苹果园滴灌设计毕业设计论文.docx
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苹果园滴灌设计毕业设计论文
摘要
本工程位于中国农业大学石羊河生态与农业节水试验站。
果园种植作物为苹果。
该设计系统主要采用地下水灌溉,通过收集当地基本资料,拟定规划设计参数,进行水量平衡分析,拟定出比较合理的灌水制度。
在此基础上进行了管网规划布置及水力计算,并选择各个管道的经济管径,保证了管材使用的经济性。
最后,做了工程的概预算,该工程总投资约30583.46元。
经济效益显著,六年的时间即可还本,并且使果园增产15%以上。
总体而言,该工程是一套与我国的经济发展水平相适应的高效节水灌溉工程。
关键词:
滴灌灌溉,苹果园,设计说明
Abstract
TheprojectislocatedinShiyangheExperimentalStationforWater-savingofAgricultureandEcology,ChinaAgriculturalUniversity.Thecropoftheorchardisapple.Thissystemmainlyusesgroundwaterforirrigation,andbycollectingbasicinformationonthelocal,planningdesignparameters,doingwaterbalanceanalysis,itwillthendevelopamorereasonablesystemforirrigation.Onthisbasis,wewilldoaplanningofthepipenetworklayoutandhydrauliccalculation,andchoosetheeconomicdiameterofeachpipe,asfaraspossibletoensurethattheuseoftheeconomy.Finally,wedoaprojectbudget,whichwithatotalinvestmentof30583.46Yuan.Theeconomicbenefitsoftheprojectissignificant.Ittakeslessthansixyearfortheprojecttopaybackfortheprincipalandwiththeproject,orchardscanyieldmorethan15%.Overall,theprojectisanefficientwater-savingirrigationprojectwhichisadaptedtothelevelofoureconomicdevelopement.
Keywords:
Dripirrigation,Appleorchard,Designspecification
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3)其它
第一章绪论
石羊河流域是甘肃省河西内陆河流域中人口最多、经济较发达、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的流域之一。
现状流域水资源已严重超载,致使流域的生态环境日趋恶化,其危害程度和范围日益扩大。
民勤北部生态环境已濒临崩溃,荒漠化问题尖锐突出,如果不尽快采取紧急抢救措施,民勤将会在不远的将来演变为又一个“罗布泊”。
随着中国的经济改革和对外开放,工农业均得到了大量的发展,农业节水不仅是我国国民经济和社会可持续发展所要求的,也是我国农业资源,尤其是水资源短缺、水土资源配置失衡等严峻形势所决定的。
农业节水对保障国家水安全、粮食安全和生态安全,推动农业和农村经济可持续发展,具有重要的战略地位和作用。
我国农业缺水的问题在很大程度上要依靠节水予以解决,加强对我国节水农业技术的研究,以科技创新促进生产力发展,建立与完善适合我国国情的现代节水农业技术体系,将成为促进我国节水农业可持续发展的重大战略举措之一。
农业是用水大户,农业节水具有举足轻重的作用。
