灌溉排水工程实验指导书.docx
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灌溉排水工程实验指导书
灌溉排水工程学
试验指导书
赵经华洪明主编
新疆农业大学水利与土木工程学院
农水教研室
实验规则
1.做好实验前的预习及准备。
每次实验前务必将指定项目的实验指导仔细阅读,熟悉每项实验的目的、原理、方法和操作程序,并复习教材或笔记中有关部分,使实验进行时能独立操作及分析实验结果
2.保特室内安静,在实验中不得随意走动或谈话,以免影响他人实验。
3.要爱惜国家财物。
每一位同学应本着爱护国家资财及节约的精神,对器具谨慎使用,如有损坏,应立即报告指导教师,并进行登记。
4.遵守仪器、器具使用规定。
贵重仪器使用时,应有教师在旁指导,未明了正确使用方法前,切勿乱动,以免损坏仪器。
凡属公用器具及药品,不得拿到自己桌上,用后应放回原处,以便他人使用。
5.保特室内的清洁卫生。
实验室不准随地吐痰或乱掷废纸屑。
每次实验结束后,每组负责清洗并整理本组的实验器具及桌面,以养成良好的工作习惯;值日生应负责扫地、抹桌、倒污水等工作,以保特实验室的整洁。
6.认真做好实验观察及实验报告。
当实验有继续观察必要时,应按时观察。
凡需同学负责照管的实验,必须按规定管理。
7.实验完毕后,应按规定格式书写实验报告,并按指定日期交给指导教师批阅。
实验报告内容应包括:
实验日期;实验题目;实验目的;实验基本原理;实验材料、仪器设备、药品;实验方法与步骤;实验结果与分析。
8.实验结果应根据自己实验所得如实记录,不得擅自修改。
如因不严格按实验操作规程进行实验,而导致实验失败时,必须重做。
实验一
滴头流量偏差系数测试实验
一、实验目的:
(1)通过对滴灌试验设备和装置的参观,了解滴灌系统的组成、首部枢纽的结构形式,加深对滴灌系统工作原理的感性认识。
(2)通过实测毛管上各滴头的滴水量,进一步掌握毛管及滴头的水力计算方法及毛管均匀系数的计算。
(3)滴头是从工厂成批购进的,目前,通用的评价滴头质量的方法是测定滴头的制造偏差,以滴头流量偏差系数Cv作为衡量滴头制造精度的指标,但无统一的国家标准,按有关文献介绍,Cv0.15则为劣等产品。
本实验通过测定一组滴头(以25个滴头为一组),求得其Cv值,对测试产品进行评价。
二、实验器材:
实验的滴灌系统包括首部枢纽——水源、水泵、水表、压力表、筛网过滤器等;管道系统——支管、毛管(伞12PE管)、三通、旁通、堵头等配件及滴头——发丝滴头或滴灌带等,滴头的间距0.5m~1.0m,每支毛管至少装设滴头25个以上。
量测设备包括受水量杯、量筒及秒表等。
三、测试内容及操作步骤:
1、滴灌系统各组成部分的认识
观察整个滴灌系统,确认各组成部分的功能,掌握首部枢纽各部伯的作用及安装位置,观察各种形式的滴头的工作情况,并在试验报告中进行适当的描述。
2、测定滴头的出水量,以25个滴头为一组,测定滴头流量偏差系数,
重量一次。
3、测试操作步骤·
每次测定时间为10min,
(1)首先将毛管纵坡调至水平,滴头出水口高度应与毛管进口等高。
(2)打开阀门向毛管供水,观察各滴头有无异常现象(如水量过大、过小或漏水),确信一切正常后,调节进口水压至厂家给定的额定压力,如厂家无额定压力资料则调至100kpa(约1.Okg/cm2),在施测过程中压力变化不大于±2%。
(3)摆好受水量杯,均放在同一侧,但此时不能让受水量杯内有水,准备秒表及准备读水表起始读数。
(4)指挥发出实验开始命令,按下记时秒表;各受水量杯同时进入滴头下受水,同时记录水表读数。
(5)测试时间为10min,在此期间应密切监视各受水量杯,防止滴头水流滴至量杯外,调节闸阀以保持进口压力稳定在额定值上,5min读一次水表及压力表读数。
(6)临近测试结束时,各测试人员做好准备,到lOmin时,使各受水量杯同时脱离滴头,记录水表及压力表读数,关闭供水阀门。
(7)用量筒(或量杯)依次测受水量杯水量,按滴头序号排列依次填入表3—1中。
(8)按上述相同步骤再进行第二次测试。
四、试验成果整理和分析
