1、天津农学院农田节水灌溉课程设计学生姓名 渠树成 系 别 水利工程系 专业班级 2013 级水文与水资源专业 指导教师 王 仰 仁 2013 年 12 月目录（一） 设计任务 .1（二）设计基本情况 .1（三）气象资料 .1（四）设计依据 .2（五）灌溉制度的确定 .2（1）灌溉系统设计参数 .2（2）灌水器的选择 .3（3）灌溉系统的管网布置 .3（4）水量平衡计算 .4设计灌溉用水量 .4设计蓄水容积及数量的确定 .4（5）灌溉制度的设计 .5灌水定额 .5 灌水周期 .6灌水系统设计流量 .6一次水延续时间 .6轮灌组划分 .6毛管最大铺设长度 .7（6） 灌溉系统水力计算 .8灌溉设计流
2、量 .8管道系统水力计算和管径的计算 .9 管道节点压力的计算 .11（7）首部枢纽设计 .13（8）低压管道输水灌溉系统的工程量 .13（9）运行费用 .14（10）高效节水项目区作物需水量 .1611 工程设计图 171小管出流灌溉工程设计（一）设计任务为了更好的理解农田节水灌溉技术原理，掌握基本方法，了解的灌溉技术基本依据和节水灌溉的课程要求，灵活运用课程中所学习的方法，本设计以山地果树管灌工程设计为例，以课程设计的形式给出了管灌工程设计的基本资料，进行完整的管灌系统设计工作。（ 二 ） 、 基 本 情 况 ：1、 地 块 ： 矩 形 地 块 、 长 为 3640m， 宽 为 1649m
3、， 山 地 、 坡 度 为 1:4， 其 中沿 着 宽 度 方 向 有 一 个 400m高 差 。2、 水 源 ： 地 块 右 下 角 有 个 泵 站 ， 从 水 库 中 取 水 ， 取 水 过 程 中 ， 水 库水 位 最 大 变 化 不 超 过 10m。3、 土 壤 质 地 ： 中 壤 土 、 田 =22%， r 干 =1.4t/m3 。4、 种 植 作 物 ： 芒 果 ， 植 株 间 距 3.3m， 行 间 距 3.36m。 调 查 知 ， 芒 果 全 年需 要 灌 水 6次 左 右 。（三）气象资料根据气象站实测资料分析，多年平均年降雨量 783.1mm，全年降雨量的 60%集中于 7
4、 月9 月，并收集到历年降雨量资料。表 1-1 芒果的作物系数作物 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月芒果 0.2 0.2 0.59 0.7 0.8 0.87 0.87 0.87 0.84 0.66 0.59 0.22表 1-2 芒果的逐月蒸发蒸腾量 单位：mm3作物 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月芒果 19.4 26.9 123.0 152.8 194.5 154.7 115.2 98.8 91.0 62.6 43.3 14.8逐月降水量和计算出来的芒果的逐
5、月蒸发蒸腾量，可以计算逐月的灌溉需水量，见表 1-3。表 1-3 芒果灌溉需水量 单位：mm作物 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月芒果15.7 24.1 118.0 139.4 143.7 10.3 -80.3 -76.6 -44.4 13.2 29.0 11.6（ 四 )、 列 出 设 计 依 据 : 农 田 水 利 学 、 小 管 出 流 灌 溉 技 术 、 节 水 灌 溉 新 技 术 ； 农 田 小 管 出 流 灌 溉 工 程 技 术 规 范(GB/T20203-2006)； 灌 溉 用 塑 料 管 材 和 管 件 基
