管道灌溉系统的规划设计

课程名：农田水利学课程设计 姓 名： ××× 年 级： 2010级 学 院：水利水电与建筑学院 专 业： 水利水电工程 学 号：

农田水利学课程设计

课程设计目的

通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。

具体要求

1管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基本要求与设计方法；

2掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范； 3学会收集，分析，运用有关资料和数据；

4提高工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。

1.喷灌选型与总体规划

1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则 资料收集: 1地形：地面平坦7 2土壤：沙壤土

3作物：苹果树园林,正值盛果期 4水源：果园南部井水

5气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s

社会经济条件：果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力供应不足;

规划设计目的：该果园为实验果园，为发展节水农业起着非常重要的示范作用，同时综合考虑该区域的地形，土壤 气象水文与地质，灌溉对象及社会经济条件，故进行规划设计。

系统选型：工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型

水源类型位置 地形地貌 地块形状 土壤地质 降水量灌溉区风速 风向 对象 社会经济条件 生产管理 劳动力状况及使用者素质 动力条件

由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高，并且为实验果园，可申请项目资金为保障。灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。 总体规划

1吸收科学技术发展的成果与经验，制定合理的灌溉制度； 2根据给地形地质水文条件经济基础选用合理的灌溉系统 1.2喷灌系统的规划设计 基本资料

某实验果园，园内有一眼机井，动水位距地20m。该地电力供应不足，为节约用水，拟采用固定式喷灌系统。

地形：面平坦，最大供水量为60m/h,面积95亩，果树2544株，株距4m，行距6m，园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3。

气象：干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s,风向多变。 土壤：壤土,冻土层深0.6m

1

水源：机井，最大供水量为60m3/h,水位距地20m。 灌溉试验资料：间持水率为32%（占土体，下同），凋萎系数为14%果园允许消耗的水量占土壤有效持水量的25~30%，在需水高峰期，苹果树的需水强度为6mm/d。

2.规划和设计

2.1喷头选择和组合间距

喷头的选择包括喷头型号 ，喷嘴直径和工作压力的选择 。在选定喷头之后 ，喷头的流量 ，射程等性能参数也就随之确定 。按照国家标准GB85-85《喷灌工程技术规范》规定 ，选择喷头和确定间距的具体原则:

（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值 。在本设计中喷头的组合喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。

（2）喷灌系统的喷洒均匀系数Cu值一般不应低于70%~80%，cu1hh本设计取Cu75%，在满足规范规定的均匀度的条件下，确定喷头和支管的间距。

（3）果树雾化指标取值范围在4000~5000，在选择喷头时作为依据 ，选择满足作物要求雾化指标的喷头 。 2.2喷头的选择

由于本灌区多年平均风速为2.5m/s，相对较大，运行方式为多支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。根据作物对雾化指标的要求，由《喷灌技术规范》查得常用金属摇臂式喷头性能参数见下表：

喷头参数 喷头流量接头形式 工作压力喷头直径型号 射程m 3mh 及尺寸 mm kPaPY120 G1\" 300 2.96 7 19.0 2.3确定组合及间距 该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒和扇形喷洒，以保证灌区的喷灌质量。喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积见表：

喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积 喷头方式 组合方式 支管间距a 喷头间距l 有效面积 2全圆 正方形 1.0R设 1.42R设 1.42R设 21.73R设扇形 矩形 1.73R设 R设 根据变系数法在满足喷洒均匀系数大于75%的条件下，喷头间距和支管间距按参考文献中的公式计算：

R设KR0.71913.3m

l1.42R设1.4213.319m

a1.42R设1.4213.319m 式中：此地为多风区，取K0.7; R为喷头射程;

