玉米地下滴灌工程设计毕业设计

本科毕业设计

题 目 广西红河农场玉米

地下滴灌工程设计

目录

关键词 ............................................................. 1 Abstract ........................................................... 1 Key words .......................................................... 1 前言 ............................................................... 2 1基本资料 .......................................................... 3 1.1当地水文经济概况 ................................................ 3 1.2玉米生长概况 .................................................... 4 1.3玉米灌水时期 .................................................... 4 2滴管系统设计 ...................................................... 5 2.1工程规划布置 .................................................... 5 2.1.1水源工程 ...................................................... 5 2.1.2首部枢纽 ...................................................... 5 2.1.3输配水管网 .................................................... 5 2.1.4灌水器的选择 .................................................. 5 2.2参数初定 ........................................................ 6 2.2.1设计技术依据 .................................................. 6 2.2.2设计耗水强度 .................................................. 6 2.2.3设计土壤湿润比P .............................................. 6 2.2.4灌溉设计保证率 ................................................ 6 2.2.5设计灌水均匀系数 .............................................. 6 2.2.6计划湿润层深度Z .............................................. 6 2.1.7土壤田间持水量 ................................................ 7 2.1.8灌溉水利用系数 ................................................ 7 2.1.9系统工作小时数 ................................................ 7 2.1.10灌水器设计允许流量偏差率 ..................................... 7 2.1.11允许水头偏差率hv ............................................ 7 2.1.12水量平衡原理 ................................................. 7 3灌溉制度 .......................................................... 8 3.1灌水定额 ........................................................ 8 3.2灌水周期 ........................................................ 9 3.3一次灌水延续时间 ................................................ 9 4滴灌工作制度 ..................................................... 10 4.1轮灌组数 ....................................................... 10 4.2轮灌组的划分方法 ............................................... 10 4.3各级管道流量计算 ............................................... 11 4.4轮灌组数校核 ................................................... 11 5灌水小区水力设计 ................................................. 12 5.1水力设计的要求与任务 ........................................... 12 5.2允许水头偏差的计算 ............................................. 12

5.3毛管的极限孔数Nm和极限长度 .................................... 13 5.3.1毛管的极限孔数 ............................................... 13 5.3.2毛管的极限长度Lm ............................................ 13 6管网水力计算和支、干管径的确定 ................................... 14 6.1定义及步骤 ..................................................... 14 6.2管材选择 ....................................................... 14 6.3毛管的水力计算 ................................................. 15 6.3.1毛管水头损失的计算 ........................................... 15 6.3.2毛管进口工作压力的计算 ....................................... 15 6.3.3实际分配给支管的水头差 ....................................... 16 6.4支管水力计算 ................................................... 16 6.4.1支管管径的计算 ............................................... 16 6.4.2支管水头损失的计算 ........................................... 16 6.5分干管与干管水力计算 ........................................... 17 6.5.1管径的确定 ................................................... 17 6.5.2干管水头损失计算 ............................................. 18 6.6水泵扬程计算 ................................................... 19 6.6.1确定最不利轮灌组 ............................................. 19 6.6.2系统总扬程计算 ............................................... 19 6.6.3水泵选型 ..................................................... 19 7首部枢纽设计 ..................................................... 20 7.1过滤设备 ....................................................... 20 7.2施肥器 ......................................................... 21 7.3水表 ........................................................... 22 7.4压力表 ......................................................... 22 7.5进排气阀 ....................................................... 22 7.6逆止阀 ......................................................... 22 7.7镇墩 ........................................................... 22 8投资概预算 ....................................................... 23 8.1编制概预算依据 ................................................. 23 8.2编制方法 ....................................................... 23 8.3预算内容 ....................................................... 24 8.4工程资金筹措方式 ............................................... 24 参考文献 .......................................................... 26 致谢 .............................................................. 27

广西红河农场玉米地下滴灌工程设计

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（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）

摘要：滴灌是目前应用前景较为广泛的节水灌溉方式，水分利用效率高达 95%，且对土壤质地和地形要求较低。本工程位于广西来宾县红河农场，主要作物玉米。本设计以玉米为研究对象，根据玉米的生理特性、需水规律、耗水特征、种植模式和灌溉制度等，对整个规划区进行地下滴灌系统的规划布置，包括水力计算、系统选型、输配水管网设计、首部枢纽设计、工程概预算。 关键词：地下滴灌，玉米，水力计算。

