节水管道灌溉.docx
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节水管道灌溉
6.2主要建筑物设计
6.2.1红旗村2356组节水管灌工程设计
管灌输水是以管道代替明渠，采用较低的工作压力将灌溉水输送到田间地块的一种形式。
其特点是输水时所需压力较低，出口流量较大，不易发生堵塞。
因此具有较高输水效率、节能、节省渠道占地、省工、成本低等优点，当前特别适合在缺水区进行技术改造的一种节水工程措施。
本项目大部分地区在山区，因此主要采用劳动强度较低，投资较省的管灌输水方式。
灌区主要以丘陵地为主，大多坡度相对较陡，管道铺设难度较大，灌溉作物以为桃为主，本工程拟将灌溉管道敷设至田间，设置给水桩，灌溉时农户采用软管连接至给水桩龙头，农户牵引软管，完成灌溉作业。
（1）基本资料
红旗村2356组为管道节水灌溉，灌溉作物主要为水蜜桃，灌溉面积600亩，区域内新建一座提灌站和3口100方高位水池作为灌溉水源和调节水池。
项目地点为丘陵区坡地，种植面积相对集中成片。
结合项目区水源、气象、土壤和社会经济情况资料，按照地块与水源的位置关系，该区域采用低压管道输水的自流输水方式灌溉，水源点为红旗水库提灌站。
总灌溉面积600亩，灌溉地块主要为红旗水库旁山丘。
根据项目区地形条件及灌面分布，听取当地种植户及业主对管线布置、运行管理等方面的意愿。
拟将项目区分为4个地块，为山丘4面，面积分别为地块A=150亩、地块B=140亩、地块C=160亩、地块D=150亩。
（2）总体布置
管灌工程利用Φ160PE输水主干管用提水输水方式。
首先由基地西南方下的红旗水库新建提水泵站，通过输水管道至灌区内中间的高位水池中，水池分2条主输水管，分别接到两处调节水池中，出水管接闸阀，再由管道将水引至果园内进行节水灌溉，干管平行于等高线分布、分干管垂直等高线，支管设有给水桩，支管上每隔40m建一个给水桩，用作出水口。
详细出水口数量根据现场实际情况而确定。
给水桩有固定墩包住三通和露出地面PE管，固定墩直径20cm，高处地面52cm，水龙头置于墩外，以便农户连接灌溉软管。
（3）灌溉制度的拟定
节水灌溉项目实施前，项目区内多采用塘堰蓄水及沟灌的常规灌溉方式，输水多采用沟堰的方式，田间及输水损失较大，根据实际调查，现状灌溉水利用系数为0.5左右。
采用管道节水灌溉后，根据管道输水灌溉工程技术规范，管道系统水利用系数为0.95，田间水利用系数取0.9。
1_x0001_净灌水定额
根据《四川省地方标准》（DB51/T2138-2016）用水定额（75%保证率全年净灌溉用水定额为40m3/亩）以及灌区实际经验及调查情况（项目区水蜜桃灌水时间主要为3、4、5月份，每年一共灌溉5次，灌溉时间一般为6-8天，灌水定额分别是6,8,8,12,6，因此单次最大净灌水定额取12m3/亩，结合同安街道红旗村地理位置及气候条件，经济作物需水量较高等特征，本次取单次最大净灌水定额为12m3/亩。
②毛灌水量。
计算时还必须考虑灌溉水的利用率，毛灌水量：
m毛=m0/η
式中：
m0—灌溉用水定额，指净定额。
η—灌溉水利用系数，0.95×0.9=0.85
m毛=12/0.85=14.1m3/亩
③灌水周期:
式中：
T—灌水周期，d；
Ea—日耗水强度，mm，Ea=3.0mm
m—灌水定额（mm）。
T=7.05（d），计算取T=7。
④灌溉系统流量
Q=（m0A）/（Ttη）
式中：
Q—设计流量m³/h；
—设计灌水定额，取上述计算结果14.1m³/亩；
A—灌溉面积，计划实施面积分别为150亩、140亩、160亩、150亩；
T—设计灌水周期，7d；
t—每天工作时间，取16h；
η—灌溉水利用系数，0.85。
经计算：
地块A（150亩）设计系统流量：
Q1=（12×150）/（7×16×0.85）
=1800/95.2
=18.9（m³/h）
地块B（140亩）设计系统流量：
Q2=（12×140）/（7×16×0.85）
=1680/95.2
=17.65（m³/h）
地块C（160亩）设计系统流量：
Q3=（12×160）/（7×16×0.85）
=1920/95.2
=20.16（m³/h）
地块D（150亩）设计系统流量：
