滴管设计指导书.docx
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滴管设计指导书
滴管设计指导书
一、前言…………………………………………………………………………1
二、课程设计的目的……………………………………………………………1
三、课程设计的意义……………………………………………………………1
四、节水灌溉技术课程设计的前期准备工作…………………………………1
五、节水灌溉技术设计流程……………………………………………………2
六、节水灌溉技术课程设计报告编制提纲……………………………………5
七、本课程设计的工作进度安排………………………………………………6
八、滴灌工程设计…………………………………………………………………7
一、节水灌溉技术课程设计的前期准备工作
1.搜集规划设计区的基本资料。
包括地形、土壤与工程地质、水文气象、农作物、水源及动力等相关资料;
2.搜集有关节水灌溉技术设计的工具书
1节水灌溉技术标准选编.水利部农田水利司编.1999.6
2滴灌工程设计图集.顾烈烽主编.2005.6
3节水优秀设计成果选编.新疆兵团.2002.3
3.准备绘图工具。
二、节水灌溉技术设计程序
(一)设计程序流程图
三、节水灌溉技术课程设计报告编制提纲
1.基本资料
2.系统规划布置及参数初定
2.1系统规划布置
2.2参数初定
2.3灌溉制度
3.灌水小区(毛管和辅管)的水力设计
3.1灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配
3.2毛管极限孔数及极限长度
3.3辅管极限孔数和极限长度计算
4管网布置与系统工作制度的最终确定
4.1管网布置
4.2系统工作制度设计
5.灌区管网水力计算和干管管径确定
5.1毛管水力计算
5.2辅管水力计算
5.3支管水头损失计算
5.4干管管径确定和水头损失计算
6.首部枢纽设计
6.1渠灌区首部枢纽设计
6.2过滤器
6.3施肥灌
6.4控制量测设施与保护装置
7.系统运行复核
7.1水泵工作点校核
7.2节点压力均衡验算
7.3水锤压力验算与防护
8.系统土建设计
9.材料设备用量
四、滴灌设计指导
1.基本资料
1)、地形
规划区交通便利,规划设计区规划面积1000亩——2000亩,规划设计区地形平坦,电力充足,现有规划区1:
2000地形图一份。
2)、气象
多年平均降雨量176.9mm,4—10月生育期平均降水量125mm,占全年平均降雨量的70.7%,每年平均蒸发量1717.9mm;4—10月生育期平均蒸发量1589.8mm,占平均蒸发量的92.54%。
冬季积雪年平均为21.3cm,最大为34cm,最小为8cm;冬季最大冻土层厚度145cm左右。
规划设计区属于内陆半干旱性荒漠气候,冬冷夏热,年平均气温6.7℃年平均最高温度8.6C,年平均最小温度5.3℃,极端最高温度41.3℃,极端最低温度-38.9'C。
全年无霜期多年平均174天,早霜9月下旬至10月上中旬,晚霜4月下旬至5月上中旬,多年平均日照1837.2小时。
多年平均相对湿度64.1%,4至10月生育期平均相对湿度53.6%。
4月至11月多风,风向常为东风,风力2—2.8级,5月至8月有大风,最大风速18-20m/s,为西风,一年出现1—2次,持续时间不超过4小时。
3)、土壤
规划设计区土壤以草甸土为主,质地为中壤土和砂壤土,PH值7.8,土层厚度70cm—100cm,土壤肥力较高。
土壤容重1.48g/cm,田间持水率25%。
4)、作物
表1棉花各生育期的需水量及根系深度表
各生育阶段
发芽—苗期
现蕾—开花
花铃期
吐絮期
根系活动层深度
20
30—40
40—60
40
适宜土壤含水量
(占干土重量的百分)
55%—70%
60%—75%
70%—80%
65%—80%
月均需水量
1.5mm—3.0mm
5.0mm
5.8mm
3.0mm—4.5mm
棉花种植模式:
一膜两根毛管,一根毛管两行棉花。
种植模式祥见图1-1。
5)、水源
地下水资源丰富,水质良好,地下水埋深8m—10m,适宜灌溉,假设单井出水量在l00m3/h—400m3/h之间,能满足灌溉需求,最终流量须根据水土平衡计算确定。
