喷灌系统设计.docx
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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
C3作物
小麦
灌浆期
1982
10.7
11.2
14.9
17.4
大豆
开花期
1964
11.2
14.6
棉花
结铃期
1983
11.7
22.6
设计灌水周期确定T（d）：
T=m/ETd
3.1.2.3灌溉分区及管道布置
依据灌区形状及长宽，合理布置干管、分干管、支管。
布置规则为下：
A、灌溉分区形状尽量规整、面积尽量相等。
B、分干管尽量垂直等高线布置
C、支管尽量沿高线布置
D、支管两端喷头距地块边缘或支管入口的距离为喷头间距的一半。
3.1.2.4喷头的选择及组合间距的确定
依据作物的种植间距，拟定喷头的型号。
依据拟选喷头的射程
R（m），计算支管的组合间距。
喷头参数：
生产商提供
型号
喷嘴直径d（mm）
工作压力hp（kPa）
喷头流量qd（m3/h）
喷头射程R（m）
喷头强度ρs（mm/h）
PY120
7
300
2.96
19.00
2.63
a）检测喷头是否达标
1）允许喷灌强度
土壤类别：
现场调查
坡度：
图上量取
土壤允许喷灌强度ρ1，查下表-3确定
表-3各类土壤的允许喷灌强度（mm/h）
土壤类别
允许喷灌强度
砂土
20
砂壤土
15
壤土
12
壤粘土
10
粘土
8
坡度允许喷灌强度降低值ρ2%，查下表-4确定
表-4坡地允许喷灌强度降低值
地面坡度（%）
允许喷灌强度降低（%）
5～8
20
9～12
40
13～20
60
>20
75
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）
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