1、 目 录1 基本资料 .11.1 地形 .11.2 气象 .11.3 土壤 .11.4 水源 .11.5 灌溉试验资料 11.6 作物对喷灌的要求 11.7 现有设备供应情况 12 喷头及支管组合形式 .12.1 灌水定额和灌水周期 .12.2 设计灌水周期 22.3 选 择喷头 22.4 喷头的组合形式 33 编制轮灌顺序 43.1 计算喷头平均喷灌强度 .43.2 计算喷头在一个喷点上的工作时间 43.3 计算同时工作的喷头数 .43.4 确定支管的轮灌方式 .44 进行管道系统的平面布置 55 管道设计及水力计算 .55.1 管材的选择 .55.2 管径的选择 .55.3 沿程水头损失计
2、算 66 首部枢纽的布置 .76.1 水泵的设计流量 76.2 水泵的扬程计算 76.3 水泵的选型及动力配套 76.4 沉淀池的设计 .86.5 施肥罐的选择 .96.6 镇墩 .96.7 阀门井 .106.8 泵房 .106.9 喷灌系统辅助设备 10附 表 11致 谢 12参考文献 13塔里木大学节水灌溉课程设计11 基本资料设计地点是北方某城市郊区蔬菜生产基地的一部分。蔬菜为灌水频繁、管理精细的作物，在常规灌溉情况下，灌溉施肥平整土地需要耗费大量劳动力，且生产效率低。故拟兴建操作方便，运转灵活，生产率高，并可兼顾喷化肥的固定式喷灌系统。1.1 地形冲积平原，地势平坦，条田东部有灌溉渠道
3、通过，水量、水质可满足灌溉要求。规划的标准田块，呈正方形，尺寸为 ，中间为宽 的十字形道路，将田块划分成50m5四小块，每小块 ，近 亩。条田东部排水沟道，可用作排水出路。250371.2 气象该地区雨量稀少，年均分布不均，除多雨低温的春季外，蔬菜一般都要灌水。每年月炎热少雨，为蔬菜需水高峰期。该地区常有风速为 的风，风向多变。79 13ms1.3 土壤属中壤土，肥力中等，稳定入渗强度 。h/101.4 水源已建有灌溉渠道，水源充足，水网水位距地面 ；涝时可排入排水沟道。.51.5 灌溉试验资料田间持水率为 （占土体，下同） ，凋萎系数为 ，蔬菜田允许消耗的水量占土32%14%壤有效持水量的
4、，在需水高峰期，蔬菜的需水强度为 。50 7md1.6 作物对喷灌的要求喷灌区种植产值高的蔬菜，对喷灌的要求是灌水均匀，水滴雾化良好。1.7 现有设备供应情况本地区电源有保障，市内有 （金属）及 （塑料）系列的摇臂式喷头、输水管1PYPYS道(钢管、石棉水泥管、硬塑及铝合金管) 和农田水泵供应。2 喷头及支管组合形式2.1 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 。灌水定额是指一次灌水的水层深度或一次灌水单位面积水量 ，目前生产实践中，大田作物的灌水周期一般取 7-10 天，蔬菜的灌水周期一般取 1-3 天。所以设计灌水定额210hm式中 ： 计
5、划湿润层深度（ ） ；hc适宜土壤含水量上限的体积百分比，%（一般在田间持水量的 85%1100%） ；适宜土壤含水量下限的体积百分比，%（一般在田间持水量的 60%80%之2间变化） ；喷洒水的有效利用系数。表 1 喷洒水的有效利用系数风速 喷洒水的利用系数 风速低于 3.4ms 0.80.9风速 3.45.4 0.7-0.82已知： 蔬菜需水临界期计划湿润层深度为 ；cm302灌区风速 ，因此取 ;13ms.8灌区土壤田间持水率为 （占土体%） ；取 %； 取 ；12.0652h取428.0.2.2 设计灌水周期灌水周期是指在连续无雨条件下，某种作物需水临界期的允许最大灌水间隔时间。灌水周
6、期一般采用下式计算： emT设设计灌水周期， ；设 d作物日耗水量， ；已知： 日耗水量 为 ， 为 ，7m420.8所以 ，取deT.设 dT5设2.3 选择喷头 231 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 ，将选择喷头和确定间距的具体原则归纳为下列 4 点:（1）喷头必须是质量合格的正规产品 ，性能参数（工作压力 ，力量 ，射程等）符合设计要求。本设计选用质量合格 、正规厂家生产 、性能参数符合设计要求的优质喷头。（2）组合喷灌强度不超过土壤的
