农业水利工程毕业实习设计大田玉米滴灌系统.doc

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1、大田玉米滴灌系统大田玉米滴灌系统 毕毕 业业 实实 习习 设设 计计 指导老师：指导老师： 组组 长：长： 组组 员：员： 班班 级：级：0808 级农业水利工程级农业水利工程 目目 录录 1基本资料 .1 1.1 自然条件.1 1.2 生产状况.1 1.3 社会经济.1 1.4 设计技术依据.1 2滴灌系统规划布置与参数初定 .2 2.1 设计耗水强度 EA(作物日耗水量)的确定 .2 2.2 灌溉水利用系数.3 2.3 设计土壤湿润比 P .3 2.4 灌溉设计保证率.4 2.5 设计灌水均匀系数.4 2.6 计划湿润层深度 Z .5 2.7 灌水定额.5 2.8 灌水周期.6 2.9 一

2、次灌水延续时间.6 2.10 轮灌组划分与设计.7 2.11 工程规划布置.8 2.11.1 水源工程.8 2.11.2 首部枢纽.8 2.11.3 输配水管网.9 2.11.4 灌水器.10 2.11.5 其他设计参数.11 3灌水小区水力计算 .11 3.1 灌水小区允许压力偏差.11 3.2 小区允许水头偏差的分配.11 3.3 毛管极限孔数和极限长度.12 3.4 毛管水头损失.12 3.5 支管设计.13 3.6 灌水小区进口工作水头.13 3.6.1 毛管的降比和压比.13 3.6.2 毛管进口工作水头.14 3.6.3 支管的降比和压比.14 3.6.4 计算毛管的水头偏差率.1

3、5 3.6.5 计算支管的水头偏差率.15 3.6.6 灌水小区水头偏差率.15 3.7 各级管道流量计算.16 4水力计算与干管设计 .16 4.1 计算水力线路干管管径计算.16 4.2 干管水头损失计算.17 4.3 主管水头损失.17 4.5 主管进口处要求的工作水头.17 4.6 系统总扬程.18 5首部枢纽设计 .18 5.1 过滤器设计.18 5.2 施肥器设计.18 5.3 机泵选配.18 6.材料设备用量 .19 7.预算 .19 8.结论 .20 9.参考文献 .20 1.1.基本资料基本资料 1.1 自然条件 项目区属中温带干旱、半干旱大陆性气候，风多少雨，蒸发量大，年平

4、均气温 8， 年降水量 326 毫米。项目区水土流失严重，土壤类型多，以沙壤土为主。土壤容重 1.50g/cm3，田间持水量 田=17%。项目区现有 1000 方蓄水池一座，水量充足，可以满足 项目区作物的灌溉需求。 1.2 生产状况 项目区交通方便，简易道路已建成。电力设施完善，可以满足工程运行和施工用电 需要。根据田块形状及所种植的作物选择的灌溉形式为滴灌。覆膜宽窄行种植，1 膜 1 管， 1 管 2 行，株距 30cm，行距(30+70)cm。 1.3 社会经济 本灌溉工程主要为滴灌工程。 该项工程以已成形的灌溉条件为基础，进行节水灌溉， 以种植玉米为主，促进项目区农业全面发展，增强项目

5、区经济活力，提高项目区生产水 平。（参见平面图） 1.4 设计技术依据 1）节水灌溉技术规范SL20798； 2）微灌工程技术规范SL10395； 3）喷灌与微灌工程技术管理规程SL236-1999； 4）机井技术规范SL256-2000； 5）农田灌溉水质标准GB5084-92； 6）灌溉与排水工程设计规范GB5088-99； 7）项目区地形、地貌勘测及种植现状调查结果。 2滴灌系统规划布置与参数初定 2.1 设计耗水强度 Ea(作物日耗水量)的确定 根据当地资料及SL103-95 查得玉米滴灌日耗水量为 2.05.0 毫米，由于当地土壤为沙质土壤，因此取最大值 Ea=5.0 毫米。 2.2

6、 灌溉水利用系数 根据确定滴灌灌溉水利用系数 =0.95。 2.3 设计土壤湿润比 P 据有关资料和规范中的参考值，确定设计土壤湿润比：玉米 70%。 2.4 灌溉设计保证率 根据确定,滴灌工程灌溉设计保证率为 90%。 2.5 设计灌水均匀系数 根据确定,设计灌水均匀系数 Cu=90%。 2.6 计划湿润层深度 Z 玉米计划湿润层深度定取 Z=0.5mm。 2.7 灌水定额 由灌溉排水工程学中公式（2-1）计算： m=1000zP (max-min)/(2-1) 式中： m设计灌水定额(mm)； 土壤容重(g/cm3)，取 1.50g/cm3； z计划土壤湿润层深度(m)，取 0.50m；

