喷灌系统设计.docx
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喷灌系统设计
喷灌系统设计
3.1喷灌系统
3.1.1喷灌系统选型
由于贵州省受地形条件和产业种植的限制,大多数地方皆采用固定式喷灌系统。
固定式管道喷灌系统适用于地形起伏较大、灌水频繁、劳动力缺乏的地方,灌溉对象为经济作物及园林、果树、花卉和绿地。
3.1.2喷灌系统设计步骤
3.1.2.1基本情况调查
灌区水源(m3或m3/s或m3s-1/万亩)、灌区面积(亩)、土壤类别(砂土、砂壤土、壤土、壤粘土、粘土)、风速及风向(m/s,°)、作物(蔬菜及花卉、粮食作物、经济作物及果蔬、牧草、饲料作物、草坪、绿化林木)、地形坡度(°)。
3.1.2.2灌水定额及灌水周期拟定
参数确定:
土壤容重γ(g/cm3):
查下表-1确定
表-1土壤容重及田间持水量
土壤质地
容重(g/cm3)
田间持水量
重量%
体积%
砂土
1.42~1.80
16~20
26~32
砂壤土
1.36~1.54
22~30
32~40
壤土
1.40~1.55
22~28
30~35
壤粘土
1.35~1.44
28~32
40~45
粘土
1.42~1.12
30~35
40~50
计划湿润深度h(cm):
查表-12确定
土壤田间持水量:
查表-1确定
土壤适宜含水量上限β1'(85%):
土壤田间持水量×85%
土壤适宜含水量上限β2'(65%):
土壤田间持水量×65%
最大灌水定额确定(mm):
ms=0.1γh(β1'-β2')
灌水定额(mm)m≤ms
日耗水强度ETd(mm):
查表-2确定
表-2不同作物生育盛期平均日需水量和最大日需水量
作物种类
作物名称
生育阶段
测定年份
平均日需水量(mm)
最大日需水量(mm)
需水量
平均值
需水量
平均值
C4作物
玉米
抽雄期
1982
4.4
5.1
8.1
8.3
谷子
灌浆期
1965
5.7
8.5
允许喷灌强度ρ=ρ1(1—ρ2%)
2)喷头的最大喷灌强度
设计风速v(m/s):
现场调查
风向:
现场调查风向与支管之间的夹角β1(°),风向与支管之间的夹角β2(°)。
A、初定射程比Ka、Kb的确定
根据风速,初定射程比Ka、Kb,查下表-5、6可知:
表-5支管垂直风向布置时间的间距射程比
风速v(m/s)
Ka
Kb
Ka,Kb
0.3~1.6
1
1.3
1.1~1.0
1.6~3.4
1.0~0.8
1.3~1.1
1.0~0.9
3.4~5.4
0.8~0.6
1.1~1.0
0.9~0.7
注:
在每一档风速中可按内插法取值
表-6不同β值时间距射程比取值方法
β
Ka、Kb取值方法
β<15°
按支管平行主风向不等距布置选值
15°≤β<30°
按支管平行主风向不等距布置选值,后将Ka减去0.1,Kb加上0.1
30°≤β≤60°
按等间距布置选值
60°<β≤75°
按支管垂直主风向不等距布置选值,后将Kb减去0.1,Ka加上0.1
β≥75°
按支管平行主风向不等距布置选值
注:
β表示支管与主风向的夹角
B、确定实地组合间距a(m),b(m)
理论组合间距a理=Ka*R,b=Kb*R
a≤a理,b≤b理
C、喷头间距系数Cp的确定
依据喷头的运行状况,选择相应的计算公式,计算Cp,
表-7不同运行情况下的Cp值
运行状况
Cp
单喷头全圆喷洒
1
当喷头扇形喷洒(扇形中心角α)
360/α
单支管多喷头同时全圆喷洒
∏×∏/90×arccos(a/2R)+a/R×power((1-(a/2r)2),1/2)
多支管多喷头同时全圆喷洒
∏R2/ab
注:
R为喷头射程,a为喷头在支管上的间距,b为支管间距
初定风系数Kw
根据下表-8公式,计算风系数,以最不利风方向α,作为最终分系数值,采用内插法确定。
附表-8不同运行情况下的Kw值
运行情况
Kw
单喷头全圆喷洒
1.15v0.314
单支管多喷头同时全圆喷洒
支管垂直风向
1.08v0.194
支管平行风向
1.12v0.312
计算平行风向风系数Kw0(0°)
计算垂直风向风系数Kw90(90°)
