喷灌工程典型设计报告

喷灌工程典型设计报告

2010-09-30 15:58:46| 分类：农业综合开发参考| 标签：|举报|字号大中小订阅

临汾市尧都区二〇一〇年省立项

农业综合开发汾河滩涂生态修复治理项目

喷灌工程典型设计报告

1. 项目概况

临汾市尧都区二〇一〇年省立项农业综合开发汾河滩涂生态修复治理项目，位于尧都区尧庙镇汾河东岸，南接西南环城公路，北距平阳大桥南2公里处，东至汾河二级阶地，西至汾河东堤坝。距尧都区城中8公里。项目区涉及尧庙镇的伊村、神刘、杜村3个行政村。项目区耕地面积0.6万亩，其中蔬菜及大棚蔬菜0.12万亩，精品果树0.05万亩，生态林木0.05万亩，粮食种植0.38万亩。为做到现代农业示范作用，在项目区的精品果树区设置100亩喷灌示范工程。喷灌利用机械和动力设备，使水通过喷头（或喷嘴）射至空中，以雨滴状态降落田间的灌溉方法。具有节省水量、不破坏土地结构、调节地面气候且不受

地形限制等优点。

2. 自然条件

项目区隶属于温暖带季风型气候，土地下湿，主要特点是雨热同步，光照充足，地表昼夜温差比一般地区大于3°左右，年降雨量500—600mm以上，年平均气温在11.2°，年日照数2400—2600小时，年平均蒸发量1149mm，无霜期180—220天，最大风速为19m/s，最大冻土层为62cm，10℃以上积温超

过4600℃，这种气候有利作物养分的积累。

项目区为汾河一级阶地，海拔高度在440—468m之间，地势东高西低，自然坡度在5%以内。项目区为平川灌溉型农业区，土质疏松，土层深厚，熟化耕作层大于30cm，多为砂壤土，土壤容重

1.2—1.4g/cm3，PH值7.0—7.8，田间最大持水率65—80%，土壤有机质含量平均1.2%，全氮含量平均0.17%，全磷含量平均0.06%，速效磷含量平均15.9ppm，速效钾含量平均151.35 ppm，碳酸钙含量一般

在10—13%之间，适宜耕种。

项目区滨临汾河，处于临汾断陷盆地汾河冲积平原区，主要由汾河一级阶地组成，含水层主要为砂砾石、中砂层、细砂层，开采深度80～100m，地下水富水性较好，含水层厚度十几到几十米，单井出水量30～40m3/h，处于深层地下水超采区边缘地带，其地下浅层水资源富有。

3. 喷灌特点

3.1省水：由于喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大

为提高，一般比地面灌溉节省水量3O一50％，省水还意味着节省动力，降低灌水成本。

3.2 省工：喷灌便于实现机械化、自动化，可以大量节省劳动力。由于取消了田间的输水沟渠,不仅有利于机械作业，而且大大减少了由间劳动量。喷灌还可以结合施入化肥和农药，又可以省去不少劳动量，据资料分析，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的l／5。

3.3提高土地利用率：采用喷灌时，无需田间的灌水沟渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高

土地利用率，一般可增加耕种面积7一10％。

3.4 增产：喷灌便于严格控制土壤水分,使土壤湿度维持在作物生长最适宜的范围。而且在喷灌时能冲掉植物茎叶上尘土,有利于植物呼吸和光合作用。另外喷灌对土壤不产生冲刷等破坏作用，从而保持土壤的团粒结构，使土壤疏松多孔，通气性好，因而有利于增产，特别是蔬菜增产效果更为明显。

3.5适应性强：喷灌对各种地形适应性强，不需要像地面灌溉那样整平土地，在坡地和起伏不平的地面均可进行喷灌。特别是在土层薄、透水性强的沙质土，非常适合采用喷灌。此外，喷灌不仅适应所有大田作物，而且对于各种经济作物、蔬菜、草场都可以获得很好的经济效果。喷灌具有好多优点，但是也有缺点。主要是投资费用大，就目前条件移动式喷灌系统最便宜，亩投资也需要20-50元／亩。另外是受风速和气候的影响大，当风速大于5.5m／s时 (相当于4级风)，就能吹散雨滴，降低喷灌均匀性,不宜进行喷灌。

其次，在气候十分干燥时,蒸发损失增大，也会降低效果。

4. 工程设计

4.1 喷灌区特点及水源限制

设计喷灌区位于项目区中部的杜村，耕地南北宽度220m，东西长度300m，总耕地100亩。种植优质苹果，苹果栽植密度为3*4m，每亩56株。该地块北侧设计新打井一眼，井深80m，涌水量32方/小时。

