141团蔬菜滴灌技术设计.docx
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141团蔬菜滴灌技术设计
141团蔬菜保护地生产示范项目节水灌溉技术设计
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）《节水灌溉技术标准》SL207-98。
2）《微灌工程技术规范》SL103-95。
3）《喷灌与微灌工程技术管理规程》SL236-1999。
4）《农田灌溉水质标准》GB5064-92。
1.2典型滴灌系统参数设计
141团蔬菜保护地生产示范项目共148.1亩滴灌地，种植无公害蔬菜。
种植模式采用一膜一管：
（20+30+20+30+20）cm，膜内毛管铺设间距0.5m；（土壤为壤土，滴头流量为2.6L/h）。
根据目前蔬菜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
7
3
土壤湿润层深度Z
M
0.45
4
土壤设计湿润比P
%
76.1
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
2.6
4
滴头间距
M
0.3
5
毛管间距
M
0.5
6
铺管方式
一膜一管
1.2.1系统水源
该滴灌的水源为井水。
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，只需架设安装变压器、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
计算公式：
Q=10IaA/ηt
A
Q
T
Ia
η
（hm2）
（m3/h）
（t/d）
（mm）
（%）
9.87
38.4
20
7
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250QJ50/60-3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，蔬菜根系层深度，生育期最大为45cm。
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=0.80m。
Sp——作物株距，Sp=0.1m。
Sr——毛管铺设间距，Sr=05m。
以上参数代入式中得Pw=76.1%。
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=1.4g/cm3。
则灌水定额m滴=0.1γZPw（Qmax-Qmin）/η。
=0.1×1.4×0.45×76.1×（22.5-16.25）/0.9
=33.3mm=22.2m3/亩·次。
注：
此定额为蔬菜盛果期的灌水定额。
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），根据实践经验蔬菜取7；
η—灌溉水利用系数，0.90；
根据实测取蔬菜日耗水量Ea=7mm/d，则灌水周期
T=（m/Ea）×η=33.3/7*0.9=5.2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=（33.3×0.3×1.4）/2.6=5.4小时
轮灌组N=20h/d×5.2d÷5.4h=19组，根据实际情况取不大于20组。
但由于条田规格不一样，各小区一次性灌水时间也不相同，由式：
t滴=（轮灌面积×设计灌水定额/水源流量）/η。
分别计算各灌水小区的一次灌水延续时间。
轮灌时一次开7个大棚的球阀，共14次灌完。
141团滴灌工程设计参数
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）
（20+30+20+30+20）
壤土
1.4
22.5
16.25
76.1
0.8
2.6
0.5
33.3
5.2
5.4
1.2.10管系总体布置
141团蔬菜保护地生产示范小区东西宽396米，南北长402米。
蔬菜保护地地块形状及系统布置见附图，灌溉机井位于地块条田的边缘，主干管东西向布置，分干管沿种植方向东西向布置，系统布置三条分干管，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50m3/h，控制面积148.1亩，根据水量平衡计算及水力计算结果，选250QJ50/60-3潜水泵。
井水进入滴灌系统经离心及网式过滤器。
过滤器选用LWS-150组合式，水头损失为6-10m。
施肥系统选用容量为100L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=2.6L/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=2.6L/h时，Q=0.780H0.596。
