喷灌系统设计.docx
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喷灌系统设计
喷灌系统
3.1.1喷灌系统选型
由于贵州省受地形条件和产业种植的限制，大多数地方皆采用固定式喷灌系统。
固定式管道喷灌系统适用于地形起伏较大、灌水频繁、劳动力缺乏的地方，灌溉对象为经济作物及园林、果树、花卉和绿地。
3.1.2喷灌系统设计步骤
3.1.2.1基本情况调查
灌区水源（m3或m3/s或m3s-1/万亩）、灌区面积（亩）、土壤类别（砂土、砂壤土、壤土、壤粘土、粘土）、风速及风向（m/s，°）、作物（蔬菜及花卉、粮食作物、经济作物及果蔬、牧草、饲料作物、草坪、绿化林木）、地形坡度（°）。
3.1.2.2灌水定额及灌水周期拟定
参数确定：
土壤容重γ（g/cm3）：
查下表-1确定
表-1土壤容重及田间持水量
土壤质地
容重（g/cm3）
田间持水量
重量%
体积%
砂土
～
16～20
26～32
砂壤土
～
22～30
32～40
壤土
～
22～28
30～35
壤粘土
～
28～32
40～45
粘土
～
30～35
40～50
计划湿润深度h（cm）：
查表-12确定
土壤田间持水量：
查表-1确定
土壤适宜含水量上限β1'（85%）：
土壤田间持水量×85%
土壤适宜含水量上限β2'（65%）：
土壤田间持水量×65%
最大灌水定额确定（mm）：
ms=γh（β1'-β2'）
灌水定额（mm）m≤ms
日耗水强度ETd（mm）：
查表-2确定
表-2不同作物生育盛期平均日需水量和最大日需水量
作物种类
作物名称
生育阶段
测定年份
平均日需水量（mm）
最大日需水量（mm）
需水量
平均值
需水量
平均值
C4作物
玉米
抽雄期
1982
谷子
灌浆期
1965
C3作物
小麦
灌浆期
1982
大豆
开花期
1964
棉花
结铃期
1983
设计灌水周期确定T（d）：
T=m/ETd
3.1.2.3灌溉分区及管道布置
依据灌区形状及长宽，合理布置干管、分干管、支管。
布置规则为下：
A、灌溉分区形状尽量规整、面积尽量相等。
B、分干管尽量垂直等高线布置
C、支管尽量沿高线布置
D、支管两端喷头距地块边缘或支管入口的距离为喷头间距的一半。
3.1.2.4喷头的选择及组合间距的确定
依据作物的种植间距，拟定喷头的型号。
依据拟选喷头的射程
R（m），计算支管的组合间距。
喷头参数：
生产商提供
型号
喷嘴直径d（mm）
工作压力hp（kPa）
喷头流量qd（m3/h）
喷头射程R（m）
喷头强度ρs（mm/h）
PY120
7
300
a）检测喷头是否达标
1）允许喷灌强度
土壤类别：
现场调查
坡度：
图上量取
土壤允许喷灌强度ρ1，查下表-3确定
表-3各类土壤的允许喷灌强度（mm/h）
土壤类别
允许喷灌强度
砂土
20
砂壤土
15
壤土
12
壤粘土
10
粘土
8
坡度允许喷灌强度降低值ρ2%，查下表-4确定
表-4坡地允许喷灌强度降低值
地面坡度（%）
允许喷灌强度降低（%）
5～8
20
9～12
40
13～20
60
>20
75
允许喷灌强度ρ=ρ1（1—ρ2%）
2）喷头的最大喷灌强度
设计风速v（m/s）：
现场调查
风向：
现场调查风向与支管之间的夹角β1（°），风向与支管之间的夹角β2（°）。
A、初定射程比Ka、Kb的确定
根据风速，初定射程比Ka、Kb，查下表-5、6可知：
表-5支管垂直风向布置时间的间距射程比
风速v（m/s）
Ka
Kb
Ka,Kb
～
1
～
～
～
～
～
～
～
～
～
注：
在每一档风速中可按内插法取值
表-6不同β值时间距射程比取值方法
β
Ka、Kb取值方法
β＜15°
按支管平行主风向不等距布置选值
15°≤β＜30°
按支管平行主风向不等距布置选值，后将Ka减去，Kb加上
30°≤β≤60°
按等间距布置选值
60°＜β≤75°
按支管垂直主风向不等距布置选值，后将Kb减去，Ka加上
β≥75°
按支管平行主风向不等距布置选值
注：
β表示支管与主风向的夹角
B、确定实地组合间距a（m），b（m）
理论组合间距a理=Ka*R，b=Kb*R
a≤a理,b≤b理
C、喷头间距系数Cp的确定
依据喷头的运行状况，选择相应的计算公式，计算Cp，
表-7不同运行情况下的Cp值
运行状况
Cp
单喷头全圆喷洒
1
当喷头扇形喷洒（扇形中心角α）