6)、电力
规划区电力资源丰富,使用方便,供电小时数20小时。
建议:
将棉花膜下滴灌工程的基本资料填于表2,以便于计算时采用。
表2棉花膜下滴灌工程基本资料表
序号
分项
内容
1
地块
面积:
亩
地势:
地理位置:
地形图:
见平面布置图
2
土壤
类型:
土壤容重:
田间持水量Ө田:
土壤深度:
3
气象
年平均蒸发量:
多年平均降雨量:
有效降雨强度:
初霜日:
终霜日:
4
作物
作物名称:
种植方向:
株行距:
株距:
窄行:
宽行:
作物耗水强度:
5
水源
水源类型:
地下水,机井已建,出水量:
井水:
水质良好,动水位20m
6
电力
配有动力电源,使用方便,供电小时数20小时
2.系统规划布置及参数初定
2.1系统规划布置
2.1.1系统选型
滴灌系统按管道的固定程度分为固定式、半固定式和移动式三种类型。
固定式滴灌系统其各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。
其优点是操作方便、省工、省时、灌水效率高、效果好。
缺点是一次性投资大。
注:
本次课程设计选用固定式滴灌系统。
2.1.2系统组成
固定式滴灌系统由水源工程,首部工程,输配水管网,蓄水池,灌水器等五部分组成。
因水源分为地下水和地表水,所以滴灌系统组成略有区别,且主要区别表现在系统首部。
地下水:
井水→潜水泵→过滤装置→主干管→分干管→支管→辅管→毛管→滴头。
注:
本次课程设计以地下水为水源。
其系统组成为:
(一)首部枢纽
首部枢纽包括动力机、水泵、变配电设备、施肥(药)装置、过滤设施和安全保护及量测控制设施。
过滤装置的作用是将水中的固体大颗粒、杂质等过滤,防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。
过滤装置有沉淀池、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等,各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用,也可以根据水源水质情况组合使用。
测控装置作用是方便系统操作、运行管理,保证系统安全。
它包括阀门、水表、压力表、排气阀、逆止阀。
本系统设有逆止阀、空气阀、压力表、流量控制阀门。
(二)输配水管网
输配水管网包括主干管、分干管、支管、辅管、毛管及连接管件。
干管起到为滴灌系统输送水的作用;支管和辅管在系统中起控制滴灌带适宜长度,划分轮灌区的作用;灌水器作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间,满足作物对水分的要求。
在各级管道的铺设当中,毛管沿作物种植方向铺设,毛管、支(辅)管、分干管、主干管依次尽量相互垂直(具体情况应结合地块形状确定);主干管、分干管采用PVC-U管,埋设在地下;支(辅)管、毛管采用PE管,均铺设于地面,支管、辅管管径见表3。
表3支、辅管管径表
管道名称及规格
外径(㎜)
内径(㎜)
de75PE支管
75
72.8
de40PE辅管
40
36.2
de63PE支管
63
61.2
de32PE辅管
32
28.8
灌水器
灌水器的选择应根据作物种植模式、土壤质地及灌水器本身的特点来确定。
结合近几年对棉花膜下滴灌生产实际的观测和调查总结,对于砂壤地,种植模式为(30+60)×10的棉花(即窄行距为30㎝,宽行距为60㎝,株间距为10㎝),毛管宜一管两行,滴头流量以1.8-2.2L/h,间距以0.3m为宜。
本次课程设计选用新疆天业集团生产的单翼迷宫式滴灌带,其参数见表5,取设计流量qd=1.8L/h,设计压力水头最小值为5m。
表4滴灌带参数表
额定流量q(L/h)
毛管内径
d(㎜)
滴头间距Se(m)
毛管布设间距
SL(m)
额定工作水头h(m)
灌水器压力流量
关系式
1.6
16
0.2
0.9
5-10
q=0.452h0.5
1.8
16
0.2
0.9
5-10
q=0.452h0.5
2.1
16
0.3
0.9
5-10
q=0.452h0.6
2.4
16
0.3
0.9
5-10