Q4=（12×150）/（7×16×0.85）
=1800/95.2
=18.9（m³/h）
（4）管道系统平面布置及给水栓选型
1）干支管布置
整个项目区由干管和支管两级管道组成，干管沿项目区地块边缘布置，支管垂直干管布置，支管单向灌溉，支管行距40m，灌溉系统布置详见管灌溉工程系统布置图。
2）给水栓布置及给水栓数量
根据当地实际地形情况的种植结构实地踏勘，给水栓间距40m，因此每个给水栓控灌面积范围为2.4亩，各地块每条支管布置1个给水栓。
根据选定的给水栓设计工作流量为4.5m³/h，则项目区所需同时灌溉的给水栓最低数数量如下：
N=（m0A）/（Ttηq）
式中：
N—系统所需同时灌溉给水栓数量，个；
m0—设计灌水定额，m³/亩；
A—灌溉面积，亩；
T—设计灌水周期；
t—每天工作时间，取16h；
η—灌溉水利用系数，0.85；
q—给水栓设计流量。
经计算各地块灌区至少同时灌溉的给水栓数量N1=5个，N2=5个，N3=5个，N4=5个。
考虑项目区地形较简单，采用管道输水接软管方式进行灌溉，若采用续灌的形式则需要做大量的田间平整和投入大量的人工，而采用轮灌的方式，可以适当分组选择同时工作的给水栓数量来进行控制，所以本项目采用轮灌方式进行灌溉。
3）轮灌组确定
考虑项目区地形较简单，采用管道输水接软管方式进行灌溉，若采用续灌的形式则需要做大量的田间平整和投入大量的人工，而采用轮灌的方式，可以适当分组选择同时工作的给水栓数量来进行控制，所以本项目采用轮灌方式进行灌溉。
1）给水栓在一个位置的连续工作时间
给水栓在一个位置的连续工作时间由下式计算：
t=ms/（nQ）
地块A：
t=（14.1×2.4）/（1×4.73）=7.16h
地块B：
t=（14.1×2.4）/（1×4.41）=7.67h
地块C：
t=（14.1×2.4）/（1×5.04）=6.71h
地块D：
t=（14.1×2.4）/（1×4.73）=7.16h
即每次开启给水栓灌溉延续时间最少要达到6.71小时至7.76小时，一次灌溉延续总时间取8h。
2）轮灌分区
轮管组划分原则：
轮灌组数应满足作物需水要求；轮灌组数应不大于最大轮灌组数；轮灌组数应与水源的水量相协调；各轮灌组的面积尽可能相等，以保证系统的流量较为平稳；轮灌组应有利于提高管道设备的利用率；轮灌编组应该有一定的规律，田间管理方便；制定轮灌顺序时，应尽量把流量分散到各输、配水管道中去，避免流量集中于某一条分干管，从而有利于减小输、配水管道的管径或减少其水头损失，降低管道投资或运行费用。
整个系统的最大轮灌组数目采用下式计算：
式中：
N—最大轮灌区数目，个；
C—灌水周期，d；
T—每天运行小时数，取全天工作16小时。
t—灌溉一次延续时间
经计算，N≤（7×16）/8=14个，取N=14，即分为14个轮管组进行轮灌，轮灌周期7天，每天2个轮管组，每个轮管组灌溉用时8小时，日运行16小时。
3）各地块轮灌分区结果见下表。
表6-6地块A系统轮灌运行表
灌溉周期（T）
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支2-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支3-15
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支3-16
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支4-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
表6-7地块B系统轮灌运行表
灌溉周期（T）
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-3
支3-13
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-4
支3-14
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-5
支3-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-6