2.4雾化程度

1000hp按式：Pd计算

d式中：hp为喷头工作压力水头30m；d为喷嘴直径7mm；Pd值越大，说明

2

其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中hp选300kpa的喷头，可换算成30m的水柱高。

1000304286

d7对于果树，Pd值控制在4000~5000，所以所选喷头满足雾化指标要求。 2.5灌溉制度计算喷头平均喷灌强度

2.5.1喷头的平均喷灌强度

1000q10002.960.80全w6.56mm/h

有效361已知： q2.96m3/h，A有效al19m19m361m2，

Pd1000hp式中： w—多支管多喷头的同时喷洒; w1.0 ； q—喷头的喷水量

—喷灌水的有效利用系数；0.80； A—在全圆转动时一个喷头的湿润面积； 全—喷灌系统的平均喷灌强度

1计算喷头在一个喷点上的工作时间

mm568.54h，取t8.5h t t全全6.562计算同时工作的喷头数

At1201328.58个 （1）N1喷头alT设C1919314At1481208.59个

lT设C1919314式中：N—同时工作的喷头数；

C——天中喷灌系统的有效工作小时数， C取14h； L120（2）n 6.36(个）l19式中：n—一根支管的上的喷头数。 L—支管的长度。 l —喷头的间距。

l132148 （3）N支管数14根

L19 式中：N支管数—一根干管数的支管数

N2喷头891.412根

n66支为同时工作的支管

支管轮灌方式：固定式有2根支管同时工作。 2.5.2管道系统平面布置与工作制度

支管与干管垂直，每条干管分别布置14条支管，选PY120工作压力为300kpa（4）N支N喷头的喷头，喷头间距为19m，每条支管布置6个喷头，采用全圆喷洒。其他每隔19m布置一条支管，选用PY120工作压力为300kpa的喷头，支管上喷头间距和喷头数

3

与始末支管上的喷头间距扇形的一样，但采用全圆正方形喷洒，四边采用扇形矩形喷洒。

固定式管道 喷灌系半固定移动管

统类型 农作物 园林 道 运动场 管道

设计日 灌水时12-20 6-12 1-4 12-18 12-16

间

喷头在每个位置上的工作时间 abm191956t5.8h 1000qp10002.960.85根据实际情况，全灌区包括14个喷灌组，每天只需工作2组便能满足要求 分为6天进行轮灌，轮灌工作制度见表 时间 轮灌组 轮灌组中的喷头 第一天 一组 1支，2支 二组 3支，4支 第二天 一组 5支，6支 二组 7支，8支 第三天 一组 9支，10支 二组 11支，12支 一组 13支，14支 第四天 二组 15支，16支 第五天 一组 17支，18支 二组 19支，20支 一组 21支，22支 第六天 二组 23支，24支 3.管道设计及水力计算 3.1灌水定额和灌水周期

设计灌水定额是正确喷灌系统设计流量的依据 ，直接影响着喷灌工程的投资 。该果园的灌水周期取为7天，所以设计灌水定额

10h12m



水的有效利用系数 风速 喷洒水的利用系数 风速低于3.4ms 0.8—0.9 风速3.4—5.4ms 0.7--0.8 已知:果树需水临界期计划湿润层深度为4060cm ；灌区风速2.5m/s，因此取 0.8;灌区土壤田间持水率为32%（占土体%）；

4

1取32%；2取32%65%20.8%；h取20cm

104032%20.8%m56mm

0.80m56 T设0.806.4d，取T设6d

e73.2管材的选择

管材的选择应当根据当地的具体情况，

（1） 从喷头性能表查得喷头流量为：300kpa工作水头喷头的流量：

q2.96m3/h

（2） 支管、分干管、主干管的流量及管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：

Q＜120m3/h时，d13Q；

Q≥120m3/h时，d11.5Q。

式中：d—管道内径(mm)；

Q—喷灌系数设计流量(m3h)。

支管： Q支qn2.96617.76m3/h120m3/h d13Q支1317.7654.78mm

根据《灌溉工程技术规范》选管径d75mm，壁厚为1.5mm,的铝合金管 主干管： Q主干Q支n17.7614248.6m3/h120m3/h

d11.5Q主干二11.5248.6181mm

选管径d200mm，壁厚为10mm,实际内径为199mm的普通钢管 3.3水力计算

3.3.1沿程水头损失

LQmhff bd根据所选管材，在下表中查出所需的f ，m，b； 所选支管参数f0.861105；m1.74；b4.74 主干管选用钢管则f6.250105；m1.9；b5.1

f,m,b数值表 2.00 n0.013 混凝土管钢筋混凝土管 2.00 n0.014 2.00 n0.015 钢管、铁铸管 1.90 硬 塑 料 管 1.77 1.74 铝质管及铝合金管 m管材 1.312106 1.516106 1.749106 6.250105 0.948105 0.861105 fb 5.335.33 5.33 5.1 4.77 4.74 5

