滴灌典型设计实例Word下载.docx
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图2-1滴灌系统组成结构图
2.1水源工程
滴灌系统的水源可以是机井、泉水、库水、江河、湖泊、池塘等，但水质必须符合灌溉水质的要求。
其水源工程一般指为取水而修建的拦水、引水、蓄水、提水和沉淀工程以及相应的动力、输配电工程等。
2.2首部枢纽
滴灌系统的首部枢纽包括动力机、水泵、施肥（药）装置、过滤设施和安全保护及量测控制设备。
其作用是从水源取水加压并注入肥料（农药）经过滤后，按时、按量输送进管网，担负着整个系统的驱动、量测和调控任务，是全系统的水、肥、压力、安全等的控制调配中心。
常用的动力机主要有电动机、柴油机、拖拉机以及其它一些动力输出设备，但首选电动机。
动力机在滴灌系统中起着重要作用，是整个滴灌系统的能量来源。
滴灌常用的水泵主要有潜水泵、离心泵等，如果水源的自然水头（由高位水池、压力水管提供）满足滴灌系统流量和压力要求，则可省去水泵及相应的动力，采用自压。
施肥（药）装置包括施肥（药）罐、文丘里施肥器、注射泵施肥装置、施肥箱等，其作用是将适于根施且速溶于水的肥料、农药、除草剂、化控药品等在施肥（药）装置中充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部。
过滤设备是用来对滴灌用水进行过滤，提供合格的水质，防止各种污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。
过滤设备有拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等。
当水源为河流和水库水质时，需建沉淀池。
各种过滤设备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。
量测、控制和保护设施是为了保证滴灌系统的正常安全运行而在系统首部枢纽中设置，如压力与流量量测仪表（如水表、压力表等）、各种控制与保护的阀门（如闸阀、逆止阀、安全阀、进排气阀等）和调节装置，其中有些设备还需用到管网系统中。
安全保护装置用来保证系统在规定压力范围内安全工作，消除管路中的气阻和真空等。
滴灌系统首部结构示意见下图。
2.3输配水管网
输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的有压水流按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，沿水流方向依次为干管、支管（辅管）、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。
管网包括干管、支管（辅管）、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。
毛管是滴灌系统中最末一级管道，直接为灌水器提供水量。
支管是向毛管供水的管道，在这一环节中，有时仅布设支管，有时增设多条与支管平行的辅助支管（简称辅管），每条辅管上布置多条（对）毛管。
此时，支管通过辅管向毛管供水，对轮灌运行、提高灌水均匀度起到很好的作用。
干管是将首部枢纽与各支管连接起来的管道，起输水作用。
由于滴灌系统的大小及管网布置不同，组成管网的级数也有所不同。
2.4滴灌带
滴灌带是滴灌系统中最关键的部件，是直接向作物施水肥的设备。
其作用是利用滴头的微小流道或孔眼消能减压，使水流变为水滴均匀地滴入作物根区土壤中。
常见的滴灌带有单翼迷宫式、内镶贴片式、压力补偿式等。
滴灌带选型应考虑以下因素：
（1）作物种类和种植模式：
不同作物需水不同，不同种植模式要求不同。
如条播植物，要求带状湿润土壤，湿润比大。
作物不同株行距，对滴头流量、间距要求也不同。
（2）土壤性质：
对于粘性土适宜选用流量小的滴头，对于重壤和中壤土，滴头流量不大于3L/h；
