水利灌溉典型工程设计方案.docx
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水利灌溉典型工程设计方案
附件：
典型工程设计
二〇一七年四月
典型工程设计
1.1典型设计说明
根据现有农田改造与新增农田灌溉不同、水源类型与单井出水量不同、耕地地形条件不同，选择不同的典型设计。
地下水滴灌典型设计，选择坡耕地与平原耕地两种耕地类型和单井出水量与控制灌溉面积不同的四个组合类型。
喷灌选择单机控制面积300亩、500亩两种控制灌溉面积和小型扬水站地表水水源、地下水水源两种水源类型组合的四个类型。
畦田地面灌溉选择一种类型。
实施方案共选择了滴灌、喷灌灌溉两种节水灌溉方式下的8个典型设计。
8个典型区的主要指标详见表1.1-1。
表1.1-1##“四个千万亩〞典型工程设计类型
耕地类型
水源类型
节水灌溉方式
典型类型
典型工程设计类型
类型
类型
方式
编号
单井出水量或单机供水量〔m3/h〕
单井或单机控制面积〔亩〕
坡耕地
地下水
滴灌
1
32
181
平原耕地
2
32
151
3
50
220
4
80
320
地下水
喷灌
5
〔63+63〕120
500
6
80
300
地表水
7
120
500
8
70
300
1.2滴灌典型设计
1.2.1水源工程设计
滴灌工程水源工程设计包括水源井设计和井房设计。
〔1〕更新水源井设计
更新机井依据《机井技术规X》〔GB/T50625-2010〕并参考周边机井的设计进展。
新打机井为混凝土管井和钢管井，混凝土管井主要分布在##市和##市，新打水源井的原因是更新和重新布局调整。
设计混凝土管井的内径为Φ300mm，壁厚50mm，下管深度为60m，其中沉淀管5m，滤水管40m，井壁实管15m。
根据项目区水文地质情况，单井出水量分别为50m3/h和80m3/h。
〔2〕井房设计
由于原有机电井和现有可利用机电井没有井房，本次设计为了保护配电设备、水泵和滴灌工程首部系统的正常工作，每眼机电井建一个机井管理房，单个井房建筑面积12m2，地面以上尺寸为：
长×宽×高4×3×4.3m，根底采用砖砌体和混凝土圈梁结构，地上墙体采用砖砌体结构，井房内采用C15混凝土地面，房顶采用蓝色彩钢板。
1.2.2滴灌节水灌溉制度设计
〔1〕灌溉设计保证率
依据《节水灌溉工程技术规X》GB/T50363-2006，《滴灌工程技术规X》GB/T50485-2009，确定设计灌溉保证率为85%。
〔2〕根本资料
项目区土壤主要为砂壤土，土壤干容重1.42g/cm3，田间持水率为23%，灌溉水利用系数为0.95，项目区主要种植作物为玉米。
〔3〕滴灌灌溉制度设计
①最大灌水定额计算
最大灌水定额采用适宜水量法确定，采用公式：
max=0.001γzp（θmax-θmin）
式中
max－最大净灌水定额〔mm〕；
γ－土壤容重〔g/cm3〕，1.42g/cm3；
z－土壤计划湿润层深度〔cm〕，取50cm；
p－设计土壤湿润比，取75%；
θmax－适宜土壤含水率上限〔%〕，一般情况下玉米取田间持水率的80%-90%，本次设计取86%；
θmin－适宜土壤含水率下限〔%〕，一般情况下玉米取田间持水率的60%-70%，本次设计取65%。
计算结果：
ms=0.001×1.42×50×75×〔19.78-14.95〕=25.72mm
上述计算结果为最大净灌水定额，实际需水要求可按下式确定：
m≤ms，本次设计选取净灌溉定额为25.7mm〔17m3/亩〕。
根据项目区灌溉实际情况，滴灌灌溉水利用系数取0.95，故滴灌毛灌溉定额为27mm〔18m3/亩〕。
②设计灌水周期确实定
=6.1，取T=6天
式中T－设计灌水周期，d；
ETd－作物日蒸发蒸腾量，取设计代表年灌水顶峰期平均值，取4.2mm/d。
③作物灌溉制度
在85%保证率时左右，查《##自治区主要作物灌溉制度与需水量等值线图》，并考虑采用膜下滴灌玉米灌水量减少20%左右，故项目区玉米需水量为290～269m3/亩〕，作物生育期有效降水量为180～125m3/亩〕，不考虑土壤储水量的差值，参考邻近类似地方的试验成果，确定玉米的净灌溉定额为110～144m3/亩，滴灌的灌溉水利用系数0.95时，节水灌溉毛定额为112～146m3/亩。
P=85%时玉米滴灌设计灌溉定额计算见表1.2-1，玉米滴灌设计灌溉制度见表1.2-2与续表1.2-2。