360/α
单支管多喷头同时全圆喷洒
∏×∏/90×arccos（a/2R）+a/R×power（（1-（a/2r）2）,1/2）
多支管多喷头同时全圆喷洒
∏R2/ab
注：
R为喷头射程，a为喷头在支管上的间距，b为支管间距
初定风系数Kw
根据下表-8公式，计算风系数，以最不利风方向α，作为最终分系数值，采用内插法确定。
附表-8不同运行情况下的Kw值
运行情况
Kw
单喷头全圆喷洒
单支管多喷头同时全圆喷洒
支管垂直风向
支管平行风向
计算平行风向风系数Kw0（0°）
计算垂直风向风系数Kw90（90°）
Kwα=Kw90-（Kw90-Kw0）/（90/α）
最大喷灌强度ρsmzx（mm/h）=允许喷灌强度ρ（mm/h）/（初定风系数Kw×间距系数Cp）
若ρsmzx≤ρ，则喷头可选。
B、作物雾化指标：
作物类型：
现场调查
雾化指标w：
查下表-9确定
表-9雾化指标
种类
hp/d值
蔬菜及花卉
4000～5000
粮食作物、经济作物及果蔬
3000～4000
牧草、饲料作物、草坪、绿化林木
2000～3000
喷头的雾化值w1=100×hp/d
若w1≥w，则喷头可取。
C、检测喷头射程比Ka、Kb是否超出选定射程比
设计射程比ka1=a/R；kb1=b/R
若ka1≤ka，且kb1≤kb，则间距或喷头可取。
3.1.2.5喷头工作制度的确定
1、喷头工作点及支管的布置
依据灌区分区宽度B，确定支管长度L支管，依据支管间距b、及分区长度L，确定分区支管数量N支管；依据喷头间距a计算支管喷头数量：
N喷头=L支管/a。
2、一个工作位置的灌水时间t（h）
参数：
喷头布置间距a（m）：
已计算
支管布置间距b（m）：
已计算
设计灌水定额m（mm）：
已计算
喷头设计流量qp（m3/h）：
根据选定喷头参数确定
田间喷洒水利用系数ηp（%）：
根据风速v确定，当v＜s时，ηp=～；当s≤v≤s时，ηp=～.
t=abm/（1000*qp×ηp）
3、一天灌区工作位置数nd
参数：
设计日灌水时间td（天）：
依据当地作业时间确定；
一个工作位置的灌水时间t（h）；已计算
nd=td/t
4、每次同时进行的支管数np（条）
参数：
一天灌区工作位置数nd：
已计算
设计灌水周期T（d）：
已计算
支管数量：
N支管：
已计算
np=N支管/（ndT）
3.1.2.6轮灌顺序的确定和管道流量计算
1、轮灌顺序确定原则：
1）各轮灌组喷头数量尽量相等
2）将流量分散到各配水管道
3）灌区灌溉要均匀
2、管道设计流量计算
1）支管流量Q支管计算
参数：
喷头流量qp（m3/h）：
查喷头参数
支管喷头数量N：
支管孔口数量
Q支管=qp*N
2）分干管流量Q分干管计算
Q分干管=∑Q支管
∑Q支管：
同一轮灌组分干管管辖下支管流量的总和
3）主干管流量Q主干管计算
Q主干管=∑Q分干管
3.1.2.7供水能力计算
参数：
水源供水量Q供给（m3s-1/万亩）：
资料收集及现场调查
灌区面积A（亩）：
图上量取
灌区供水能力为：
Q=A/10000×1×3600
管道系统总流量Q总=Q主干管
若Q总≤Q，则满足供水需求；若Q总≥Q，则不满足供水需求，若Q总只是大于Q很少，则通过选择其他可以满足灌溉的喷头进行系统优化：
若Q总比Q大很多，则考虑减少灌区面积。
3.1.2.8管道设计
1、支管设计
1）管材：
一般采用硬塑料管（UPVC）
1）最小管径计算
参数：
摩阻系数f：
查下表-10
流量指数m：
查下表-10
管径指数b：
查下表-10
孔口数N孔口（个）：
N喷头-1
喷头间距a：
已计算
首孔距s:
设计量取
首孔距离与喷头间距比X=a/s
多口系数F：
F=（N（1/（m+1）+1/（2N）+（m-1）（6N2））+X-1）/（N+X-1）
首尾喷头最大高程差Δz（m）：
图上量取
工作压力hp（kPa）：
喷头型号参数
喷头流量qd（m3/h）：
喷头型号参数
支管管径D（mm）≥（F*f*a*N孔口*（qd*N孔口）m/（hp/10-Δz）））（1/b）
查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。
表-9f、m、b数值表
管材
f
m
b
混凝土管、钢盘混凝土管[n=]
1312000
混凝土管、钢盘混凝土管[n=]
1516000
混凝土管、钢盘混凝土管[n=]
1749000
