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滴灌5

5、工程设计

5.1设计依据

（1）《防洪标准》GB50201-94

（2）《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99

（3）《泵站设计规范》GB/T50265-97

（4）《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-2000

（5）《节水灌溉技术规范》GB\T50363-2006

（6）《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006

（7）《微灌工程技术规范》GB/T50485-2009

（8）《灌溉排水新技术》

（9）《农用机井技术规范》

（10）其它有关设计规范

5.2建设标准及技术要求

5.2.1建设标准

根据我县所处地理位置，工程点处于半干旱地区，项目区作物以大棚蔬菜为主，本次规划实施的各灌区滴灌工程的灌溉设计保证率为85%。

滴灌的灌溉水有效利用系数不小于0.9，本次设计采用0.9。

5.2.2技术要求

滴灌工程：

灌水器设计允许流量偏差率应小于20%。

5.3水源工程

5.3.1基本情况

根据对我县本次规划高效节水灌溉实施项目区的现场踏勘和对现有水源工程建设情况的调查及查阅《陕西省石泉县农业资源调查和农业区划报告集》中水资源情况，综合当地实际，本次规划主要集中选择在具有代表性的中池镇片区高效节水灌溉工程五坪村滴灌工程作为典型工程设计。

中池镇五坪村位于中池集镇对面，与集镇隔河相望，同时该片区是中池镇发展高效产业化农业的示范区。

五坪村滴灌规划亩，主要种植作物为大棚蔬菜，本次选取其中95亩作为典型设计，典型设计选取地块位于中池集镇对面的一处池河岸滩地作为大棚滴灌地块，该地块位于村级公路外侧，交通便利，农电网自公路里侧通过，地块紧临池河，水电畅通。

其水源选择为地块外侧池河右岸新建机电井提取池河地表径流作为灌溉水源，管网包括输配水管网和田间管网。

该地块灌溉总面积95亩，地形东高西低，南北较长，地势平坦，平均坡度0.5%～1%。

该地块共分两区，各区长630m平均宽度50m，中间一条机耕路相隔，如平面图所示。

本地块实施滴灌的部分为矩形，每区长南北向宽50m,是作物种植方向；东西向长630m。

机井布置在地块的东南角，地块内侧为村级公路。

0.4kv农网即位于公路里侧。

滴灌规划区位于池河岸滩地，土质为砂壤土，土壤容重1.45g/cm3,土壤田间持水量的重量比试26%，土层厚度80～100cm。

本项目区作物种类主要以大棚蔬菜为主，本次选用蔬菜典型以反季节黄瓜为代表，黄瓜是喜水作物，生产时间长，需水量较大，结合本地区气候特点，盛果期灌溉补充强度Ia取值为8mm/d。

种植方向为南北方向。

采用大棚栽培，单棚宽9m，长50m，单棚面积0.67亩，一棚10垄，垄距80cm，垄宽60cm，垄内种植两行，株行距为0.4m，株距0.3m，主要根系活动深度为35cm。

5.3.2灌溉制度

⑴设计参数

①灌溉设计保证率:

85%。

②灌溉水利用系数：

0.9。

③设计耗水强度Ia：

8mm/d。

④设计湿润层深：

0.35m。

⑵总供水量计算

根据当地作物资料，项目区灌水高峰期所需总供水量：

Q=10IaA/ηC

=10×8×95÷15÷（0.9×20）=28.14（m3/h）

式中：

Ia——为设计补充强度，mm/d；

A——可灌溉面积，hm2；

η——灌溉水利用系数；

C——系统每日工作小时数，h/d。

⑶土壤湿润比P

毛管沿作物种植方向呈单行直线布置，n=0.3/（0.3×2）=0.5，Se=0.3m，Sw=0.6m，St=0.3m，Sr=0.4m，根据式P=

×100%=75%。

⑷设计灌水定额m

田间持水取质量百分比为26%，含水率适宜上下限取田间持水率的90%和65%，由θmax=0.90×0.26=0.234,θmin=0.65×0.26=0.169,η=0.9,代入式:

m=0.1γsz（θmax—θmin）

=1000×1.45×0.35×（0.234-0.169）

=32.99mm=329.9m3/hm2

⑸设计灌水周期

T=（m/Ia）η

=（32.99÷8）×0.9

=3.71d

取整为4天。

为了减少流量、降低工程投资，本系统采用轮灌工作制度。

5.3.3水源选择

项目区地表径流为池河，但地高河低。

根据对该实际自然及地理情况的调查，经对现场踏勘和询问当地群众，该地块无自流引水条件，但该地块紧临池河，可以池河岸滩新建机电井提取池河地表径流渗水作为灌溉水源。

5.3.3水量平衡分析

根据项目区地理位置情况，典型设计地块共布置一眼机电井，机井布置在池河中游右岸，紧临池河河道，机电井采用渗井，井内径为2.2m，井深6.5m，井内动水位5m，采用D=10cm的小渗管直接插到砼井壁中，间距为20×20cm，共864个小渗管，通过小渗流管预埋，可使井内水位与河床水位持平，根据渗管数量和池河地表径流来水量，机井渗水量远（即可供水流量）远大于作物灌溉高峰期需水量28.14m3/h，满足作物需水高峰期用水要求。

5.3.5机电井设计

1、机电井设计

本工程按《防洪标准》GB50201—94规范规定，机电井工程属小⑵型五等工程，按十年一遇洪水设计，二十年一遇洪水校核。

⑴设计流量确定

根据滴灌典型设计的大棚蔬菜灌水定额及灌水周期，经计算确定机电井设计流量为28.14m3/h。

⑵设计扬程的确定

根据滴灌典型设计确定的首部压力水头为37.1m。

井的动水位为5m，确定水泵的总扬程为42.1m。

（扬程计算详见管网水力计算）

⑶机组选型

根据设计流量Q设=28.14m3/h，设计扬程h设=42.1m，查水泵流量扬程曲线，可选用200QJ32-52型水泵，额定流量32m3/h，额定扬程52m，水泵效率70%，配套功率7.5KW，额定电流18A，最大外径184mm，总高1280mm，配套电缆规格YZ3×2.5，控制箱FQD1-7.5，控制开关型号Dz15—40。

⑷机井直径及深度的确定

根据我县多年打井经验，机井选用D=2.2m的圆型沉井，井圈厚0.12m，C20无砂钢筋砼现浇，在浇筑时井壁预埋D=10cm的渗水管，间距20×20cm，井深依据所在位置的地质条件和附近已有的机井确定为6.5m。

其设计详见机井设计图。

2、配电房

根据机井所在地理位置，配电户设计在机井上方所在地块的东南角，配电房面积为3×3.9=11.7m2（墙轴心线），机房基础按1m考虑，基础采用M7.5浆砌块石砌筑，墙体用M7.5浆砌砖，厚为24cm，外墙小拉毛，内墙白灰抹面，顶沿贴面砖。

3、输电线路工程

根据机井所在地理位置，配电房到机电水平距离5m，配电房到村农用电变压器需0.4KV输电线路400m，按照输送距离，经济电流密度、机械强度的要求，结合农网改造规范，其导线型号均采用LGJ—25钢芯铝铰线作为架空线路至配电房，配电房至潜水泵出线电缆由水泵厂家自带，本处不再作设计。

架空线电杆采用正规厂家生产的水泥电杆，其它材料按规范配置。

在配电房设置配电箱1个，配电箱采用FQD1-7.5型，箱内主要电气设备由空气开关、三相电度表、水泵控制保护器、接线端子等。

5.4输配水管网及田间管网设计

5.4.1系统布置

典型项目区总面积95亩，选用投入较低的“支管+辅管”的滴灌系统模式。

系统组成沿水流方向依次为：

水源—首部枢纽—输配水管网—灌水器。

⑴水源工程

本滴灌系统水源为新建机电井，动水位为5m，单井出流量为32m3/h。

水质良好，适于饮用。

⑵首部枢纽

首部枢纽位于地块东南侧池河岸边，包括潜水电泵、电机、过滤器、施肥罐等。

另配套压力表、空气阀、闸阀、水表等量测保护装置。

⑶输配水管网

本工程管网系统沿水流方向初拟由主干管、分干管、支管、毛管（含灌水器）四级管道组成。

主干管、分干管选用PVC—U管，公称压力0.4Mpa，铺设于地下；支管选用PE管，铺于地面；毛管选用单翼迷宫式滴管带（含灌水器），毛管进口安稳流三通。

滴灌带布设方式为一棚十行，行宽为0.8m。

⑷灌水器

项目区土壤属黄棕壤土，结合作物及气候条件，为使土壤湿润范围在灌水量适中的情况下湿润深度达到根系最大深度（离地表约0.35m），湿润宽度达到一条滴灌带灌溉作物的宽度，需选用WDF16/2.4—100型滴灌带，初定灌水器设计工作流量为2.1L/h，相应设计工作水头为6m，其参数见表5—4。