7、P湿润比(%)，取 60%； max、min适宜土壤含水率上、下限（占干土重的%，一般 max 为田间最大持 水率的 100%、min 为田间最大持水率的 60%，max-min=0.30 田 ）； 田土壤田间持水量 17%； 灌溉水利用系数 95%； 经计算，m = 37.57 (mm)。 2.8 灌水周期 两次灌水的间隔时间又称灌水周期，取决于作物、水源、管理状况。由灌溉排水 工程学中公式（2-2）计算： T=(m/ Ea) (2-2) 式中：T设计灌水周期(天)； m设计灌水定额(mm)； Ea最大日平均需水强度(mm/d)； 经计算，T = 7(天)。 2.9 一次灌水延续时间 t=I

8、nSeSL/q(2-3) 式中，t为一次灌水延续时间(h)； In为净设计灌水定额(mm)； Se为滴头间距(m)，0.3m； SL毛管间距(m)，1.0 m； 田间水利用系数(%)，95%； q滴头流量(L/h)，2.0L/h； 经计算，灌水延续时间 t= 6(h)。 2.10 轮灌组划分 NCT/t (2-4) 式中：N允许的轮灌组最大数，取整数； 一天运行的小时数,取 20 小时； T灌水周期(d)； t一次灌水持续时间(h)； 经计算,轮灌组划分： N20 组； 根据实际情况，将轮灌组划分为 20 个轮灌组。 作物工作日期轮灌组编号工作支管编号工作时间同时工作支管数 11-2,1-10

9、:00-6:002 21-4,1-36:00-12:002 第一天 36-2,6-112:00-18:002 46-4,6-30:00-6:002 52-2,2-16:00-12:002 玉米 第二天 62-4,2-312:00-18:002 7 7-2，7-1 0:00-6:002 87-4,7-36:00-12:002 第三天 93-2,3-112:00-18:002 103-4,3-30:00-6:002 118-2,8-16:00-12:002 第四天 128-4,8-312:00-18:002 134-2,4-10:00-6:002 144-4,4-36:00-12:002 第五天

10、159-2,9-112:00-18:002 169-4,9-30:00-6:002 175-2,5-16:00-12:002 第六天 1810-2,10-112:00-18:002 1910-4,10-30:00-6:002 第七天 2011-2,11-16:00-12:002 2.11 工程规划布置 2.11.1 水源工程 本工程规划灌溉水流程为：水源（蓄水池）首部枢纽 输配水管网（主干管调 压阀支管毛管）灌水器玉米根层土壤。本滴灌系统利用蓄水池供水，水质符合 农田灌溉水标准。 2.11.2 首部枢纽 灌溉工程的首部通常由水泵及动力机、控制设备、施肥装置、水质净化装置、测量 和保护设备等组成

11、。其作用是从水源抽水加压，施入肥料液，经过滤后按时按量送进管 网。动力选用电动机（功率与水泵匹配），采用单级单吸离心泵，为处理水中的细颗粒 悬浮泥沙和少量的有机杂质，采用“旋流水砂分离器+砂过滤器+叠片过滤器”过滤，用 压差式施肥罐施肥（安装于砂过滤器与筛网过滤器之间），首部装有压力表、空气阀、 闸阀、水表等设备和仪表。详细设计见后面第 5 部分。 2.11.3 输配水管网 在水源有调蓄能力且调蓄容积已定时，可按下式确定滴灌面积。 i iT I KV A 10 蓄 (2-5) 式中：K塘坝复蓄系数，K=1.01.4； 蓄蓄水利用系数，蓄=0.60.7 取 0.7； V蓄水工程容积，1000m3

12、； Ii灌溉季节各月的毛供水强度，5mm/d； Ti灌溉季节各月的供水天数，1d。 经计算 A=28.8 亩，取 28.8 亩为该蓄水池控制的灌溉面积。 根据大田灌溉区平面图，灌区主要作物玉米的种植方向是沿地块长度方向（西北-东 南），因此毛管的布置方向与作物种植方向一样，支管垂直于毛管布置，主干管按等高 线略降的方向埋于规划道路边。2 块条田中间布置 1 条分干管，对称于主干管 2 侧布置， 毛管铺设长度为 60m，支管间距为 120m，毛管为双向布置（5 分干和 11 分干为单向布置， 由实际地块决定）。根据水源位置和毛、支管的布置，经方案比较，下页图-1 布置的方 式较为经济合理。 首部