7、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。（3）喷灌系统的喷洒均匀系数 值一般不应低于 ，本设计取 ，uC70%8%75uC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。 （4）蔬菜雾化指标取值范围在 40005000，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 。3232 喷头的选择 选择喷头的方法很多，本设计采用先选择喷头的形式再确定喷头和支管组合间距，然后演算是否满足喷灌的质量要求 。选择喷头参数时，首先满足作物对雾化程度的要求；其次是喷头的流量和射程，同时开启的喷头数乘以单喷头流量应与系统流量符合。喷头与喷洒时设计的幅宽吻合。选择
8、喷头时还应注意单喷头的喷灌强度值，选取时应考虑以下因素：（1）土壤质地对允许喷灌强度的数值有很大的影响，项目区土壤为中壤土，其喷灌强度还应小于土壤的入渗强度 ，故取 。10/mh8/mh（2）风对喷灌影响很大，风速大时喷洒的湿润面积急剧减小，使组合喷灌强度增大，对于风速较大的地区，应选择单喷头喷灌强度较小的喷头。（3）喷灌系统的运行方式也影响喷灌强度，灌区运行方式为多支管，多喷头同时喷洒，为了保证灌区的喷灌质量，要求单喷头喷灌强度最小。由于本灌区多年平均风速为 13m/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
9、对雾化指标的要求，由节水灌溉技术查得常用金属摇臂式喷头性能参数见下表2 所示：塔里木大学节水灌溉课程设计3表 2 喷头参数型号 接头形式 及尺寸 工作压力 kPa喷头流量 3mh喷头直径 m射程120PY“1G300 2.96 7 19.02.4 喷头的组合形式 喷头的组合形式包括支管布置方向，喷头组合方式及喷头沿支管的间距，支管和支管间距。241 支管布置方向支管布置的方向，除考虑灌区地形因素及作物种植方向外，还考虑灌区风向和地形的坡度方向。喷头工作时受风的影响：无风条件下，喷头喷嘴为圆形面积。有风时，顺风向一侧，喷头射程增加，逆风向一侧，喷头射程减小，而平行风向的两侧，射程也相应的变小。所
10、以，在一般情况下，支管布置在垂直主风向的位置，干管则布置在平行主风向的位置。地面坡度也会影响支管的布置方向，地面有坡度时，下坡方向，喷头射程加大，上坡方向，喷头射程变小。一般情况，支管平行等高线布置，干管垂直等高线布置。在该区，地势比较平坦，将以风向作为判断支管方向的主要依据。该地区风向多变，因此可不考虑风向对喷头的影响，为了将支管的布置尽量与作物方向一致，减少竖管对机耕的影响，所以，支管方向为东西方向。242 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 3：表 3 喷头组合形式的支管间距、
11、喷头间距和有效控制面积喷洒方式 组合方式 支管间距 a喷头间距 l有效面积全圆 正方形 1.42R设 1.42R设 2.0 2R设扇形 矩形 73设 设 1.73设根据变系数法在满足喷洒均匀系数大于 的条件下，喷头间距和支管间距按参考文5%献中的公式计算：mK.19.0设式中： 喷头的设计射程， 。R设 m系数，根据设计资料可确定此地为多风地区，可采用 。K 0.7喷头的射程（或称最大射程） ， 。全圆喷头正方形组合：Rl 193.421设 ma设243 雾化程度按式： 计算dhPp10式中： 为喷头工作压力水头， ； 为喷嘴直径， ； 值越大，说明其雾化pmddP程度越高，水滴直径就越小，打
12、击强度也越小，式中 选 的喷头，可换算成phak30的水柱高。m30 4286710dPp4对于蔬菜作物， 值控制在 5000，所以所选喷头满足雾化指标要求。dP403 编制轮灌顺序3.1 计算喷头平均喷灌强度 有 效全 Aq10已知： ， ，hm/96.23 236191mla有 效所以 h/56.180.全式中： 喷头的喷水量；q喷灌水的有效利用系数； ；.80在全圆转动时一个喷头的湿润面积；A喷灌系统的平均喷灌强度。全3.2 计算喷头在一个喷点上的工作时间 全mt式中： 一个喷点上的工作时间；即喷头在一个喷点上的工作时间是：，取 。ht4.65.2全t73.3 计算同时工作的喷头数（1）