q=0.452h0.6
2.6
16
0.3
0.9
5-10
q=0.452h0.6
注:
毛管制造偏差Cv均小于0.05
2.1.3方案比较
设计过程通常要进行多方案的比较,其中包括布置形式的比较,灌水器的比较等等。
由于课程设计时间有限,本次课程设计不做方案比较。
2.2初定参数
2.2.1系统总供水量Q
根据《规范》2.3.1式计算如下:
Q=10IaA/ηC(1-1)
式中:
A——可灌面积,hm2;
Q——可供流量m3/h;
Ea——设计耗水强度,mm/d;
C——水源每日供水时数,h/d;
η——灌溉水利用系数;
Ia——设计灌水强度,㎜/d。
2.1.2灌水小区允许水头(流量)偏差率
⑴流量偏差率qv根据《规范》3.0.9条规定,灌水器设计流量允许偏差率不大于20%,本工程取qv=20%。
⑵水头偏差率[hv]x=0.6、qv=20%,代入1-3式得:
[hv]=
)(1-3)
式中:
2.1.3土壤湿润比P
毛管单行直线布置,各参数见图1-1。
土壤湿润比:
(1-4)
式中:
——为土壤表层以下30cm处湿润面积占作物种植面积的比(湿润比);
——为滴头沿毛管上的间距,m,
——为湿润宽度,
——为作物株距,m;
——为作物行距,m;为作物的平均行距
——为每棵作物的滴头数。
2.1.4设计灌水定额
根据《规范》3.0.5-1式计算灌水定额:
m=0.1γzP(θmax-θmin)/η(1-5)
式中:
m——设计灌水定额㎜;
γ——土壤容重g/cm3;
z——计划土壤湿润层深度m;
P——微灌设计土壤湿润比;
θmax、θmin——适宜土壤含水率上、下限;
η——灌溉水利用系数;
2.1.5设计灌水周期T
根据《规范》3.0.6式,计算灌水周期
T=(m/Ea)•η(1-6)
式中:
T——设计灌水周期d;
m——设计灌水定额mm;
Ea——设计耗水强度mm/d;
η——灌溉水利用系数。
此值为作物需水高峰期的灌水周期。
2.1.6初定一次灌水延续时间t
t=m•Se•SL/qd(1-7)
式中:
t——为一次灌水延续时间,h;
m——为设计灌水定额mm;
为灌水器间距,m;
——为毛管间距,m;
——为灌水器流量,L/h。
2.1.7初定系统最大轮灌组数
(1-8)
式中:
N——为允许的轮灌组最大数目,取整数;
C——为一天运行的小时数,一般为12~20h,对于固定式系统不低于16h;
T——为灌水时问间隔(周期),d;
t——为一次灌水持续时间,h。
注:
将上述设计参数的计算成果列于表5。
表5系统设计参数表
序号
参数名称
参数值
1
灌溉补充强度Ia(㎜/d)
2
系统初定总供水流量Q(m3/h)
3
灌溉水有效利用率η
4
灌水小区允许偏差率
流量偏差率[qv]
水头偏差率[hv]
5
土壤湿润比P(%)
6
设计灌水定额m(㎜)/(m3/亩)
7
设计灌水周期T(d)
8
一次灌水延续时间t(h/组)
9
最大轮灌组数
3.灌水小区的水力设计
一条支管控制的灌溉范围为一个灌水小区。
滴灌系统运行方式不同,其灌水小区划分也有所不同,本次课程是设计采用:
“毛管+辅管”构成灌水小区的形式。
另外,灌水小区(毛管和辅管)的水力设计分平坡与均匀坡两种情况,须结合地形确定选取哪一种计算方法。
从单翼迷宫式滴灌带沿均匀坡铺设的水力特性及设计方案比较中得知,当沿毛管铺设方向坡降在允许5‰范围内时,按均匀坡降计算结果与平坡计算结果相差不大,可按平坡计算,否则按均匀坡计算。
3.1灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配
3.1.1灌水小区允许水头偏差[Δh]计算
[Δh]=hV×hd(1-8)
式中:
[Δh]——灌水小区允许水头偏差,m;
hd——设计滴头工作水头,m。
3.1.2小区允许水头偏差的分配
小区允许水头偏差在毛管和辅管间的分配,本次课程设计当中,分配比例取β1=0.55β2=0.45,
毛管允许水头偏差[Δh1]为:
[Δh1]=β1[Δh](1-9)
辅管允许水头偏差[Δh2]
[Δh2]=β2[Δh](1-10)
3.2毛管极限孔数及极限长度
(1-11)
依据《规范》中的4.3.6式计算毛管极限孔数:
式中:
Nm——毛管的极限分流孔数;
[△h1]——毛管的允许水头差m,2.04m;
d——毛管内径mm,16㎜;
k——水头损失扩大系数,1.1;
qd——滴头设计流量,1.8L/h;
S——毛管上分流孔的间距,0.3m。
3.2.2毛管极限长度Lm的计算:
Lm=S(Nm-1)+S0(1-12)
3.3辅管极限孔数和极限长度计算
辅管也为多孔出流管,其极限孔数和极限长度的计算方法与毛管相同,但相关参数不同,注意加以区分。
依据《规范》中的4.3.6式计算辅管极限孔数,计算时,注意区分公式里各字符的含义。
式中:
Nm——辅管的极限分流孔数;
(1-13)
[△h2]——辅管的允许水头差m,m;
d——辅管内径mm,㎜;
k——水头损失扩大系数,1.1;
qd——辅管设计流量,L/h;
S——辅管上分流孔的间距,m。
4.渠灌区管网布置与系统工作制度的确定
4.1管网布置
根据《规范》原则布置。
4.1.1毛管、辅管、支管
单行毛管沿作物种植方向直线布置,毛管沿辅管双向铺设,辅管布设于支管上,将支管的水流分配给毛管。
支管间距应根据地形与毛管的极限铺设长度来制定。
一般,毛管铺设长度为其极限长度的90%;支管管径一般用de63或de75PE管。
其中,de63PE支管的适宜铺设长度为100-150m,de75PE支管的适宜铺设长度为150-200m。
4.1.2干管
每条分干管控制的灌溉面积应大至相等;分干管一般垂直于支管方向布设,也可有一定夹角;分干管间距由支管长决定。
分干管沿坡度双向铺设时,应适当减小逆坡铺设长度。
4.2系统工作制度设计
根据管网布置形式和大田滴灌运行管理经验,本工程轮灌组编制方式采用每次同时开启各分干管同侧的所有支管,而支管上只开启离支管进口处相同距离的1条辅管上的所有毛管,这样系统总水量分流到各分干管及其控制的支管中,从而使管道中流量小,水头损失小,管径相应减小,从而降低工程总投资。
按照系统设计运行工况推算。
将各管段流量填入表2。
表2各级管道流量表
条田
支管进口处
1条辅管上的毛管数(对)
成对毛管进口流量(L/h)
一条毛管进口处流量(L/h)
出口孔流量(L/h)
(1,2)
(3,4)
水泵供水(m3/h)
主干管(m3/h)
一分干管(m3/h)
条田1
5.渠灌区管网水力计算
5.1毛管水力计算
5.1.1毛管水头损失h毛
根据《规范》4.2.2式
其中,hf——等距多孔管水头损失,m;
f、m、b——分别为摩阻系数,流量指数和管径系数;
N——出水孔个数;
So——进口至首孔的间距,m;
K——损失扩大系数,1.1;
qd——滴头设计流量L/h。
5.1.2毛管进口工作压力
hd=5m、R=0.73(平均摩损比查《规范》附录C1表)、K=1.1、f=0.505、m=1.75、b=4.75、S=0.3m、qd=1.8L/h、d=16㎜、S0=0.15m、N=250(条田1,2)、N=266(条田3,4),代入下式计算:
h0毛=
(1-20)
经计算⑴条田(1,2):
h0毛=5.93(m);⑵条田(3,4):
h0毛=6.51(m)
此值为辅管为单元的灌水小区中毛管进口的平均设计工作水头。
5.2辅管水力计算——同毛管水力计算。
5.3支管水头损失计算
根据规范
h支=
=
=3.6m(1-24)
5.4干管管径确定和水头损失计算
5.4.1干管管径采用经验公式估算:
式中:
——计算管径
——修正管径
——年运行时间
——干管各段设计流量
——电费
5.4.2干管水头损失依据下式计算:
注:
将系统设计工况下产生水泵出口压力最大时各级管道水头损失及选择的管径填入表3。
表3设计工况下条田(1,2)各段水头损失计算汇总表
各级管网
流量(L/h)
计算内径(㎜)
初选外径(㎜)
内径(㎜)
管长(m)
水头损失(m)
毛管
辅管
辅管进口压力水头
支管
出地管
一分干、
二分干
主干
合计
主干管进口压力水头
注:
①局部水头损失取沿程水头损失的10%,即k=1.1;
②考虑地形落差,从地形图读取。
6.1水泵与动力选型
根据系统扬程与流量选配水泵。
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