支3-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-7
18.0
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支1-15
18.0
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支1-16
18.0
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支1-17
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支1-18
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支2-15
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支2-16
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支2-17
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支4-1
支2-18
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支4-2
支2-19
18.0
表6-8地块C系统轮灌运行表
灌溉周期（T）
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支1-17
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-15
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支2-16
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支2-17
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支3-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
支3-16
22.5
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
支3-17
22.5
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
支4-15
22.5
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
22.5
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
表6-9地块D四系统轮灌运行表
灌溉周期（T）
轮灌组
支管编号
系统流量
1
第1组
支1-1
支2-1
支3-1
支4-1
支1-15
22.5
第2组
支1-2
支2-2
支3-2
支4-2
支1-16
22.5
2
第3组
支1-3
支2-3
支3-3
支4-3
支2-15
22.5
第4组
支1-4
支2-4
支3-4
支4-4
支2-16
22.5
3
第5组
支1-5
支2-5
支3-5
支4-5
支3-15
22.5
第6组
支1-6
支2-6
支3-6
支4-6
支3-16
22.5
4
第7组
支1-7
支2-7
支3-7
支4-7
支4-15
22.5
第8组
支1-8
支2-8
支3-8
支4-8
18.0
5
第9组
支1-9
支2-9
支3-9
支4-9
18.0
第10组
支1-10
支2-10
支3-10
支4-10
18.0
6
第11组
支1-11
支2-11
支3-11
支4-11
18.0
第12组
支1-12
支2-12
支3-12
支4-12
18.0
7
第13组
支1-13
支2-13
支3-13
支4-13
18.0
第14组
支1-14
支2-14
支3-14
支4-14
18.0
（5）管道材料及尺寸
1）管材选择
目前，灌溉用管道主要有混凝土管、PVC管和PE管，由于本项目地形起伏较大，管道流量较小，因此混凝土管不适宜本项目。