表5-4滴灌带及灌水器参数表

滴灌带型号

WDF16/2.4—100

灌水器设计工作流量qd（L/h）

2.1

滴灌带内径

16mm

灌水器间距Se（m）

0.3

灌水器额定工作水头h（m）

10

灌水器设计工作水头h（m）

8

灌水器额定工作流量q（L/h）

2.4

灌水器压力流量关系式

Q=0.603h0.6

5.3.2系统设计参数成果

⑴单棚流量

根据单棚面积，灌溉时所有毛管全部打开，假设同时工作的灌水器流量相等，同时工作的灌水器个数N=（50/0.3）×10=1667个，灌水器设计流量为qd=2.1L/h用式Q=Nqd=1667×2.1=3500.7L/h=3.5m3/h。

⑵灌水小区允许水头（流量）偏差率

①流量偏差率[qv]：

根据《规范》3.0.9条规定，灌水器设计允许流量偏差率不大于20%。

本工程设计选取灌水器设计允许流量偏差率[qv]=18%。

②允许水头偏差[hv]：

x=0.6，qv=18%，代入式[hv]=

计算得[hv]=0.31

⑶一次灌水延续时间t

设计灌水定额m=32.99mm，Se=0.3m，SL=0.8m，qd=2.1L/h。

代入式

t=

=3.8（h/组）。

故设计参数成果汇总如下：

表5-5系统设计参数表

序号

项目

参数值

序号

项目

参数值

1

灌溉补充强度Ia（mm/d）

8

5

土壤湿润比P

75%

2

系统总供水流量Q（m3/h）

28.14

6

设计灌水定额m（m3/hm2）

329.9

3

灌溉水有效利用系数η

0.9

7

设计灌水周期（d）

4

4

灌水小区允许偏差率

流量偏差率[qv]

18%

8

一次灌水延续时间t（h/组）

3.8

允许水头偏差[hv]

31%

5.4.3毛管和支管水力计算

大棚的管网结构相对简单，一个棚内支管与其供水的毛管（即所采用的单翼迷宫式滴灌带）构成一个灌水小区，毛管的铺设长度50m已定，其水力设计主要是计算小区允许水头偏差及毛管水头损失，以确定支管允许水头损失，从而确定支管管径和进口压力。

1、灌水小区允许水头偏差及其在毛管上的分配

⑴灌水器允许水头偏差

系统允许灌水器流量偏差率为18﹪，允许水头偏差率为31﹪。

初定灌水器工作水头及相应流量为：

hd=8m,qd=2.1L/h。

计算灌水器允许水头偏差：

[△h]=[hv]hd=2.48（m）。

⑵灌水小区允许水头偏差的分配

根据《规范》条文说明，“支管+毛管”构成灌水小区，在平坡条件下按[Δh]的0.55分配给毛管是经济的。

本系统毛管分配比例0.55由此可知：

毛管允许水头偏差[Δh2]为1.36m。

2、滴灌带极限孔数和极限长度

⑴毛管极限孔数Nm计算

[Δh2]=1.36m,d=16mm,k=1.1,Se=0.3m,qd=2.1L/h，可计算得Nm=234个。

根据地块长度及株距，本次设计毛管的孔数为167个。

⑵毛管极限长度Lm

Se=0.3m,Nm=234,可知Lm=Se（Nm-1）+S0=0.3×（234-1）+0.15=70.05m。

根据大棚长度，本次设计毛管长度为50m。

5.4.4系统管网布置及工作制度的确定

本项目区规划共两个地块，各地块南北长50m，东西宽630m，共布设7个大棚，棚宽9m，长50m，棚南北向，棚内作物沿南北向种植，毛管沿此方向布设，一棚八垄，每垄距0.8m，垄宽0.6m。