6、本 参 数 及 技 术 条 件 （ GB/T23241-2009）节水灌溉工程技术规范GB/T50363-2006；水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000） ；灌溉与排水工程技术管理规程 （SL/T246-1999）水利工程基础信息代码编制规定 （SL213-98）水利水电工程初步设计报告编制规程 （DL5021-93）农田灌溉水质标准 （GB5084-92）水利工程水力计算规范 （SL104-95）（ 五 )、 灌溉制度的确定（1）灌溉系统设计参数根据设计规范及参照四川省攀枝花市仁和区混撒拉村的实际情4况选用如下设计参数：日耗水强度：e=3mm/d;土壤设计湿润比：P=40%
7、；灌水有效利用系数： =0.90。（2）灌水器的选择根据土壤类型和种植作物种类，拟选用小管灌水器。该灌水器由 4PE 管和 40L/h 稳流器两部分组成，稳流器插入毛管后，水流过稳流器 4PE 流到果树树冠 2/3 处的沟环内。稳流器额定工作压力为 0.05MPa0.4MPa，设计工作水头 Hd=10m，出水流量qd=40L/h。（3）灌溉系统的管网布置a.毛管与灌水器的布置：每一列树布置一条毛管，每棵树安装一个灌水器，小管出口位于果树的环沟，环沟一般位于果树树冠的2/3 直径处，安装方式用专用打孔器在毛管打孔 4，将稳流器直接插入毛管中，稳流器出水口接 4PE 小管。b.管道分为干管、支管和
8、毛管三级，主干管平行于矩形地块的短边，分干管垂直主干管，主支管垂直分干管，分支管又垂直于主支管。毛管长度 80m，毛管间距 3.36m。c.管材的选择：灌水器间距 3.3m。干管采用 PE80 级乙烯管，公称压力 1.0Mpa，外径 125mm，壁厚 9.2mm；支管选用 PE63 级乙烯管，公称压力为 1.0MPa，外径 90mm，壁厚 8.2mm；毛管为管径为 32mm，壁厚 2.4mm，公称压力 0.6Mpa 的 PE63 级乙烯管。5d.出水口与软管的布置:出水口通过三通与支管连接，出水口端与塑料软管连接，连接方式为快速接头式。以出水口为中心，塑料软管长度（80m）为半径在全圆范围内灌
9、溉。塑料软管为涂塑软管，其内径 65mm，公称压力 0.3MPa.e.控制调节和保护装置的布置：在各支管进口均设置闸阀、水表各一个，在总干进口设水表一块，网式过滤器和离心式过滤器各一个。(4)水量平衡计算设计灌溉用水量灌溉用水量是指为满足作物正常生长需要，有水源向灌区提供的水量。它取决于灌溉面积、作物生长情况、土壤、水文地质和气象条件等。各年灌溉用水量不同，因此需要选择一个典型年作为规划设计的依据。管灌工程一般采用降雨频率 75%90%的水位年作为设计典型年。（设计典型年的选择和计算方法可参考有关工程水文书籍）设计蓄水容积及数量的确定蓄水池起调节作用，其容积按下式计算，12QhV式中， 为蓄水
10、池容积，m 3； 为入池管道工作时间； 为入池流量，1Q6m3/h； 为出池管道工作时间； 为出池管道流量，m 3/h， 。取2h2Q 24 小时，即向蓄水池供水的提水本站或渠道全天 24 小时工作；1考虑灌溉系统每天工作 14 小时，即取 14h，其灌溉用水流量平2h均取 50 m 3/h。2Q现有蓄水池的入池流量多数在 20 m3/h 左右，其容积为 200 m3，按上式计算，其容积满足要求；为了减小入池流量，使单个供水水源同时控制更多的蓄水池，新建蓄水池的容积均要求达到 500 m3，其入池流量可减小到 8m3/h。本专项区共有灌溉系统 12 个，需要新建蓄水池 12 个。单个蓄水池工程
11、总投资 2.52 万元（500m 3），单位水量的投资为 0.010527 万元/m 3。（5）灌溉制度的确定 灌水定额:m=0.1rZP( max- min)/式中：m设计灌水定额，mm；r土壤容重，g/cm 3；z计划湿润土层深度，m；p微灌设计土壤湿润比，%； max适宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%） ； min适宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%） ； 灌溉水利用系数；田间持水量，%。7取 r=1.4 g/cm3，z=60cm，p=40%， =0.90， 、分别取田间持水量的 90%和 70%,田间持水量为 22%。经计算：m=18.48mm=12.32 m 3/h。