1 最远距离支管的沿程水头损失为：

已知：L132148280m，d75mm，Q支17.76m3/h，则

28017.76hff0.861102.99m

b4.74d75即支管的沿程水头损失3.8m。 2 主干管的沿程水头损失为：

主干管：Q主干一248.6m3/h，d200mm，L主干132148280m

LQ支1.771.745 hf1fLQ主干一1.90db总的沿程水头损失为：

hf总2.9911.414.39m

280248.66.250102005.151.9011.4m

3考虑多孔出流损失则 N m=1.74 m=1.77 X=1 X=0.5 X=1 X=0.5 2~3 0.600 0.496 0.596 0.492 4~5 0.485 0.420 0.481 0.416 6~7 0.446 0.399 0.442 0.395 8~11 0.420 0.388 0.416 0.383 12~20 0.397 0.378 0.394 0.374 111m111.74110.397N1X1422m12N1.741286N614F0.37N1X1410.397'则考虑多孔出流损失hfhfF14.40.374.4m

hj14.40.11.44m 3.3.2局部水头损失一般为总沿程水头损失的10%，即：

总水头损失：hwhfhj4.41.445.904m 总水头损失小于喷头压力作用下水柱高的20%=6m

3.4水泵的设计流量

3.4.1计算水泵的设计流量：

QN头q

N头—喷头数量；

q—单喷头流量。

即 QN头q2.966235.52m3/h水泵的扬程计算

35.5236.7m3/h 管道水利用系数取为0.97，则水泵的设计流量为

0.97 若考虑竖管水头损失，竖管选用DN32钢管，内径为28mm，竖管计算长度为2.0m则竖管水头损失为

fsLsQm6.251051.82.961.90.62m hsb5.1ds28 3.4.2 水泵的设计扬程

设泵进出水管长各5m,进水管采用DN100的镀锌钢管，出水管采用DN80的镀锌钢管。经计算，进出水管沿程水头损失分别为0.26m和1.45m，总沿程水头损失为1.71m

6

进水口包括一个口滤网，一个闸阀，一个渐缩接头和水泵进口，局部水头损失系数为2.50.20.213.9，经计算局部水头损失0.54m，出水管包括一个渐扩接头，3个900弯头，一个闸阀和一个螺翼式水表，局部水头损失系数为0.10.2530.41.25，计算的局部水头损失为0.70m，水表水头损失估计为0.35m，则进出水管总局部水头损失为0.540.700.351.59m 进出水管总水头损失为1.711.593.30m，

Z—典型喷头高程与水源水面高差，m；

喷管的竖管高度：1.5m 则： Z1.51.53m；

P30030.631m； h1g19.807Hh1hshwZ310.625.9043.3040.8m

即水泵的设计扬程为40.8m。水泵的选型及动力配套 3.4.3水泵的选型

应先考虑扬程的要求，而且还要满足流量的要求，由上述计算出的扬程和流量分别为40.8m和36.7m3/h，根据计算出的喷灌系统水泵设计流量和总扬程，查选定的水泵技术参数表，选合适水泵

IS8050200流量m3/h,扬程45m的单级吸悬臂式清水离心泵。水泵性能参

数如下表所示： 型号 流量扬程m m3/h 转速效率% r/min 电机功允许吸率kw 上的真空高度m 15 6.6 IS80-50-200 31 50 55 50 45 2900 69 3.5设备用量与材料细表

名称 一级主干管 支管 竖管 管材内径(mm) 200 75 28 表1 管材设备 管长(m) 数量(根) 材料 钢管 铝合金管 钢管 280 2 3360 28 336 168 表2 三通 名称 个数 异径三通接头（二级主干管与分干管处） 1 三通接头（支管与分干管处） 28 三通接头(支管与竖管处) 168 7

喷灌型号 PY120全圆 PY120扇形

表3 喷头 工作压力KPa 喷灌直径mm 喷头个数 180300 300 300 7 7 7 表4 其它设备 数量个 119 23 26 度 PY120扇形90度 名称 排水井 异径四通接头 堵头 弯头 吸水管 排水井 阀门井 压力表 水表 过滤器 施肥罐 名称 总管 支管 排水管

管材外径(mm) 200 75 30 18 1 30 4 3 4 2 3 1 1 1 表5 闸阀 闸阀内径(mm) 190 60 20 备注 — — 在分干管和支管尾部 — — 在分干管末端 — — — — — 数量(个) 2 28 54 8