13、 CTtalAN设喷 头 165719205式中： 同时工作的喷头数；天中喷灌系统的有效工作小时数，由李宗尧主编节水灌溉技术查得 取 （多风地区 值较小，但不宜小于8 ） ；/phCh（2） 个 ）(132.90lLn式中： 一根支管的上的喷头数。支管的长度。喷头的间距。l（3） 根支 管 数 139250LN式中： 一块地的支管数支 管 数（4） （根）7n喷 头支式中： 同时工作的支管。支因为考虑到实际需要，所以在每一块田上加扇形喷头，即在条田边上布置扇形喷头。即一根支管上有 个喷头，一个区有 根支管。1414塔里木大学节水灌溉课程设计53.4 确定支管的轮灌方式每块田上有一根支管同时工作
14、，轮灌时延分干管依次灌水。4 进行管道系统的平面布置如大图所示（管道系统平面规划图） ，在东、西区中间标出主干管的位置，并分为四个区，每个区面积相等，两两对称。分干管与干管垂直布置，支管与分干管垂直，每个区的东部都布置一条分干管，每条分干管分别布置 条支管，在分干管始末间隔 处各1415m布置一条支管，选 工作压力为 的喷头，喷头间距为 ，每条支管布置120PYakp309个喷头，采用扇形喷洒。 其他每隔 布置一条支管，选用 工作压力为14m9120PY的喷头，支管上喷头间距和喷头数与始末支管上的喷头间距扇形的一样，但采用akp30全圆正方形喷洒，四边采用扇形矩形喷洒。5 管道设计及水力计算5
15、.1 管材的选择管材的选择应当根据当地的具体情况，如地质、地形、气候、运输、供应以及使用环境和工作压力等条件，结合各种管材的特性以及使用条件进行选择。根据本设计资料，主干管和干管采用硬聚氯乙烯管，支管和竖管采用薄壁铝管。5.2 管径的选择在管道系统布置以及喷灌工作制度确定之后，各级各段管道的长度以及通过的流量便为已知，这时可将各管道的流量按轮灌顺序列成表格，据此进行管道水力计算和选择管径。（1） 从喷头性能表查得喷头流量为：工作水头喷头的流量： akp30 hmq/96.23（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）：当 时， ；Q31/mh13dQ当 时， 。0
16、.5式中： 管道内径 ；d()喷灌系数设计流量 。3()h支管： hmqnQ/4.196.23支d81支根据灌溉工程技术规范选管径 ，壁厚为 ,实际内径为d05.的硬聚氯乙烯管。m103干管是指支管以上的各级管道。由于喷灌管道系统年工作小时数较少，所占投资比例又大，因此一般在喷灌所需压力得到满足的情况下，选用尽可能小的管径是经济的。计算出的管径应该按照规格取整。对于规模不大的喷灌工程，也可用如下经验公式来估算干管的管径。分干管： hmQ/120/4.33分 干d84.1分 干根据灌溉工程技术规范选管径 ，壁厚为 ,实际内径为dm5.3。m1036主干管分两级：一级从水源到田边的干管，本级主干管
17、要同时满足四根分干管工作；二级从田边到道路交叉处的闸阀井，本级主干管要同时满足两根分干管工作。一级主干管： hmQ/120/76.154. 33主 干 一d.4851主 干 一选管径 ，壁厚为 ,实际内径为 的硬聚氯乙烯管。m600.二级主干管： /8.233主 干 二.13主 干 二选管径 ，壁厚为 ,实际内径为 的硬聚氯乙烯管。d125.4m7硬聚氯乙烯管的具体参数见下表：表 4 硬聚氯乙烯管的性能参数表序号 外径()m壁厚()计算内径 ()m0S3(/)Qs以 计 0S3(/)Qmh以 计1251.5247.812.74513996402.0363.053.04256.587.414.6
18、7517570939903.0 2.80.280811365324. 5.41.045167460.0507.89.952018169038326.82.65361.5.3 沿程水头损失计算 bmfdLQh式中： 沿程水头损失， ；f摩阻系数，与摩阻损失有关；管长， ；流量， ；3/mh流量指数，与摩阻损失有关；管内径， ；d管径指数，与摩阻损失有关。b各种管材的 值可以按照下表 5 确定：f、表 5 , , 数值表fmb管材种类 mb糙率为 0.13n6102.0.23.5糙率为 4混凝土及当 地材料管糙率为 .579. 旧钢管、旧铸铁管 5910塔里木大学节水灌溉课程设计7石 棉 水 泥
