农田水利学(喷灌系统)规划设计

农田水利学管道喷灌系统课程设计1/17学校：云南农业大学学院：水利水电与建筑学院指导老师：教学班号：一班专业：水利水电工程学号：姓名：农田水利学管道喷灌系统课程设计2/17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、提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。基本资料某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m，行距6m，正值盛果期。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3m。果园由道路分割成为4小区。详见1：2000果园规划图。该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最大供水量60m3/h，动水位距地面20m。该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mm／d，农田水利学管道喷灌系统课程设计3/17灌水周期可取5～7天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m／s，且风向多变。该地冻土层深度0.6m。灌溉区域如下图所示：21×30+36行数×株数22×3017×30×4822×30132m132m100m148m120m120m果园平面图要求:（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式(包括验核组合平均喷灌强度（）是否小于土壤允许喷灌强度（允）；（2）布置干、支管道系统(包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》)；（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮灌工作制度；农田水利学管道喷灌系统课程设计4/17（4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。(5)水泵和动力选型。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2、土壤：砂壤土冻土层深0.6m3、作物：苹果树园林,正值盛果期4、水源：机井，果园南部井水，最大供水量为hm/603,水位距地m20。5、气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s，风向多变6、种植面积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3m。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;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：1、水源类型位置；2、地形地貌；3、地块形状；4、土壤地质；农田水利学管道喷灌系统课程设计5/175、降水量灌溉区风速；6、风向；7、对象；8、社会经济条件；9、生产管理体制；10、劳动力状况及使用者素质等情况。由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高。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。喷灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不应低于85％。灌溉试验资料：该地区位于淮北地区，土壤为砂壤土，田间持水率为32%（占容重，下同），凋萎系数为田间持水率的60﹪。在果树需水高峰期，苹果树的需水强度为dmm/6。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喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。农田水利学管道喷灌系统课程设计6/17各类土壤的允许喷灌强度如下表：土壤类别允许喷灌强度（mm/h）砂土20砂壤土15壤土12壤粘土10粘土8注：有良好覆盖时，表中数值可提高20％。对本灌区取p=15mm/h。（2）在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于75％，但对行喷式喷灌系统，不应低于85％。对本灌区取喷灌均匀系数为80％（3）果树雾化指标取值范围在3000~4000，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。雾化指标如下表：种类ｈp／d值蔬菜及花卉4000～5000粮食作物、经济作物及果树3000～4000牧草、饲料作物、草坪及绿化林木2000～3000注：①ｈp为喷头工作压力水头；②d为喷头主喷嘴直径。农田水利学管道喷灌系统课程设计7/17（4）喷洒水利用系数，有条件时宜实测确定。无实测资料时，可根据气候条件在下列数值范围内选取：风速低于3．4米／秒，η＝0．8～0．9；风速为3．4～5．4米／秒，η＝0．7～0．8。注：湿润地区取大值，干旱地区取小值。对本灌区取η=0.82.2喷头的选择由于本灌区多年平均风速为sm/5.2，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》选取金属摇臂式喷头，参数如下表所示：型号接头形式及尺寸工作压力kPa喷头流量3mh喷头直径mm射程m喷灌强度（mm/h）120PY1G3002.96820.03.132.3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喷头组合形式为正方形,支管间距、喷头间距选取见表：喷头组合喷头间距设计风速m/s垂直风向a平行风向b农田水利学管道喷灌系统课程设计8/170.3-1.6R1.3R1.6-3.4(1-0.8)R(1.3-1.1)R3.4-5.4(0.8-0.6)R(1.1-1)R注：①Ｒ为喷头射程；②在每一档风速中可按内插法取值；③在风向多变而采用等间距组合时，应选用垂直风向栏的数值；④表中风速是指地面以上10米高处的风速。