表1.2-1玉米滴灌设计灌溉定额计算表〔P=85%〕
行政区
作物
需水量
〔m3/亩〕
有效
降雨量
〔m3/亩〕
缺水量
〔m3/亩〕
净灌溉
定额
〔m3/亩〕
毛灌溉
定额
〔m3/亩〕
节水灌溉
定额
〔m3/亩〕
呼伦贝尔
290
180
110
110
116
112
兴安盟
290
165
125
125
132
130
##市
296
165
131
131
138
136
##市
296
165
131
131
138
136
乌兰察布市
269
125
144
144
152
146
表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
作物
灌水定额
〔m3/亩〕
灌水次数
生育期与灌溉定额
生育期
灌溉定额
〔m3/亩〕
呼伦贝尔
滴灌
玉米
10
1
苗期
112
16
2
拔节
16
3
抽雄
11
2
乳熟
续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
作物
灌水定额
〔m3/亩〕
灌水次数
生育期与灌溉定额
生育期
灌溉定额
〔m3/亩〕
兴安盟
滴灌
玉米
12
1
苗期
130
18
2
拔节
18
3
抽雄
14
2
乳熟
续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
作物
灌水定额
〔m3/亩〕
灌水次数
生育期与灌溉定额
生育期
灌溉定额
〔m3/亩〕
##市
滴灌
玉米
14
1
苗期
136
18
2
拔节
18
3
抽雄
16
2
乳熟
续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
作物
灌水定额
〔m3/亩〕
灌水次数
生育期与灌溉定额
生育期
灌溉定额
〔m3/亩〕
##市
滴灌
玉米
14
1
苗期
136
18
2
拔节
18
3
抽雄
16
2
乳熟
续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度
地区
灌溉形式
作物
灌水定额
〔m3/亩〕
灌水次数
生育期与灌溉定额
生育期
灌溉定额
〔m3/亩〕
乌兰察布市
滴灌
玉米
10
1
苗期
146
18
3
拔节
18
3
抽雄
14
2
乳熟
④一次灌水延续时间
根据选取毛管〔滴灌带〕参数计算一次灌水时间
式中
－一次灌水延续时间，h；
m－设计毛灌水定额，27mm；
－灌水器间距，0.3m；
－毛管间距，1m；
－灌水器设计流量，2.8L/h。
经计算灌水器设计流量采用2.8L/h时，一次灌水延续时间为2.9h。
1.2.3不同类型滴灌典型设计
1.2.3.1有关技术规X与技术标准依据
〔1〕《节水灌溉工程技术规X》GB/T50363-2006；
〔2〕《机井技术规X》GB/T50625-2010；
〔3〕《微灌工程技术规X》GB/T50485-2009；
〔4〕《农田灌溉水质标准》GB5084-2005；
1.2.3.2出水量32t/h的水源控制大田滴灌典型设计〔坡耕地〕
以机电井作为灌溉水源，单井出水量为32m3/h，单井控制坡耕地面积为181亩，典型地块尺寸为360m×336m。
〔1〕首部枢纽设计
首部主要设备由施肥罐、过滤器与逆止阀等，地埋管坡度为1:
2000，首端高末端低，管内积水向末端排水井排放。
滴灌灌溉系统首部设有逆止阀、排气阀、压力表、水表、水嘴、过滤器、施肥罐。
过滤器作用是将水中的固体大颗粒、藻类、漂浮物沉淀过滤，防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。
过滤器有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等，各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。
根据项目区水中固体砂颗粒含量很少的情况，过滤设备采用3"离心加网式过滤器，过流量32m3/h。
在每个地块设置独立的施肥罐，施肥罐的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化学药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部，便于作物吸收，充分发挥肥效，同时减少肥料浪费，本系统选用容积为100升的施肥罐。