19、管 5104.85.189.4硬 塑 料 管 9877铝质管及铝合金管 6. 4由表可知：塑料硬管： ， ， 。 50.f.mb（1） 最远距离支管的沿程水头损失为：已知： ， ， ，则mL25d13hQ/4.13支mfhb .4025948.0717. 支（2） 分干管的沿程水头损失为：已知： ， ， ，则5d13h/4.3分 干 Lfhb .1025948.0717. 支（3） 主干管的沿程水头损失为：一级主干管已知： ， ， 在任务书中没有明hmQ/6.13主 干 一 dL主 干 一确给出，本设计中取 ，则主 干 一mdLfhbf 34.115076.498.04.57.1 主 干 一二
20、级主干管已知： ， ， ，则h/23主 干 二 dL25主 干 二Qfbf 0.87.2. 47.157.12主 干 二总的沿程水头损失为：mhf 1.80.34.4总局部水头损失一般为总沿程水头损失的 ，即：%mhj 141总水头损失： hjfw 956 首部枢纽的布置6.1 水泵的设计流量由下式计算可得水泵的设计流量： QNq头喷头数量；头单喷头流量。即 hm/76.15496.23头6.2 水泵的扬程计算水泵的设计扬程为： 1wHhZ式中： 水泵设计扬程， ；支管入口压力， ；支管以上水头损失， ；m8吸水管水头损失， ；whm典型喷头高程与水源水面高差， ；Z喷管的竖管高度： 1.5则
21、： ；3； w9；gPh316.087.1 ；mhw .5 泵 入 水泵式中： 泵的高度, ；泵 m水网水位距地面高, ；h.由 题 目 得泵深入水面的深度, ；泵 入 水 ZHw 05.731.9531 即水泵的设计扬程为 。05.76.3 水泵的选型及动力配套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 和 ，考虑到扬程的因素，扬程不能太大，所以用二台正m05.7h/6.13常工作水泵和一台备用水泵。根据计算出的喷灌系统水泵设计流量和总扬程，查选定的水泵生产厂家的水泵技术参数表，选出合适的水泵型号 的单级吸悬臂式mhAISL70,/5.932508扬
22、 程流 量清水离心泵。此块地需要 台水泵，考虑到水泵工作时可能出现故障，所以还需要一台备用水泵，用以保证不会因为水泵出现故障时，蔬菜不会因为缺水而出现干旱的现象，保证蔬菜的高产和稳产。水泵性能参数如下表 6 所示：表 6 水泵性能参数流量 Q型号 3mh/Ls扬程 ()m效率 %电机功率 P()kW转速 n(/mi)r必需气蚀余量()r801()SLIB68731.924.3871152904.025()I01.61086237.80()SLIA.4932759.16702904.05()IB618734.012.塔里木大学节水灌溉课程设计96.4 沉淀池的设计当水中泥沙含量大于过滤器的处理能
23、力时，使用筛网过滤器和介质过滤器将因频繁的冲洗而不能正常工作时，此时需要借助于沉淀池对灌溉水进行初步沉淀处理。它的目的是去除水中的大量泥沙。表 7 用水悬浮物浓度与堵塞程度等级 悬浮物浓度 /mgL堵塞程度01严重（1）设计参数的选用a.表面负荷率 ：0（建议取 ）这里取 。0QA2.sm/ smu/2.0b.水平流速 ：在沉淀池中，增大水平流速，一方面提高了雷诺数 而不利于泥沙颗粒下沉，但另edR一方面却提高了弗劳德数 ，而增加了水流的稳定性，利于提高沉淀效果。沉淀池的水平rF流速易取 。则 。1025s10sc.停留时间 ：T沉淀池的停留时间应考虑原水水质和沉淀池水质要求，并根据沉淀池运行
