大田作物滴灌工程设计
2016-03-04 10:52:28   点击:

1 工程设计依据

《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)、《节水灌溉技术规范》(SL207-98)、《微灌工程技术规范》SL103-95。

按照《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99),拟定项目区的工程规模、工程等级、附属建筑物级别。一般的滴灌工程按照水源及种植方式的要求,划分为200 100~533 600m2的单元,工程规模为小(2)型,工程等级为五级,建筑物级别属五级。

2 滴灌设计参数

根据水利部颁发的《节水灌溉技术规范》(SL207-98)和《微灌工程技术规范》(SL103-95)以及国内外滴灌技术发展积累多年的经验,各技术参数定为如下各值:

①微灌土壤湿润比:P=40%~45%;②微灌水利用系数:η=0.90~0.95;③设计灌水均匀度:Eu=90%~95%;④设计湿润深度:Z=0.80m;⑤设计日耗水强度:Ea=4~6mm/d。

3 滴灌工程设计任务

选择合理的滴灌技术形式;确定灌溉制度;以典型设计为例对灌水小区和各级管道进行合理布局;以典型设计为例进行轮灌区划分,系统水力计算,给出流量、压力需求;滴灌系统首部枢纽设计;给出典型设计材料单及造价。

4 滴灌管线的分类及特点

4.1 内镶式滴灌管 滴灌管线所用的滴头为内镶式结构, 滴头在生产过程中直接“焊”于滴灌管的内侧壁上,最大限度的防止机械损伤;

4.2管上式滴灌管 管线采用壁厚不小于0.50mm的PE管,在施工过程中直接打孔将滴头插在管线上。

4.3 滴头流量 内镶式滴头公称流量1~3L/H(10m压力时),管上式滴头公称流量2~8L/H;流量-压力关系式:Q=a×Px ,x为流态指数,a流量系数,P为工作水头。

4.4 滴灌管线规格 壁厚0.20~1mm,管壁厚均匀,毛管外径16.50 mm或20 mm,工作压力6.50~18m。

4.5 滴头结构 紊流流道,流道宽短,抗堵塞性能强,能有效防止滴头堵塞。

4.6 偏差系数不大于0.03

5 滴灌管线布置及敷设形式

滴 灌管线布置作物种类、种植方式、土壤类别及所选用的滴头类型,同时还应考虑施工、管理方便、对农作物的影响及经济因素等。大部分作物如棉花、玉米、蔬菜、 瓜果等均属条播密植作物,需采用较高的湿润比(大于60%)。滴灌管沿行向布置,一膜一至两根;根据根系发育规律及需水规律,为保证最佳的灌溉湿润效果和 操作管理方便,滴灌管线宜敷设于地上。

6 确定灌溉制度

6.1 设计灌水定额M

M=0.1γzp(θmax-θmin)/η

式中:M——设计灌水定额(mm);

γ——土壤容重(g/cm3);

z——计划土壤湿润层深度(z=0.80m);

p——设计土壤湿润比(p=40%),果树、葡萄和瓜类、蔬菜、粮棉油等作物分别为24%~40%、30%~50%、60%~90%、40%~80%;

θmax、 θmin——适宜土壤含水率上下限(占干土重的百分比);

η——灌溉水的有效利用系数(取η=0.95)。

6.2 设计灌水周期T

T=mη/E

式中:E——滴灌设计日耗水强度(mm)。

6.3 一次灌水延续时间

t=mSpSe/q

式中:Sp——滴头间距(m);

Se——毛管间距(m);

q——滴头平均流量(L/h)。

以西北地区棉花滴灌工程为例进行典型设计计算:

根 据上文,参数P= 40%;η=0.90~0.95;Eu=90%~95%;z=0.80m;Ea=4~6mm/d;最大田间持水量取为22%,适宜土壤含水率上下限百分比 取为90%和70%,则θmax=19.80%,θmin=16.50%;γ=1.41g/cm3。

设计灌水定额:M=21 mm。

设计灌水周期:T= 3.99d;以4d计。

一次灌水延续时间:t=3.10h。

7 管网布置和灌水小区设计

7.1 轮灌组划分

7.1.1  管网布置原则:①根据作物种植要求及采用的灌溉技术,要求输水干管要适合灌溉形式的要求。②因地制宜,结合首部位置、作物种植方向的要求,使管道总长度 最短和尽量少穿越其它地块;确保作物用水要求,调水便捷,管理维修方便。③输配水干管沿地势较高位置布设,支管垂干管或分干管布置。④管道的纵剖面应力求 平顺,为防止热胀冷缩和冬季冻害,输配水干管均采用地埋式,地埋深1.50m。并在低洼处及干管、分干管和支管末端修排水井,以便排除管道积水。

7.1.2 管网布置形式:水源—加压泵—干管—分干管—支管—滴灌管,根据地形,干管与分干管均采用鱼骨形布置,以减少沿程水头损失。干管、分干管均为地埋管,支管放置于地面。