对于砂土宜选用流量大的滴头，以扩大浸润面积，减少渗漏损失。
（3）工作压力及范围：
滴头都有其适宜的工作压力和范围，根据系统需要，因地制宜地选用工作压力。
（4）流量压力关系：
一般选用流态指数小的灌水器对提高均匀度有利，但有时流态指数小的灌水器流道尺寸也小，或流道尺寸长，抗堵性能差，应综合考虑。
（5）灌水器价格：
滴灌中，滴管带用量较大，要选用性价比高的滴管带，杜绝选用价格低、质量差的滴管带。
2.5控制及保护装置
滴灌系统控制设施一般包括各种阀门，如闸阀、球阀、蝶阀、流量与压力调节装置等，其作用是控制和调节滴灌系统的流量和压力。
一般有压力表、水表等。
保护设施用来保证系统在规定压力范围内工作，消除管路中的气阻和真空等，一般有进（排）气阀、安全阀、逆止阀、泄水阀、空气阀等。
滴灌常用阀门作用与安装位置表
阀门名称
作用
安装位置
闸阀或蝶阀
控制、调节
在首部枢纽中水泵出口或跟干管进口处
球阀
过滤器的冲洗口与排污口、施肥罐的进出水口、支管进口处
进排气阀
可以进气、排气，防止气阻或负压
安装在系统最高处
逆止阀
防止倒流
水泵出口处
安全阀
消除水锤压力
安装于输水干管上
3膜下滴灌工程设计参数
（1）灌溉设计保证率。
随着降雨量及分配的变化，各年灌溉水量不同，根据历年降雨资料，用频率计算方法进行统计分析，确定不同程度的干旱年份作为设计的依据。
滴灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不低于85%。
（2）灌溉水利用系数。
指灌到田间可被作物利用的水量与水源处引进的总水量的比值，要求应不低于0.9。
（3）系统日工作小时数。
根据工程运行经验，机井供水不宜超过22小时/每天；
地表水或需要实行连续供水的，也不宜超过22小时/每天，剩余时间为停机故障和系统检修时间。
（4）流量偏差率。
同一灌水小区内灌水器的最大、最小流量之差与设计流量的比值，是目前滴灌工程设计中反映设计灌水均匀度的指标，用qv表示。
4系统设计工作制度
滴灌系统通常有续灌、轮灌、随机供水灌溉三种配水方式。
在确定系统工作制度时，应考虑种植作物、水源条件、经济状况、农户承包及管理方式等，合理确定。
全系统续灌时，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，设备利用率低，所以全系统续灌多用于较小的滴灌系统。
较大的滴灌系统，其灌水方式往往是已同时开启的数条（对）毛管为一个基本灌水单元，也即灌水小区，运行时它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，一般是上一级管道向下一级管道配水时，下一级管道轮流受水，这是目前大田滴灌系统中普遍采用的一种轮灌工作制度。
随机供水灌溉适合于一个系统包含多个承包农户、种植多种作物的形式。
对于采用轮灌方式配水的滴灌系统，目前应用较多的轮灌方式有以下两种：
（1）辅管轮灌方式。
每条支管上布置有若干条辅管，以一条辅管控制的灌溉范围为基本灌水单元。
系统运行时，每次开启该轮灌组内的每条支管上的一条或多条辅管，该辅管上的毛管同时灌水。
这样系统流量分散，操作灵活。
（2）支管轮灌方式。
支管上不设辅管，以一条支管控制的灌溉范围为基本灌水单元，一条或多条支管构成一个轮灌组。
每个轮灌组运行时，该轮灌组内的支管上所有毛管全部开启。
一个轮灌组灌水完成后开启下一个轮灌组内的支管，关闭前一个轮灌组内的支管。
此种轮灌方式水量相对集中，管理方便。
轮灌组的划分对系统投资影响较大，同一轮灌组内的地块集中连片，运行管理方便，但流量集中、管路投资较高；
若地块过于分散，管路投资可减小，但又导致管理不便。
轮灌组划分应注意以下事项：
（1）各轮灌组面积和流量相近。
（2）重视土地承包与管理方式，方便农户操作和管理。
（3）轮灌组中各灌水小区相对集中，按一定的顺序编组。
（4）同一轮灌组中的种植作物相同。
滴灌典型设计实例（供参考）
1项目区概况
（1）地理位置