24、经验，采取 ，这里取 。3hh2d.长宽比：一般认为，沉淀池沉淀区的长度和宽度之比不得小于 4。若计算得出沉淀池的宽度较大时，应进行分格，每格宽度易为 ，最大不超过 。38m15me.池的长深比：沉淀池的长度与深度之比不得小于 10。（2）沉淀池设计计算沉淀池的表面积： 20 30.13607.512.uQA10式中： 产水量 ；Qhm/76.153沉淀池长度： vTL20.3式中： 沉淀池长度 ；()水平流速 ；s停留时间 ；h沉淀池的宽度： mLAB5.32.70式中： ；沉 淀 池 的 宽 度；沉 淀 池 表 面 积；沉 淀 池 长 度沉淀池的有效水深： mBLQTH5.13.5.726
25、11 式中： 沉淀池的有效水深 ；()；hm/3产 水 量；停 留 时 间由以上数据可知泵深入水面的深度，可设为 。6.06.5 施肥罐的选择施肥罐的选型一般根据喷灌地的规划面积选择，面积大的选用较大容积的，面积小的选用较小容积的。向压力管道内注入可溶性肥料或农药溶液的设备及装置称为施肥装置。常用的施肥装置有以下几种：压差式施肥罐，开敞式肥料罐自压施肥装置，文丘里注入器，注射泵。本系统工程规划面积为 375 亩，选用压差式施肥罐，型号为 SFG300。测控保护装置：包括水表、压力表、止回阀、排气阀等。6.6 镇墩 镇墩设置要考虑传递力的大小和方向，并使之安全的传递给地基，一般在管道分岔，拐弯，
26、变径，末端，阀门后置和连管处每隔一定距离设置一个镇墩。镇墩采用混凝土墩（） ，镇墩尺寸为 的 个和 的 个。C200.6.m120.4.m306.7 阀门井为了方便灌区管段的检修、维护、使用，需要修建阀门井。6.8 泵房为了使系统首部能够正常的使用和便于维护，需修建泵房，根据过滤器、施肥罐尺寸，在首部修建 泵房。206.9 喷灌系统辅助设备在灌溉管道系统中，除直管和接头外，还有一些特别的配件，这些配件可以分成两类：一使控制件，二是连接件。控制件的作用是根据灌溉的需要来控制管道系统中水流的流量和压力，如给水阀、阀门、安全阀、逆制阀、空气阀、流量调节器、配水井、放水井等。连接件的作用根据需要将管道
27、连接成一定形状繁荣管网，也称管件，如三通和四通、异径通、堵头、一字管、短管等。塔里木大学节水灌溉课程设计11附表表 1 管材设备名称 管材内径( )m管长( )m数量(根) 型号一级主干管 150401大二级主干管 725大分干管 34 小支管 156小竖管 27678偏小表 2 三通名称 个数 型号异径三通接头（二级主干管与分干管处） 1大三通接头（支管与分干管处） 56大三通接头(支管与竖管处) 784小表 3 喷头喷灌型号 工作压力 aKP喷灌直径 m喷头个数全圆201PY0 576扇形 180 度 7192扇形 90 度 3表 4 其它设备名称 数量 个 备注排水井 32异径四通接头
28、1堵头 60在分干管和支管尾部弯头 4吸水管 排水井 在分干管末端阀门井 2压力表 3水表 1过滤器 施肥罐 表 5 闸阀12名称 管材外径( )m闸阀内径( )m数量(个) 型号总管 1601502大分干管 4大支管 56大排水管 4310小致 谢很快，为期十天的课程设计就这样瞬间结束了，在王老师的悉心指导和耐心讲解下，基本上按要求圆满的完成了根据教学安排布置的节水灌溉技术课程设计，通过这次设计，我将课本的相关知识看了很多遍，使我对所学的基本理论知识有了进一步的认识和体会，基本上能将所学的课程进行综合利用，提高了自身的理论知识水平。当然，在设计中还是遇到不少问题，而这些问题在课本上是找不到答
29、案的，幸亏王老师在课堂上为我们做了很全面的补充，使我的设计能够较好的如期完成。在此，向他表示诚挚的感谢。当然，由于只是理论知识的应用，没有实践经验的支持，设计中还有诸多不足之处，望王老师能多多批评指正。参考文献1 国家标准.喷灌工程技术规范（GB/T500852007）2 行业标准.喷灌与微灌工程技术管理规程（SL2361999）3 赵竞成，任晓力等主编.喷灌工程技术.北京：中国水利水电出版社，19994 水利部农村水利司编著.节水灌溉工程实用手册.北京：中国水利电力出版社，20055 杨天主编.节水灌溉技术手册.北京：中国大地出版社，20026 王立洪主编.节水灌溉技术.新疆：塔里木大学，20107 沈阳农业大学，迟道才主编. 节水灌溉理论与技术.北京：中国水利水电出版社，20098 李宗尧主编.节水灌溉技术.北京：中国水利水电出版社，20039 周世峰主编.喷灌工程学.北京工业大学出版社，2004塔里木大学节水灌溉课程设计13