蔬菜种植模式为（20+30+20+30+20）cm，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=2.6L/h，毛管平均铺设间距Sc=0.5m，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+0.5（1-X）/X·[qv]}
≤0.2/0.596×{1+0.5×（1-0.596）/0.596×0.2}
≤35.8%
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=0.358×10=3.58m。
毛管和辅管的允许水头偏差
[△h]毛=[△h2]=β2[△h]=0.55×3.58=1.97m
[△h]辅=[△h1]=β1[△h]=0.45×3.58=1.61m
Nm=INT{（5.466[△h2]d4.75）/（KSqd1.75）}0.364
=INT{（5.466×1.61×164.75）/（1.2×0.3×3.21.75）}0.364
=201个。
则毛管辅设长度L毛≤221×0.3=66.3m。
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）[（184+0.48）2.75/2.75-1841.75×0.5]
=0.96m。
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=0.2×0.96=0.192m
毛管总水头损失为：
h毛=hf毛+hw毛=0.96+0.192=1.152m
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最多开启120条毛管，用一个辅管控制，则
Q铺=Q毛×13=518.4×13=6739.2L/h
d铺=1000[4Q铺/（3600πv）]0.5
=1000×[4×6.7÷（3600×3.14×3）]0.5=28.1mm
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）]
=1.47m。
辅管局部水头损失按沿程水头损失的20%考虑。
hw铺=1.47×0.2=0.294m
则辅管总水头损失：
h铺=1.764m。
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×[4×13.3÷（3.14×3600×1.8）]0.5=51.1mm
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=80/6=13.3m3/h。
支管沿程水头损失hf支=Kf（Qm/db）L
=1.08×0.505×（133331.75/614.75）×120.7
=3.6m。
支管局部水头损失按沿程水头损失的10%考虑。
hw支=0.1hf支=0.36m。
支管总水头损失：
h支=3.96m。
1.2.12.5干管管径及水头损失计算：
干管沿程水头损失：
hf=Kf（Qm/db）L。
d干=1000[4Q干/（πv）]0.5
=1000×[4×80÷（3.14×3600×1.2）]0.5=153mm
d分干=1000[4Q干/（πv）]0.5
=1000×[4×80÷（3.14×3600×1.5）]0.5=137mm
设计干管、分干管选用PVC-U管，工作压力0.4MPa，干管管径160mm，壁厚3.7mm，分干管管径119.2mm，壁厚2.9mm。
干管沿程水头损失：
hf干=Kf（ΣQ干nmLn/dnb）
由于考虑以后作物的轮作，滴灌与其它灌水技术互相运用及便于运行方式的调整，干管及分干管不考虑变径。
干管水头损失计算
序号
长度（m）
管内径（mm）
流量（m3/h）
沿程损失hf干（m）
1.1hf干（m）
1
411
152.6
50
3.5
3.85
2
97.2
152.6
41.7
0.6
0.66
3
97.2
119.2
33.4
0.4
0.44
4
97.2
119.2
25.1
0.24
0.264
5
97.2
119.2
16.8
0.12
0.132
6
97.2
119.2
8.4
0.03
0.033
合计
5.379
干管总水头损失为：
h干=hw干+hf干=5.379m
1.2.12.6微灌系统设计水头
微灌系统设计水头H
H=Zp-Zb+ho+Σhf+Σhw
H——微灌系统设计水头，m。
Zp-Zb——典型毛管进口与水源设计水位之间的之差，1.0m。
ho——典型毛管进口的设计水头，ho=10m。
Σhf——水泵至典型毛管进口的管道沿程水头损失，m。
Σhw——水泵至典型毛管进口的管道局部水头损失，m。
取二级过滤冲洗排污的水头损失之和为10m，枢纽中各级闸阀的局部水头损失之和为2.0m。