13、枢纽 一分干管 二分干管 三分干管 四分干管 五分干管 六分干管 七分干管 八分干管 九分干管 十分干管 十一分干管 总 干 管 图示:大田干.支.毛管布置示意图（单位：m) 1-1 1-2 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-3 3-4 4-1 4-2 4-3 4-4 5-1 5-2 6-1 6-2 6-3 6-4 7-1 7-2 7-3 7-4 8-1 8-2 8-3 8-4 9-1 9-2 9-3 9-4 10-1 10-2 10-3 10-4 11-1 11-2 1-3 1-4 60 60 60 60 60 60 60 60 60 120 公路干道公路干道 公 路 干

14、道 60 2.11.4 灌水器 本灌区土质以沙土为主，玉米的种植模式为覆膜宽窄行种植，1 膜 1 管，1 管 2 行， 株距 30cm，行距(30+70)cm，选用一次性滴管带，内径 d=16mm,滴头间距 Se=0.3m。滴头 流量 q=2.0L/h。 2.11.5 其他设计参数 1流量偏差率 v Q 根据规范查得，灌水器设计流量允许偏差率应不大于 20%，本工程取 20%。 2水头偏差率 v h ：同一灌水小区内灌水器的最大，最小工作水头之差与设计工作水头的比 值。 取 x=0.5, v Q=0.2 带入下式得： vvv q x x q x h 1 15 . 0 1 1 = 0.412 (

15、2-6) 3灌水小区水力计算 3.1 灌水小区允许压力偏差 h = v h d h = 4.12(m)(3-1) hd设计滴头工作水头，取 10m。 3.2 小区允许水头偏差的分配 小区允许水头偏差在只管和毛管之间分配，由于地面坡降很小，视为平坡，平坡分 配比例 2 =0.55。 毛管允许水头偏差 2 h = h 2 =2.266(m)(3-2) 支管允许水头偏差 1 h = h 1 =1.854(m)(3-3) 3.3 毛管极限孔数和极限长度 毛管极限孔数按下式计算： 2 h =2.266(m)，d=16(mm)，k=1.1，Se=0.3m，q = 2.0 L/h，代入得： Nm=INT(5

16、.446 2 h 75 . 4 d / k Se 75 . 1 q) 364. 0 =290(个)(3-4) 毛管极限长度 Lm 按下式计算：S= Se=0.3m，Nm = 290 个，代入得 Lm=S(Nm1)+S0 =87 (m)(3-5) 毛管实际单向铺设长度 60m，滴头数 INT(60/0.3)=200 个，满足要求。 3.4 毛管水头损失 滴头数 N=200 个，流量指数 m=1.75，流态指数 x=0.6，毛管进口流量的计算用公式： 毛 Q= 滴 nq，(3-6) 式中： 毛 Q毛管进口流量(L/h)； 滴 n毛管上滴头个数，为 60/0.3=200 个； 毛 Q=2002.0=

17、 400( L/h) hf=fLQm/db (3-7) 式中：h毛等距多孔毛管沿程水头损失 m； f 摩阻系数，0.505； d 管道内径，16mm； m 流量指数，1.75； b 管径指数，4.75； 将上述数据代入上式，得： hf毛=0.39m 毛管局部水头损失按沿程水头损失的 15%计算： hw毛=0.3915%=0.0585m。 h毛=hf毛+ hw毛=0.45m (3-8) 3.5 支管设计 根据工程布置，支管铺设长度为地块宽度，即 60m。一条支管上有 INT(60/1)=60 对 毛管，即支管上有 60 个出水孔，支管上单孔流量为 2400L/h=800L/h，支管流量为 608

18、00L/h=48000L/h，支管实际水头损失为： 1 h= hh 毛=4.120.45=3.67m，由公 式计算得多孔系数 F=0.36，代入下式： d支= 5.74 1 1 5.715.20 7.41 FL h Q 支 支 =53.3mm(3-9) 故支管选用 PE-D75 管，外径为 75mm、壁厚 4.5mm，压力等级为 1.0Mpa。 3.6 灌水小区进口工作水头 3.6.1 毛管的降比和压比 降比为沿毛管的地形比降与毛管最下游管段水力比降的比值，由下式计算： q d d kf j 75.1 75.4 (3-10) 式中，j沿毛管地形比降； d毛管内径，取 16.0mm； k水头损失