1、计算流量偏差系数
CV=
×100%
式中C,一流量偏差系数,%;
s一滴头出流量标准偏差;
q一25只滴头的平均流量。
②S=
式中:
n————滴头数。
取两次重复的平均值,根据C,值的大小,初步评价该试样的质量。
2、计算毛管上滴头出水量的均匀系数,根据每次测试结果,计算毛管上滴头出水量均匀系数,其计算式为:
K=1-
式中:
为滴头流量偏差的平均值
式中:
n为滴头数。
3、实验数据成果分析,滴灌实验数据记录计算表见实验指导书P21。
4、试验数据分析:
在整个试验过程中,尽量排除由于人为操作而影响到实验结果的准确性。
所有量杯在同一指令下同时放到滴头下,避免了由于测试时间的不同而影响试验结果。
根据目前通用的评价滴头质量的方法,以滴头流量偏差系数CV作为衡量滴头制造精度的指标,但无统一的国家标准,按有关文献介绍,CV<0.05为优质,CV在0.05~0.1之间属于中等水平,CV>0.15则为劣等产品。
实验二
输引水渠道横断面设计水深测试及计算综合性实验
一.实验目的:
1利用已建试验模型,通过实验的操作及对所测实验数据的研究、分析和计算,培养农业水利工程专业的学生对多学科知识如《灌溉排水工程学》、《水力学》和《水工建筑物》等课程的综合运用能力,及“严谨、认真、细致”的科学研究作风,提高学生的综合动手、工程设计和计算能力,为今后出去工作打下良好的基础。
2温故《水力学》相似理论及堰流知识。
3学会测针使用方法及量水堰测流技术。
4通过对输水渠道在不同流量(加大、设计及最小)情况下不同水深(加大、设计及最小)的测试,加深对渠道横断面设计原理的影响。
5熟练运用明渠均匀流公式。
利用测试数据和渠道的其他已知设计参数(如流量Q,底宽b,边坡系数m,糙率n和比降i等)对输引水渠道进行设计、校核。
二.实验项目简介:
本实验取自“新疆伊犁南岸总干渠工程渠首分水枢纽水工模型试验项目”,主要由水源、进水池、90°三角形量水堰、静水池、输水渠道(全长590m)及退水渠等组成。
选取桩号0+467~0+530较为平直的渠段作为渠道测试段。
渠道测试段基本参数如下:
梯形断面、浆砌石衬砌、渠深5m、渠底宽度b=8m、边坡系数m=2、糙率n=0.025、渠底比降i=1/290。
本实验试放流量选取原建设项目二期工程的加大流量163.0m3/s、设计流量141.0m3/s及最小流量56.4m3/s,共三个流量。
三.实验操作规程:
1.了解本实验的基本情况(工程布置、试验内容及量测设备等)。
2.做好实验前的准备工作,利用水力学的相似理论知识,计算出试验模型的有关比尺、相应的模型流量值和测针读数值。
3.根据堰流公式计算绘制量水堰水头H–流量Q关系曲线及学会测针使用方法。
4.依次试放三个不同的设计流量(可由大到小)。
开水泵,缓慢启动闸门调节至所需测试流量。
5.待流量稳定后,量测不同流量情况下桩号0+467~0+530渠段间的设计水深,将实测数据记入测试表格。
四.实验内容整理:
1根据《水力学》相似理论,模型按重力相似准则设计,本实验项目模型比尺主要选择为:
几何比尺λL;流量比尺λQ=λL2.5。
2堰流公式采用南京水利科学研究院标准地秤校正后的拟合经验公式:
①
式中Q-----流量(m3/s);
H-----堰口水头(m)。
3利用模型几何比尺将所测水深值换算成实际水深值(h)。
4.根据已知的输引水渠道横断面设计参数(Q,b,m,n,i等)及换算的实际水深值h,利用明渠均匀流公式
对原流量进行校核计算。
明渠均匀流公式是个高阶隐函数方程,含有渠道底宽b和水深h两个未知数,不能直接求解。
在实际设计中,常采用试算或图解法求解。
该公式表述如下:
②
式中Q-----渠道设计流量(m3/s);
A-----渠道过水断面面积(m2),梯形断面渠道,
;
R-----水力半径(m),
,式中x为湿周,
;
C-----谢才(Chezy)系数(m0.5/s),采用曼宁(Manning)公式
进行计算,式中n为渠道糙率;
i-----渠底比降。
5.计算不同设计流量情况下的设计水深值(或试放流量值),与实测水深值(或实测计算流量值)相比较,分析数据成果,进行误差分析。