Kwα=Kw90-(Kw90-Kw0)/(90/α)
最大喷灌强度ρsmzx(mm/h)=允许喷灌强度ρ(mm/h)/(初定风系数Kw×间距系数Cp)
若ρsmzx≤ρ,则喷头可选。
B、作物雾化指标:
作物类型:
现场调查
雾化指标w:
查下表-9确定
表-9雾化指标
种类
hp/d值
蔬菜及花卉
4000~5000
粮食作物、经济作物及果蔬
3000~4000
牧草、饲料作物、草坪、绿化林木
2000~3000
喷头的雾化值w1=100×hp/d
若w1≥w,则喷头可取。
C、检测喷头射程比Ka、Kb是否超出选定射程比
设计射程比ka1=a/R;kb1=b/R
若ka1≤ka,且kb1≤kb,则间距或喷头可取。
3.1.2.5喷头工作制度的确定
1、喷头工作点及支管的布置
依据灌区分区宽度B,确定支管长度L支管,依据支管间距b、及分区长度L,确定分区支管数量N支管;依据喷头间距a计算支管喷头数量:
N喷头=L支管/a。
2、一个工作位置的灌水时间t(h)
参数:
喷头布置间距a(m):
已计算
支管布置间距b(m):
已计算
设计灌水定额m(mm):
已计算
喷头设计流量qp(m3/h):
根据选定喷头参数确定
田间喷洒水利用系数ηp(%):
根据风速v确定,当v<3.4m/s时,ηp=0.8~0.9;当3.4m/s≤v≤5.4m/s时,ηp=0.7~0.8.
t=abm/(1000*qp×ηp)
3、一天灌区工作位置数nd
参数:
设计日灌水时间td(天):
依据当地作业时间确定;
一个工作位置的灌水时间t(h);已计算
nd=td/t
4、每次同时进行的支管数np(条)
参数:
一天灌区工作位置数nd:
已计算
设计灌水周期T(d):
已计算
支管数量:
N支管:
已计算
np=N支管/(ndT)
3.1.2.6轮灌顺序的确定和管道流量计算
1、轮灌顺序确定原则:
1)各轮灌组喷头数量尽量相等
2)将流量分散到各配水管道
3)灌区灌溉要均匀
2、管道设计流量计算
1)支管流量Q支管计算
参数:
喷头流量qp(m3/h):
查喷头参数
支管喷头数量N:
支管孔口数量
Q支管=qp*N
2)分干管流量Q分干管计算
Q分干管=∑Q支管
∑Q支管:
同一轮灌组分干管管辖下支管流量的总和
3)主干管流量Q主干管计算
Q主干管=∑Q分干管
3.1.2.7供水能力计算
参数:
水源供水量Q供给(m3s-1/万亩):
资料收集及现场调查
灌区面积A(亩):
图上量取
灌区供水能力为:
Q=A/10000×1×3600
管道系统总流量Q总=Q主干管
若Q总≤Q,则满足供水需求;若Q总≥Q,则不满足供水需求,若Q总只是大于Q很少,则通过选择其他可以满足灌溉的喷头进行系统优化:
若Q总比Q大很多,则考虑减少灌区面积。
3.1.2.8管道设计
1、支管设计
1)管材:
一般采用硬塑料管(UPVC)
1)最小管径计算
参数:
摩阻系数f:
查下表-10
流量指数m:
查下表-10
管径指数b:
查下表-10
孔口数N孔口(个):
N喷头-1
喷头间距a:
已计算
首孔距s:
设计量取
首孔距离与喷头间距比X=a/s
多口系数F:
F=(N(1/(m+1)+1/(2N)+(m-1)0.5/(6N2))+X-1)/(N+X-1)
首尾喷头最大高程差Δz(m):
图上量取
工作压力hp(kPa):
喷头型号参数
喷头流量qd(m3/h):
喷头型号参数
支管管径D(mm)≥(F*f*a*N孔口*(qd*N孔口)m/(0.2(hp/10-Δz)))(1/b)
查找UPVC管材,以最相近管径为支管实选管径。
表-9f、m、b数值表
管材
f
m
b
混凝土管、钢盘混凝土管[n=0.13]
1312000
2.00
5.33
混凝土管、钢盘混凝土管[n=0.14]
1516000
2.00
5.33
混凝土管、钢盘混凝土管[n=0.15]
1749000
2.00
5.33
旧钢管、旧铸铁管
625000
1.90
5.10
石棉水泥管
1455000
1.85
4.89
硬塑料管
94800
1.77
4.77
吕管、铝合金管
86100
1.74
4.74