旧钢管、旧铸铁管
625000
石棉水泥管
1455000
硬塑料管
94800
吕管、铝合金管
86100
2、分干管设计
参数：
Q分干管：
已计算
当Q分干管≤120m3/s时，D=13*（Q分干管）1/2
当Q分干管＞120m3/s时，D=*（Q分干管）1/2
查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。
3、主干管设计
水泵出的输水管：
泵站设计部分
与分干管相接的部分由以下公式计算
Q主干管：
已计算
当Q主干管≤120m3/s时，D=13*（Q分干管）1/2
当Q主干管＞120m3/s时，D=*（Q分干管）1/2
查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。
4、管网水力计算
（1）支管入口最大压力水头H支（m）=H支末+Δz+（L竖）+H竖管+H支管+hf软管
1）支管末端喷头工作水头H支末（m）=90%×（hp/10）
2）末端喷头入口与支管入口高程差Δz（m）：
图上量取
3）竖管水头损失H竖管（m）=hf（m）+fj（m）
摩阻系数f：
查表-10
流量指数m：
查表-10
管径指数b：
查表-10
管道内径D:
查铝合金竖管规格选取
喷头流量qd（m3/h）：
喷头参数
竖管长度L竖（m）:
根据作物高度计取
竖管沿程水头损失hf（m）=fm（L竖*qdm/（Db）
竖管半径r（mm）：
D/2
竖管流速（m3/s）：
qd/∏r2
局部损失系数ξ：
查表-11
表-11局部损失系数表
名称
三通
闸阀
形式
横流
纵横流
纵流
双向横流
全开
ζ
～
名称
给水栓
渐缩管
渐放管
弯头
形式
全开
90°
45°
ζ
2
重力加速度g:
竖管局部水头损失fj（m）=ζv2/（2g）
4）支管水头损失H支管（m）=hf（m）+fj（m）
支管沿程水头损失hf（m）=FfL支（qdN喷头）m/Db
摩阻系数f：
查表-10
流量指数m：
查表-10
管径指数b：
查表-10
支管长度L支：
已计算
多口系数F：
已计算
喷头流量qd（m3/h）：
喷头型号参数
支管内径D（mm）：
已计算
喷头数量N喷头（个）：
已计算
支管半径r（mm）：
D/2
支管流速（m3/s）：
Q支管/（∏r2）
支管局部水头损失fj（m）=ξv2/（2g）
支管局部损失系数ξ：
查表-11
5）支管入口软管水头损失
软管沿程水头损失hf软管（m）=fL支（qdN喷头）m/Db
摩阻系数f：
查表-10
流量指数m：
查表-10
管径指数b：
查表-10
软管长度L软（m）：
设计量取
软管流量Q软=Q支管
软管内径D（mm）：
已计算
软管半径r（mm）：
D/2
软管流速（m3/s）：
Q软/（∏r2）
软管局部水头损失fj（m）=ξv2/（2g）
软管局部损失系数ξ：
查表-11
（2）分干管入口压力水头H分干管（m）=H支+∑ff分干管（m）+fj分干管（m）+Δz（m）
参数：
分干管首尾高程差Δz（m）：
图上量取
支管最大压力水头H支（m）：
已计算
各分干管水头损失=∑ff分干管（m）+fj分干管（m）ff分干管（m）、fj分干管（m）计算方法同上。
（3）干管入口压力水头H干管（m）=H分干管（m）+ff干管（m）+fj干管（m）+Δz（m）
参数：
干管首尾高程差Δz（m）：
图上量取
分干管入口压力水头H分干管（m）：
干管水头损失=ff干管（m）+fj干管（m）
注：
若是多分干管，由于各分干管的入口压力水头有差异，计算得到的干管水头也有差异，则需进水头平衡处理。
通常采用增大一部分分干管管径进行处理，调整参数为管径及对应的管长，干管水头计算值相近。
（3）管网水力计算表
参数：
入口流量Q入（m3/h）：
已计算
支管入口压力水头H支管：
已计算
各轮管组分干管水头损失:
∑ff分干管（m）、fj分干管（m）
分干管首尾高程差Δz（m）：
图上量取
入口水头H入（m）=H支管+∑ff分干管（m）+fj分干管（m）+Δz（m）
管网水力计算表
轮灌序号
1
2
管段
分干管1
入口流量Q入（m3/h）
支管入口压力水头H支管
∑ff分干管（m）
fj分干管（m）
程差Δz（m）
入口水头H入（m）
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