建立不同区域的农业节水模式,是实现水资源可持续利用和农业可持续发展的重要举措。
滴灌是苹果节水优质丰产的重要灌溉技术。
滴灌工程施工、操作简单易行,适应性强,特别在干旱缺水地区极具推广价值。
对于苹果的种植来说,水分是其重要组成部分。
在果树栽培过程中,适时灌水是保证果树丰产,稳产,优质的重要条件。
苹果树每合成1kg干物质要消耗142-500kg水,亩产1500kg的苹果园每年每亩需要375-525t水,相当于790mm的降水量,如果加上蒸发消耗,需要的更多,因此一切有灌水条件的地区,在生长期中应该及时浇水补充。
当前,对苹果树的灌溉主要依赖地下水,在这样的形式下,对苹果的田间灌溉采用传统的漫灌的方式进行,浪费严重,苹果的产量和品质较低,效益不高。
实施节水灌溉已经成为苹果种植可持续发展的关键所。
先进的滴灌节水灌溉系统在节水方面体现出明显的优势,有效地提高了水资源的利用率,缓解了用水供需矛盾,是当前实施苹果园节水灌溉的一套极为有效的途径,具有广阔的应用前景
第二章工程概况
2.1当地水文经济概况
2.1.1社会经济状况
流域行政区划包括武威市的古浪县、凉州区、民勤县全部及天祝县部分,金昌市的永昌县及金川区全部,以及张掖市肃南裕固族自治县和山丹县的部分地区、白银市景泰县的少部分地区,流域共涉及4市9县。
流域主要行政区分属武威、金昌两市,武威市是以农业发展为主的地区,金昌市是我国著名的有色金属生产基地。
流域内交通方便,物产丰富,有色金属工业及农产品加工业发展迅速,是河西内陆河流域经济较繁荣的地区。
全流域2003年总人口226.89万人(含古浪引黄灌区9.83万人),农业人口174.57万人(含引黄灌区9.63万人),非农业人口52.32万人;城镇人口73.39万人(含引黄灌区0.35万人),农村人口153.5万人,城市化率32.35%;耕地面积556.75万亩,农田灌溉面积449.98万亩,基本生态林池灌溉面积26.46万亩,农业人口人均农田灌溉面积2.58万亩;国内生产总值(GDP)138.45亿元,农民人均纯收入2476元。
流域内已基本形成以凉州区和金川区为中心的二元城市发展格局,城镇人口主要集中于凉州区、金川区、河西堡镇及各县城关镇等。
2.1.2工程概况
该工程位于中国农业大学石羊河农业与生态节水试验站,试验站地处甘肃省武威市凉州区东河乡王景寨村,毗邻国营大型黄羊河农场及市良种繁育场,距武威市区30公里,面积为23亩,地势平坦。
种植作物为苹果,株距为4m,行距为5m,种植方向为东西向。
2.1.3气象资料
该站属大陆性温带干旱区,气候干燥,风沙大,生态环境脆弱,多年平均气温7.7℃,极端最高气温34℃、极端最低气温-26℃;平均日照时数2968h;多年平均降水量163.2mm,多年平均蒸发量2019.9mm;多年平均风速2.81m/s,4~5月平均风速达3.1~3.4m/s,7级以上大风年日数15.9d;浮尘、扬尘、沙尘暴等天气多年平均为14.6次,最多达30多次,多发生在3~5月份;无霜期155d;冻土层深度一般在0.8~1.2m,最大冻土深度1.56m。
区内日照时间长,昼夜温差大,适于多种农作物栽培,也利于发展高产、优质、高效农业。
2.1.4土壤特性
站内现有耕地600亩,耕地土壤为绿洲灌耕土,质地为沙壤,土层厚度达2-3m,由于风积作用,表层为沙和沙壤土地,下层为壤土,结构疏松,孔隙率52%,田间最大持水率22%~25%,容重1.54g/cm3。
2.1.5灌溉水源
站内无任何地表水,生产、生活用水全部为地下水,在果园现有机井1眼,水量较充足,出水量为50~60m3/h,静水位为20m,动水位13~14m。
2.2苹果生长概况
苹果是蔷薇科苹果属植物的果实,该属约25种,苹果树是栽培最广泛的果树。
苹果是梨果的一种,由子房和子房外围的组织发育而成。
苹果树多为异花授粉,有2~4%的花座果较为理想。
虽然成熟苹果的大小、形状、颜色和酸度因品种和环境条件的不同而差异很大,但通常圆形,直径50~100mm(2~4吋),带红色或黄色。
苹果树是落叶乔木.树高可达15m,栽培条件下一般高3~5m左右。
树干灰褐色,老皮有不规则的纵裂或片状剥落,小枝光滑。
单叶互生,椭圆至卵圆形,叶缘有锯齿。