12、灌水周期：T=(m/Ea)式中：m设计灌水定额，mm；e设计耗水强度，mm/d；T设计灌水周期，d。经计算：T=6.16d，根据实际情况取 6d。 一次水延续时间：t=mSeSr/( qd)式中：t一次灌水延续时间，h；m设计灌水定额，mm；Se设计灌水间距，=3.3m；Sr毛管间距，=3.36m；n灌水器个数，n=1；qd灌水器流量，q d=40L/h； 灌溉水利用系数。经计算：果树一次灌水延续时间为 t=3.84h。 轮灌组划分系统允许的最大轮灌组数为：NcT/t式中：C系统日最大运行时数，h；其他符合意义同前。取 C=14，则 N=21.87。8根据地块果树的种植情况和地块尺寸，整个系统
13、共有 10 条支管，分 10 个组轮灌，每组灌 1 条支管，每天灌三个轮灌组，则 4 天可灌完全部系统。750 亩地块的轮灌顺序见表 1-1表 1-1 750 亩轮灌顺序表工作日期 轮灌组编号 灌水支管 灌水时间1 主支 5 3.84h2 主支 10 3.84h第一天3 主支 4 3.84h4 主支 9 3.84h5 主支 3 3.84h第二天6 主支 8 3.84h7 主支 2 3.84h8 主支 7 3.84h第三天9 主支 1 3.84h第四天 10 主支 6 3.84h毛管最大铺设长度计算a. 允许水头差 Hs 的确定设计灌水器均匀度 Cu=95%，设计流量偏差率 qv=0.2，灌水器
14、的流态指数 x=0.5，设计水头 hd=10m，则毛管允许水头差为：hmax=hd (1+0.65qv)1/x=10(1+0.650.2)1/0.5=12.77(m)hmin= hd (1-0.35qv)1/x=10(1-0.350.2)1/0.5=8.65(m)9Hs=Hmax-Hmin=12.77-8.65=4.12(m)则：h 毛 =0.55Hs=2.26mh 支 =0.45Hs=1.84mb. 毛管允许出水口数目和最大长度的计算Nm=INT( )0.36475.143.dKSqhD毛式中：Nm毛管允许出水口数目，个；D毛管直径，mm；S灌水器间距（m） ，S=3.3m；K水头损失扩大系
15、数，K=1.1；qd毛管上灌水器的设计流量，L/h。经计算：Nm=12，即毛管最大允许长度：Lm=123.3=40m。根据地块尺寸，实际取 Lm=40m，以满足灌水均匀性要求。（6）灌溉系统水力计算灌溉设计流量a.一条毛管上的流量： dniqNQ1毛式中：Q 毛 毛管的设计流量Nd毛管上滴头的个数qd滴头设计流量以毛管上最多（100/3.3）12 个喷头计算，毛管进口流量为12*200(L/h)=2.4m3/h10b.干、支管流量一条分支管上的流量： 毛毛支 QN式中：N 毛 支管上毛管的条数一条主支管上的总流量： ni1分 支主 支一条干管上的总流量： 支支干 QN式中：N 支 干管上同时工
16、作的支管数目每条支管控制一个灌水单元区，每条支管布置（50/3.36）15条毛管，因此支管上最大流量为：15*6=90m 3/h，逐条支管灌溉因此干管流量与支管相同。灌溉系统水力计算和管径的确定a.管道水头损失的计算选取该地块右上角处最右端分支管上末端的毛管的末端为最不利点，进行水头损失的计算。毛管和支管均为塑料管，且均为多孔管出流，考虑到毛管局部水头损失较支管大，确定支管和毛管水头损失计算公式如下，其中毛管水头损失， LdQFh75.410.21毛支管水头损失， 75.41.支干管水头损失， LdQFh75.410.1干式中：F多孔出流系数；11h 毛 、h 支 、h 干 分别为毛管、支管和
