李文龙09苜蓿设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:4571602
- 上传时间:2023-05-03
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:129.23KB
李文龙09苜蓿设计Word格式文档下载.docx
《李文龙09苜蓿设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《李文龙09苜蓿设计Word格式文档下载.docx(44页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
(九)喷头安装33
(十)试运行33
(十一)竣工验收34
十六、喷灌工程运行管理35
(一)组织管理35
(二)运行管理35
(三)主要部件管理35
(四)用水管理35
(五)进度和计划管理37
西北某农场喷灌运行表38
参考文献41
致谢42
设计图纸43
图1:
西北某农场喷灌平面布置图
图2:
首部枢纽布置图
图3:
节点、剖面图
图4:
横道图、劳动力投入图
图5:
西北某农场喷灌施工平面布置图
摘要
我国是一个农业大国,农业灌溉有着悠久的历史。
但是,直到解放初期大部分农田灌溉还沿袭着旱田大水漫灌,水田串畦淹灌的灌水方法。
由于长期大水漫灌的结果,抬高了地下水位,土壤发生次盐碱化,严重影响着作物产量的提高。
解放后为了发展农业,满足国民和经济增长和人民生活水平提高的需要,各省和各大灌区在50年代先后建立了灌溉试验站。
90年代以来,生产微灌设备的外国公司纷纷到我国设分公司或办事处,采取各种办法争夺我国的微灌市场,这种竞争也促进我国微灌的发展。
可见,随着我国农业水资源的日益紧缺,农业现代化的要求日趋迫切,喷灌作为作为一种现代化的节水高效灌溉技术,将来一定会对我国农业的发展起到巨大的促进作用。
根据苜蓿的灌水量,灌水周期,喷头布置形式以及喷灌制度等,确定了喷灌管道的水力计算设计,实现和达到苜蓿地节水灌溉的目的,并形成良好的景观效果。
关键词:
农业灌溉;
喷灌;
喷灌制度;
节水灌溉
引言
项目区地区地势较平坦,气候干旱,烟尘严重,风向稳定,水资源严重缺乏,灌区内种植作物品种单一,且灌区面积较大,一直以来沿用大水漫灌,使水资源严重浪费,因此合理的选择灌区的灌溉方法和灌溉管网设计显得尤为重要,苜蓿的抗打击能力强为一般农作物,综合考虑上述各种因素,拟采用喷灌节水技术,喷灌技术具有适应性强、少占耕地、节省劳力等特点。
一方面,能消除烟尘;
另外,又能达到节水、丰产的目的,从而,有效地推动了当地经济的发展,受到了广大农户的亲睐。
西北某农场喷灌设计
一、基本资料
项目区为西北某农场,原来采用地面灌溉系统,为节约用水,拟改用喷灌方式进行灌溉。
基本资料如下:
(一)地形:
本项目喷灌面积为700亩灌溉系统,面积A:
670(东西)×
700(南北),地势比较单一,项目区内北高南低,坡度2.5℅。
(二)气候:
项目区气候干旱,年平均降水量217mm,年平均蒸发量2135mm,年平均气温7.7度。
灌溉季节稳定风向为西北风,平均风速为4.5m/s。
(三)土壤:
项目区内土壤以中壤土为主,保水保肥能力较好,冻土层深0.6m。
(四)作物:
项目区作物全部为苜蓿,散播种植。
据测定,作物灌水高峰期平均日耗水强度为5mm/d。
(五)水源:
灌溉水取自灌区西南一机井,距离灌区60m,水量充足,水质较好。
冻水位距地面25.5m。
(六)动力:
动力能源有保证,可满足灌溉要求。
二、工程设计思想、依据和标准
(一)设计指导思想
坚持“节水型建设和增水性建设相结合,以节水型建设为主的水利建设方针,建立节水型城市,走节水灌溉的道路,实现灌溉用水,从粗放型向集约型转变,实现传统灌溉向现代化灌溉的转变。
(二)技术资料
通过查阅大量书籍和喷灌工程设计的相关专业资料。
三、灌溉方法的方案比较
地面漫灌是在田间不作任何沟埂,灌水时任其在地面漫流,借重力渗入土壤,是一种比较粗放的灌水方法,灌水均匀性差,水量浪费较大。
滴灌:
是利用安装在末级管道上的滴头,或与毛管制成一体的滴灌带将压力水以水滴状湿润土壤,在灌水器流量较大时,形成连续细小水流湿润土壤。