Planning and Designing of Drip Systems for the Gorn

xxx

（Major in agricultural water conservancy engineering in the College of engineering

institute of Gansu Agriculture University，Gansu Lanzhou，730070）

Abstract: Drip irrigation is a widely used water-saving irrigation way, and the water use efficiency is 95%, and the soil texture and the terrain demand is lower. The project is located at honghe farm of laibin county in Guangxi.the main crops is corn.This design with corn as the research object, according to the physiological characteristics of corn, water law, water consumption characteristics, planting pattern and irrigation system etc., of the planning area of the layout of underground drip irrigation system, including the hydraulic calculation, system selection, transmission and distribution pipe network design, first hub design, engineering budget,etc.

Keywords: sprinkler irrigation, corn, design specifications

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前言

广西国营红河农场，位于来宾县东部，距来宾县城23公里。地跨蒙村、凤凰、大湾、正龙等乡镇。场部与蒙村乡相连。全场范围分三大片，即龙南片、龙北片和夏到片。龙南片位于蒙村乡的龙南、雷村、尧村、社塘村之间；龙北片位于正乡的良耕村、新村、平垌村、黄豆塘村、白鸽村之间夏至分场片位于大湾乡的独田村、夏至村，凤凰镇的三家村、黄塘村，正龙乡的屯峡村及老虎弄林场之间，与国营维都林场毗邻。

为了达到高产，在蒸发率为6-7.5mm/d的条件下，玉米的季节性作物需水量估计为350至800mm/hm2。当前，玉米的灌溉主要依赖地下水，在这样的形式下，对玉米的田间灌溉采用传统的漫灌方式进行，浪费严重，产量和品质较低，效益不高。实施节水灌溉已经成为玉米种植可持续发展的关键所在。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，是当前实施玉米节水灌溉的一套极为有效的途径，具有广阔的应用前景。

国内外现阶段采用的主要节水灌溉工程措施包括渠道防渗，低压管道输水灌溉，喷微灌技术及各种地面灌溉改进技术。从20世纪80年代至今，有关地下滴灌技术及其应用的研究主要集中在改进灌水器质量、优化系统设计参数、研制过滤器和施肥装置等方面。与此相关的大量研究成果陆续涌现，其中最为醒目的是Mitcnell等人于1982年提出了地下滴灌系统设计、安装和运行管理指南，这意味着地下滴灌技术开始步入成熟阶段。我国自1974年从墨西哥引入滴灌设备至今，地面滴灌技术应用和设备开发已取得长足的进展。但地下滴灌技术的初步应用则始于20世纪80年代初期，主要用于果树作物。近年来，这些技术在山西省运城地区得到大面积应用，取得了一引起研究成果，但由于采用人工扎孔方式制成灌水器，应用中系统供水均匀性较差、出水孔易堵塞等问题没有得到很好解决，影响到地下滴灌系统的正常使用和运行，这给推广高效节水灌溉带来非常大的机遇。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，地下式滴灌是在滴灌技术日益完善的基础上发展起来的一种高效、节水灌溉技术，其工作原理是将毛管埋于地下.通过出水口将水或水肥混合液送到作物根区土壤中，供作物吸收。与地表滴灌相比，它减少了地表无效蒸发，改善了作物根区生长条件，方便田问管理，防止毛管丢失、老化，延长毛管使用寿命。

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1基本资料

1.1当地水文经济概况

来宾县是亚热带季风气候区，北回归线从南缘经过，具有典型的亚热带季风气候特征，全年气候温和、日照充足、雨量充沛，农业气候资源丰富，但旱涝寒害频率也较高。全地区年均日照1325-734h；平均年降水量1225-942mm，四月下旬-八月下旬为雨季，是洪涝多发季节；年平均气温18.1-21.2℃。 1.1.1农业发展状况

来宾市农业自然资源丰富，地处中亚热带过渡的季风气候区。市内水系发达，水资源丰富，红水河、柳江河流经三县一区。有“绿色水库”之称的金秀大瑶山年产水量达23亿立方米。全市拥有水库287座，总库容量6亿多立方米，设计灌溉面积450万亩。