17、干管的水头损失，m；Q流量,L/h；L管道长度,m；d管道内径,mm。其中，多孔出流系数 F 用下式计算xNmF1)62(2式中：N出口数目；m流量指数，取 1.77；X进口端口至第一个出水口的距离与孔口间距之比，一般取 X=0.5。b.管道水力计算D= =1.13VQ4式中：D管道内径，mmQ设计流量，m 3/sV管内流速，m/sc.各管道流量的推求过程则 750 亩地块水头损失计算如下表 2-1 所示：表 2-1 750 亩水头损失计算表主干管分干管 主支管分支管毛管12N 1 5 6 3 24m 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77X 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5F
18、 1 0.380 0.397 0.451 0.368Q(m3/h) 70.56 70.56 35.28 5.88 0.98D(mm) 106.6 106.6 73.6 73.6 27.2L(m) 1000 250 920 8.5 80水头损失（m）41.47 3.389 26.995 0.016 0.046总水头损失(m)72.34管道节点压力的计算要求每个支管管道节点压力计算主要指支管首端和末端、每条支管上第一条毛管（支管首端处）尾端压力和最后一条毛管（支管末端）尾端压力。要求节点压力小于支管的允许压力 1.0MPa，要求支管上每个出水口处的节点压力大于 0.02MPa，小于 0.3MPa。
19、管灌系统（300 亩）管道水力计算（见附表一） 。管道水力计算与管道布置同时进行，在计算过程中，若压力不符合要求，应首先调整管道的布置，若仍然无法满足压力要求，可设置减压阀（型号为 Y42X，既能减动压，又能减静压） ，或增设水泵加压，直至满足水泵要求为止。故管道水力计算与管道布置同时完成，管道布置结果见附图（管道布置平面图） 。13由干管首端开始，逐条支管推算其首末端压力，推算每条支管上第一条和最后一条毛管的压力。并且要求同一支管上第一条毛管的第一个灌水器的水头与最末一条毛管的最后一个灌水器的水头的差值，不超过灌水器设计工作压力的 20%（已知灌水器的工作压力为） ，以求滴头的滴水量比较均匀
20、。管道节点压力计算是逐条支管进行的，其计算公式如下，所在干管尾端压力：h 干尾 =z 干首 -10-h 干 -z 干末支管尾端压力：h 支尾 =h 干尾 +（z 支尾 -z 支末 ）-h 支毛管 1(支管进水口处第一条毛管)尾端压力:h 毛尾 1=h 支尾 +（z 毛首 1-z 毛末 1）-h 毛 11毛管 2（位于支管末端）尾端压力：h 毛尾 2=h 支尾 +（z 毛首 2-z 毛末 2）-h 毛 21式中：z 干首 、z 干末 为所在干管首（进水口处）末端的地面高程，m;10 为蓄水池深度（4m）与过滤器等水利枢纽水头损失（6m）之和，m；h 干 、h 支 、h 毛 1、h 毛 2为干管、
21、支管、毛管的水头损失，m;z 支尾 、z 支末 为支管首、末端的地面高程，m;z 毛首 1、z 毛末 1为毛管首、末端的地面高程，m。1) 的计算该地为平地，所以不存在着水头差的值，即 =0。2)水泵的工作压力H=H0+h f+h j+14式中 H0-灌水器工作水头（m 水柱）h f-首部到典型点之间管路沿程水头损失之和，m；h j-首部到典型点之间管路局部水头损失之和，m；-典型点高程与水源水面的高程，m。（7）首部枢纽设计本系统采用无圧取水方式，直接从蓄水池中取水。首部设置施肥罐、离心式过滤器（一级过滤器）和筛网式过滤器（二级过滤器） ，闸阀、进排气阀、水表等。（8）小管出流系统的工程量编