伞房花序,花瓣白色,含苞时带粉红色,雄蕊20枚,花柱5枚。
果实为仁果,颜色及大小因品种而异。
喜光,喜微酸性到中性土壤。
最适于土层深厚、富含有机质、心土为通气排水良好的沙质土壤。
水是苹果树的重要组成部分。
据测定,苹果树每合成1kg干物质要消耗142-500kg水,亩产1500kg的苹果园每年每亩需要375-525t水,相当于560-790mm的降水量,如果再加上蒸发消耗,需要的更多,因此在有灌水条件的地区,在生长期中应该及时浇水补充。
对没有浇水条件的地区要想法拦蓄自然降水和注意保墒,以便能保证高额丰产。
2.3苹果树灌水时期
不同苹果对水分的亏缺反应不同,即对干旱的忍耐能力或适应性有差异。
苹果的需水特性主要受遗传性决定;由吸收水分的能力和对水分消耗量的多少两方面来支配。
苹果属于中性植物,不同生长期对水份的要求不同。
(1)发芽前后至开花期,此时浇水可促进新梢生长,加大叶面积,增强光合作用,保证开花坐果。
北方果区春旱,此期间灌水尤为重要。
(2)新梢生长和幼果膨大期灌水,这时果树的生理机能最旺盛,称为需水临界期。
水分不足时叶片中翁多幼果中的水分,造成落果。
严重干旱时叶片还会向根组织抢水,影响根的吸收作用,致使果树生长弱、产量低。
(3)果实迅速膨大期灌水,生理落果后留下来的果实迅速膨大,花芽大量分化,灌水可满足果实肥大对水的要求,促进花芽分化,为连年丰产创造条件。
但这次浇水要掌握“需浇不过量,小水看情况,只促叶功能,不促枝旺长”,因为浇水过多反而会促进枝梢生长,影响花芽分化。
(4)果实前后及休眠期,秋施基肥后应立即浇水,以便根系尽早恢复吸收功能。
落叶后浇水能有效地保持土壤温度,对安全越冬甚为有利。
第三章滴灌系统设计
3.1灌水器选择和规划设计参数
3.1.1滴头选择
滴头的选择是滴灌系统设计首要工作,也是关键性工作,选择是否恰当直接影响到工程的投资和灌水质量。
滴头选择主要依据作物种类和作物种植模式、土壤性质等因素综合考虑。
不同作物对灌水的要求不同,相同作物不同的种植模式对灌水的要求也不同。
对于果树来说,其株间行距大,所以需要双排布置毛管。
表3-1滴头选择参考表
土壤质地
滴头选择
流量(L/H)
滴头间距(m)
砂土
2.1-3.2
0.3
壤土
1.5-2.1
0.3-0.5
粘土
1.0-1.5
0.4-0.5
数据来源:
《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)
试验站苹果园的土壤主要是沙壤土,由上图可知,应选择滴头流量大于3.2L/H,滴头间距0.3-0.5m。
所以本工程采用北京市绿源塑料有限责任公司生产的压力补偿式滴头。
其产品性能如下:
滴头工作水头为10m,滴灌毛管进水口压力0.1MPa;滴头间距0.5m;滴头流量为4L/h;
3.1.2滴灌土壤湿润比
微灌时被湿润的土体占计划湿润总土体的百分比称为土体湿润比。
在实际应用中,常以地面以下20-30cm处的湿润面积占总灌水面积的百分比表示。
各种土壤和作物恰当的最小湿润比还没有明确的结论。
对于苹果这样的宽行距作物,合理的设计目标应是至少达到根系水平截面面积的1/3,至多2/3。
根据微灌工程技术规范GB/T50485-2009建议,设计土壤湿润比取值范围为30%-50%。
表3-2微灌设计土壤湿润比(%)
作物
滴灌
微喷灌
作物
滴灌
微喷灌
果树
苹果、瓜类
25~40
30~50
40~60
40~70
蔬菜
粮、棉、油等作物
60~90
60~90
70~100
100
数据来源:
《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)
式中:
P——滴灌设计土壤湿润比,%;
——为毛管间距,
=5m;
——为湿润带宽度,根据《微灌工程技术规范》P98页,本工程取1.5m
由于25%<30%<40%,符合规范要求。
3.1.3设计耗水强度
设计耗水强度应采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值,并应由当地试验资料确定,在无实测资料时可通过计算或由下表选取。