〔2〕滴灌带选择
根据目前国内市场上滴灌带的种类和水利性能，以与对各厂家滴灌带的应用调查，典型地块灌水器选择壁厚0.2mm的内镶式滴灌带，滴头工作压力为100KPa，滴头间距
为0.3m，毛管布置间距
为1m，滴水流量2.8L/h。
〔3〕管网布设
①分干管与给水栓：
根据地块大小、作物种植方向、毛管最大铺设长度和毛管的布设情况〔双向或单项〕，首先确定分干管的布设位置和布设方向〔垂直于种植方向〕，根据支管的布设情况〔双向或单项〕，再确定分干管的布设长度和给水栓布设位置。
本次典型地块设计，共布设分干管3条，间距120m，每条分干管输水长度为308m，典型地块分干管的输水总长度为924m，考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗，实际管材总用量为970m。
给水栓布设按照28m的间隔均匀布设在分干管上，典型地块共布设36个给水栓。
②干管：
干管布设应根据地形高差、水源井的位置、分干管的布设情况并考虑管网各节点的压力均衡进展布设。
本次典型地块干管的布设为：
在地块高程较高处垂直于分干管的位置布设一条干管，在这条干管的中间垂直方向再布设一条干管，与位于低处的水源井连接，干管输水长度为544m，考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗，实际管材总用量为571m。
干管和分干管具体布设见图2，为防止冬季冻害，干管和分干管均采用地埋，管槽开挖根据《滴灌工程设计图集》与当地实际，沟槽断面为梯形，下口宽为管道外径加0.3，即下口取0.5m，上口宽取1.5m，管槽开挖深度根据当地冻深情况确定为1m，为便于施工弃土堆放在沟槽一侧0.3m以外，典型地块土方开挖、回填量均为2936m3。
③支管〔给水软管〕：
支管是根据水源井的出水量、灌水小区大小和布设方式〔双向或单项〕进展布设，为均衡毛管的压力，一般情况支管应布设在灌水小区的中央，并与毛管垂直，另外支管与分干管上的给水栓相连接，且平行于分干管，支管长度是由支管上的毛管数量确定的。
本次典型地块支管的布设为：
在每根分干管上平行于分干管方向布设12根支管，支管布设方式为双向，每条支管长度为28m，典型地块共设置36条支管，总长度为1008m，每条支管设置独立闸阀，并与分干管上的给水栓相连接。
支管为地面管道，具体布设见图1-2-1。
④毛管：
是直接向作物施水的管道，是滴灌系统中用量最多的管道，其作用是把管网中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。
毛管的布设是根据作物种植方向、作物种植行距、毛管单向最大铺设长度、支管中的水量和毛管的性能参数等因素确定的。
根据项目区实际，本次典型地块毛管的布设为：
毛管垂直于支管两侧呈鱼骨式布置，方向与种植方向一致，毛管间距为1m，毛管上每隔0.3m设一个灌水器〔滴头〕，灌水器流量2.8L/h，工作水头为10m。
毛管用按扣三通与支管连接，毛管上不设球阀，即同一支管上所有毛管同时工作，每条支管的两侧各布设28根毛管，每根毛管长60m，典型地块共布设2016根毛管，毛管总长为120.96km。
毛管为地面铺设管道，具体布设见图7-2-2。
⑤支管与毛管为地面管道，为防止管材管件的丧失与损坏，每到冬季支管应与时收起妥善保存，毛管每年进展更新，由生产厂家回收。
停泵或冬季不用时，为排除管道冲砂水和防止出地竖管积水冻害，在分干管道末端的最低处设排水井。
图1-2-1坡耕地大田滴灌典型地块工程布置图
图1-2-2单支管控制面积布置图
〔4〕管材和管径选择
根据当地类似工程实践经历，干管和分干管选择PVC管材，支管和毛管采用PE管材。
管网的干、分干、支、毛各级管道管径按经历公式计算，计算管径和选取管径见表1.2-3。
表1.2-3各级管道设计管径计算表
管道
流量〔m3/h〕
计算管道内径〔mm〕
双壁厚〔mm〕
设计管径〔mm〕
干管〔PVC管〕
32
102
6
110
分干管〔PVC管〕
32
102
6
110
支管〔PE管〕
16
58
2
63
毛管〔PE管〕
0.36
11.28
0.4
16
〔5〕滴灌系统水力设计
①各级管道流量推算
a、单根毛管设计流量
单根毛管流量等于灌水器流量乘以毛管上灌水器总数，即：
Q毛=N·q
=200×0.0028
=0.56（m3/h）