该典型区位于**乡**村，总面积3000亩，距离市区45km，交通便利。
东：
41°
52'
29.40"
，120°
26'
39.93"
南：
11.56"
2.84"
西：
29.85"
25'
46.82"
北41°
38.19"
14.36"
，项目区所在地海拔381.5m。
（2）气候
该区域属暖温带半湿润的大陆性季风气候，多年平均降雨量为474.7mm，多年平均气温为8.7℃，最大冻土层深度为1.3m。
（3）水文地质
境内地下水主要受气候和水文地质条件影响，水位埋深深浅不一，一般河流各地段水位埋深2-6m，坡地8-10m，山地10-30m不等，地下水质较好，一般为重碳酸钙钠水和重碳酸钙镁水，矿化度在0.5mg/l左右，PH值在6.5-7之间。
项目区内机井出水量在30-60m3/h之间，水源动水位在20m。
（4）地形和土壤
项目区属于低山丘陵区，地型东北高，西南低，典型区位于河谷地带地势比较平坦。
项目区内土壤类型可分为褐土、棕壤、草甸土3大类11个亚类，褐土是境内的主要地带性土壤，分布较广，占境内总土壤面积的85%，棕壤土分布面积较少占8%，草甸土壤占7%。
该项目区土壤性质以棕壤土和褐土为主，土壤腐殖质较厚，土壤通透性好，土层厚度在55-150cm之间，土壤PH值为7.1-8.2。
土壤田间最大持水率28%，土壤干密度为1.45g/cm
3-1.52g/cm3。
（5）社会经济状况
**乡现有人口17557人，2010年人均收入7515元，粮食作物以玉米为主，种植结构比较单一。
项目区灌溉主要模式为大水漫灌，费时、费水、费工、费用高。
项目区大部分地区处于雨养农业状态。
（6）节水灌溉现状
项目区共22个乡镇，灌溉面积32.3万亩，有效灌溉面积26.36万亩，其中地下水有效灌溉面积22.9万亩，主要是井灌区管灌。
地表水有效灌溉面积3.406万亩，主要靠方塘蓄水和自流引潜灌渠灌溉。
（7）种植模式与种植结构
区域内以种植玉米为主，种植模式为密植大垄双行，垄距为1.2m，宽行距0.8m，窄行距0.4m，株距为0.3m，亩均种植4500株。
2工程设计
（1）设计依据
《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-1999）
《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）
《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）；
《机井技术规范》（GB/T50625-2010）
《农田灌溉水质标准》（GB5084-92）
（2）设计参数确定
按照典型地块的规划布置方式进行设计，根据**市多年实践经验和现行规范，确定如下设计参数。
玉米膜下滴灌工程设计参数表
序号
项目名称
单位
数量
1
土壤结构
壤土
2
设计日耗水量Ea
mm/d
6
3
土壤湿润层深度Z
m
0.4
4
灌溉水有效利用系数
%
90
5
土壤设计湿润比P
60
适宜的土壤含水率上限
7
适宜的土壤含水率下限
70
8
滴头选型
内镶贴片式
9
设计工作水头
10
设计滴头流量
L/h
1.38
11
滴头间距
0.3
12
田间持水率
26
（3）灌溉方式选择
根据项目区水源、地形、当地实际运行方式，灌溉方式选择膜下滴灌系统。
典型设计地块面积190亩，根据水源地质条件，在旧井附近新打水源井一眼，配电等附属设施仍延续使用，在P=85%时，井出水量40m3/h，水源井设计新建井房一座，其内布置过滤器、水泵、开关启动柜、逆止阀等首部工程。
其布置顺序为逆止阀—闸阀—离心过滤器—施肥灌—网式过滤器—压力表—水表—闸阀，首部工程见下图：
（4）项目区内水源条件分析
在p=85%时，单井出水量40m3/h，井深60m，水质符合微灌规范要求，适宜发展膜下滴灌。
单井控制灌溉面积计算
式中：
A—灌溉面积hm2；
QS—水源可供流量40m3/h；
Ia—计供水强度，mm/d；
