半固定喷灌设计说明

半固定式喷灌工程设计

项目区实施半固定式喷灌面积1000亩，种植作物主要为冬小麦和夏玉米，典型地块选择在***村，水源为深层地下水，单井控制面积在97亩。

（1）地块的选择

由于管道用量与机井位置、地块形状、控制面积等因素有关，根据这些因素，喷灌地块选择***村，地块控制面积为97亩。地块基本情况见表6.3-36。

表6.3-36 半固定式喷灌地块基本情况表

（2）设计参数：

喷灌设计保证率不低于90%；

喷灌设计喷洒强度≤15mm/h;

喷灌的雾化指标，W≥3000~4000；

喷灌均匀系数，C u>0.75;

灌溉水利用系数，η=0.8。

（3）灌溉制度与工作制度

①设计灌水定额

净灌水定额计算：

m=1000γh(β1－β2)

式中：m——净灌水定额(mm)；

h——计划湿润层深度(m)，取h=0.4m；

γ——土壤干容重(g/cm3)，砂壤土取＝1.4g/cm3；

β1——土壤适宜含水率上限（%），土壤适宜含水率上限为田间持水量的90%，田间土壤持水量（%），以重量百

分率计，取17%，则β1=17%×90%=15.3%；

β2——土壤适宜含水率下限（%），土壤适宜含水率的下限为田间持水量的70%；田间土壤持水量（%），以重量

百分率计，取17%，则β2=17%×70%=11.9%。

经计算净灌水定额为

m=1000×1.4×0.4×(15.3%－11.9%)=19.0mm。

②灌水周期T

设计灌水周期由下式确定：

T=m/E P

式中：T——设计灌水周期，d；

m——设计净灌水定额，mm；

E P——作物需水高峰期平均日耗水量，mm/d，考虑项目区种植作物多为冬小麦和夏玉米，综合日耗水量按5mm/d。

经计算，设计灌水周期为4天。详细数据见表6.3-37。

表6.3-37 灌水定额、灌水周期计算表

③单井控制面积计算 管道设计流量计算采用下式：

式中：Q ——机井出水量，40m 3/h ；

A ——灌溉面积，亩；

E a ——设计耗水强度，取5mm/d ； t ——水源每日供水时间，15h/d ； η——灌溉水利用系数，取0.8。

根据以上公式可得，单井控制面积为143.9亩。

（4）管道系统布置

根据地块形状采用干管、分干管和支管三级管道，支管沿作物种植方向布置，分干管垂直于支管布置，干管垂直于分干管布置，干管、分干管均埋入地下，埋入深度为0.8m ，支管为移动管道，铺在地面上。

（5）喷头的选择和组合形式 ①喷头的选择

根据种植物为小麦和玉米，土壤为砂壤土等条件，以及各种喷头的特性和适用范围，选择ZY-2喷头，其优点是结构简单，运行可靠，质量稳定，在国内使用较为广泛，工作参数详见表6.3-38。

t

A

E Q a η667.0=

表6.3-38 喷头性能参数一览表

②喷头的喷洒方式和组合形式

区灌溉季节无固定风向，平均风速2m/s，按最不利的垂直于风速布置，采用正方形组合形式。设计喷头组合间距根据《喷灌工程技术规范》GB/T50085-2007中4.2.4条规定，内容见表6.3-39。a=b=18×1=18，取a=b=18m。

表6.3-39 喷头组合间距表

（6）喷头的喷洒方式与运行方式

针对本灌溉区气象条件及地形情况，选用全圆喷洒方式。

该设计根据井的出水量和地块形状及尺寸确定采用多支管多喷头运行方式。

（7）校核喷灌强度

①雾化指标验算

雾化指标W=H/d=250×100/6.5=3846

式中：H——工作压力为250Kpa；

d——喷嘴直径6.5mm;

W=3846，3000＜3846＜4000满足作物对喷头雾化的指标要求。

②喷灌强度验算

I.砂壤土允许喷灌强度为ρ允许=15mm/h；

II.设计喷灌强度ρ=K W Cρρs；

式中：K W——影响喷灌强度的风系数，多支管多喷头全园喷洒时，取K W=1；

Cρ——影响喷灌强度的组合系数，按最不利情况考虑，多支管多喷头同时喷洒时，布置系数为：

Cρ=πR2/（ab）=3.14×182/（18×18）=3.14；

ρs——为无风情况下，单喷头全园喷洒时的计算强度，单喷头无风条件下全圆喷洒灌溉强度为：

ρs=1000×qηp/(πR2)= 1000×3.09×0.84/

（3.14×182）=2.55mm/h；

ρ=K W Cρρs=1.0×3.14×2.55=8.01mm/h。

III．喷灌强度8.01mm/h小于允许喷灌强度15mm/h，即组合喷灌强度满足土壤允许喷灌强度的要求。

（8）喷灌工作制度和运行方案的拟定

①喷头在工作点上的喷洒时间

设计喷头的组合间距为18×18m，支管上喷头流量q＝3.09m3/h，喷头在工作点上的喷洒时间为：

t支=S m×S l×m/1000qη

=18×18×19/(1000×3.09×0.8)=2.5(h)。

②支管每天可喷洒的工作位置数

为充分利用每天可能的喷灌时间，也避免在刚喷灌过的湿地上拆装支管，确定配置5套备用移动支管，因此支管的拆装不占用喷洒作业时间。每天的工作时间为15h，所以：n=15÷2.5=6，取n=6，即支管每天可喷洒6个位置。