通常将毛管和灌水器放在地面,也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30~40cm,优点有省水、省工、节能;
灌水均匀;
增产和对土壤与地形的适应性强。
但是,此设计是对散播苜蓿的灌水,由于滴灌流量小,每个滴头的湿润面积小,需要的滴灌带数量多。
喷灌:
是利用水泵加压或自然水头将水通过压力管道输送到田间,经喷头喷射到空中,形成的细小水滴,均匀喷洒在农田上,为作物正常生长提供必要水分条件的一种先进灌水技术。
优点有节约用水、增加产量、适应性强、少占耕地、节省劳力。
项目区地处西北城区附近,交通方便,自然条件优越,地势较平坦,土质适中,气候条件较好。
运用原有的地面灌溉对水的利用率低,且易土壤板结;
用滴灌可以解决地面灌溉的缺点。
但是铺设灌溉带难度大,且用量相当多。
而用喷灌系统给灌区苜蓿供水,它的喷射范围大,灌水也均匀,易于控制,操作方便。
与原有的地面灌溉相比,大田作物喷灌一般可节水30%-50%。
因此,在项目区发展加压喷灌各方面都已具备,切实可行,为了达到节约用水的目的,对苜蓿灌区采用喷灌工程设计。
四、水源工程规划
(一)选择水源位置
考虑应该充分利用当地资源,在距苜蓿地西南60米处有一机井,对水质进行取样检测,水质符合喷灌用水要求;
没有漂浮物,且水量充足,动水位距地面25.5米。
在机井旁边布设首部枢纽布置;
(二)管网总体规划
结合项目区实际情况,因地制宜进行规划,以达到节约投资的目的,尽量少占地,降低运行费用,方便管理和经济效益较高。
苜蓿地灌区地形规则,地势基本平缓,无陡坡。
苜蓿地面积为670m(东西)×
700m(南北),由于面积较大,可将其分为335m(东西)×
350m(南北),面积大约为175亩的四个轮灌区。
整个苜蓿地灌区由一条主配水干管负责给水,在灌水周期内,主配水干管通过配水分干管给2个轮灌区供水,各轮灌区由配水分干管供水进行轮灌,每个灌区最多有有两条配水分干管,配水干管和支管成“丰”型布置。
五、喷灌系统选型
由于项目区年平均降水量217mm,年平均蒸发量2135mm,属于气候干旱地区,且苜蓿地的灌水周期短,灌溉面积大,选择固定管道式喷灌系统。
把干管、分干管、支管都埋于地下,喷头装在固定的竖管上。
由于水源是机井供水,故选用水泵抽水。
六、喷头选型与组合间距的确定
(一)喷头选型
由喷灌工程技术规范GB/T50085-2007可知,牧草喷灌雾化指标不应低于2000-3000,见表1
表1不同作物的适宜雾化指标
作物种类
Hp/d
蔬菜及花卉
4000~5000
粮食作物、经济作物及果树
3000~4000
饲料作物;
草坪
2000~3000
由喷头性能表,初选PY130型喷头,其性能参数见表2:
表2喷头基本参数表
喷头型号
喷头直径d(mm)
工作压力hp(Kpa)
喷头流量qp(m3/h)
射程R(m)
喷灌强度ρ(mm/h)
PY130
10
300
6.02
23.5
3.18
Wh=hp/d(式1)
式中:
Wh——喷灌的雾化指标;
hp——喷头工作压力水头(m);
d——喷头主喷嘴直径(m);
经计算得:
Wh=
=3000>2000
故雾化指标满足要求。
(二)确定喷头组合间距
喷头的布置形式主要包括组合形式,喷头间距等,它的合理与否直接关系到喷灌效果。
1.布置形式
喷头组合的原则;
保证喷洒不留空白,并有较高的均匀度。
灌溉季节风速较大,又因为喷灌系统受风的影响较大,为了喷洒效果和均匀度好,节省工程投资,喷头采用正方形布置。
如图1所示:
图1图形喷洒正方形组合
根据当地气候实际情况按设计风速等于4.5m/s考虑,喷头组合间距根据喷灌工程技术规范GB/T50085—2007见。
表3喷头组合间距系数K值表
设计风速(m/s)
组合间距系数
垂直风向Ka
平行风向Kb
等间距布置(30°
~60°
)
0.3~1.6
R
1.3R
(1.1~1)R
1.6~3.4
(1~0.8)R
(1.3~1.1)R
(1~0.9)R
3.4~5.4
(0.8~0.6)R
(0.9~0.7)R
注:
在每一档风速中可按内插法取值。