td—每天开机时间取22h/d；
Ea—设计日耗水强度（6mm/d）；
因无淋洗要求，取Ia=Ea＝6mm/d；
—灌溉水利用系数，取0.9；
无淋洗要求：
Ia=Ea
A=0.9×
40×
22/（10×
6）=13.2hm2=198（亩）。
该井可控制灌溉面积198亩。
（5）管网总体布置
项目区典型地块设计总面积约为190亩，长约427m，宽约300m。
规划区内计划布置13个轮灌组。
区内种植作物为玉米，采用地膜覆盖栽培，株距0.3m，行距为1.2m。
管网布置方式是水源井-干管-分干管-支管-滴灌带，从水源井向地块内新铺设干管φ110（0.63MPaPVC管）长度450m，分干管φ110（0.63MPaPVC管）150m，布置φ75（0.6MPaPVC管）支管34m，布置形式为“丰字”形，分干管间距68m，支管间距150m，支管垂直于作物种植垄向，毛管平行作物垄向，双向布置，毛管间距为1.2m，毛管上的滴头间距为0.3m，膜下滴灌流量1.38L/h。
膜下滴灌带采用内镶贴片式，由生产厂家提供铺设长度为80-100m，最长可铺设120m。
见下图：
（6）灌溉制度的拟定
①最大净灌水定额
式中，mmax——最大净灌水定额，mm；
r——土壤容重，1.45g/cm3；
Z——土壤计划湿润层深度，40cm；
P——设计土壤湿润比，60%；
θmax、θmin——适宜土壤含水率的上下限；
由此可得，mmax=0.001×
1.45×
60×
（0.9×
26－0.7×
26）=18.1mm=27.15m3/亩。
②灌水周期
项目区在5月上旬为需水高峰期，在p=85%时，耗水强度为Ed=6mm/d，灌水周期可按下式计算：
Tmax——最大灌水周期，d；
mmax—最大净灌水定额18.1mm
Ia---设计供水强度6mm/d
由此可得，Tmax=3.02d，由T≤Tmax得：
设计灌水周期为T＝3d。
③设计灌水定额：
设计净灌水定额：
md=T·
Ia=3×
6=18mm
设计毛灌水定额：
m′
=18/0.9=20mm
④一次灌水延续时间
一次灌水延续时间由下式计算：
m—设计灌水定额，mm；
t—一次灌水延续时间，h；
Se—灌水器间距，m；
SL—毛管间距，m；
—灌溉水利用系数；
qd—灌水器流量，1.38L/h；
最大轮灌组数应满足：
N≤CT/t
经计算得：
N≤13
系统轮灌制度及运行方案：
本工程设计划分13个轮灌组，系统每天运行22h，每次运行1个轮灌组（2个典型地块），一次灌水延续时间为5.22h，一个轮灌组灌水结束后，先开启下一个轮灌组，再关闭上一个轮灌组，严禁先关后开，为了防止水锤闸阀要缓慢开启和关闭。
典型设计轮灌顺序见表2。
表2典型设计轮灌顺序表
天数
轮灌编号
支管号
同时工作毛管数（根）
一次灌水延续时间（h）
累计时间（h）
支管流量（L/h）
第1天
第一组
12、13
58
5.22
19550
第二组
11、14
10.44
第三组
10、15
15.66
第四组
9、16
20.88
第五组
8、17
1.12
22
第2天
4.10
4.1
第六组
7、18
9.32
第七组
6、19
14.54
第八组
5、20
19.76
第九组
4、21
2.24
第3天
2.98
第十组
3、22
8.2
第十一组
2、23
13.42
第十二组
1、24
18.64
第十三组
25
2.61
21.25
根据灌水周期和一次灌水时间，将典型单井控制面积划分为25个地块，13个轮灌组，每个地块的面积平均为7.6亩。
（7）输水管网设计
A、毛管流量计算
毛管长度按实践经验取60-100m之间，根据地块面积和形状，取75m。
滴头设计流量qd=1.38L/h，滴头的个数n=L/se=75/0.3=250个；
所以Q毛=nqd=250×
1.38=345L/h=0.345（m3/h）
B、支管流量计算
每条毛管间距为1.2m，支管长度为34m，即一条支管有29条毛管（双向供水）同时工作。