来宾市盛产优质玉米、大米、蚕茧、水果、食用菌、茶叶等，还有闻名遐迩的大瑶山灵香草、纹股兰，大石山区的乳鸽酒、金银花、糯玉米等名特优土特产品。2008年，全市优质谷种植面积158万亩，年产优质谷50多万吨，象州县是全国、垒区的优质粮食生产基地县，被誉为“优质米之乡”，该Alt粮米业公司生产的“鸣象”牌大米获得了农业部无公害农产品认证；糖料蔗种植面积达到250万亩，糖料蔗产量1100万吨，混合糖产量达到130万吨，素有“中国糖都”之美称；建立标准化桑园45万亩，蚕茧产量411万吨，有大型茧丝加工企业8家，茧达80%以上，以杂交柑为主的优质水果面积达48万亩，年产量27万吨次植优质无公害蔬菜70多万亩，品种丰富，质量安全可靠；2008年全市食用菌种植达到茶树菇等十多个品种，形成了多菇并进、周年生产的格局：金秀县的八角产量居全国第一，被誉为“中国八角之乡”。 1.1.2工程概况

该工程位于广西来宾县东，面积为322亩，地势平坦。种植作物为玉米，种植方向为东西向。 1.1.3气象资料

来宾县是亚热带季风气候区，北回归线从南缘经过，具有典型的亚热带季风气候特征，全年气候温和、日照充足、雨量充沛，农业气候资源丰富，但旱涝寒害频率也较高。全地区年均日照1325-734h；平均年降水量1225-942mm，四月下旬-八月下旬为雨季， 是洪涝多发季节；年平均气温18.1-21.4℃。 1.1.4土壤特性

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来宾县有97.1%面积不同程度岩溶化，蚀残余的成土物质少。耕作土嚷土层薄，砾石多，水田25.5含砾石，早地64.9%含砾石：这种土攘理化性质差、水肥涵养能力低、地表径流大、渗透性强、易旱易涝。据北二江坡岭站资料，全县河川径流量，平水年达27.4亿立方米。

1.2玉米生长概况

玉米生长期较短，生长期内要求温暖多雨。玉米耗水量大，如果降水少，灌溉水源不足，就会减产甚至绝收。如果秋季初霜来临太早，玉米在成熟期受冻，也会减产。玉米喜高温，种子发芽的最适温度为25-30℃。拔节期日均18℃以上。从抽穗到开花日均26-27℃。玉米在砂壤、壤土、粘土上均可生长。玉米适宜的土壤pH为5-8，以pH为6.5-7.0最适。耐盐碱能力差，特别是氯离子对玉米为害大。玉米根系发达，适应性也强，它对土壤种类的要求不严格，但是玉米植株高大、根系多，它要从土壤中吸取大量的水分和养分，所以一般我们都要选择地势较平坦，土层深厚，质地疏松，通透性好，肥力中等以上，保水，保肥力较好的地块，才能获得较高的产量。

1.3玉米灌水时期

玉米是一种对水分需求较大的作物，它整个生长周期都需要大量水。除了应用优良品种、优质种薯、合理耕作栽培措施外，水分是限制我国玉米产量能不能大幅度提高的又一个重要原因。因此，了解玉米的需水规律，并及时进行节水灌溉对提高玉米的产量十分重要。 1.3.1底墒水

玉米播种前应灌好底墒水以利于出苗。春玉米冬灌或春灌每公顷900m3，夏玉米播种前灌底墒水750m3，如果为了抢种，可以浇蒙头水。使玉米苗全、齐、壮。实验表明，播种期灌水可使拔节期玉米株高增加17.6cm，叶面积增加88.7cm2，亩增产61kg，是玉米高产的关键水。 1.3.2大喇叭口期灌水

结合施肥进行灌溉，使0-80cm的土壤保持在田间最大持水量的70％-80％。灌水后要进行培土，此期灌水可使气生根大量发生，减少小化退化，使穗粒数增加，浇好此水可增加穗粒数25粒，产量提高15%。 1.3.3抽雄开花期灌水

使土壤水分保持在田间最大持水量的80％，可以增加行间湿度，提高花粉生活力，

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有利于授粉提高结实率，增强光合作用强度，使更多养分向果穗中转移。研究表明，开花期干旱不灌水会大幅度减产。此期玉米需水量最大，玉米萎焉1-2天，可减产20%左右，萎焉6-8天，减产达50%以上。 1.3.4粒期灌水

