农田水利学课程设计

农田水利学课程设计

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。

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：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体制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，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：地面平坦，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

水源：机井，最大供水量为h

603,水位距地m

m/

20。

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d

6。

mm/

主要内容：系统选型与总体规划

熟悉设计任务和《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288-99

摘抄规范：

6.3灌溉管道系统

6.3.1灌溉管道系统可根据地形，水源和用户用水情况，采用环状管网或树枝状管网，其布置应符合下列要求：

1、管道应短而直，水头损失小，总费用省和管理运用方便

2、管道应布置在坚实的地基上，避开填方区和可能产生滑坡或受山洪威胁的地带。

3、固定管道应埋在地下，易损管材必须埋在地下，埋深应不下于60cm，并应在冻土层以下。

4、铺设在地面上的直径不大于100mm的固定管道，应在拐弯处设置镇墩。两个镇墩之间的管道应设置伸缩节或柔性接头。

5、各级管道进口必须设置节制闸，分水口较多的输配水管道，每隔3-5个分水口应设置一个节制闸；管道最低处应设置排水阀。

6、水泵出口处设置逆止阀。

7、管道的驼峰处或长度大于3km但无明显驼峰的管道中段安装排气阀。

10.2喷灌系统

10.2.2管道式喷灌系统的用户系统设计应符合下列规定；

1、各用户系统的喷灌面积必须集中连片，且不宜小于5hm2,各点的工作压力差应在喷头允许压差范围内。

2、用户系统配水点位置，应有利于缩短输配水管网长度。

3、喷灌支管应平行耕作方向布置，地形高差较大时，支管可垂直等高线布置。

4、用户系统范围内实行轮灌，轮灌周期宜为5-10天，每天净喷灌时间不宜少于12h.

主要内容：喷头、灌水器或给水栓的选择与布置

一、规划和设计

1、喷灌系统选型

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、社会经济条件、生产管理体制、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，经济价值较高、灌水频繁，作物耗水量大、劳动力缺乏、综合考虑后采用固定式喷灌系统。 2、喷头的选择和组合间距

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。

喷头选择由于灌区月平均风速为2.5m/s 相对较大运行方式为多支多喷头同ZY 系列部分喷头性能参数（摘抄自《节水灌溉理论与技术》 ） 型号 接头型式 喷嘴直径 工作压力 喷头流量 喷头射程 ZY-2 1（内）管螺纹

7.0mm 250kpa 2.91h /m 3

18.21m

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，喷头组合间距见表。

设计风速 m/s 组合间距 垂直风向 平行风向 0.3~1.6 （1~1.1）R 1.3R 1.6~3.4 （0.8~1.0）R （1.1~1.3）R 3.1~5.4 (0.6~0.8)R （1.0~1.1）R 当风速为1v =1.6m/s 时，

1L =1.0R=1.0m 2.182.18=? 66.232.183.13.11=?==R b m

当风速为1v =3.4m/s 时，

2L =0.8R=0.8m 56.142.18=? 02.202.181.11.12=?==R b m

在设计风速v=2.5m/s 情况下，支管上喷头间距和支管间距风别为

m L L v v v 38.16)56.142.18(6.14.36

.15.22.18)(v -L L 211211=-?---=---= m b b v v v 84.21)02.2066.23(6

.14.36

.15.266.23)(v -

b b 211211=-?---=---= 根据上述结果，取L=18m, b=20m 。

三、 校核雾化指标

不同作物的适宜雾化指标（摘抄自《节水灌溉理论与技术》 ）

作物种类

W h 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

2000~3000

W 35717

250

100100h =?=

=

d

h p

实际雾化指标在适宜雾化指标范围内，因此喷灌雾化指标满足要求。 四、 校核喷灌强度

土壤类别 允许喷灌强度值mm/h 砂土 20 砂壤土 15 壤土 12 壤黏土 10 黏土 8 风系数k W =1.0

已知：L=18m b=22m 。

则喷头的有效控制面积为

23602018b L m A =?=?=有效

h A

K p

W

/m m 875.6360

85

.091.210000.1q 1000=???