本灌区多年平均风向为西北风,与支管成45°
夹角,当风速为4.5m/s时,选等间距布置(30°
)之间,按设计风速内插法取值
=
所以K=0.79,则
R设=KR=0.79×
23.5=18.57(m)
表4不同喷洒方式、喷头组合、支管间距、喷头间距和有效控制面积
喷洒方式
喷头组合形式
支管间距
喷头间距
有效控制面积
全圆
正方形
1.42R设
1.0R设
正三角形
1.50R设
1.73R设
2.0R设
扇形
矩形
R设
等腰三角形
1.865R设
则计算出支管间距、喷头间距:
a=b=1.42R设=1.42×
18.57=26.37(m)(取25m)
根据条件得出每个灌区需支管28支,四个灌区共112支支管。
每支支管上有7个喷头,四个灌区共784个喷头。
2.喷灌强度的验算
土壤的允许喷灌强度ρ允是表示土壤入渗能力的一个指标,如果系统组合喷灌强度超过ρ允值,喷灌水就不能充分入渗,会出现地面径流和积水,致使灌水不均匀和耕层土壤湿润不足的现象,因此组合喷灌强度必须小于土壤允许喷灌强度,各类土壤允许喷灌强度值参考表4、表5
表4各类土壤允许喷灌强度
土壤类别
允许喷灌强度(mm/h)
砂土
20
粘壤土
砂壤土
15
粘土
18
壤土
12
表5坡地允许喷灌强度降低值
地面坡度(%)
<5
5~8
9~12
13~20
允许喷灌强度降低至(%)
40
60
由资本资料可知,土壤为中壤土,地面坡度为2.5%,则,ρ允=12×
(1-10%)=10.8(mm/h)
采用固定式喷灌工程中有关公式计算。
当设计风速超过1m/s时,每个喷头的实际喷洒面积变小了,而且喷头的有效湿润面积也相应减小,这时组合喷灌强度大于无风时的喷灌强度,此时的喷灌强度
组可按下式计算
组=
·
(式2)
式中
——风系数;
——喷头布置系数,等于无风时单喷头全圆喷洒面积与不同运行方式下单喷头实际控制面积之比;
——单喷头全国喷洒时的平均喷灌强度;
当单喷头作全圆周喷洒时,其平均喷洒强度
(式3)
式中:
风速为3.4~5.4m/s时ηp=0.7~0.8取ηp=0.7《喷灌工程设计手册》中查表有:
多支管多喷头同时喷洒时:
=1
组=1×
×
=6.74mm/h<ρ允=10.8(mm/h)
故设计喷灌强度满足要求。
七、管网系统布置
(一)灌溉设计方案
按实测的地形地势喷灌管网采用主干管、分干管、支管三级管道布置,喷洒配水系统的干管、支管按南北走向位置,分干管垂直支管布置。
给支管配水的干管,其布置使支管长度基本相等。
主干管、分干管、支管均采用PVC-U管,抗压强度为0.63Mpa.
(二)管网布置
1.支管布置:
灌溉分区28条支管,沿苜蓿地东西走向单行布置,长为162.5m,支管间距a=25m,流量Q支=7×
6.02=42.14m³
/h。
每条支管连接7个喷头,喷头间距b=25m。
2.配水分干管布置:
各灌溉分区配水分干管1条,垂直支管布置,长度约337.5m。
配水分干管负责一个灌溉小区供水,控制28条支管,该苜蓿地有4条配水分干管,共4个轮灌小区。
在每条配水支管的尾部设变径,接排水井阀,共4个排水井。
3.主干管布置:
灌区1条主干管沿南北方向靠西边地一直到地中央大约350m处,在沿东西穿入地中布设到335m处,流量Q干=4×
Q支=4×
42.14=168.56m³
/h,干管控制4条配水分干管。
在主干管分水处设一控制井,为了防止主干管过长产生水锤现象。
(三)安全保护装置的设置
为使本灌溉系统管理方便,且安全稳定的运行,在支管的首部设置控制井,井内安装进水闸阀。
八、喷灌灌溉制度拟定
在苜蓿生长发育过程中,土壤水分自始至终起着促进和制约肥力作用。
因此,土壤水分作为灌溉指标,决定是否灌水和灌水多少,是保证苜蓿正常生长发育,改善草品质的重要依据。
(一)灌溉设计参数
根据有关设计规范及苜蓿地的实际条件选用以下设计参数:
平均日耗水量:
W=5.0mm/d;
灌溉水有效利用系数:
η=0.7;
土壤干容重:
γ=1.5
;
土壤田间持水量:
β=25%;
计划土壤湿润层:
h=50cm;
(二)设计灌水定额
作物灌水定额是指作物生育期内单位面积上的一次灌水量或灌溉面积上的灌溉深度,按(式4)计算β1、β2分别取田间持水率的85%和65%。