③每次同时喷洒的支管数

根据机井出水量，计算同时工作的喷头数

n t=Q/q=40/3.09=13（个）

又根据工程机井实际控制的地块形状，确定支管上设计喷头数为6或7个，设计同时工作的支管数为2根。

④同时工作的喷头数、同时工作的支管、轮灌周期的划分见表

6.3-40。

表6.3-40 半固定式喷灌地块的工作制度表

⑤轮灌组校核

轮灌组数目：N≤Tt日/ t'

式中：N——允许轮灌组最大数目，取整数；

T——设计灌水周期；

t 日——日运行的小时数； t'——单个出水口灌水延续时间。

计算得最大轮灌组为24组。轮灌组校核见表6.3-41。

表6.3-41 半固定式喷灌地块轮灌组数表

（9）设计流量及管径的确定

干管，分干管都埋于地下，都采用0.63MPaPVC 管材；支管铺设于地面，为增加使用寿命采用铝合金管材。

根据轮灌组的划分及管道布置情况，为方便拆卸连接，采用Ф75同一管径。各级管道设计流量及管径见表4-23

。

①经济管径的确定

管网的经济管径由下式计算得出：

v q

D π4=

式中：D ——管段直径，m ；

q ——管段流量，m 3/s ； v ——经济流速，1.3m/s 。

表6.3-42 经济管径计算表

管材选择PVC-U 管。根据《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U ）管材》

（GB/T10002.1-2006），现有塑料生产厂家生产的标准规格的管材（外径）有Ф110、Ф125、Ф160等系列；由于项目区地形高差不大，管道压力选用0.63Mpa。据计算，选择干管、分干管径为110mm，公称压力0.63Mpa，壁厚2.7mm。半固定式喷灌工程设计流量及管径见表6.3-43。

表6.3-43 半固定式喷灌工程设计流量及管径表

校核支管管径，项目区地势平坦，同一条支管上喷头间地形高差为零，最大的水头差是在支管上首末两个喷头之间。即支管的沿程损失小于0.2h p，h p为喷头设计工作压力，取25m。

铝合金管管材f=8.61×104，m=1.74，b=4.74，一条支管上喷头数为7个，X=0.5，多口系数F=0.4。

h f支=（8.61×104LQ1.74/d4.74）F

=0.4×（8.61×104×114×21.631.74/724.74）=3.24m

0.2h p=0.2×25=5m

h f支=3.24<5，因此选用管径为75mm，壁厚为1.5mm的铝合金制管满足要求。

（10）水力计算

干管、分干管均为固定式管道，采用PVC塑料管。支管为移动管道，采用铝合金管。

管网水力计算采用的公式：

I.PVC 硬质塑料管

沿程水头损失：h f =9.48×104LQ 1.77/d 4.77 II.泵管、竖管

沿程水头损失：h f =6.25×105LQ 1.9/d 5.1 III.铝合金管

沿程水头损失:h f =（8.61×104LQ 1.74/d 4.74）F 式中：h f ——沿程水头损失，m ；

L ——管长，m ；

Q ——流量，m 3/h ； d ——管道内径，mm ；

F ——多口系数，（ ，式中：

N ——喷头或孔口数，X ——多孔支管道首孔位置系数，即支管入口

至第一个喷头（或孔口）的距离与喷头（或孔口）间距之比，本设计为0.5，m ——流量指数，本设计为1.74）F=0.4。

以上局部水头损失均按沿程水头损失的0.1倍计算。见水力计算表6.3-44。

表6.3-44 **村半固定式喷灌工程水力计算表

11(

11261N X m N N F N X

+-++=-+

(11)扬程计算及水泵选型

水泵扬程为：H=h沿+h局+H井+H竖管+Z+H p

式中：h沿——系统沿程水头损失，m；

h局——系统局部水头损失，m；

H井——机井动水位埋深，m；

Z——地面高差，m；

H竖管——竖管高度，m；

H p——喷头工作水头，按设计喷头压力的90%计算，m。计算结果见表6.3-45。

表6.3-45 半固定式地块水泵扬程计算表

(12)材料用量及投资估算

半固定管道式喷灌系统设备材料有首部水泵、泵管及附属设备，地埋干管、支管、喷头、闸阀及其它附件。详见喷灌工程设计材料用量和投资概算表6.3-46。

）**村1号井半固定式喷灌工程材料投资及概算表

表6.3-46（1