涌泉灌工程设计.docx
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涌泉灌工程设计
涌泉灌工程设计
（一）灌溉制度的确定
1、灌水定额
根据华北地区果树微灌资料分析，结合本地实际条件，本规划设计采用的规划参数如下：
涌泉灌设计日耗水强度E=3mm／d；
涌泉灌土壤湿润比不小于30%，
设计灌水均匀度Cv=95%；
灌溉水利用系数ｎ＝０.9
采用《微灌工程技术》中公式进行计算：
I=0.1×（pmax－p0）×H×p×r
式中：
I—次灌水量
Pmax—允许土壤含水上限，取最大田间持水率的90%，查粘土的最大田间持水率为24.2%；
p0—允许土壤含水率下限，取p0=0.7Pmax；
H—计划湿润层深度，H=1m；
P—设计涌泉灌土壤湿润比，P=30%；
r—土壤密度，粘土容重为1.32g/cm3；
I=0.1×（24.2×0.9－0.7×24.2×0.9）×1×30×1.32=25.9mm；
折合亩灌水量为：
25.9×667/1000=17.3m3。
2、设计灌水周期
日耗水强度E=3mm／d，灌水周期为：
T=I/E=25.9/3*0.95=8.2d
取T=9d。
（二）基本情况
2013年计划发展涌泉灌工程一处，面积400亩，位于021乡道西侧，地势东高西低、北高南低，地面坡度在1/100～1/200之间。
种植层质地为粘壤土，厚度在1.0～1.5m之间，具有质地均匀，结构疏松、土层深厚、矿物质组成复杂等特性。
1.0m土层平均容重为1.32g/cm3，田间最大持水率占干容重的24.2%。
该园区种植作物以桃树为主，现已处盛果期，果树行距4m，株距3m，平均树冠直径4m，遮阴率约72%。
园区东北角现有深井一眼，为雎村1#井，成井于2009年，地面高程774.1m,井深180m，净水位85m，动水位112m，配套200QJ50—143/11潜水泵一台，该水源拟作为本次涌泉灌工程的水源。
（三）涌泉灌规划布置
1、系统规划
根据地形将该地块划分为2个区，其中1区东西长244m，南北长780m,面积285亩；2区东西长116m,东西宽660m,面积约115亩。
两个区作物种植方向均为东西种植。
种植作物全部为桃树。
根据雎村1#井所处的地理位置，规划在水井北（紧靠水井）建管理房一座，以该机井为水源，通过上水压力管道进入涌泉灌系统，根据田间道路、种植方向布设管道，对该地块进行灌溉。
2、管网布置
涌泉灌灌溉系统分为首部枢纽、管网系统及稳流器。
首部枢纽位于机井附近，主要由水泵、闸阀和进排气装置、施肥装置、过滤装置、计量装置、压力监测装置组成，首部枢纽水源控制部分均布置在管理房内。
管网布置分总干管、干、支、毛四级管道，总干管道沿路边垂直于作物方向布设，干管道平行于作物种植方向，支管道垂直于作物种植方向，干管埋于冻土层以下，支、毛管铺设于地面。
此次设计选用的稳流器工作压力为6～40m，流量40L/h，稳流器安装在毛管上。
毛管与支管垂直呈“树杈”状布置，并平行桃树种植方向，沿树行每行铺设一条，间距4m，毛管选用Φ20mm的PE管，毛管上涌水器安装在桃树株旁，一棵树一个稳流器，支管选用Φ90mm的PE管，每条支管双向控制毛管，总干管和干管选用Φ125mm和Φ90mmPVC管，具体典型田块布置图详见附图。
（四）涌泉灌工作制度
1、稳流器选择
考虑桃树的生长特点及地形情况，采用小管出流灌溉技术，选用最新一代小管出流稳流器，其补偿膜片采用硅胶原料，具有抗老化性好、寿命持久、性能稳定等优点，其内部增加了防回吸结构，有效防止系统关闭时出现真空、杂物倒吸堵塞灌水器的现象发生，保证整个灌溉系统的有效工作。
2、一次灌水延续时间
式中：
t—一次灌水延续时间，h；
m—设计灌水定额，mm；
Sr—植物的行距，m；
St—植物的株距，m；
Q—稳流器流量，L/h；
ns—每株植物的灌水器个数。
计算得一次灌水延续时间为7.77h。
3、控制面积
式中：
A－单井控制面积；
Q－机井设计出水流量，取50m3/h；
η－灌溉水利用系数，取0.9；
T－灌水周期，根据灌溉制度确定为9d；
t－每天灌水时间，取21h；
m－灌水定额，根据灌溉制度确定为17.3m3/亩；
α－作物种植比例（取100%）。
经计算，单井可控面积为492亩。
4、一条毛管的设计流量Q毛分别为：
1区每根毛管控制20个涌水器，输水流量为：
800L/h；2区每根毛管控制19个涌水器，输水流量为：
760L/h。
5、支管设计流量
支管流量Q支分别为：
1区每根支管控制30根毛管，输水流量为：
24m3/h；2区每根支管控制33根毛管，输水流量为：