m=0.1γh(β1-β2)(式4)
即:
m=0.1×
1.5×
50×
(80-65)×
25%=37.5(mm)
(三)设计灌水周期
T=m/ETd(式5)
根据已知资料可知,作物灌水高峰期平均日耗水强度为5mm/d。
T=
=7.5(d)取:
T=8(d)
九、确定喷灌工作制度
(一)喷头在一个位置上的喷水时间:
按(式6)计算
t=abm/1000qpηp(式6)
t=
=5.56(h)取t=5.6(h)
(二)喷头一天工作的位置数:
按(式7)计算
nd=td/t(式7)
式中:
td——设计日灌水时间,h,查表6
设计采用固定管道式喷灌系统,种植苜蓿,根据表6选择灌区每日工作时间为20h,所以喷头一天工作位置数
nd=
=3.6(次)
表6设计日灌水时间
喷灌系统类型
固定管道式
半固定管道式
移动管道式
定喷机组式
行喷机组式
农作物
园林
运动场
设计日灌水间
12~20
6~12
1~4
12~18
12~16
14~21
(三)同时工作的喷头数
np=Np/ndT=
=27.2(只)
实际喷洒时应取整数np=28只。
(四)同时工作的支管数:
因每根支管安装7只喷头,故
N支=np/n喷头=
=4(根)
即每次同时可开4根支管。
(五)支管轮灌运行方案
根据同时工作的喷头数和支管数以及管道布置情况,决定每次同时开启4根支管,分别为四个灌区各一支,依次进行灌溉。
十、管径选择和水力计算
(一)管道选择
1.管材选用
从泵站至过滤器上的水管采用钢管,从过滤器罐出来的输水干管、及分干管、支管采用地埋的方式,为PVC-U管,其经济耐用防止锈蚀。
2.管件
地埋管道采用PVC接管件。
(二)管径计算
1.支管管径(d)
支管的管径除与支管的设计流量有关外,还要受允许压力差的限制。
为使喷洒均匀,支管上各喷头的流量和压力基本一致;
因此,《喷灌工程技术规范》规定,同一条支管任意两个喷头间的工作压力差应在设计喷头工作压力的20%以内,用(式8)表示为:
(式8)
——同一支管上任意两喷头间支管段水头损失加上两竖管水头损失之差(m),一般情况下,可用支管段的沿程水头损失计算;
用式(9)表示:
(式9)
——两喷头的进水口高程差(m),当前面喷头较高时为负值;
——设计喷头工作压力。
从上式中可以看出,再选择支管的管径前,必须先找到
为最大的两个喷头的位置。
由于所选用的PVC-U管在竖管座处的局部水头损失不大,且其后均有一部分流速水头转化为压力水头,所以式中
可用沿程水头损失
代入计算(即
)。
选择最不利工作支管的最后一个喷头作为计算点计算支管沿程水头损失,多喷头多支管沿程水头计算用(式10)计算:
(式10)
——管道沿程水头损失(m);
F——多口系数;
f——沿程管道摩阻系数;
L——管段长度(m);
Q——管段通过流量(m3/s);
d——管道内径(mm);
m——流量指数,与摩阻损失有关;
b——管径指数,与摩阻损失有关;
表7各种管材的f、m、b值
管径
f
m
b
钢管、铸铁管
6.25×
105
1.90
5.10
硬塑料管
0.948×
1.77
4.77
铝合金管
0.861×
1.74
4.74
由表得f=0.948×
105m=1.77b=4.77
多孔系数F由式(11)计算
F=
F1=
(式11)
N—为一条支管上的开口总数;
X—第一个喷头到支管进口距离与喷头间距之比值;
一条分干管上有28根支管,一条支管上有7个喷头,即:
N=7,X=12.5÷
25=0.5
=0.4354
F=
=0.392
式(10)中L=162.5mQ=7×
6.02=42.14(
)
hp=300KPa=30m
按管网平面布置图可知,△Z=162.5×
2.5%=4(m)
由式(8)、(9)、(10)得:
105×
+3.2≤0.2×
30
d≥80(mm)
选择Φ90mm,内径84.4mm,能承受0.63MPa内力的PVC-U管。
2.干管管径
根据支管轮灌运行方案可知,每个灌区各开一根支管,而整个灌区共开4根支管同时运行灌水。
Q<120(
)D分干=
Q分干=2Q支=2×
(7×
6.02)=84.28(
Q>120(
)D主干=
Q主干=4Q支=4×