秋季雨水偏少，应适时灌水，使土壤水分保持在田间持水量的70％～75％，可防止叶片早衰，延长功能期，提高光合强度。此期缺水严重影响千粒重，造成的损失仅次于抽雄开花期，此期灌水增加千粒重18-37g，增产10-25%。

2滴管系统设计

本地下滴灌工程规划系统由水源工程→首部控制枢纽工程→输配水管网（干管→支管）→灌水器四大部分组成。

2.1工程规划布置

2.1.1水源工程

本滴灌系统利用地下滴管灌溉供水，水质符合农田灌溉水质标准，因此选择水质较好，含沙、含碱量低的井水作为水源，以减少对管道、过滤系统的堵塞和腐蚀，保护滴灌系统的正常使用，并对井水的有机物进行处理延长此系统的使用年限。 2.1.2首部枢纽

首部控制枢纽由水泵、施肥罐、过滤装置及各种控制和量测设备组成，如压力调节阀门、流量控制阀门、水表、压力表、空气阀、逆止阀等。其作用是从水源抽水加压施入废料液，经过过滤后按时按量送进管网。动力选电动机（功率与水泵配套），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杂质，采用“旋流水沙分离器+砂过滤器+叠片过滤器”过滤，用压差式施肥罐施肥（安装与砂过滤器与筛网过滤器之间）。

2.1.3输配水管网

管网由主干管、分干管、支管三级管道构成。干管的作用是向地下滴灌系统输送全部灌溉水量，支管在地下滴灌系统中起控制滴灌带长度、划分轮灌区的作用。

2.1.4 灌水器的选择

本灌区土质以沙土为主，玉米的种植模式为一垄两行种植，选用一次性滴管带，内径16mm，滴头间距为0.4m，滴头额定流量为1.2/h。滴头工作压力ha为10米，根据压力-流量关系式q=0.92h0.48，可得相应的额定工作水头为8.5m。

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2.2参数初定

2.2.1设计技术依据

1)《节水灌溉技术规范》SL207-98； 2)《微灌工程技术规范》SL103-95；

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。 2.2.2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2-1选取。数据来源于《微灌工程技术规范》(GB/T 50485－2009)。

表2-1设计耗水强度Ea建议值

作物 果树 葡萄、瓜类

滴灌 3~5 3~6

微喷灌 4~6 4~7

作物 蔬菜 粮棉油

滴灌 4~7 4~6

微喷灌 5~8 5~8

根据以上据确定设计耗水强度为Ea =4mm/d。 2.2.3设计土壤湿润比P

表2-2微灌设计土壤湿润比建议取值范围

作物 果树 葡萄、瓜类

滴灌 25~40 30~50

微喷灌 40~60 40~70

作物 蔬菜 粮、棉、油

滴灌 60~90 60~90

微喷灌 70~100 100

据有关资料和《微灌工程技术规范》中的参考值，确定设计土壤湿润比：玉米60%。 2.2.4灌溉设计保证率

根据《微灌工程技术规范》确定，滴灌工程灌溉设.计保证率为90%。 2.2.5设计灌水均匀系数

根据《微灌工程技术规范》确定，设计灌溉水均匀系数Cu=90%。 2.2.6计划湿润层深度Z

蔬菜取0.2-0.3m；大田作物取0.3-0.6m；果树取0.8-1.2m。

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玉米是须根发达，根系在土壤里成锥形散布，一般地面部分高两米，地下最深八十公分到一米左右，视土壤结构的不同而有所不同。本设计玉米计划湿润层深度定取Z=0.45m。

2.1.7土壤田间持水量

考虑到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24％，适宜土壤含水量上、下限分别为田间持水量的90％和75％。 2.1.8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η=0.95。 2.1.9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。

2.1.10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不大于20％。本滴灌工程取qv=19%。

2.1.11允许水头偏差率hv

灌水器流态指数x=0.5，灌水器设计流量允许偏差率qv=19%。依据灌水器工作水头偏差率与流量偏差率之间的关系时可计算得工作水头偏差率：

?h??υ1?q（υ1?0.151???qv) （2—1）

?11?0.5 ?0.19?（1?0.15??0.19）0.50.5=0.39

2.1.12水量平衡原理

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)：

Qt?10AIa?C （2—2）

式中：A—设计区灌溉面积，hm2；

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Ia—设计供水强度，mm/d；Ia =Ea-P0； Ea—设计耗水强度，取4.0mm/d；