确定喷头组合间距,由V=2.5m/s,又R=20m当v1=1.6m/s时,a1=1.0R=1.0×20=20m当v2=3.4m/s时,a2=0.8R=0.8×20=16m所以(所以a=b=18mA有效=ab=18×18=324m22.4校核1）雾化程度按式：dhPpd100计算式中：ph为喷头工作压力,d为喷嘴直径8mm；dP值越大，说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中ph选akp300的喷头，农田水利学管道喷灌系统课程设计9/1737508300100100dhPpd对于果树，dP值控制在3000~4000，所以所选喷头满足雾化指标要求。2）喷灌强度mm/h3.732480.096.210001000有效全qw喷灌强度小于15mm/h，满足。已知：hmq/96.23，23241818mmmbaA有效，式中：w—多支管多喷头的同时喷洒;0.1w；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2.5灌溉制度1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为90cm，则：m设0.1×900×1.42×（30％-18％）=15.34mm2、计算灌水周期T设==取T设3天3、计算一次灌水所需时间农田水利学管道喷灌系统课程设计10/17hmt1.23.734.15全，取ht5.24、计算同时工作的喷头数又设计日净喷时间宜符合下列规定：固定管道式喷灌系统，不宜少于12小时；半固定管道式喷灌系统，不宜少于10小时；移动管道式和定喷机组式喷灌系统，不宜少于8小时；行喷式喷灌系统，不宜少于16小时。因此，选c=12.5h个设喷头135.1235.21818667951CTtabAN流量校核：/h水源满足供给5、轮灌组数为：n1=T设*c/t=3×12.5/2.5=15（组）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12.5h；6、同时工作的支管数为:根喷头支3413nNN支为同时工作的支管n为一根支管喷头数,n=4该灌区的管网配置如下图:农田水利学管道喷灌系统课程设计11/17农田水利学管道喷灌系统课程设计12/17工作制度如下表：轮灌顺序支管号同时工作喷头数每日工作的喷头数第一天第一组1-1,1-2,1-3,1-11支管1364第二组1-4,1-5,1-6,1-7支管13第三组1-8,1-9,1-10支管12第四组1-12,2-10,2-11,2-12支管13第五组2-6,2-7,2-8,2-9,2-10支管13第二天第一组2-3,2-4,2-5,2-6支管1253第二组4-9,4-10,4-11,4-12支管12第三组4-4,4-5,4-6,4-7,4-8支管12第四组4-1,4-2,4-3支管9第五组2-1,2-2支管8第三天第一组3-1,3-2,3-3支管1243第二组3-4,3-5,3-6支管9第三组3-7,3-8,3-9支管12第四组3-10，3-11,3-12支管10管道设计及水力计算干支管选择硬塑料管,竖管选用DN32钢管农田水利学管道喷灌系统课程设计13/173、扬程的确定3.1选择支管管径考虑多口流，多口流系数选取如下表：Nm=1.77X=1X=0.520.6480.53030.5440.45340.4950.42350.4670.40860.4480.398f,m,b数值表管材mfb混凝土管钢筋混凝土管0.013n00.2610312.133.50.014n00.2610516.15.330.015n00.2610749.15.33钢管、铁铸管90.1510250.65.1硬塑料管77.1510948.04.77铝质管及铝合金管74.1510861.04.74由上表及管道具体情况得F=0.423,m=1.77，f=0.948×105，，b=4.77对于支管Fhf+Δz≤0.2hp，又bmfdLQfh农田水利学管道喷灌系统课程设计14/17则：0.423×0.948×105×63×11.841.77/d4.77≤0.2×30d≥55mm式中：d—管道内径()mm；Q—喷灌系数设计流量3()mh。Δz=0喷灌手册选取D=63mm，内径d=58mm的硬塑料管干管管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：Q＜3120/mh时，13dQ；Q≥3120/mh时，11.5dQ。Q=n×q喷头=13×2.96=38.48m3/h所以干管管径mmQd65.8048.381313支根据《喷灌设计手册》选管径mmd110，壁厚为mm5.3,实际内径为mm103的硬塑料管。比阻值s0=2.375×10-53.2计算水头损失:1、干管的沿程水头损失为：2、计算典型支管沿程水头损失：mdLQFfhbf79.05884.1163432.010948.077.477.15m支3、计算干管局部水头损失：农田水利学管道喷灌系统课程设计15/174、计算支管水头损失：5，计算竖管水头损失：竖管选用DN32钢管，内径为mm28，竖管计算长度为3.0m则一根竖管水头损失为：mdQLfhsbmsss61.02896.20.31025.61.59.156,计算喷头水头损失又所以扬程的确定已知喷头工作压力为hp=300KPa,即相当于h=30m的水头，取管道埋深为0.7m。水泵的设计扬程农田水利学管道喷灌系统课程设计16/17式中：为水位距地的距离；为喷头的压力；为地势的高差；即水泵的设计扬程为56.44m。水泵的选型及动力配套省略。4、设备用量与材料细表表1管材设备序号名称单位数量型号备注1干管m300硬质塑料管PVC外径110mm内径103mm2支管m2424硬质塑料管PVC外径63mm内径58mm3竖管m480DN32钢管内径28mm表2喷头型号接头式及尺寸工作压力kPa喷头流量3mh喷头直径mm射程m