25.08m3/h。
6、干管设计流量
干管流量Q干分别为：
1区每根干管控制2根支管，输水流量为：
48m3/h；2区每根干管控制2根支管，输水流量为：
50.16m3/h。
水源井设计出水流量为50m3/h。
可满足各区内单根干管灌溉要求。
7、轮灌区划分
式中：
N—轮灌组数；
C—一天工作时间，取21h；
T—灌水周期，9d。
t—一次灌水时间，7.77h
经计算得N≤24.32。
由机井供水流量50m3/h和干管布设可确定每条干管为1组，2个区内，共有18条干管，可分为18个轮灌组，小于计算值，满足计算要求，同时干管设计流量也满足要求。
涌泉灌典型地块技术经济指标表
项目
单位
指标
管材
备注
总干管
控制面积
亩
400
共分18组轮灌
条数/总长度
根
2/1652
管径
mm
125
PVC管
控制干管数
根
18
设计流量
m3/h
50
1区
干管
控制面积
亩
285
共分13组轮灌,单组控制面积22亩
管径/单根长度
mm/m
Φ125（Φ90）/61（122）
PVC管
条数/总长度
根/m
13/2379
单根控制支管数
根
2
支管
管径/单根长度
mm/m
Φ90/60
PE管
条数/总长度
根/m
26/1560
单根控制毛管数
根
30
支管设计流量
m3/h
24
毛管
管径/单根长度
mm/m
Φ20/61
PE管
条数/总长度
根/m
780/47580
控制稳流器数
个
15600
毛管间距
m
4
毛管设计流量
m3/h
0.8
2区
干管
控制面积
亩
115
共分5组轮灌,单组控制面积22.8亩
管径/单根长度
mm/m
Φ125/58
PVC管
条数/总长度
根/m
5/290
单根控制支管数
根
2
支管
管径/单根长度
mm/m
Φ90/66
PVC管
条数/总长度
根/m
10/660
单根控制毛管数
根
33
支管设计流量
m3/h
25.08
毛管
管径/单根长度
mm/m
Φ20/58
PE管
条数/总长度
根/m
330/19140
控制稳流器数
个
6270
毛管间距
m
4
毛管设计流量
m3/h
0.76
（五）管网水力计算
1、各级管道管材、管径及管道设计压力确定
支、毛管管径的确定依据为同一灌水地块任意两个灌水器其进水口处水头压力之间的设计允许压力差应在工作压力的20%以内；干管的确定依据为《低压管道输水灌溉工程技术（井灌区部分）》（SL/T153-95），经济流速在1.0～1.5m/s。
因此：
毛、支管管径确定公式：
式中：
d—毛管内径，mm；
b—管径指数，4.77；
Q—流量，m3/h；
m—流量指数，1.77；
L—管长，m；
F—多口系数；
—摩阻系数，0.948×105；
hp—毛管工作压力，KPa；
ΔZ—任意两灌水器高程差，m。
干管管径计算公式：
式中：
D—计算管径，mm；
Q—设计流量，m3/s；
V—管径流速，取1.3m/s。
经计算知：
毛管管径选用Φ20mm的PE管，支管管径选用Φ90mm的PE管，总干管、干管管径选用Φ125mm的PVC-U塑料管。
根据以下水力计算成果，确定干、支、毛管道设计压力均为0.4MPa。
2、水头损失
根据《微灌工程技术规范》（SL103-95）的规定，微灌系统的毛、支管为等距多孔时，其沿程水头损失按下式计算（当N≥3）:
式中：
—等距多孔管道沿程水头损失，m；
S—分流孔间距，m；
So—多孔管进口至首孔的间距，m；
N—分流孔总数；
qd—单孔设计流量，L/h；
—摩阻系数，硬塑料管取0.464，微灌用聚乙烯管d＞8mm，取0.505；
b—管径指数，硬塑料管取4.77，微灌用聚乙烯管d＞8mm，取4.75；
m—流量指数，硬塑料管取1.77，微灌用聚乙烯管d＞8mm，取1.75；
d—管道内径，mm。
对于干管的沿程水头损失按下式计算：
式中：
hf—沿程水头损失，m；
f—管材摩阻系数，0.948×105；
L—管长，m；
D—管道内径，mm；
m—流量指数，1.77；
b—管径指数，4.77；
Q—管道设计流量，m3/h。
局部水头损失按沿程水头损失的10%计。
各系统水力计算按照最不利的情况进行。
水泵吸水管水头损失按下式计算：
当v≥1.2m/s时，
式中：
---沿程水头损失，m；
v---管径流速，m/s；
d----管道内径，m；
L----管长，m；
毛管局部水头损失按沿程水头损失20%计，其余各级管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计。
经计算：