C—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；

n—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1200mm；

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（USDA Soil Conservation Service ）推荐的公式（Smith，1992）计算有效降雨量P0 ，计算公式如下：

P0=Pt(125-0.2 Pt)/125 Pt<250 (2—3) P0=125+0.1Pt Pt≥250mm (2—4) 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=0.67mm/d。

A=Qηη45×0.95×222==28.24hm 即：28.24hm2=28.24×15=423亩 (2—5) 10Ia10×3.33本灌溉工程井水可供的最大灌溉面积为28.24hm2，即423亩。而本工程面积为322

亩，所以该水源满足滴灌系统的要求。

3灌溉制度 3.1灌水定额

根据灌溉排水工程学公式（3—1）计算：

m?0.1（?亩??0）zPγ/η式中：m—为设水定额计灌水定额，mm；

（3—1）

γ—为土壤容重，g/cm3；γ取1.4g/m3；

z—为土壤计划湿润层深度，m；z取0.45m；

?亩、?0—土壤田间持水量和灌前土壤含水量（作物允许的土壤含水量下限取

田间持水量的75%）；均以干土重%计，分别取24%、18%； P—为土壤湿润比，%；P取60%；

η—为灌溉水有效利用率；η取0.95。

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经计算，m =23.68mm。

3.2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(3—2)计算:

mT?（）η （3—2） Eα式中：m—设计灌水定额；

Ea—设计耗水强度, Ea取4mm/d；

η—灌溉水有效利用率, η取0.95。

代入数字可得T=6d。

3.3一次灌水延续时间

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：

t1?mSrSt （3—3） nq式中：t1—一次灌水延续时间，单位h；

n—一株下安装的滴头个数；n=1； Sr—玉米行距，单位m；Sr=1.6m； Sr—玉米株间距，单位m；Sr=0.3m；

q滴—滴头流量，单位L/h；q滴=1.2L/h。 经计算

t1?所以t1取10小时。

23?1.6?0.31.2?1 ?9.6h

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表3 系统设计参数表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

参数名称 土壤湿润比p（%） 滴灌设计保证率（%） 灌溉水利用系数 系统日工作小时数ct/d 流量偏差率qv（%） 允许水头偏差率hv 灌溉定额m（mm） 设计灌水周期T（d） 一次灌水延续时间t 灌水强度Ea(mm/d)

参数值 60 90 0.95 20 19 0.39 23.68 6 10 4

4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。 4.1轮灌组数

滴灌系统工作制度由随机、续灌、轮灌灌溉三种配水方式。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。

本工程的灌水小区呈平行四边形，长180m，宽100m，面积18000m2，合27亩。根据典型区面积（322亩）和灌溉小区面积（27亩），地块划出12个轮灌组。一天安排2个轮灌组，一次灌水时间为10h，灌水周期为6d。 4.2 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。灌水工作表见表4-1。

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表4-1 灌水工作表

工作时期

第一天

轮灌组编号

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

工作支管编号

工作时间 0:00-10:00

10:00-20:00 00:00-10:00

10:00-20:00 00:00-10:00 10:00-20:00 00:00-10:00 10:00-20:00 00:00-10:00 10:00-20:00 00:00-10:00 10:00-20:00

4-1，4-2，4-3，4-4，

3-1，3-2，3-3，3-4 10-1，10-2，10-3，10-4 9-1，9-2，9-3，9-4 5-1，5-2，5-3，5-4 2-1，2-1，2-3，2-4 11-1，11-2，11-3，11-4 8-1，8-2，8-3，8-4 6-1，6-2，6-3，6-4 1-1，1-2，1-3，1-4 12-1，12-2，12-3，12-4 7-1，7-2，7-3，7-4

第二天

第三天

第四天

第五天

10. 11. 12.