7.1.3  输配水管道规格及材质:①根据各灌溉区设计流量,通过经济方案比较选用干管及支管规格及材质。②滴灌管。由低密度聚乙烯拉制而成。滴管材质的化学配方具 有抗环境应力破坏的能力, 同时含有抗老化添加剂,可防止管线老化,延长其使用寿命;滴灌管的铺设根据地块划分情况及具体地形变化而定,一般敷设长度范围在80~120m。

7.2 灌水小区设计

为保证每个灌水小区的灌水均匀度,应结合项目区实际情况及投资,建议在各灌水小区的首部安装具有调压功能减压阀,可以设定所有灌水小区的首部为同一压力,便于稳定滴灌管线所要求的压力数值,达到小区灌水均匀的目的。

8 轮灌组划分及系统水力计算

8.1 轮灌组划分 根据水源供水能力、滴灌均匀度控制和管网运行的合理性等综合因素的考虑,设计中采用轮灌工作制度。

8.2  系统水力计算 灌水单元的水力计算包括毛管与支管的水力设计,最后得出阀门的设计压力与工作流量。由各轮灌组中的各阀门工作压力(典型设计中,所有田间 阀门的设定压力均为等值),在满足支管道流量和压力的前提下,对干管系统的管道进行试算,选择最合理经济的不同管径的管道组成主管道系统。

由最不利轮灌组的阀门工作压力,加上干管系统的沿程压力损失及局部压力损失,然后加入有关设备的局部水力损失及相关节点的高程差,得到水泵的扬程,再根据此轮灌组的流量选择水泵的流量和扬程参数。

管道沿程损失是依据如下水力学计算公式计算得到的:

hf=F×8.93×104×Q1.77×L/D4.77

式中:F——多口管系数;

hf——沿程摩阻损失水头(m);

Q——流量(m3/h);

D——管道内径(mm);

L——管道长度(m)。

8.3 设计灌水均匀度校核

考虑水力和制造偏差两个影响因素后的均匀度计算:

Eu=(1-1.27Cv/N1/2)(qmin/qa)

式中:Eu——均匀度值;

Cv——灌水器的制造偏差系数(Cv=0.03);

N——一株植物下安装的灌水器数目;

x——滴头流态指数(x=0.45);

qmin——地块中最小滴头流量;

qa——地块中平均滴头流量。

9 首部枢纽设计

9.1 水泵机组 根据水源特点尽量采用国产系列井用潜水泵 。

9.2 过滤系统 过滤设备是滴灌系统得以长期、安全可靠运行的关键设备。考虑项目区水源水质如泥沙、藻类、漂浮物及化学物质含量,确定选用过滤系统的组合。要求该类系统具有坚固耐用、过滤性能可靠、易于维护的特点。

目 前国内比较成熟的过滤系统的组合主要有:离心砂石分离器+网式(或叠片)过滤器组;介质过滤器+网式(或叠片)过滤器组;前者适合无藻类、漂浮物但泥沙含 量较大的水源,而后者对水库、河流水源的微生物、漂浮物有较好的过滤作用,对水质较好的水源也可直接用网式(或叠片)过滤器;化学堵塞可采用酸洗解决。

无论选用何种类型的过滤系统组合,并不能完全解决滴头的堵塞,只能是堵塞减低到可接受的水平,一般推荐过滤器能滤除直径大于滴头流道直径1/7~1/10的颗粒。过滤器的过滤精度用“目”(M)表示:

M=1/(D+d),其中D为线径(in); d为孔径(in)。

经过实验表明,对于滴灌系统,控制过滤器(网式(或叠片))为120目时即可满足要求。

9.3 施肥系统 该设计中在每一灌溉系统首部应选用压差式施肥罐进行施肥,使用简单方便,运行可靠,只需开启肥料阀门即可进行自动施肥,特别适用于大田与果园的滴灌系统施肥。

9.4 量测设备 灌溉系统首部配置水表,可实现精确量水、精确灌溉,充分满足用户对节水计量的需要。

9.5安全保护装置

在每一灌溉系统首部均设快速释压阀及空气阀,作用如下:

释压阀:保护主管道系统和泵站。防止系统运行或轮灌组转换时产生超高压。

空气阀:在系统开/关时排/进气以保护系统。

参考文献

[1]康权.农田水利学[M].北京:水利电力出版社,1992.

[2] 雷志栋.土壤水动力学[M].北京:清华大学出版社,1985.

[3] 魏永翟.农业供水工程[M].北京:水利电力出版社,1992.

[4] 康绍忠.非充分灌溉原理[M].北京:水利电力出版社,1992.

[5] 郭元裕.灌排工程最优规划与管理[M].北京:水利电力出版社,1990.

[6] 刘先成.最新节水灌溉工程技术规范实施手册[M].北京:中国知识出版社,2006.

史才德

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