷嘴直径
（4）喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。
无实测资料时，可根据气候条件在下列数值范围内选取：
风速低于3.4米/秒，n=0•8〜0.9;
风速为3.4〜5.4米/秒，n=0.7〜0.8。
注：
湿润地区取大值，干旱地区取小值。
对本灌区取n=0.8
2.2喷头的选择
由于本灌区多年平均风速为2.5m/s，相对较大，运行方式为多
支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。
本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。
根据作物对雾化指标的要求，由《喷灌技术规范》选取金属摇臂式喷头，参数如
F表所示:
型号
接头形式
及尺寸
工作压
力kPa
喷头流
m3/h
量
喷头直
径mm
射程m
喷灌强度
（mm/h）
PY120
H
G1
300
2.96
8
20.0
3.13
2.3确定组合及间距
该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷
头组合形式为正方形，支管间距、喷头间距选取见表：
喷头组合喷头间距
设计风速
m/s
垂直风向a
平行风向b
031.6
R
1.3R
1.6-3.4
（1-0.8）R
（1.3-1.1）R
3.4-5.4
（0.8-0.6）R
（1.1-1）R
注：
①R为喷头射程；
2在每一档风速中可按内插法取值；
3在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏
的数值；
4表中风速是指地面以上10米高处的风速。
确定喷头组合间距，由V=2.5m/s,又R=20m
当Vi=l.6m/s时,ai=1.0R=1.0x20=20m
当V2=3.4m/s时,a2=0.8R=0.8x20=16m
所以a=b=18m
A有效=ab=18x18=324m
2.4校核
1）雾化程度
P100hp
按式：
dd计算
式中：
hp为喷头工作压力,d为喷嘴直径8mm;Pd值越大,
说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式
中hp选300kPa的喷头，
100hp100x300
Pd3750
d8
对于果树，Pd值控制在3000~4000，所以所选喷头满足雾化
指标要求。
2）喷灌强度
324
忑九W皿J0002960.80=7.3mm/h
一；有效
喷灌强度小于15mm/h，满足。
32
已知:
q=2.96m/hA有效=a汉b=18m=<18m=324m
q—喷头的喷水量
—喷灌水的有效利用系数；".80；
A—在全圆转动时一个喷头的湿润面积;
■全一喷灌系统的平均喷灌强度
2.5灌溉制度
1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm,则:
m设一IUH-'--0.1X900X1.42x（30%-18%）
=15.34mm
2、计算灌水周期
皿设15.34=2.56d,
T设=^=仃取T设3天
4、计算同时工作的喷头数
又设计日净喷时间宜符合下列规定:
固定管道式喷灌系统，不宜少于12小时;
半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时;
移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于小时；
行喷式喷灌系统，不宜少于16小时。
因此，选c=12.5h
水源满足供给
5、轮灌组数为：
m二T设*c/t=3X12.5/2.5=15（组）
式中：
N—同时工作的喷头数；
C――天中喷灌系统的有效工作小时数，C取12.5h；
N喷头
n
6、同时工作的支管数为：
13
兰=3根
4
、支为同时工作的支管
n为一根支管喷头数,n=4
该灌区的管网配置如下图：
干管
工作制度如下表:
轮灌顺序
支管号
同
时
每日工作的
喷头数
第一组
1-1,1-2,1-3,1-11
支管
13
第
第二组
1-4,1-5,1-6,1-7
支管
13
——一
第三组
1-8,1-9,1-10
支管
12
64
天
第四组
1-12,2-10,2-11,2-12
支管
13
第五组
2-6,2-7,2-8,2-9,2-10
支管
13
第一组
2-3,2-4,2-5,2-6
支管
12
第
第二组
4-9,4-10,4-11,4-12
支管
12
二
第三组
4-4,4-5,4-6,4-7,4-8
支管
12
53
天
第四组
4-1,4-2,4-3
支管
9
第五组
2-1,2-2支管
8
第一组
3-1,3-2,3-3
支管
12
第三
第二组
3-4,3-5,3-6
支管
9
43
天
第三组
3-7,3-8,3-9
支管
12
第四组
3-10,3-11,3-12
支管
10
管道设计及水力计算
干支管选择硬塑料管，竖管选用DN32钢管
3、扬程的确定
3.1选择支管管径