第六天

4.3各级管道流量计算

出水孔设计流量为1.2L/h，一对毛管滴头数为212×2=424个，可得一对毛管的流量为1.2×424=508.8L/h。一条支管带INT[200/1.2]个毛管，其流量为：254×166=42164L/h =43m3/h。

根据地块形状，采用毛管铺设长度为85米，毛管采用丰字形布置，整个灌区共有1992条毛管。

4.3.1一条毛管的进口流量

Q毛??q毛 (4—1)

i?in =212×1.2 =254L/h =0.254m3/h 式中：Q毛—毛管进口流量，L/h；

qi—第i个灌水器或出水口的流量，L/h； n—毛管上灌水器的数目。 4.3.2支管流量的确定

支管首端的流量为：

Q支??Q毛i （4—2）

i?1n =42×254（单向）

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=10668L/h =10.6m3/h

式中：Q支—支管首端的流量，L/h； Q毛i—第i个毛管首端的流量，L/h； n—支管上安装毛管的数目。 4.3.3干管各段的流量计算

干管流量需分段计算，轮灌情况下，同一干管段对不同轮灌组供水时，各组流量可能不相同，此时应选择各组流量的最大值作为干管段的设计流量。

表4-2 各级管道流量表

出水孔流量 （L/h） 1.2

毛管进口处流量

（L/h） 254

支管进口处 （m3/h） 10.6

干管(m3/h) 1 43

2 45

4.4 轮灌组数校核

已知T=6d, C=22h, t=10h/组，依据下式可得最大轮灌组数。

Nmax?INT(TC6?22）??13 （4—3） t10

实际轮灌组数N轮灌组?12?Nmax?13，满足设计要求。

5灌水小区水力设计 5.1水力设计的要求与任务

以两条支管控制的灌溉范围为一个灌水小区，灌水小区水力设计需满足灌水均匀度的要求，其流量偏差率需满足规范规定，其压力水头差应在允许范围内，灌水小区水力设计主要任务是确定小区允许水头偏差，根据灌水小区构成，将允许水头偏差进行分配并确定毛管的极限孔数和极限长度，若支管规格已经选定，还需确定支管的合适长度。

5.2 允许水头偏差的计算

灌水小区允许水头偏差[Δh]依据规范按下式计算；

[Δh]=[hv]hd （5—1）

=0.39×8.5 =3.315m

式中：[Δh]—灌水小区允许水头偏差，m；

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[hv]—允许水头偏差率，0.39； hd—灌水器设计水头，8.5m。

将小区允许水头偏差在毛管和支管间进行分配，取β1=0.45，β2=0.55

[Δh1]=0.45×[Δh]=045×3.315=1.49m （5—2） [Δh2]=0.55×[Δh]=0.55×3.315=1.82m （5—3）

式中：[Δh1]—支管允许水头偏差； [Δh2]—毛管允许水头偏差；

β1—允许水头偏差分配给支管的比例； β2—允许水头偏差分配给毛管的比例。

5.3毛管的极限孔数Nm和极限长度

5.3.1毛管的极限孔数

4.75 N=INT (5.446m?Δh1?d0.364ksqd1.75) =INT(5.446?1.82?164.75 1.1?0.4?1.21.75)0.364

=334个

式中：Nm—毛管的极限孔数；

[Δh1]—毛管允许水头偏差，取1.82m； d—毛管内径，d=16mm；

k—毛管水头损失扩大系数，k=1.1； S—滴头间距，S=0.4m；

qd—滴头额定流量，1.2L/h；

INT（）—取整符号。 5.3.2毛管的极限长度Lm

Lm=S(Nm－1)＋S0 =0.4×(334－1)＋0.15 =133.4m

式中：Lm—毛管的极限长度，m； Nm—毛管的极限孔数，取334个；

S—滴头间距，取0.4m；

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5—4）5—5） （

（

S0—毛管进口至首孔的距离，取0.15m。

6管网水力计算和支、干管径的确定 6.1定义及步骤

管网水力计算是在管网布置和各级管道流量已经确定的前提和满足的约束条件下，根据拟定的管径、流量、长度、管道长度和管件等计算水头损失。确定首端工作压力，再根据机井动水位埋深、进出水泵管道水头损失等，计算水泵设计扬程，从而选择适宜机泵，管网水力计算一般按以下步骤进行：