22、号 名 称 规格型号 单位 数量一 水源工程1 新蓄水池 个 12 输水管（镀锌焊接钢管） 125（1.0MPa） M 415二 首部枢纽工程1 泵房面积 40m2 座 12 水泵(SLS65-200() 台 13 逆止阀 DN125 只 14 水表 LXL DN125 只 15 闸阀 DN125 只 16 空气阀 DN25 只 17 压力表 1.0MPa 只 18 网式过滤器 3 套 19 离心式过滤器 4 套 110 施肥罐 200L 个 1三 田间管网工程1 镀锌焊接钢管（1.0MPa） 125 m 19702 PE63管（0.6MPa） 90 m 1243153 LDPE 管（0.4M
23、Pa） 32 m 292474 PE 小管 4 m 26595 钢法兰 Dn125 个 166 四通 3*12590 个 17 四通 125 只 2四通 2*1252*90 只 08 钢三通 2*12590 只 89 钢三通 125 只 410 三通 2*90125 只 010 支管弯头 90 只 011 稳流器 个 886312 Pe 堵头 90 只 1613 PE 堵头 32 只 36614 旁通 4 只 886315 旁通 32 36616 泄水阀 DN50 只 117 球阀 DN63 只 1618 DN125弯头 个 1019 减压阀 个 1320 Pe63接头 32 个 366四 其
24、它1 管道镇墩 C15砼 m3 182 安装费 套750 亩小管出流管道工程量统计主干管： 1 条，1000m分干管： 1 条，200m主支管： 26 条，920m/条16分支管： 300 条，8.5m/条毛管：1800 条，80m/条灌水器：44100 个（9）运 行 费 用1）灌水过程中，只同时开启一条支管灌水；2）根据当地生产实践和相关试验结果，葡萄树适宜的灌水周期可以达到 15 天。本项目设计是依据规范确定灌水周期，该值偏于保守、安全，实际灌水过程中可适当延长灌水周期，但也不宜超过 10天。芒果全生育期中逐月的蒸发蒸腾量，见表 1-2。作物蒸发蒸腾量计算模型如下: 0ETKC式中： 作
25、物实际蒸发蒸腾量；cET作物系数；K水面蒸发量，20cm 口径蒸发皿；0需水系数，一般取 =0.7。根据芒果各发育阶段的需水情况，以及当地降雨量情况，确定芒果和葡萄的灌溉制度。芒果在花芽萌动期需要灌水，保证芒果顺利开花；在花芽分化和开花期适度干旱，有利于提高芒果产量，果实生长发育期需要充足的水分，仁和区旱季为 11 月至翌年 5 月，这一时期降水量占全年中降水量的 6.6%-11.9%，为芒果花芽分化至幼果期，为保证芒果的座果和幼果发育，这段时间需要适度灌水。另17外在芒果的膨大期适度灌水，可有效保证芒果品质。综上所述，确定高效节水项目区节水灌溉制度如表 1-3 所示。3）工程投资概算a.费率
26、：W=rQH=1.45290=6552(kWh)B.电费=65520.51.051.1=3439.8（元）管灌系统总预算表单位：万元序号 工程或费用名称 建安工程费 设备购置费 独立费用 合计甲 工程部分投资 194.73 212.89 494.25 第一部分 建安工程 184.04 184.04 第二部分 机电设备安装工程 10.09 212.89 223.58 第三部分 金属结构设备及安装 第四部分 施工临时工程 第五部分 独立费 63.09 63.09一至五部分合计 470.71基本预计费 23.54价差预备费建设期还贷利息静态总投资 494.25总投资 494.2518（10）高效节水项目区作物需水量实施高效节水灌溉项目之后，项目区通过整治渠道、渠道输水管道化，可显著提高渠系水利用系数，减小输水损失。另外，高效节水灌溉工程的建设（低压管道输水灌溉、微喷灌、微灌（滴灌和小管出流） ） ，可显著提高田间水利用系数。实施高效节水灌溉项目之后，项目区灌溉水利用系数可由 0.5 提高到 0.82。 1920