PVC管材价格低廉，质地坚硬，内部光滑，水损很小，连接快速方便，但是PVC管材柔韧性差，防晒性与抗老化性差。
PE管材，抗老化性好与防晒性好，可置于地面或进行浅埋，使用寿命长，造价低廉，可回收再造，因此本次管材选用PE管。
2）管径计算及选择
根据管网布置方式，分段进行管道流量计算，管径按照经济管径进行估算，估算公式按照下式进行：
当Q≤120m3/h时，D=13×Q1/2
当Q>120m3/h时，D=11.5×Q1/2
根据计算，各个地块管道流量及管径见表4.3-3。
表6-10各级地块管道尺寸表
表6-11各地块各级管道尺寸表
地块A
备注
地块B
备注
流量m3/h
管径
mm
流量m3/h
管径mm
4.5
50.0
支管
4.5
50.0
支管
9
63.0
分干管
9
63.0
分干管
22.5
90.0
干管
22.5
90.0
干管
地块C
备注
地块D
备注
流量m3/h
管径mm
流量m3/h
管径mm
4.5
50.0
支管
4.5
50.0
支管
9
63.0
分干管
9
63.0
分干管
22.5
90.0
干管
22.5
90.0
干管
（6）水力计算
1）干管水力计算
干管的局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，选取A地块离水源最远的一根管道支4进行典型计算，根据轮灌需要同时工作的给水栓最大数量为5个，则干管的水头损失按下列公式计算：
式中：
h干——干管水头损失，m；
hf——干管沿程水头损失，m；
hj——干管局部水头损失取沿程损失的10%，m；
Q——流量，m3/h，为9m3/h；
D——管道内径，mm，90-4.3×2=81.4mm；
L——管道长度，m，690m。
经计算得：
h干=11.25+1.13m=12.38m。
则从高位水池至支管末端的水头损失为12.38m，蓄水池与管道末端的最大高差为30m，可以实现自压灌溉，为防止管道水压过大爆管，管道压力等级选用0.80MPa。
2）水头校核
根据轮灌组的划分，对各管道进水口水头进行校核。
由于整个系统采取的自压灌溉方式，各地块灌区与水池最低水位的超过10m，压力满足自压滴灌的要求。
为保证系统的运行安全，系统运行时，每个灌溉小区通过减压阀来控制流量达到减压的效果。
（6）泵站设计
1）水源
本工程水源主要来源为灌溉区域西南方向的红旗水库，该水库为小二型水库，蓄水容量为20万方，水库位于红旗村2组，坝体为土石坝，水库水面面积约0.08平方公里，最大泄洪流量为1.2m3/s，水库正常蓄水位为626.70m，校核洪水位627.00m。
本工程主要从该水库取水，取水流量较小，完全满足需水要求。
本次泵站经过现场实地踏勘后选择站址在水库库尾，泵站设计地平高程628.00，高于校核洪水位1m，水库校核洪水位按照200年一遇设计，本工泵站设计流量和配套电机均为5类，设计防洪标准为20年一遇，因此该高程完全满足防洪要求。
2）提水泵站
根据上述章节可知，毛灌水定额取14.10m3/亩，提水泵站离基地高位蓄水池高程72.5m。
①设计流量确定
灌溉泵站的设计流量可按下式计算，即按灌溉定额、灌溉周期估算泵站的设计流量，计算公式如下：
——最大灌水定额，根据需水量分析田土综合毛灌溉定额取14.1m³/亩。
——灌水持续时间，7天；
——每天灌水时间，按每天16h计；
——灌溉面积，亩。
红旗村2356组水蜜桃基地设计灌溉面积为600亩，提水后采用管道输水。
计算所得Q=14.1*600/7/16=75.54m³/h。
则可取灌溉高峰时段的取水流量：
Q=75.54/3600=0.021m3/s。
单台抽水泵设计流量为75.54m3/h。
②进出水管管径确定
管材进水管采用内外防腐无缝钢管。
进水管的控制流速采用经济流速，范围在1-2m/s，此处以1.5m/s计算;
管径大小可根据下式计算，管道水流速度v取经济流速ve=1.5m/s。
其中：
——出水管内径，m；
——水源点供给流量，提灌站设计流量为0.021m³/s；
——管道水流速度，m/s。
经计算进水管压力管道直径取DN100mm。