①确定管网水力计算的控制点 管网水力计算的控制点是指管网运行时所需最大扬程的出流点，即最不利灌水点，一般应选取离管网首端较远且地面高程较高的地点； ②确定管网水力计算的线路对于不同的轮灌组，计算的线路长度和走向不同，应确定各轮灌组的水力计算线路。通过计算比较，加以确定。本设计采用支管2线路进行计算； ③确定管段流量管段流量计算方法是将给水栓作为节点，根据各节点流量计各个管段流量，自控制点沿线路向上逐级推算各管段设计流量； ④各管段管径及水头损失计算：

a毛管水头损失计算。允许水头变化在10~40m范围内，仍可满足均匀度80%的要求； b支管水头损失计算。实际管道往往有许多管段组成，在各管段之间还有各种形式的管件连接等，水流在流动过程中，流向或过水断面发生变化，从而引起能量的转化并伴随着有能量的损失，由此产生了局部水头损失。局部水头损失一般以流速水头损失系数来表示。管道的总局部水头损失等于管道上各局部水头损失之和。

6.2 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

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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，选择用聚乙烯塑料管。

6.3毛管的水力计算

6.3.1毛管水头损失的计算

m?1kfsqs0 （6—1） (N?0.48)med h毛=[?N(1?)]dbm?1sem1.1?0.505?1.21.75(212?0.48)1.75?10.151.75[?212(1?)] =

164.751.75?10.4 =0.50m

式中；h毛—毛管的水头损失，m；

Se—灌水器间距，0.4m；

S0—毛管进口到第一个滴头的距离，0.15m； N—为毛管上灌水器或出水口的数目，212个； d—毛管内径，16mm； k—水头损失扩大系数，k=1.1； qd—滴头额定流量，1.2L/h； f—摩阻系数，0.505； m—流量指数，1.75；

b—管径指数，4.75。 6.3.2毛管进口工作压力的计算

H0=hd?R?kfseqd1.75(N?0.52)2.75kfs0(Nqd)1.75 （6—2）

?4.752.75dd4.752.751.751.1?0.505?1.21.75?（212-0.52）1.1?0.505?（212?1.2）? =8.5?0.733?

2.75?164.75164.75 =9.15m

式中：H0—毛管进口工作水头，m；

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Se—灌水器间距，0.4m；

S0—毛管进口到第一个滴头的距离，0.15m； N—为毛管上灌水器或出水口的数目，212个； d—毛管内径，16mm； k—水头损失扩大系数，1.1；

q—滴头额定流量，1.2L/h； f—摩阻系数，0.505；

m—流量指，1.75；

b—管径指数，4.75； R—平均磨损比。 6.3.3实际分配给支管的水头差

ΔH支实际＝Δh－h毛=3.335－0.5＝0.285m ( 6—3)

6.4支管水力计算

6.4.1支管管径的计算

管道管径的确定方法选择经济流速法。塑料管材的经济流速一般取v=1.2～1.8m/s，据此可依据下式计算确定支管管径。

d=(4Q支?v)0.5 （6—4） =(4?453.14?1.5)0.5 =58.21mm

目前，市场上PE支管规格主要有de50、de63、de75、de90，本系统支管流量较大，选用de63PE，管壁为1.2mm，内径为60.6mm。选支管管径d为63mm。 6.4.2支管水头损失的计算

h支=

kfQ支dbL （6—5）

1.751.1?0.505?（254?166/1000） =×195

4.7560.6 =1.21m

式中：h支—支管水头损失，m； Q支—支管流量，L/h； L—支管管长，195m；

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d—支管管径，60.6mm； k—水头损失扩大系数，k=1.1； f—摩阻系数，0.505； b—管径系数，4.75； m—流量指数，1.75。

满足设计要求，故支管进口水头为：

h支进口?H0?h支?ΔZ?9.15?1.21?0?10.36m

(6—6)

6.5分干管与干管水力计算

6.5.1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：

D?13Q (6—7)

其中，D—管道管径，mm； Q—管道流量，m3/h。

以第一轮灌组为最不利轮灌组确定干管直径，其分管管长度为167m，主干管长度为302m，由于采用一个轮灌组控制一个灌水小区，因此此分干管流量与主干管流量相同。

Q分干=Q干=45m3/h (6—8)

利用经济流速初选干管管径

D?13Q?13?45?87.21mm

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