==ηρ

h /mm 15875.6=<=允许ρρ设计喷灌强度小于允许喷灌强度，因此喷灌强度满足要求。

主要内容：计算灌溉制度与工作制度

一、 灌溉制度

1、 计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为50cm,则：

砂壤土：田间持水量（12%~22%） 取%20=田β

计划湿润层：40~60cm 取H=50cm 适宜土壤含水率：（70%~90%）田β

土壤干密度：1.0g/cm

灌水定额：

)(1000m 21ββγ-=H

%)65%20%85%20(5.00.11000?-????=

128.26=

2、 灌水周期

设计需水强度为6mm/d ，则灌水周期：

d e 35.46

128.26m T ===

为方便管理，实际灌水周期应取整数，所以灌水周期取为4d 。 实际灌水周定额为 2464m =?=设

一次灌水所需时间t 可按下式确定：

h m 53.3875

.624

t =

=ρ

设

同时工作的喷头数（N 喷头）可按下式计算：

8.1212

453

.3201866795N m =????=??=

C T t S S A l 设喷头个

取同时工作的喷头数为12个

根据实际情况，全喷罐区总共包括12个轮灌组，每天工作3个轮灌组，每天工作总时间为11h 。

时间 轮灌组 轮灌组中的喷头 喷头数 第一天 第一组 1支、2支 12 第二组 3支、4支 12

第三组 5支、6支 12

第二天 第一组 7支、8支 12

第二组 9支、10支 12 第三组 11支、12支 12

第三天 第一组 13支、14支 12

第二组 15支、16支 12 第三组 17支、18支 12

第四天 第一组 19支、20支 12

第二组 21支、22支 12 第三组 23支、24支、25支 10

主要内容：水力计算与管道计算

一、 管材的选择

管材的选择应当根据当地的具体情况

1、从喷头性能参数表查的喷头流量为2.91m 3/h ，工作压力为250kpa 。

2、支管、干管的流量及管径选择 有经验公式：

当Q<120 m 3/h ，D=13Q ； 当Q>=120 m 3/h ，D=11.5Q ;

D 为管内径（mm ）

支管：Q 支=n q=46.1791.26=?= m 3/h<120 m 3/h

D 支=13支Q =13mm 32.5446.17=?

根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=63mm ，壁厚为0.8mm 的硬聚氯乙烯管。

干管：Q 干=n ?q=92.3491.212=?= m 3/h<120 m 3/h

D 支=13干Q =13m m 82.7692.34=?

根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=90mm ，壁厚为1.2mm 的硬聚氯乙烯管。 二、水力计算

管道的沿程水头损失，由《灌溉与排水工程设计规范》得：

b

m

f d

LQ f =h 管材 f m b 钢筋混凝土管

糙率 n=0.013

n=0.014 n=0.015

1.312610?

2.00 5.33 1.516610?

2.00 5.33 1.7496

10? 2.00 5.33 旧钢管、旧铸铁管

6.25510?

1.90 5.10 硬塑料管 0.9485

10? 1.77 4.77 铝合金管

0.861510?

1.74

4.74

L=268m

m d LQ f F b m 3.46.8792.3426810948.058.0H 77

.477.15

f =????=?=。

2、 计算典型支管沿程水头损失

m d LQ f F b m 949.14

.6146.1710210948.0432.0H 77

.477.15

f =????=?=。 3、 计算干管的局部水头损失：

m j 43.0%103.4%10H h f =?=?=干

4、 计算支管的局部损失：

m 20.0%10949.1%10h h f j =?=?=支

因此总损失：支干j j f f w h h H h h +++=

m w 88.620.043.0949.13.4h =+++=

喷头水头损失：m h w 688.0%1088.6h %10=?=?=喷

三、水泵扬程的确定

已知喷头工作压力为a p kp 250h =，即相当于h=25m 的水头，取管道埋深为0.7m(应该地冻土层深度0.6m) 水泵的设计扬程。

568.52688.088.62520h H 1=+++=+++=喷h h h w p m

式中：h 1为水位距地面的距离。 水泵的选型及动力配套设备省略。 五、 设备用量与材料细表 序号 名称 单位 数量

型号 备注 1 干管 m

380 硬聚氯乙烯

管 外径90mm 2 支管 m 2466 硬聚氯乙烯

管 外径63mm 3

竖管

m

426 DN32钢管

外径32mm

型号 接头型式 工作压力 喷头流量 喷嘴直径 射程

个数 ZY-2

1(内)管螺纹

250kp a

2.91 m 3/h

7.0mm

18.2m 142个

名称 型号 数量 备注

闸阀

Z15T-10型 28个

安装与干管与支管接头处，干管与分干管之间 逆止阀 内螺纹

1个

安装于水泵出水

口处