19、扩大系数，取 1.1； f摩阻系数，0.505； qd单孔设计流量，2.0L/h。 则降比约为 0。 压比 G 为毛管最下游管段总水头损失与孔口设计水头的比值，由下式计算： dh q d d kfS G 75.4 75.1 (3-11) 式中，hd孔口设计水头，与 qd相对应，10m； S毛管上分流孔间距，0.3m； 则压比 G=3.1810 8 3.6.2 毛管进口工作水头 依据平均水头法： h=Ghd（N0.52）2.75 /2.75=0.24m (3-12) h1= hd+Rh-0.5(N-1)JS=10.1m (3-13) 故毛管进口设计水头为： H0=h1+kfS0 (Nq)1.75

20、/d4.75JS0=10.1m (3-14) 3.6.3 支管的降比和压比 按下式分别计算支管的降比和压比： q d d kf j 75.1 75.4 (3-15) 经计算，支管的降比=0。 dh q d d kfS G 75.4 75.1 (3-16) 经计算，支管的压比 G=0.6510 5 。 3.6.4 计算毛管的水头偏差率 hv 毛=G毛（N0.52）2.75/2.75r毛（N1） (3-17) =0.015 qv 毛=（1+0.6（1x）hv 毛）1/21 /0.3 x/(1x)=0.009 (3-18) 3.6.5 计算支管的水头偏差率 hv 支=G支（N-0.52）2.75/2

21、.75- r支（N1）=0.17 (3-19) 3.6.6 灌水小区水头偏差率 hv= hv 支+ hv 毛=0.17+0.015=0.185 (3-20) 灌水小区流量偏差率按下式计算： qv=（1+0.6（1x）hv）1/21 /0.3x/(1x)=0.11 (3-21) 支管流量偏差率为： qv 支=qvqv 毛=0.1 (3-22) 计算出灌水小区滴头的最大工作水头： hmax=(1+0.65qv 毛）1/x(1+0.65qv 支）1/xhd (3-23) =11.2(m) 支管与毛管连接的16 按扣三通水头损失采用式 hj=v2/2g，计算可得 hj=0.2m，故 灌水小区进口工作水

22、头值为 11.4m。 3.7 各级管道流量计算 滴头设计流量为 2.0L/h，一条毛管上有 200 个滴头，一条毛管流量为 2002=400L/h，一对毛管的流量为 800L/h，一条支管同时给 60 对毛管供水，一条支管的 流量为 60800L/h=24m/h。按照系统设计运行工况下最不利轮灌小组（产生水泵出口压 力最大、各管段过流量最大）的水利线路，推算出各管道的设计流量。分干管进口流量 为 224m/h=48 m/h，主干管的流量与总流量相同为 48m/h，各管段得流量见下表 2，其 他分干管管段流量与十分干距主干管相同距离管段的流量相同。 表表 2 2 各级管道流量表各级管道流量表 系

23、统供水 (m/h） 主干管 (m/h） 十分干 (m/h） 支管进口处 (m/h） 1 条支管 上的毛管 数 (对) 成对毛管 进口流量 (L/h） 1 条毛管 进口流量 (L/h） 滴头流量 (L/h) 50484824604002002.0 4水力计算与干管设计 4.1 计算水力线路干管管径计算 系统设计运行工况产生水泵出口压力最大的水力线路为“O-A-B-C-D-D1-D2”，各管 段流量见表 2，农用电价 F=0.35 元、=0.7、PVC-U 管使用年限按 T=20 年算、贷款年利 率 x=5.82%、管径系数和指数有管道生产厂家提供，将上述数据代入下式计算经济管径： dk=3.9t

24、F/106ab(1/T+x/200) 1/(a+4.871)Q2.852/(a+4.871) (4-1) 计算结果与管道选择见下表 3。 表表 3 3 管径计算与选择表管径计算与选择表 4.2 干管水头损失计算 干管均为等距多孔出流，确定为不变径管道。滴灌区取最不利轮灌区的典型支管进 行计算。 其沿程损失按下式计算： hf=fLQm/Db(4-2) 式中：hf干管沿程水头损失，m； f摩阻系数，0.505； Q流量，48m/h； d管道内径 96.8mm； L管道长度，180m； m流量系数，1.77； b管径指数，4.77； 沿程损失 hf = 5.712m。 选择管道 (mm) 管段 流量