2、分干管设计
参数:
Q分干管:
已计算
当Q分干管≤120m3/s时,D=13*(Q分干管)1/2
当Q分干管>120m3/s时,D=11.5*(Q分干管)1/2
查找UPVC管材,以最相近管径为支管实选管径。
3、主干管设计
水泵出的输水管:
泵站设计部分
与分干管相接的部分由以下公式计算
Q主干管:
已计算
当Q主干管≤120m3/s时,D=13*(Q分干管)1/2
当Q主干管>120m3/s时,D=11.5*(Q分干管)1/2
查找UPVC管材,以最相近管径为支管实选管径。
4、管网水力计算
(1)支管入口最大压力水头H支(m)=H支末+Δz+(L竖-0.2)+H竖管+H支管+hf软管
1)支管末端喷头工作水头H支末(m)=90%×(hp/10)
2)末端喷头入口与支管入口高程差Δz(m):
图上量取
3)竖管水头损失H竖管(m)=hf(m)+fj(m)
摩阻系数f:
查表-10
流量指数m:
查表-10
管径指数b:
查表-10
管道内径D:
查铝合金竖管规格选取
喷头流量qd(m3/h):
喷头参数
竖管长度L竖(m):
根据作物高度计取
竖管沿程水头损失hf(m)=fm(L竖-0.2)*qdm/(Db)
竖管半径r(mm):
D/2
竖管流速(m3/s):
qd/∏r2
局部损失系数ξ:
查表-11
表-11局部损失系数表
名称
三通
闸阀
形式
横流
纵横流
纵流
双向横流
全开
ζ
0.1
0.5~0.8
1.5
1.5
0.1
名称
给水栓
渐缩管
渐放管
弯头
形式
全开
90°
45°
ζ
2
0.1
0.25
0.5
0.2
重力加速度g:
9.81
竖管局部水头损失fj(m)=ζv2/(2g)
4)支管水头损失H支管(m)=hf(m)+fj(m)
支管沿程水头损失hf(m)=FfL支(qdN喷头)m/Db
摩阻系数f:
查表-10
流量指数m:
查表-10
管径指数b:
查表-10
支管长度L支:
已计算
多口系数F:
已计算
喷头流量qd(m3/h):
喷头型号参数
支管内径D(mm):
已计算
喷头数量N喷头(个):
已计算
支管半径r(mm):
D/2
支管流速(m3/s):
Q支管/(∏r2)
支管局部水头损失fj(m)=ξv2/(2g)
支管局部损失系数ξ:
查表-11
5)支管入口软管水头损失
软管沿程水头损失hf软管(m)=fL支(qdN喷头)m/Db
摩阻系数f:
查表-10
流量指数m:
查表-10
管径指数b:
查表-10
软管长度L软(m):
设计量取
软管流量Q软=Q支管
软管内径D(mm):
已计算
软管半径r(mm):
D/2
软管流速(m3/s):
Q软/(∏r2)
软管局部水头损失fj(m)=ξv2/(2g)
软管局部损失系数ξ:
查表-11
(2)分干管入口压力水头H分干管(m)=H支+∑ff分干管(m)+fj分干管(m)+Δz(m)
参数:
分干管首尾高程差Δz(m):
图上量取
支管最大压力水头H支(m):
已计算
各分干管水头损失=∑ff分干管(m)+fj分干管(m)ff分干管(m)、fj分干管(m)计算方法同上。
(3)干管入口压力水头H干管(m)=H分干管(m)+ff干管(m)+fj干管(m)+Δz(m)
参数:
干管首尾高程差Δz(m):
图上量取
分干管入口压力水头H分干管(m):
干管水头损失=ff干管(m)+fj干管(m)
注:
若是多分干管,由于各分干管的入口压力水头有差异,计算得到的干管水头也有差异,则需进水头平衡处理。
通常采用增大一部分分干管管径进行处理,调整参数为管径及对应的管长,干管水头计算值相近。
(3)管网水力计算表
参数:
入口流量Q入(m3/h):
已计算
支管入口压力水头H支管:
已计算
各轮管组分干管水头损失:
∑ff分干管(m)、fj分干管(m)
分干管首尾高程差Δz(m):
图上量取
入口水头H入(m)=H支管+∑ff分干管(m)+fj分干管(m)+Δz(m)
管网水力计算表
轮灌序号
1
2
管段
分干管1
入口流量Q入(m3/h)
支管入口压力水头H支管
∑ff分干管(m)
fj分干管(m)
程差Δz(m)
入口水头H入(m)