6.应利用计算机技术编程计算或列表计算。
7.绘制输引水渠道横断面图。
8.及时编写实验报告,要求文、图、表并茂。
五.实验报告内容:
1.实验目的;
2.实验设备;
3.实验内容(实验数据、计算数据等);
4.成果及分析(图、表等);
5.实验建议与心得。
六.参考表格(实验数据记录计算表)与仪器设备表:
表1输引水渠道设计水深测试计算表
项目
1
2
3
模型水深(m)
实际水深(m)
备注
测试人员:
测试日期:
表2输引水渠道设计流量测试计算表
项目
1
2
3
测针读数(cm)
模型流量(L/s)
实际流量(m3/s)
备注
测试人员:
测试日期:
表3渠道实验仪器设备表
仪器设备名称
规格型号
数量
用途
水泵
离心式
1台
加压
量水堰
90°
1个
测流量
测针
40cm
1个
测流量
渠道模型
自制(590m)
1套
输水及观测
钢板尺
20cm
1把
测水深
实验三恒定流、非恒定流条件下明沟排水功能测试实验
一、实验目的:
1加深了解排水明沟在恒定流、非恒定流条件下沟间地段地下水运动的变化规律;
2利用所测的地下水动态实验数据反求渗透系数K值;
3熟悉室内渗流实验装置及模拟降雨方法;
二、实验装置:
本实验是在净空为500X120X48(cm)的钢结构玻璃砂槽内进行的。
试样是经过筛选洗净的细砂。
实验段取排水沟一侧至沟间地段的一半。
排水沟为单侧的完整沟,由钻孔的透水塑料板分隔而成。
为测定地下潜水面高程,在砂槽的一定距离上设置观测井,观测井为内径2cm的镀锌钢花管,外包铜丝滤网,穿透整个砂层。
另外,在砂槽侧壁还装有测压孔。
排水沟的水位及出流量由软管接一平水箱控制。
实验装置的结构草图及有关尺寸如图3—1所示。
同时在砂槽上部安装了2-3条滴水管,用于模拟降雨,滴水管上每隔一定距离打有一针眼,滴水管用橡皮管与自来水开关相接,达到一定压力时,水自行由针眼渗出,降雨量大小可由自来水开关度大小来调整。
实验装置示意图见实验指导书P14。
三、实验步骤:
首先进行恒定流条件下明沟排水功能实验:
1、对砂槽内砂体进行底部充水饱和,充水位到预定高度,排尽测压管内气泡。
2、打开自来水开关,滴水管开始滴水,同时下降平水箱至10~15cm,使沟水位与沟间中心地下水位形成一降落曲线。
3、用体积法量测排水明沟出流量,如两次平行所测流量误差不超过3%,各测压管水位无明显变化,则视此时为恒定流。
4、记录下恒定流条件下的明沟出流量及各井位测压管水位值。
然后进行非恒定条件下的明沟排水功能实验项目:
5、关闭自来水开关,滴水管停止供水,此时沟间地段地下水及出流量开始随时间发生变化,为非恒定流。
6、关闭龙头的同时,启动秒表,每隔2、4、6、8、10、15、20、25和30分钟测定一次各测压管的水位和出流量,记录表内。
四、实验数据的整理和计算:
1、利用恒定流排水沟间距公式求渗透系数K值:
L=
式中:
=H0+
c,如用2点法;
c,=hc/2:
为计算精确,可用多点法,则
c,=nc/n,
n为所测水位点数。
经整理为:
K=
=Q/A=所测恒定出流量/48cm×456cm
式中:
L为排水沟长度,H0=沟水位+10.5cm(自底板算起),hc为20号井实测值减去沟水位值(cm)。
2、利用非恒定流条件下所测地下水动态实验数据,绘制沟间各时段的地下水位线图及沟出流量与时间关系曲线图。
绘制地下水过程线图时,将恒定流时所测各点水位值作为0时段。
五、实验人员分工
1、测时1人兼指挥。
2、测流量2人。
3、各点测压井测水位10~15人
六、实验用品准备:
需秒表2块,袖珍计算器1个,500cc、100cc量筒各1个。
七、实验数据记录表:
实验数据观测记录表
观察时间
t(分)
井2
井3
井4
井5
井7
井9
井12
井15
井18
井20
排水沟出流量
测流时
间(s)
水量
(cm3)
出流量
(cm3/s)
0
2
4
6
8
10
15
20
25
30
距离
(cm)
20
50
70
90
140
190
260
330
400
450
井位与沟间距
备注:
排水沟水位(cm)