即单根毛管的总流量为0.56m3/h。
式中q－滴头流量，2.8L/h；
N－毛管的滴头数，为毛管总长度÷滴头间距。
b、支管设计流量
支管双侧连接56根毛管，故支管设计流量为：
Q单支＝Q毛·N＝0.56×56＝31.36〔m3/h〕
式中N－支管上毛管的数目N=56条；
Q毛－单根毛管总流量。
c、分干管设计流量
Q分干管＝Q支＝31.36〔m3/h〕
d、干管设计流量
Q干=Q分干=31.36〔m3/h〕
②毛管铺设长度校核
a、灌水小区最大水头差
小区内最大、最小水头计算
hmax=（1+0.65qv）1/xhd
hmin=（1－0.35qv）1/xhd
hv=hmax－hmin
式中hmax－滴头最大水头，m；
hmin－滴头最小水头，m；
qv－流量偏差率，取0.2；
x－流态指数，取0.5；
hd－额定压力，取10m。
计算得，hmax=12.77m，hmin=8.65m，hv=4.12m。
b、灌水小区毛管铺设长度
按照《微灌工程技术规X》要求，初步估算时，分配给毛管的水头差可取设计允许水头差的50%，并以此计算毛管最大铺设长度。
毛管水头损失为：
式中
－管道沿程水头损失，m；
－摩阻系数，0.505；
－管道流量，L/h；
－管道内径，15.6mm；
－流量指数，1.75；
－管径系数，4.75；
－管长，m。
计算得，毛管最大铺设长度为65m，本次设计毛管长度为60m，符合规X要求。
③轮灌制度确实定
根据滴灌系统的布置，为保证系统各级管道平安稳定运行，故需将系统划分轮灌组。
典型设计地块共有1条干管、3条分干管，每条分干管共布设10条支管，支管共计36条。
灌溉时开启1条支管闸阀，典型地块共布置36个轮灌组。
运行时，每次灌水时间为2.9小时，即2.9小时可完成一个轮灌组。
按照每天工作21小时计算，一天可以完成7个轮灌组的灌水定额，5.14天可完成全部36组轮灌区，即一个灌溉周期为5.14天，小于设计灌水周期。
④管网最不利点水力计算
根据各级管道流量与最不利工作点的位置，根据前面给出的公式计算管网的水头损失。
管道水力计算包括管道沿程水头损失和局部水头损失。
a、管道沿程水头损失计算
b、管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。
计算结果见表1.2-4。
c、泵管损失计算
H泵管=L·I（υ≥1.2m/s）
式中L–泵管长度，L=30m；
I=0.00107υ2/d1.3；
υ–管内流速，m/s；
d–管道内径，0.06m。
按照上述公式计算，泵管水头损失为12.31m。
表1.2-4管网最大水头损失计算表
项目
干管
分干管
竖管
支管
合计
94800
94800
94800
89800
32
32
32
16
（mm）
102
102
59
60
m
1.77
1.77
1.77
1.75
4.77
4.77
4.77
4.75
（m）
424
19
2.5
14
多孔系数F0.5
1
1
1
0.397
沿程水头损失（m）
4.87
0.22
0.39
0.23
5.31
局部水头损失（m）
0.49
0.02
0.04
0.02
0.53
总水头损失（m）
5.35
0.24
0.43
0.25
6.28
⑤管网压力分析
本次典型设计主要针对坡耕地，地形高差变化较大，在满足管网最不利点水头损失的同时，局部滴灌小区毛管接口压力大于选取毛管的爆破压力，因此需要进展压力调节，设计在毛管与支管连接处采用稳流三通，以保证滴灌系统正常运行。
各节点扬程计算见表7.2-5。
⑥滴灌典型地块小区流量偏差率计算：
根据小区地面软带与毛管损失计算得，滴灌典型地块小区水头偏差为1.92m，那么hv=0.192，通过上式计算可得小区流量偏差qv为0.096，小于《微灌工程技术规X》〔GB/T50485-2009〕所要求的0.2，故设计合理。
表1.2-5小区各节点扬程计算表
节点
管网损失
泵管损失
动水位
高差〔相对水源〕
过滤器
工作水头
总扬程
相对差值
1
6.28
12.31
30
18
10
10
86.59
-1
2
6.15
12.31
30
16
10
10
84.46
-3.13
3
6.5
12.31
30
15.5
10
10
84.31
-3.28
4
6.86
12.31
30
14
10
10
83.17
-4.42
5
7.21
12.31
30
13
10