出水管道考虑尽量减少水头损失，并且管道垂直等高线布置直接联通高位水池，根据泵站出水管道经济流速1-2.0m/s计算可得，出水管采用DN160PE100管，管道压力采用1.25Mpa，计算的管道实际流速1.56m，单位管道水头损失17.53m/km（局部水头损失取沿程水头损失取10%）
③管道扬程确定
式中：
——由测量得72.5m（即为取水点正常水位与出水口的高差）；
——水头损失：
管道沿程水头损失和局部水头损失，可按下式计算：
式中：
——管道沿程水头损失（m）；
——摩阻系数；
——管道长度（m），管道长600；
——流量（m³/h）；
——流量指数；
——管道内径（mm）；
——管径指数，各种器材的f、m及b值，可从表查取；
——管道局部水头损失；
——管道局部阻力系数；
——管道流速（m/s）；
g——重力加速度（m/s2）。
根据计算，管道水头损失为10.52m（局部水头损失取沿程水头损失取10%），考虑净扬程为72.5m，因此设计扬程为83.02m；
④机组设备确定
水泵及电机：
根据已知水泵设计流量Q=75.54m3/h，设计扬程83.02m，本工程采用一级提灌，泵站采用岸边式取水泵站，根据参数选择水泵型号为IS100-65-250B离心泵，考虑投资只设一套泵，设计流量为100m3/h，额定扬程为87m，配套电机200L2-2/37，电机功率30.3kw。
（泵站为成套设备，配套相应的启停设备及控制设备）。
配电设备：
380V输电线路长度为1000m，线路采BV-450/750-2*2.5塑料绝缘铜线。
由于投资限制，因此考虑从就近变压器接电，变压器容量至少为为90KVA。
⑤泵房确定
为放置配套控制设备和方便管理，现拟定在库岸新修一座管理房便于运行管理，管理房建筑面积：
16m2，占地面积：
22.5m2。
本工程地上一层，建筑高度为3.00米。
本工程建筑的结构型式为砖混建筑，建筑结构安全等级二级,抗震设防烈度为六度，按7度采取抗震构造措施。
建筑抗震类别为丙类抗震建筑面防水等级为二级。
建筑设计合理使用年限为50年。
具体设计详见单体图设计部分。
（7）附属建（构）筑物设计
1）管道土建工程
①闸阀井及镇墩
阀门井用来启闭、保护及检修闸门。
阀门井结构采用M7.5砖砌标砖，厚24cm，内尺寸：
长×宽×深=1.1m×1.1m×1.0m，底部采用C15混凝土10cm厚，井盖采用8cm厚C20混凝土井盖。
闸阀井位于主干管与分干管位置，用于保护球阀、排气阀和碟阀。
在闸阀位置和主要管道分岔、拐弯处设立镇墩，利于管道的稳定，镇墩采用C15素混凝土，结构尺寸为0.5m×0.5m×0.5m。
②管槽开挖及回填
管道土建工程包含管沟开挖、回填土方工程，管沟开挖深度为dn+70cm，底宽dn+40cm，边坡为1:
0.3。
开挖应清除槽底石块、杂物，并顺坡整平。
遇岩石、卵（砾）石槽底，超挖深度不应小于10cm，应用细土回填夯实至设计高程。
回填前应清除槽内一切杂物，并排净积水；在管壁四周10cm内的填土不应有直径大于2.5cm的石块或直径大于5cm的土块。
回填应分层轻夯或踩实，预留一定沉陷超高，回填时两边同时进行。
③管道穿公路
遇管道穿公路的管段，应使管道穿公路下面通过，尽量利用已有涵洞或预留孔洞通过。
如果没有合适位置穿过，需要在公路上开槽掩埋管道，其中包括土方开挖，混凝土拆废，混凝土浇筑，土方回填等工程量，对于横穿公路的管段，采用10cm厚C20砼包裹，长度视具体情况而定。
（8）高位蓄水池
根据当地土壤质地条件，并结合节省投资的原则，釆用圆型蓄水池，蓄水池具体设计成果见下表。
蓄水池设计成果表
设计容积
（m³）
数量
（口）
设计尺寸
半径（m）
池深（m）
超高（m）
100
99
4.0
2.7
0.6
蓄水池池壁采用M7.5水泥砂浆砌砖衬护，并用M10水泥砂浆抹面，池底采用C20砼现浇，栏杆采用砖砌花栏杆。
池壁衬砌后应分层回填细土，并夯实。
为了便于人工挑水和安全，池内须设梯步。
梯步采用现浇钢筋混凝，踏步高15cm，踏步宽25cm；
为了安全起见，蓄水池须做栏杆，防护栏采用M7.5水泥砂浆砌砖花栏杆（厚度12cm），栏杆高1.0m，M10水泥砂浆抹面，并在其醒目位置，设置警示文字，如“水深危险，注意安全”。
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