4.2灌溉需水量的确定

需水量包括土壤与地表的蒸发量和植物本身消耗的蒸腾量，也称作植物腾发量。影响需水量的因素有气象条件（温度、湿度、辐射及风速等）、土壤性质及其含水状况、植物种类及生育阶段等。由于上述这些影响因素错综复杂，确定灌溉需水量最可靠的办法是进行实际观测。但往往在规划设计阶段缺乏实测资料，这时就需要根据影响需水量的因素进行估算。估算灌溉需水量参照下列经验数据选取：

气象条件日需水量（mm）

湿冷 2.5-3.8

干冷 3.8-5.0

湿暖 3.8-5.0

干暖 5.0-6.4

湿热 5.0-7.6

干热7.6-11.4

表中，“冷”指仲夏最高气温低于21摄氏度；“暖”指仲夏最高气温在21至32摄氏度之间；“热”指仲夏最高气温高于32摄氏度；“湿”指仲夏平均相对湿度大于50%；“干”指仲夏平均相对湿度低于50%。根据上表情况，可初步选定作物日蓄水量为10mm，即6.67m3/亩。107亩果园蓄水量为667m3。

4.3轮灌组的划分

灌溉系统的工作制度采用轮灌。为减少工程投资，提高设备利用率，扩大灌溉面积，一般均采用轮灌的工作制度，即将支管划分为若干组，每组包括一个或多个阀门，灌水时通过干管向各组轮流供水。

4.3.1.轮灌组划分的原则

4.3.1.1 轮灌组的数目应满足需水要求，同时使控制灌溉面积与水源的可供水量相协调

4.3.1.2 对于手动、水泵供水且首部无衡压装置的系统，每个轮灌组的总流量尽可能一致或相近，以

使水泵运行稳定，提高动力机和水泵的效率，降低能耗；

4.3.1.3 同一轮灌组中，选用一种型号或性能相似的喷头，同时种植的品种一致或对灌水的要求相近；

4.3.1.4 为便于运行操作和管理，通常一个轮灌组所控制的范围最好连片集中。但自动灌溉控制系统不受此限制，而往往将同一轮灌组中的阀门分散布置，以最大限度地分散干管中的流量，减小管径，降低

造价。

4.3.2.轮灌组数目的确定

轮灌组的数目，取决于每天允许运行时间、灌水周期和一次灌水延续时间。对于固定式灌溉系统，

其轮灌组数目可根据下式确定：

N≤ cT/t

式中：

N - 系统允许划分轮灌组的最大数目，取整数。

c - 一天运行的小时数，一般不超过20小时。

T - 灌水周期，即两次灌水之间的间隔时间

根据上述分组原则和计算公式，以及果园地块的实际情况，确定主管道东西向布置，管道长300米；支管道南北向布置，分15条，每条220米，每条支管道12个喷头，总出水量33m3/s，雨水井出水量相符；每个喷头控制面积400m2，灌水强度为7.5mm/h。灌水周期按7天计算，每次灌水量为10*7=70mm，

每次需灌水9.3小时，按照上式计算：

N≤ cT/t=20*7/9.3=15

按照支管道，划分为15个轮灌组，每条管道唯一个轮灌组。

4.4灌溉系统的水力计算

在完成喷头选型、布置和轮灌区划分之后，即可计算各级管道的流量和进行水力计算。某一支管流量为该支管上同时工作的喷头流量之和，干管流量为系统中同时工作的喷头流量之和。流量确定后，即可选择管径并计算管道和系统的水头损失。水力计算的主要任务就是确定管道的水头损失。

4.4.1 管材及管径的初步确定

管道的管材，选用硬PVC管道，具有抗腐蚀、耐老化、摩擦阻力小等优点，较PE、PP等管材有可

靠性好、连接方便、管件齐全等优点。

管道的管径，特别是干管的大小对灌溉系统的总投资影响较大。管径太大，投资增加，经济上不合理；管径太小，水头损失大，需配置较大水泵，系统运行费用高，且管内流速大，易产生水击现象，对管道的安全不利。干管管径的初步估算可采用以下经验公式：

D = 22.36(Q/V)1/2

式中：D为管径（mm）；Q为流量（m3/s）；V为经济流速，根据经验一般取V≤3m/s。

D = 22.36(Q/V)1/2=22.36（33/3600/2）1/2=90.82mm，

选用管道直径为90mm。

4.4.2 干管水力计算

4.4.2.1 干管沿程水头损失的计算

很多计算沿程水头损失的经验公式。对于硬质塑料管道（PVC），目前常用的计算公式如下：

H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L

式中：Hf为沿程水头损失（m）；L、Q、d分别为管道长度（m）、流量（m3/h）和管道内径（mm）。

H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L=94800*（331.77/904.77）*300