两地块中间是3.5m生产道路相隔，支管沿生产道路两侧布设，支管及辅管与毛管及大棚垂直，即东西向布设。

高位水塔位于地块西南角公路内侧高地。

主干管穿公路呈东西向布置，向支管供水。

这样，从首部枢纽到毛管的输配水管网是：

首部枢纽—主干管—支管—毛管。

见平面布置图。

1、管网布置

⑴毛管、支管的布置

在两地块中间的生产道路两侧布置2条支管，支管一侧布置毛管，毛管长度50m，小于且接近于毛管极限长度，符合毛管铺设长度要求。

每条毛管分流孔167个，一条滴灌带流量按灌水器设计流量计算为167×2.1=350.7（L/h）=0.35m3/h。

根据滴灌管网布设经验，支管管径一般用De63PE管。

支管布置在两地块间的生产道路两侧，两条支管各长630m。

⑵辅管的布设

支管长630m，每条支管对应70个大棚，每棚10行毛管，其所对应的毛管数为700条。

若同时开启，则支管进口处的流量即为0.35×700=245（m3/h），供水流量不能满足要求。

故在支管上设置若干辅管，每条辅管可单独启闭，为轮灌分组灌溉创造条件。

每次灌水时，减少支管中运行的流量。

根据管网布设及运行经验，常选用辅管为De32PE管，为便于管理，每条辅管对应一个大棚，由此可定出一条支管上布设的辅管数为70条，每条辅管带10条毛管，辅管中的流量为10×0.35=3.5m3/h。

每条辅管长8m。

2、系统轮灌运行

按上述系统管网布置，两条支管位于生产道路两侧，每条支管上布置70条辅管，每条辅管上布设10对毛管。

系统每次运行时每个轮灌组可同时开启两条支管，在每个支管上可同时打开对应位置的4条辅管，共打开8条辅管，这样两块地轮流浇灌。

共划分为18个轮灌组。

系统允许最大轮灌组数为：

N≤CT/t=20×4÷3.8=21组，划分18个轮灌组满足要求。

3、各级管流量的计算：

由各轮灌分组可知，第17、18轮灌组对水泵出口压力最大，以这两组为参照，推算各段管道的设计流量见下表。

表5-6各级管道流量表

系统流量（m3/h）

主干管出口流量（m3/h）

两支管

一条辅管流量（m3/h）

一条辅管带毛管对数（条）

毛管进口流量（L/h）

灌水器流量（L/h）

支管进口段OA（m3/h）

17轮灌组AA17（m3/h）

18轮灌组

AA18（m3/h）

28.14

28.14

28.14

28.14

14.07

3.507

10

350.7

2.1

5.4.5系统管网水力计算

1、毛管水力计算

⑴毛管的水头损失h毛

d=16mm，N=167个，Se=0.3m，S0=0.15m，代入下式：

h毛=

式中：

h毛为毛管水头损失，f、m、b分别为摩阻系数、流量指数和管径系数，仿效为0.505、1.75、4.75；N为毛管实际出水孔个数；k为水头损失扩大系数，取为1.1。