25、 (m/h) 经济管径 （mm） 内径外径 主干管 4886.7796.8110 四分干 4886.7796.8110 局部水头损失按沿程水头损失的 15%计：hw =5.7120.15=0.857 经计算,干管水头损失为：h干=5.712+0.857=6.57 4.3 主管水头损失 主管水头损失计算方法与干管相同，经计算 hf主=17.8m。 4.5 主管进口处要求的工作水头 滴灌区干管进口处的工作水头： H0=h灌 + h干 + h主 = 35.8(m)。 (4-3) h灌指灌水小区进口工作水头。 4.6 系统总扬程 1.主管入口处的工作水头：H0=35.8m； 2.首部枢纽系统水头损失：

26、 砂石过滤器水头损失一般不超过 5m，筛网过滤器一般为 3m，闸阀、逆止阀等首部连 接局部水头损失取 1m。合计 9m。 3.井位与地形高差z 取 2 m。 4.动水位： 0 m。 系统总扬程：H=H0 +h 首+h 井+z = 46.8m。 (4-4) 5首部枢纽设计 5.1 过滤器设计 项目区水源为河水，所含杂质主要有泥沙、有机质等，所以选用“旋流水砂分离器 + 砂石过滤器 + 叠片式过滤器”，具体过滤器配置图见附图-2“旋流水砂分离器 + 砂石过 滤器 + 叠片式过滤器”的配置模式示意图。 5.2 施肥器设计 净化装置之后，需要安装施肥装置来控制土地的施肥。为此我们安装了压差式肥料 罐，

27、其工作原理是待微灌系统正常运行后，首先把可溶性肥料装入肥料罐内，然后把灌 口封好。接通输液管并打开其上的阀门，再接通进水管打开肥料罐的进水阀门，此时肥 料罐的压力与灌溉输水管道压力相等。为此关小微灌输水管道上的施肥调压阀门，使其 产生局部阻力水头损失，使阀后输水管道内压力变小，阀前管道压力大于阀后管道压力， 在肥料的进、出口形成一定得压差，使灌溉水由供水管进入化肥罐内，罐中肥料通过输 肥管进入阀后输水管道中。当化肥罐内肥料液浓度降至接近零时，即需重新添加肥料。 施肥罐的选型根据滴灌地的规划面积选择，面积大的选用较大容积的，面积小的选 用较小容积的。施肥罐一般按溶剂选型，根据本项目区灌溉面积选用

28、 100L 施肥罐。 图图 2 2 首部枢纽总体布置示意图首部枢纽总体布置示意图 5.3 机泵选配 根据计算扬程和流量。选择满足设计要求的水泵。水泵选型的原则如下： （1）在设计扬程下，流量满足滴灌系统设计流量。 （2）在长期运行过程中，水泵应经常在高效区运行，水泵的工作效率要高。 （3）运行管理方便。 （4）选用系列化、标准化和更新换代的产品。 根据系统总扬程和系统主管所需流量选用 IS80-50-200 型单级单吸非直联离心泵。流 量为 50 m/h，扬程为 50m，配 15KW 电机，必需汽蚀余量为 2.5m，效率为 51%。 6 材料设备用量与单价 表表 4 4 设备材料用量表设备材料

29、用量表 序号分项材料/设备名称规格单位数量单价 1单级离心泵IS80-50-200台1 2砂+叠片过滤器Q=50 m/h套1 3施肥罐100L套1 4水表与或滤器出水管配套个1 5逆止阀个1 6软连接 与水泵出水管管径配 套 个1 7 首部 启动柜与水泵电机功率配套套1 8110（1.0Mpa）m2200 9 地埋部分 Pvc100 给水管 110（1.0Mpa）根 1 1075（1.0Mpa）m33 11 出地管 出地管 75（1.0Mpa）根 1 1275（1.0Mpa）m2400 13 PE100 给水管 75（1.0Mpa）根 2 14毛管 q =2.0 d=16mm万 m 28.8 15 地面部分 法兰、 直通、 三通、 调压阀 与对应的管道匹配 7 7 预算预算 8.8.结论结论 项目区建成后对整个农业生产环境整体影响相对较轻。项目建成后，发展节水灌溉 可提高水的利用率，改善灌水条件，提高灌水质量。节水的同时增加了地下水的涵养， 防止了新的水土流失，改善了农区小气候，增加近地层空气湿度，调节了温度和昼夜温 差，抑制了干旱、风沙以及病虫害，保护土壤和改良了土壤，使生态环境不断的向良性 循环发展。