表3-3设计耗水强度(mm/d)
作物
滴灌
微喷灌
作物
滴灌
微喷灌
果树
苹果、瓜类
蔬菜(保护地)
3~5
3~6
2~3
4~6
4~7
-
蔬菜(露地)
粮、棉、油等作物
4~7
4~6
5~8
5~8
数据来源:
《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)
根据以上数据确定设计耗水强度为Ea=5mm/d。
3.1.4计划湿润层深度
对苹果树的田间实测,90%的根系在150cm深度内,而果树的计划湿润层深度为0.5-1.2。
根据苹果树的根系状况以及土壤和地下水的情况,而且滴灌的计划湿润层深度不能太深,因此确定计划湿润层深度为0.8m。
3.1.5土壤田间持水量
土壤田间持水量及适宜土壤含水量上、下限。
土壤的田间持水量取为30%,适宜土壤含水量上、下限分别为田间持水量的90%和65%。
3.1.6灌溉水利用系数
灌溉水利用系数:
根据《微灌工程技术规范》要求:
灌溉水的利用系数应不低于90%,因此取
=95%。
3.1.7系统工作小时数
设计系统日工作小时数应根据当地水源和农业技术条件确定,不宜大于20h。
因此,取t=20h
3.1.8灌水器设计允许流量偏差率
依据《微灌工程技术规范》,确定设计允许流量偏差率为20%。
3.2水量平衡计算
根据微灌面积和灌溉设计补充强度,计算滴灌系统所需的最小供水流量,根据《微灌工程技术规范》(SL103-95):
(m3/h)
式中:
—设计区灌溉面积,hm2。
Ia—设计供水强度,mm/d;Ia=Ea-P0;
Ea—设计耗水强度,取5.0mm/d;
—系统日最大运行时数,h,系统设计时应留出一段非运行时间用于系统检修和其他预想不到的停机故障等。
我国现行规范规定,日最大运行小时数不大于20h,但根据国内外实际操作经验,为降低系统投资,日最大运行时间可以达到20h。
—灌溉水利用系数,取为0.95。
P0—有效降雨量,由地区相关资料知,多年平均降水量163.2mm;
只有渗入到作物根系层内并为作物所吸收利用的降雨才能称为有效降雨,本文依据气象站的降雨资料,采用美国水土保持站(USDASoilConservationService)推荐的公式(Smith,1992)计算有效降雨量P0,计算公式如下:
P0=Pt(125-0.2Pt)/125Pt<250mm
P0=125+0.1PtPt≥250mm
式中,Pt为气象站测定的一次降雨的总降雨量
根据以上公式得:
P0=0.33mm/d
则
m3/h,水井的供水流量80m3/h,因为
<80m3/h,则该水源满足滴灌系统的要求。
3.3管网布置
采用双排布置的方法,在每棵树下面设置8个滴头,滴头间距0.5m,排间距2.0m。
1-毛管2-果树3-滴头4-支管
第四章灌溉制度
4.1灌水定额
设计灌水定额应根据当地试验资料按下式计算确定:
式中,
——设计灌水定额,单位:
mm;
——灌溉水利用系数,单位:
%,取
=95%
——土壤田间持水率,单位:
%,取
=30%
P——土壤湿润比,单位:
%;p=30%
H——计划土壤湿润层深度,单位:
mm;取H=800mm
——适应土壤含水量上限,取田间持水量的90%;
——适应土壤含水量下限,取田间持水量的65%;
mm
4.2灌水周期
滴灌的灌水周期用以下公式计算:
式中,T——灌水周期,d;
e——作物需水旺盛期日平均耗水量,mm/d;
其中,e值的大小可以根据当地滴灌试验资料或群众灌水经验确定,亦可根据下式估算:
式中,
——遮阴率(%),即在垂直阳光照耀下,作物的阴影面积和总面积之比,对于果园,幼树期A为20%-40%,成年果树A为60%-80%;取平均值A=40%;
——作物需水旺盛期最大蒸腾量,mm/d。
根据《微灌工程技术规范》(SL103-95),取
=10mm/d;
,所以T=4d
4.3一次灌水延续时间
滴灌的一次灌水延续时间与作物设计灌溉强度、灌水周期、计划湿润土层深度、湿润比和滴头流量、间距以及滴灌带铺设间距有关。
计算公式如下:
式中:
t1——一次灌水延续时间,单位h。
n——一棵树下安装的滴头个数;n=8;
——果树行距,单位m。
=5m;