=6.61m

4.4.2.2局部水头损失的计算

局部水头损失计算公式为：

Hj =ξ v2/2g

式中：Hj为局部水头损失（m）；ξ为局部阻力损失系数，与管件、阀门的类型与大小有关；v、g分别为管道中水的流速（m/s）和重力加速度（9.81m/s2）。本次计算取局部水头损失Hj = 10% Hf =0.66m。

总水头损失=6.61+0.66=7.27m。

4.4.3 支管水力计算

由于在支管上一般安装多个喷头，因此支管内的流量沿流程按一定规律递减，故支管的实际沿程水头损失比按支管总流量的计算值要小的多，即：Hf实际 = F × Hf

式中：F为多口出流系数，其值在一般在0.2-0.6之间，与出口数量、第一个出口位置和管材有关。

支管的水力计算主要依据喷洒均匀的原则，即要求支管上任意两个喷头的出水量之差不能大于10%。将这一原则转化为对压力的要求，即应使支管上任意两个喷头处的压力不能超过喷头设计工作压力

（H设）的20%。

由于本工程轮灌组为一条支管道，因此支管道与主管道为同一直径，支管道内的水头损失因多孔出

流，实际只有0.2*4.4=

0.88m，每条支管道12个分流孔，其压力仅相差0.1m。经计算满足喷头工作压力要求。

4.5 喷头选择

喷灌强度要求

按照《节水工程规范》，土壤的允许喷灌强度是影响喷头选型的主要因素之一。喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。我们一般考虑的是组合喷灌强度，因为灌溉系统基本上都是由多个喷头组合起来同时工作。对于喷灌强度的要求是，水落到地面后能立即渗入土壤而不出现积水和地面径流，即要求喷头的组合喷灌强度（ρ组合）应小于等于土壤的水入渗率。各类土壤的允许喷灌强度（ρ允许）的参考值

见下表：

各类土壤的允许喷灌强度（mm/h）

项目土壤类别允许喷灌强度

1 砂土20

2 壤砂土15

3 砂壤土12

4 壤土10

5 粘土8

喷头组合喷灌强度的计算公式为：

ρ组合（mm/h）=1000q/A

式中：q为单喷头的流量（m3/h）；

A为单喷头的有效控制面积（m2）。

初步按照q=3，A=400计，ρ组合=7.5（mm/h），可以满足沙壤土要求。

根据果树栽植行距4m为基础，喷头射程应接近4行计20m。

喷头选择ZY-20型，出水量q=3 m3/h，射程R=20m。接口为25mm外丝螺纹口。

4.6 喷头的布置

喷灌系统中喷头的布置包括喷头的组合形式、喷头沿支管上的间距及支管间距等。喷头布置的合理

与否，直接关系到整个系统的灌水质量。

喷头的组合形式主要取决于地块形状以及风的影响，一般为矩形和三角形。矩形或正方形布置，适用于地块规则，边缘成直角的条件。这种形式设计简便，容易做到使各条支管的流量比较均衡；三角形或正三角形布置，适用于不规则地块，或地块边界为开放式，即使喷洒范围超出部分边界也影响不大的情况。这种布置抗风能力较强，喷洒均匀度要高于矩形或正方形，同时所用喷头的数量相对较少，但不易作到使各条支管的流量均衡。有时地块形状十分复杂，或地块当中有障碍物，使喷头的组合形式为不规则形。由于该设计区域地块整齐，本次设计采用矩形布置。正方形布置时，喷头沿支管上的间距与支管间距相等，但对角喷头之间的距离是支管间距的1.41倍。考虑到风的影响，推荐喷头间距为喷头射程（R）的0.9-1.1

倍，见下表：

风速（km/h）正方形最大间距

0-5 1.1R

6-11 1.0R

12-20 0.9R

在喷头布置完毕后，应根据实际布置结果对系统的组合喷灌强度进行校核。特别是在地块的边角区域，因喷头往往是半圆或90度而不是全圆喷洒，若选配的喷嘴与地块中间全圆喷洒的喷头相同，则该区域内的喷灌强度势必大大超过地块中间。所以，为保证系统良好的喷洒均匀度，一般安装在边角的喷头须配