计算得：

h毛=0.55m。

⑵毛管进口工作压力h0毛

根据平坡条件下多孔出流管压力分布特点，采用平均水头法计算毛管进口工作压力：

h0毛=

式中R为平均磨损比，R=0.73，

为滴头设计工作压力，8m。

计算得：

h0毛=8.4m。

2、辅管水头损失计算

辅管是多孔管，按下式计算水头损失，式中d=28.8mm，N=10个，SL=0.8m，S0=0.675m，q=350.7L/h。

h辅=

计算得h辅=0.33m。

3、支管水头损失计算

d=61.2mm，Q=14070L/h，每条支管实际铺设长度L=630m，按下式计算。

h辅=

=20.72m

4、干管管径的确定及水头损失计算

⑴主干管管径的确定

根据灌水器最终设计流量和各轮灌组运行时各级管道流量按公式

计算，年运行时间tn,主干管为2119h,xn=0.4元/（kw.h）,计算得D'=115.46，Y'按PVC管材当时价格定为8000元/t，按修正式

，计算得管道内径D=103.66mm，取主干管管径为Φ110PVC管，内径D=105mm。

⑵主干管水头损失计算

主干管水头损失按式h干=

计算，主干管的流量为28140L/h，主干管长度为165m，计算得h干=1.41m。

表5-7第18轮灌组运行时系统管网水头损失汇总表

分项

管道外径

（mm）

管道内径

（mm）

管段流量

（m3/h）

管段长度

（m）

管段水头损失

沿程水头损失（m）

总水头损失

（m）

毛管

16

0.35

50

0.5

0.55

辅管

32

28.8

14.07

8

0.3

0.33

支管

63

61.2

14.07

630

18.83

20.72

干管

110

105

28.14

165

1.28

1.41

干管总水头损失合计

23.01

主干管进口所需压力水头（m）

23.01+8.4=31.41

31.41

首部枢纽水头损失初估（m）

6

37.41

水泵出口压力水头（m）

37.41

5.4.6首部枢纽设计

1、过滤器选择

根据我县水质情况及过流量28.14m3/h，选用旋流水砂分离器加筛网组合过滤器，规格为LW-100型，查过滤器技术资料，其水头损失取5m，首部其他管路损失1.0m。

2、施肥罐选型

该地块面积为95亩，选用30L施肥罐即可。

3、水泵及动力选型

本系统水源为在池河边打机电井取水，系统设计流量为28.14m3/h，经滴灌典型设计管网水力计算，首部压力水头是主干管进口压力水头和首部水头损失之和为31.41+6=37.41m。

机井动水位5m。

确定水泵的总扬程为42.41m。

根据设计流量Q设=28.14m3/h，设计扬程h设=42.41m，查水泵流量扬程曲线，可选用200QJ32-52型水泵，额定流量32m3/h，额定扬程52m，水泵效率70%，配套功率7.5KW，额定电流18A，最大外径184mm，总高1280mm，配套电缆规格YZ3×2.5，控制箱FQD1-7.5，控制开关型号Dz15—40。

5.4.7水锤压力验算及防护

本工程地面管为微灌专用聚乙烯管材，不用进行水锤压力验算，辅管及支管水量较分散，也不用进行水锤压力验算，仅对主干管进行水锤压力验算。

主干管是0.4Mpa的PVC—U管，外径D=110mm,壁厚e=2.5mm,弹性模量Es=2800Mpa,按《微灌工程技术规范》4.5.2和4.5.3进行计算。

经计算,C=248.86m/s,V初=0.82m/s,V末=0m/s,△V=0.82m/s,△H=20.8m。

计入水锤后的主干管工作压力为20.8+31.1=51.9（m）,小于40×1.5=60（m）,因此可不采取水锤防护措施。

5.5主要工程量

本滴灌系统所需主要工程量及材料、设备用量详见滴灌工程量及材料用量表。

对易耗材料增加2%～5%损耗量，滴灌带增加10%的损耗量。

大棚蔬菜滴灌工程主要工程量及材料用量表

序号

分项

材料名称

规格

单位

材料用量

1

水源工程

竖井开挖

D=2.2m,h=8m

m3

75

2

C20砼井壁

D=2.2m，砼厚0.15m

m3

8.28

3

DN10渗管

m

130

4

回填夯实

m3

20

5

C20砼井盖

m3

0.4

6

砂卵石垫层

m3

1.9

7

钢筋制安

t

0.4

8

配电房

M2

11.7

9

配电箱

FQD1-7.5\含电表、控制开关、保护装置及接线端子

套

1

10

0.4kv输电线路

LGJ—25

km

0.4

潜水电泵

200QJ32-52

台

1

首部

土方开挖

m3

220

土方回填

m3

200

1

旋流水砂分离器+筛网过滤器

LW-100

台

1

2

施肥罐

30L

套

1

3

挠性接头

DN110

套

1

4

水表

Dg100

套

1

5

逆止阀

DN110

套

1

6

地下管及管件

PVC管

de110，0.4MPa，L=160m

m

165

7

PVC出地管

de110，0.4MPa，L=5m

m

5

8

止水胶圈

Φ110

个

6

9

法兰

Φ110

套

5

10

闸阀

DN110

个

2

11

90º弯头

Φ110

个

2

12

PVC胶

1kg/瓶

个

2

1

地面管及管件

异径三通

Φ110×Φ63×Φ110

个

1

2

堵头

Φ63

个

2

3

球阀

DN63

个

2

4

中心阳纹承插三通

Φ63×1″

个

140

5

阳纹承插直通

Φ63

个

280

6

球阀

DN32

个

140

7

中心阳纹承插三通

Φ32×1″

个

140

8

堵头

Φ32

个

280

9

PE管

Φ63，0.25MPa

m

1260

10

PE管

Φ32，0.25MPa

m

1120

11

滴灌带

WDF16/2.4-100

m

70000