毛管管径为Φ20mm，长度61m，毛管总水头损失为1.31m；支管管径为Φ90mm，经计算一区支管为最不利支管，长度60m，总水头损失为0.84m；干管管径为Φ125mm，最不利干管长度为1012m，干管总水头损失为13.59m。
机井吸水管长度112m,采用DN75钢管，总水头损失为37.82m，过滤器、施肥罐等首部枢纽水力损失取3m,则管路的总水头损失为56.56m。
具体计算如下：
水泵吸水管水力计算表
位置
管道长度
管材
设计流量
管径
流速
沿程水头损失
总水头损失
最不利干管
112
钢管
50
75
3.14
34.39
37.82
最不利干管水力计算表
位置
管道长度
管材
设计流量
管径
流速
沿程水头损失
总水头损失
最不利干管
1012
PVC
50
118.8
1.25
12.53
13.59
支、毛管水力计算表
位置
摩擦系数f
分流孔间距S
（m）
单孔设计流量qd
（L/h）
流量指数
m
管道内径d
（mm）
管径指数b
多孔管进口至首孔的间距SO（m）
分流孔总数N
等距多孔管道沿程水头损失hf（m）
总水头损失
m
一区支管
0.464
4
800
1.77
85.6
4.77
3
30
0.70
0.77
二区支管
0.464
4
760
1.77
85.6
4.77
3
32
0.77
0.84
毛管
0.505
3
40
1.77
20
4.77
2
21
1.09
1.31
3、系统设计水头的确定
根据输水管路布置情况，系统设计水头应在最不利轮灌条件下按下列公式计算：
式中：
H—系统设计水头，m；
Zp—典型毛管进口的高程，762.2m；
Zb—系统进口高程，即动水位高程662.1m；
h0—典型毛管进口的设计水头，m；取20m
Σhf—系统至典型毛管的管道沿程水头损失，m；
Σhw—系统至典型毛管进口的管道局部水头损失，m；
经计算：
H=762.2－662.1+20+56.56=176.66m，根据计算可得，涌泉灌系统所需水泵的设计扬程为：
176.66m。
水力计算成果见下表。
水力计算成果表
出水量（m3/h）
50
最不利点管道水力计算
水泵吸水管
管长（m）
112
管径（mm）
75
过流量（m3/h）
50
水损（m）
37.82
总管及干管
管长（m）
1012
管径（mm）
125
过流量（m3/h）
50
水损（m）
13.59
支管
管长（m）
60
管径（mm）
90
过流量（m3/h）
25
水损（m）
0.84
毛管
管长（m）
61
管径（mm）
20
过流量（m3/h）
0.76
水损（m）
1.31
首部枢纽
水损（m）
3
设计水头
典型毛管进口高程
762.2
动水位
662.1
工作压力
20
管路损失
56.56
设计扬程
176.66
（六）水泵选型
由上述公式计算出的管路水损和系统设计水头来确定水泵的参数，根据流量和扬程进行潜水泵选型，所选泵型为200QJ50-182/14。
（七）首部枢纽设计
涌泉灌工程首部枢纽主要有加压供水设备、闸阀和进排气装置、施肥装置、过滤装置、计量装置、压力监测装置等设备组成，各设备的选型如下：
1、加压供水设备
根据上述计算结果，现有的水源井扬程不能满足涌泉灌工作水头要求，需要更新水泵一台，型号为200QJ50-182/14，额定扬程182m。
2、施肥装置
选用压差式施肥罐，根据地块的大小，本次选用150L施肥罐。
3、过滤装置
本次涌泉灌工程采用地下水为水源，水质良好，但由于施肥的需要，拟选用3寸叠片和滤网组合式过滤器。
4、计量、压力等装置
计量、压力、闸阀、进排气阀规格型号见附后材料见下表。
涌泉灌工程主要材料设备表
序号
设备材料名称
单位
型号规格
数量
备注
1
水泵
套
200QJ50-182/14
1
2
自耦降压专用柜
台
THK-J1-40/1
1
3
施肥罐
台
1
4
过滤器
台
1
5
压力表
块
1
6
塑料管
主干管
m
φ125pvc
1817
加10%损耗
干管
m
φ125/φ90pvc
1191/1745
加10%损耗
支管
m
φ90Pe
2442
加10%损耗
毛管
m
φ20pe
73392
加10%损耗
7
闸阀
个
DN125
19
8
三通
个
φ125
17
三通
个
125x90x125
4
三通
个
125x90x90
13
9
弯头
个
φ125
4
弯头
个
φ90
11
10
旁通
个
1221
11
进排气阀
个
2
12
水表
块
DN100
1
13
PE塑管
kg
40L/h
640
14
堵头
个
φ90
36
15
稳流器
个
40L/h
21870
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