10
82.52
-5.07
6
7.56
12.31
30
11
10
10
80.87
-6.72
7
7.92
12.31
30
8.5
10
10
78.73
-8.86
8
8.27
12.31
30
5.5
10
10
76.08
-11.51
9
8.62
12.31
30
3.5
10
10
74.43
-13.16
10
8.98
12.31
30
1.5
10
10
72.79
-14.8
11
9.33
12.31
30
0.5
10
10
72.14
-15.45
12
9.68
12.31
30
-0.5
10
10
71.49
-16.1
13
4.76
12.31
30
19
10
10
86.07
-1.52
14
4.63
12.31
30
18
10
10
84.94
-2.65
15
4.99
12.31
30
17
10
10
84.3
-3.29
16
5.34
12.31
30
15
10
10
82.65
-4.94
17
5.69
12.31
30
13
10
10
81
-6.59
18
6.05
12.31
30
10.5
10
10
78.86
-8.73
19
6.4
12.31
30
7
10
10
75.71
-11.88
20
6.75
12.31
30
6
10
10
75.06
-12.53
21
7.11
12.31
30
4.5
10
10
73.92
-13.67
22
7.46
12.31
30
3
10
10
72.77
-14.82
23
7.82
12.31
30
1.5
10
10
71.63
-15.96
24
8.17
12.31
30
0.5
10
10
70.98
-16.61
25
6.28
12.31
30
19
10
10
87.59
0
26
6.15
12.31
30
18.5
10
10
86.96
-0.63
27
6.5
12.31
30
16.5
10
10
85.31
-2.28
28
6.86
12.31
30
14.5
10
10
83.67
-3.92
29
7.21
12.31
30
12
10
10
81.52
-6.07
30
7.56
12.31
30
11
10
10
80.87
-6.72
31
7.92
12.31
30
9.5
10
10
79.73
-7.86
32
8.27
12.31
30
8.5
10
10
79.08
-8.51
33
8.62
12.31
30
7.5
10
10
78.43
-9.16
34
8.98
12.31
30
6
10
10
77.29
-10.3
35
9.33
12.31
30
4
10
10
75.64
-11.95
36
9.68
12.31
30
2
10
10
73.99
-13.6
〔6〕水泵的选型
①总扬程计算
水源井动水位为30m，泵管损失为12.31m，最不利点管网损失为6.28m，高差为19m，滴灌带要求压力水头10m，过滤器水头损失为10m。
那么总扬程为：
H扬=H入+H动+H损+H过+H高差=30+12.31+6.28+10+10+19=87.59（m）
②水泵的选型
根据上述计算总扬程和系统总流量确定水泵的型号。
本次设计拟选用200QJ32-78/6潜水泵，其性能与参数见表1.2-6。
表1.2-6潜水泵性能与参数
水泵型号
流量〔m3/h〕
扬程〔m〕
水泵效率〔%〕
配套功率〔KW〕
200QJ32-91/7
32
91
72
13
〔7〕典型地块设备材料用量与投资
滴灌典型地块材料用量与工程量统计见表1.2-7。
表1.2-7典型地块设备材料用量与投资表
编号
工程与费用名称
单位
数量
单价〔元〕
合计〔元〕
备注
第一局部建筑工程
47913
一
水源工程
29600
1
机电井
眼
1
20000
20000
2
井房
m2
12
800
9600
二
节水灌溉工程
18313
1
管道工程
15913
土方开挖
m3
2936
2.99
8779
土方回填
m3
2936
2.43
7134
2
管道附属建筑物
2400
排水井ф1.2m
眼
3
800
2400
第二局部机电设备与安装
38595
一
机电设备
35086
1
200QJ32-91/7
台
1
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