支管流量是支管上各毛管流量的总和，即：
Q支=n毛×
Q毛=34/1.2×
500×
1.38=19550（L/h）=19.55（m3/h）
C、分干管流量计算
每个典型区内由一条支管控制即分干管流量=支管流量，所以：
Q分干=Q支=19.55（m3/h）。
分干管流量20（m3/h）满足要求。
D、干管流量计算
Q干=2Q分干=2×
19.55（L/h）=39.1（m3/h）
各级管道流量统计表单位：
m3/h
管道
干管
分干管
支管
毛管
流量
39.1
19.55
0.345
E、毛管水利计算
Ⅰ.灌水单元内设计水头偏差
按规范要求，微灌系统灌水小区灌水器设计允许流量偏差率qv≤20%，本次设计取qv=20%,则灌水器工作水头偏差率与流量偏差率按下式计算：
x-灌水器流态指数，厂家提供数据0.45。
hv=0.2/0.45{1+0.15[（1-0.45）/0.45]×
0.2}=0.461
在灌水小区内灌水器设计允许的水头差在支、毛管间按50%分配。
滴头设计工作压力为10m，则：
允许工作水头偏差为：
△h=10×
0.46＝4.6m。
△h毛=0.5△h
△h支=0.5△h
计算得：
毛管允许的水头差为：
2.3m。
支管允许的水头差为：
Ⅱ.根据具体施工经验，毛管长度正常情况取100-60m，本次设计取75m符合要求。
F、管材管径选择
a、毛管管径的选择
根据产品选择，毛管采用内镶贴片式膜下滴灌带，型号为φ16×
0.18×
300—1.38L/h，最大工作压力0.2MPa，设计工作压力0.1MPa。
b、支管、干管管径的选择
一般情况下，可根据管道经济流速来确定支管管径，
D—管道直径，mm；
Q—管道流量m3/h；
—经济流速，m/s，取1.5。
由此可得：
干管管径选择
分干管管径选择
支管管径选择
根据以上计算结果和实际经验，干管、分干管选择PVCΦ110|、PVCΦ75塑料管材，支管管选取PVCΦ75塑料管材。
C、毛管允许的最大铺设长度
k—水头损失扩大系数，1.1~1.2之间；
s—灌水器间距，取0.3m；
q—管道流量，1.38L/h;
d—毛管内径，15.6mm；
S0—进口至首孔间距，0.3m；
=
=265
=0.3×
264+0.3=79.5m
所选管道为75m＜79.5m，长度合适。
G、管网水头损失计算
沿程水头损失计算
式中；
hf—沿程水头损失，m；
f—摩阻系数，取0.464；
L—管道长度，m；
Qg—管道流量，L/h；
m—流量指数，取1.77；
b—管径指数，取4.77;
d—管径，mm；
局部水头损失计算按沿程水头损失的10%计算。
a、干管水头损失计算
局部损失0.10hf=0.10×
8.1=0.81m
干管总水头损失=8.1+0.81=8.91m
b、分干管水头损失计算
2.23=0.22m
干管总水头损失=2.23+0.22=2.46m
c、毛管、支管水头损失计算：
ｈｆ—等距多孔管沿程水头损失，ｍ;
Ｓν－分流孔间距，0.3ｍ；
Ｓｏ―多孔管进口至首孔的间距，0.15ｍ；
Ｎ－分流孔总数；
ｑｄ－单孔设计流量，Ｌ/ｈ;
f、m、b分别为0.505、1.75、4.75
则：
毛管沿程水头损失为：
Hf毛=0.505×
0.3×
1.381.75／15.64.75[（250+0.48）1.75+1/（1.75+1）-2501.75（1-0.15/0.3）]
=0.81ｍ
局部损失取沿程损失的10％，则ｈｆ局＝0.81×
0.10＝0.08ｍ
总损失为：
0.81＋0.08＝0.89ｍ
支管沿程水头损失为：
1.2×
3451.75／70.75[（29+0.48）1.75+1/（1.75+1）-291.75（1-0.15/0.3）]
=0.1ｍ
局部损失取沿程损失的10％，则ｈｆ局＝0.1×
0.10＝0.01ｍ
0.1＋0.01＝0.11ｍ
灌水小
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