——果树株间距,单位m。
=4m;
q——滴头流量,单位L/h。
q=4L/h。
灌水时间根据目前实践经验,一般在灌水高峰期一个轮管组灌水延续时间在3~10小时较适宜;
所以,t1=12h
第五章滴灌工作制度
本工程为了较少投资,提高设备利用率,增加灌溉面积,所以采用轮灌制度。
轮灌一般是将支管分成若干组,由干管轮流向各组支管供水,而支管内部则同时向毛管供水。
5.1轮灌组数
滴灌系统工作制度由随机、续灌、轮灌灌溉3种配水方式。
随机供水灌溉只适用于一个系统多个承包户、种植多种作物的形式。
全系统续灌要求系统内全部管道同时供水,对设计灌区内所有作物同时灌水,因而系统流量大增加工程投资,供水时间短设备利用率低,只适用于较小的滴灌系统。
滴灌系统一般采用轮灌配水方式,其灌水方式是以同时开启数条(对)毛管为一个基本灌水单元,运行时他们按轮灌分组依次轮流受水;对于基本灌水单元上游的各级管道一般是上以级管道向下一级管道配水时下一级管道轮流受水。
按作物需水要求,滴灌系统划分的轮灌组数目如:
式中:
N——允许的轮灌组最大数目,取整数;
其他字母定义,参考前面公式
由于T=4d,t1=12h
所以轮灌组数不能超过7。
5.2轮灌组的划分方法
通常在支管的进口安装闸阀和流量调节装置,使支管所管辖的面积成为一个灌水单元,称为灌水小区。
一个轮灌组可包括一条或若干条支管,也就是支管分组供水,支管内部同时供水。
要求每个轮灌组的流量大小既不能超过井的出水量,又不能明显小于井的出水量。
每个轮灌组的流量要相差无几,以防流量变化过大导致管道损坏。
此次设计,由于地形和流量的影响,划分轮灌组5个,在三天内完成灌溉。
流量均为3.6m3/h左右。
表5-4轮灌组划分表
轮灌组编号
支管名称
流量(m3/h)
总流量(m3/h)
Ⅰ
支1
3.50
3.50
Ⅱ
支2
3.83
3.83
Ⅲ
支3
3.62
3.62
Ⅳ
支4
支5
2.78
0.86
3.64
Ⅴ
支6
3.46
3.46
五个轮灌组的总流量为18.05m3/h
第六章管网水力计算
6.1管材选择
用于管道输水的灌溉管材较多,按管道材质可分为塑料管材,金属管材,水泥管材和其他材料管四类。
管材选择技术要求:
①能承受设计要求得工作压力。
管材允许工作压力应为管道最大正常工作压力的1.4倍。
当管道可能产生较大水击压力时,管材的允许工作压力应不小于水击时的最大压力。
②管壁要均匀一致,壁厚误差应不大于5%。
③地埋暗管在农业机具车辆等外荷载的作用下管材的径向变形率(即径向变形率与外径的
比值)不得大于5%。
④满足运输和施工的要求,能承受一定的局部沉陷应力。
⑤管材内壁光滑,内外壁无可见裂缝,耐土壤化学侵蚀,耐老化,使用寿命满足设计年限
要求。
⑥管材与管材、管材与管件连接方便。
连接处应满足工作压力、抗弯折、抗渗漏、强度、刚度及安全等方面的要求。
⑦移动管道要轻便、易快速拆卸、耐碰撞、耐摩擦、不易被扎破及抗老化性能好等。
⑧当输送的水流有特殊要求时,还应考虑对管材的特殊需要。
如灌溉与饮水结合的管道,要符合输送饮用水的要求。
根据本工程要求,选择用聚氯乙烯硬塑料管。
6.2流量计算及管径确定
6.2.1各级管道流量计算
由于轮灌组3为本区域最大的轮灌组,所以以它为研究对象。
其最长的毛管上面有60个滴头
最大毛管流量:
L/h
支管最大流量:
m3/h
干管最大流量:
m3/h
管径的确定:
(1)管径确定应满足的约束条件
①管网任意处工作应不大于该处的公称压力。
②管道流速应不小于不淤流速,不大于最大允许流速。
③设计管径必须是已生产的管径规格。
④树状管网各级管道管径应由上到下逐级逐段变小。
⑤在井灌区和一些小面积的管道灌溉工程中多采用计算工作量较小的经济流速法。
(2)确定各级管道管径
由于选取的成型的压力补偿式滴灌管,所以毛管管径已定。
支管及其上级管道的管径运用经济管径法进行确定,其公式如下:
其中,D——管道管径,mm;
Q——管道流量,m3/h
干管管径:
mm
支管道直径
支管名称
流量(m3/h)
管径(mm)
支1
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