置比地块中间的喷头小2-3个级别的喷头。

按照以上原则，选用喷头出水量q=3m3/h，R=20-22m。

4.7水泵的选择

选择水泵的主要任务是确定水泵的流量和扬程。在上述步骤完成后，即可计算流量和扬程。

水泵流量： Q = ∑N喷头q =11*3=33m3/s

泵扬程： H = H设+∑Hf+∑Hj±Δ =3+7.27+0.88+0.35=11.5m

式中：N喷头为同时工作的喷头数；

q为单喷头流量；

H设为喷头设计工作压力（m）；

∑Hf为水泵至典型喷头之间管路沿程水头损失之和（m），所谓典型喷头一般是距泵站最远或位置最

高的喷头；

∑Hj为水泵至典型喷头之间局部水头损失之和（m），其中应包括阀门、过滤设备及施肥设备的局部

水头损失；

Δ为典型喷头与水源水面或井内动水位的高差（m）。

水泵选择立式管道加压泵为ISG65-125A，其特征为：

型号流量

扬

程

效

率

转

速

电机功

率

必需汽蚀余量M3/s L/s m % 转kw m

65-125 A 31.5 8.7

17

.5

6

6

29

00

4 3.0 4

5 12.5 16

7

1

58 18.1

13

.6

6

9

4.8轮灌组阀门

4.8.1 轮灌组阀门即支管的控制阀的规格通常与支管的公称管径相同。统一为90mm电磁控制阀。

4.8.2 阀门应设置在便于操作、维修的位置，将阀门安装在喷头的喷洒范围之外，使操作人员不会在

工作时被淋湿。

4.8.3 阀门及其阀门井（箱）的位置不能影响正常的交通、人为活动及园林景观。

4.8.4 在可能的情况下，阀门最好位于所控制的一组喷头的中心部位，以利于平衡支管流量与压力，

减小支管管径。

4.9 喷灌系统设备清单

加压泵ISG65-125A一台，电机4kw一台，过滤器一台，施肥加药罐一套，电磁阀控制箱1套；

主管道PVC90mm管道300m，90mm正三通15个，电磁阀15台，多芯控制电缆600m，弯头5

个，泄水阀1个；

支管道PVC90mm15条，总长3300米，异径三通180个，1.2m下立管180根，总长216m，方便插座180个，1.5m上立杆180个，ZY-20喷头180个。

5. 土建配套

在水井房处建喷灌集中控制房，集中控制喷灌设备开关运行。建筑为砖混结构，建筑面积42m2，外

贴瓷砖。

6. 施工安装

喷灌系统施工安装的总的要求是，严格按设计进行，必须修改设计时应先征得设计单位同意并经主管部门批准。涉及到有关建筑物的施工，应符合现行规范的要求，如《给排水建筑物施工及验收规范》、《地下防水工程施工及验收规范》等。针对喷灌系统的特点，在其施工与安装时，应注意以下问题：（一）要特别注意管沟弃土的处理。弃土须分层放置，埋管时须按与开挖时相反的顺序分层回填，以

保证沿管线种植层内的土壤与原有土壤一致。

（二）在干管和每条支管上应安装放水装置，以便于冲洗管道以及冬季防冻。防止水长期滞留在管道中产生微生物，附着在管壁和喷头上影响喷灌效果。放水装置除常见的闸阀、球阀外，还有自动泄水阀，

可在灌水停止后自动排出管道中的水。

（三）对于系统压力变化或地形起伏较大的情况，支管阀门处应安装压力调节设备，与电磁阀相配套的压力调节器，使支管进口处压力均衡，保证系统的喷洒均匀度。另外，在必要的管段还应安装进排气阀、

泄压阀等，用以保护系统的安全。

（四）为便于临时取水，或对喷灌不易控制的边角地段进行人工灌溉，在管道上一般需安装一定数量的快速取水阀（方便体）。这种快速取水阀与所配套的钥匙配合使用，插入钥匙，阀门即可自动开启供水；

若要停止灌水，只需取下钥匙，阀门会自动关闭。

7. 自动控制

随着经济的发展，为进一步解决水资源、能源的短缺和人工成本增加等问题，本工程采用时序控制

灌溉系统。

时序控制灌溉系统将灌水开始时间、灌水延续时间和灌水周期作为控制参量，实现整个系统的自动灌水。其基本组成包括：控制器、电磁阀，还可选配土壤水分传感器、降雨传感器及霜冻传感器等设备。其中控制器是系统的核心。灌溉管理人员可根据需要将灌水开始时间、灌水延续时间、灌水周期等设置到控制器的程序当中，控制器既通过电缆向电磁阀发出信号，开启或关闭灌溉系统。

控制器的种类很多，可分为机电式和混合电路式，交流电源式和直流电池操作式等。其容量有大有小，最小的控制器只控制单个电磁阀，而最大的控制器可控制上百个电磁阀。

电磁阀一般为交流24伏隔膜阀，通过电缆与控制器相连。电磁阀启闭时有一定时间的延迟，这一特性

可有效防止管网中的水击现象，保护系统安全。

目前国内的自动控制灌溉系统，基本上均为时序控制灌溉系统。