考虑多口流，多口流系数选取如下表:
N
m=1.77
X=1
X=0.5
2
0.648
0.530
3
0.544
0.453
4
0.495
0.423
5
0.467
0.408
6
0.448
0.398
f,m,b数值表
管材
m
f
b
混凝土管钢
筋混凝土管
n=0.013
2.00
1.312心06
5.33
n=0.014
2.00
1.516O06
5.33
n=0.015
2.00
1.749I06
5.33
钢管、铁铸管
1.90
6.250"0
5.1
硬塑料管
1.77
5
0.948X0
4.77
铝质管及铝合金管
1.74
0.861"05
4.74
由上表及管道具体情况得
则：
0.423X0.948x105X63X11.841.77/d4.77<0.2X30
Q—喷灌系数设计流量（m3；h）
d>55mm
式中：
d—管道内径（mm）;
△z=0
喷灌手册选取D=63mm内径d=58mm的硬塑料管
干管管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：
Qv120m3/h时，d=137^；
Q>120m3/h时，d"厅戸。
Q=nxq喷头=13x2.96=38.48m3/h
所以干管管径d=13.Q支=1338.48=80.65mm
根据《喷灌设计手册》选管径d=110mm,壁厚为3.5mm,实际内径
为叮-103mm的硬塑料管。
比阻值S0=2.375X10-5
3.2计算水头损失：
1、干管的沿程水头损失为:
hf=soQmL又L=300m
Hf=2.375XIO"5X38.48177X300=3.75m
2、计算典型支管沿程水头损失：
3、计算干管局部水头损失:
Q于38.48x4x106
L28m/s
=
干A干3.14x1032X3600
宀2
L28
h门二（1.7+L2+0.2+1.2x4）x2x11.84x4x106
3.14x582X3600
1.25m/s
A
支
4、计算支管水头损失:
1252
片支=（0.1X4+0.1）x2x981=0.04m
5,
计算竖管水头损失:
根竖管水头损失为:
6,计算喷头水头损失
h喷=10%hw
二h阡+hf支+仏干+气支+hg
=3,75+0.79+0.66+0.04+0.61=5.85mcrnrh—10%h=5,85x0.1—0,59m
所以'
已知喷头工作压力为
hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取
扬程的确定
管道埋深为0.7m。
水泵的设计扬程
[l=K+h+h++AZ=20+30+5.85+0.59=56.44m
1pw喷
式中：
u为水位距地的距离；
"'为喷头的压力；
为地势的高差；
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即水泵的设计扬程为56.44m
水泵的选型及动力配套省略。
4、设备用量与材料细表
表1管材设备
序号
名称
单位
数量
型号
备注
1
干管
m
300
硬质塑料
管PVC
外径
110mm内径103mm
2
支管
m
2424
硬质塑料
管PVC
外径63mm内径58mm
3
竖管
m
480
DN32钢管
内径28mm
表2喷头
型号
接头式及尺寸
工作压
力kPa
喷头流
旦m3/h
量
喷头直
径mm
射程m
喷灌强度
（mm/h）
PY|20
G1
300
2.96
8
20.0
3.13
表3接头
名称
型号
数量（个）
备注
三通接头
三承三通
1
总干管与干管连接:
2
干管与分干管连接
四通接头
三承四通
24
分干管与支管连接
接头
90。
弯管接头
162
用于支管与竖管连接和水泵进出口处
卡套式接头
用于各管长不足时，连接两管
表4闸阀
名称
型号
数量（个）
性能参数
备注
调节阀
ZZYP型-自
力式压力调节阀|
48
公称通径DN=200mm公称压力PN=1.6Mpa
安装于干管与支管连接处，主要调节支管压力
逆止阀
内螺纹止回阀
1
止回阀公称压力
PN1.0MPa公称通径
DN120mm
安装于水泵出水口处，防止水回流或者水锤想
象
弹性座封
闸阀
52
工作温度-29〜
425C
安装于总干管与干，干管与分干管，分干管与支管接头处，控制各管道水流
表5其它设备
名称
数量（个）
备注
堵头
54
安装在干管、分干管、支管尾部
排水井
4
在分干管末端
压力表
4
安装于分干管首部
水表
1
安装于总干管首部
5、水泵和动力选型省略
主要参考文献
1、郭元裕主编，农田水利学，中国水利水电出版社，1997年
2、华东水利学院主编，水工设计手册（8），水电出版社，1984年
3、魏永曜、林性粹编，农业供水工程，水利电力出版社，1992年
4、喷灌工程设计手册编写组，喷灌工程设计手册，水利电力出版社，1989年
5、傅琳、董文楚、郑耀泉编著，微灌工程技术指南，水利电力出版社，1988年
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