6.02)=168.56(
则:
D分干=
=119.34(mm)
D主干=
=149.3(mm)
分别选择Φ140mm,内径133mm,和Φ160mm,内径152mm,能承受0.63MPa内力的PVC-U管。
3.竖管选择
喷头流量为6.02
,用铝管和其余管造价高,安装困难大,所以选用PVC-U管。
选Φ40mm能承受0.63MPa内力的PVC-U管。
(三)管道水力计算
1.管道沿程水头损失
支管长162.5m,流量为42.14
,管径84.4mm。
每条支管连接喷头个数为7个,按多口水头损失(式11)计算,当m=1.77,孔口数N=7,X=0.5时,多口系数F=0.392,按(式10)得
h支=0.948×
=2.92(m)
2.分干管沿程水头损失
按(式12)计算
(式12)
公式中符号意义同(式10)符号意义
分干管长337.5m,流量为84.28
,管径133mm
得hf分干=0.948×
=6.06(m)
3、主干管沿程水头损失
按(式12)计算,主干管长1105米,流量为168.56
,管径为152mm,得hf主干=0.948×
1105×
=35.8(m)
=h支+hf分干+hf主干=2.92+6.06+35.8=44.78(m)
局部水头损失取沿程水头损失的12%,即
=12%
=12%×
44.78=5.37(m)
十一、水锤压力计算与水锤防护
在水锤发生时,管道可能因内水压力超过管材公称压力或管内出现负压而损坏管道。
规范规定,遇下列情况时,应进行水锤压力验算:
①管道布设有易滞留空气和可能产生水柱分离的凸起部位;
②阀门开闭时间小于压力波传播的一个往返周期;
③对于设有单向阀得上坡干管,应验算事故停泵时的水锤压力。
未设单向阀时,应验算事故停泵时的机组的最高反转转速。
对于下坡干管,应验算启闭阀门时的水锤压力。
因为苜蓿的此设计中所有管道处于上坡位置,当事故停泵时应考虑水锤压力。
1.水锤压力计算
按(式13)有;
aw=
(式13)
aw——水锤波传播速度,m/s;
D——管径,m;
e——管壁厚度,m;
k——水的体积弹性模数,GPa,常温时k=2.025GPa;
E——管材的纵向弹性模数,GPa,各种管材的E值查表8;
c——管材系数,均质管c=1,钢筋混泥土管c=1/(1+9.5a);
表8各种管材的纵向弹性模量
管材
钢管
球墨铸铁管
铸铁管
钢筋砼管
铝管
PE管
PVC管
E
206
151
108
20.58
69.58
1.4~2
2.8~3
根据整个灌区的管网布置,选取关闭1分干管西边第一个阀,即;
D=160mm=0.16me=4mm=4.0×
10-3mk=2.025GPaE=2.8C=1
得;
aw=
=131.9(m/s)
按式(14)计算水锤相时;
Tt=
(式14)
Tt——水锤相时(s);
L——计算管段管长(m);
Tt=10s=
=11.07(s)
当闸门关闭时大于等于20倍的水锤时,可以不验算关阀水锤压力,阀门关闭时为Ts=10s时
Ts=10s<20Tt=20×
11.07=221.4(s)
即需要验算水锤压力,Ts=10s<Tt=11.07(s)为直接水锤水头,按式(15)计算
Hi=
(式15)
式中:
Hi——间接水锤水头(关阀为正,开阀为负)m;
v0——关阀前水的流速,m/s;
Ts——阀门关闭历时,s;
g——重力加速度,取g=9.8m/s;
其余符号同前。
v0=
=
=2.76(m/s)
Hi=
=19.50(m)
防止水锤产生的措施:
在关阀的过程中应尽量延长关阀时间。
在主干管上设一个阀。
十二、水泵及动力选择
(一)喷灌系统的设计扬程
H=Zd-Zs+hs+hp+∑hf+∑hj(式16)
Zd-Zs——典型喷点喷头地面高程与水源水面高程之差,取Zd-Zs=25.5+4=29.4m;
hs——典型喷点的竖管高度,取hs=1.1m;
hp——典型喷点工作压力,取hp=300KPa=30m;
∑hf——由水泵进口处至典型喷点喷头进口处之间管道的沿程水头损
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 李文龙09 苜蓿设计 李文龙 09 苜蓿 设计