141团蔬菜保护地生产示范项目水力计算表
单位：
米
管道名称
管道
长度
（m）
流量
（L/h）
管径
（mm）
沿程
损失
（m）
局部
损失
（m）
总损失
（m）
滴灌带
48.6
2.6
16
0.96
0.192
1.152
附管
13.65
518.4
32
1.47
0.294
1.764
支管
60
13333
63
3.6
0.36
3.96
分干管
402
50000
125
1.39
0.139
1.529
主干管
198
50000
160
1.5
0.15
1.65
毛管工作压力10
首部损失10
系统水头损失30
系统总水头损失30
机泵选型
根据管网设计流量和工作压力，查水泵手册，初选250QJ50/60-3潜水泵，流量50m3/h，扬程60m，电机功率15kw。
1.2.12.7压力均衡计算
根据系统轮灌组的划分，对各节点压力进行校核。
选取同一轮灌组中同一轮灌小区最近和最远的一条毛管进行计算。
因地形平坦，计算中不考虑地形高差引起的水头变化。
根据灌水器流量公式Q=0.780H0.596，计算对应值：
Hmax=11.39mQ=3.32L/h
Hmin=10mQ=3.07L/h
流量偏差qv=（Qmax-Qmin）/qd×100%=7.8%＜［qv］=20%
流量偏差满足规范要求。
1.2.12.8水锤验算
计算公式：
C=1435/（1+［2100（D-e）］/Ese）0.5
△H=C△V/g
△V=V初-V末
△H——直接水锤的压力水头增加值（m）；
C——水锤波在管中的传播速度（m/s）；
g——重力加速度（m/s2）；
D——管道外径（mm）；
e——管壁厚度（mm）；
Es——管材的弹性摸量（MPa）；
PVC-U管D=160mme=3.7mmEs=2500MPa
C=237.57m/s
V初=1.22m/sV末通常选用0.7m/s
△V=0.52m/s
△H=12.6m
计算结果小于管道工作压力0.4Mpa，故不做复杂的水锤防护措施。
1.2.12.9管网结构设计
因塑料管材的彭胀系数较大，为使管线在温度变化时可自由伸缩，初步拟定干管上每200m设置一个伸缩节。
在直径大于50mm的管道末端、转弯、分岔和阀门处应设镇墩，干管每200m设一镇墩50×50cm。
为保证系统管网的正常运行，需在管路上安装控制和保护装置。
1.2.12.10绘制初步设计图
滴灌系统工程平面布置图、管系结构连接示意图及离心过滤器连接图见附图。
2.1投资估算
2.1.1估算依据
1骨干工程执行水利部水建[1998]15号文“关于印发《水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准》的通知”规定进行编制。
2定额
建筑工程执行[1988]水电基字第19号文，采用《水利水电建筑工程概算额》，投资估算扩大10％。
该工程执行[1993]水建第63号文，采用《水利水电设备安装工程概算定额》（中小型），投资估算扩大10％。
施工机械台班费执行能源水规[1991]1272号文，系用《水利水电工程施工机械台班费定额》，并根据水建[1998]15号文规定,一类引用乘以1.35的调整系数。
3基础单价计算
人工工资执行新水基字（1992）11号文“关于颁发《新疆水利水电基本建设工程概（估）算编制规定（试行）的通知》”及新水基定字（1996）004号文“关于颁发《新疆水利水电工程概（估）预算编制标准补充规定》的通知”规定计算。
人工预算单价不考虑夜间施工津贴。
取消其他直接费中的夜间施工增加费。
人工预算单价为34.00元/工日。
材料预算价格，水泥按石河子南山水泥厂供应价，钢材、木材等主要材料按石河子供应价，砂石骨料按当地料场的供应价，以上材料加至工地仓库运杂费构成工地预算价。
材料设备价格，原价参考本地区类似工程实际价。
4其它直接费
建筑工程按直接费的4％，安装工程按直接费的4.7%。
5现场经费
土方工程按直接费的5％，石方工程按直接费的7％，砼工程和按直接的费的7％，机电、金属结构设备安装工程按人工费的50％。
6间接费
土方工程按直接工程费的4％，石方工程按直接工程费的7％，砼工程按直接工程费的5％，机电、金属结构设备安装工程按人工费的80％。
7计划利润
按直接工程与间接之和的7％计算。
8税金
按直接工程费、间接费、计划利润之和的3.22%计算
9临时工程和其它费用执行“调改意见”，分别建安工作量的5％和8％计取。
10田间工程
执行新水基字[1992]第11号文和新水基定字[1996]第004号文规定进行编制，工程单价根据“调改意见”乘以1.02的系数。
2.1.2投资估算
根据膜下滴灌工程的配套设施及其它建设项目开支，141团蔬菜保护地生产示范项目总投资44.3万元。
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