树枝状管网和喷灌系统水力计算4 27建筑资料
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喷灌系统水力计算
喷灌系统的分类与组成
分类
喷灌系统可以根据喷头的种类、工作 压力、灌溉方式等因素进行分类。
组成
喷灌系统主要由水源、水泵、管路、 喷头等部分组成。
喷灌系统的应用与发展
应用
喷灌系统广泛应用于农田、园林、果园等领域的灌溉。
发展
随着节水灌溉技术的不断发展，喷灌系统的技术水平和应用范围也在不断提高 和扩大。
喷灌系统水力计算
目录
• 喷灌系统概述 • 水力计算基础知识 • 喷头水力性能计算 • 管路水力计算 • 喷灌系统水力优化设计 • 工程实例分析
01
喷灌系统概述
喷灌系统的定义与特点
定义
喷灌系统是一种通过喷头将水均 匀喷洒到土壤表面的灌溉方式。
特点
喷灌系统能够均匀地湿润土壤， 节水、节能，且适应性强，可用 于各种地形和土壤条件。
考虑风向影响
在布置喷头时，应充分考虑风向的影响，尽量避免风力对喷灌效果的 影响，提高灌溉均匀度。
06
工程实例分析
实例一：小型果园喷灌系统水力计算
计算步骤
首先根据果园的面积和地形条件确定喷头的 数量和布置方式，然后根据喷头的流量和压 力要求，计算水泵的功率和管径。
注意事项
由于小型果园地形可能较为复杂，需要特别 注意喷头的布置和管线的布局，以确保喷灌
均匀灌溉
优化喷头的布置和水量分配，实现灌溉水量的均匀分布， 保证作物生长的均匀性，提高作物产量和品质。
简便操作
喷灌系统的水力设计应便于操作和维护，如采用模块化设 计、易于拆卸的结构等，降低使用难度，提高系统的使用 寿命。
喷灌系统布局优化
充分考虑地形地貌
根据地形地貌的特点，合理规 划喷灌系统的布局，充分利用 自然条件，减少工程量，降低
园林给水管网的水力计算
1、用水量的确定：(1)用水量标准：参考用水定额。
(2)日变化系数：最高日用水量与平均日用水量的比值，以Kd表示；一般城镇为1.2-2.0，农村为1.5-3.0；园林节假日为2-3。
(3)时变化系数：用水量最高日用水最多的一小时用水量与该天平均时用水量的比值，以Kh表示；城镇为1.3-2.5，农村为5-6；园林为4-6。
(4)设计用水量的计算：最高日用水量Qd：Qd=m*qd/1000；最高时用水量Qh：Qh=Qd/T*Kh=Qp*Kh；未预见用水量：未预见的突击用水、管道漏水等；按最高日用水量的15%-25%计算。
计算用水量：计算用水量=（1.15~1.25)∑Qh；管道设计所需秒流量：（L/s），qg=（1.15~1.25)∑Qh1000/36002、管段流量的确定：（1）沿线流量：线比流量：qs=(Q-∑q)/∑L；管段沿线流量：ql=qsl（2）节点流量：折算流量:q=qt+1/2ql（3）管段计算流量：管网各管段的沿线流量简化成节点流量后，每一管段即可拟定水流方向和计算流量QJ。
3、管径确定：d=√4Q/兀v管内流速技术和经济方面确定；防止流速过大，流速不大于2.5~3m/s;浑水管流速不小于0.5m/s；根据当地的管网造价和输水电价选用合理的流速；经济流速：在一定计算年限内管网造价和经营管理费用总和最小时的流速，用Ve表示。
4、水头损失计算：（1）水压：即水头、水柱高；（2）水头损失：水头损失：水流在运动过程中单位质量液体的机械能的损失。
沿程水头损失：为克服发生于水流全部流程的摩擦阻力而引起的水头损失，用hy表示；公式：Hy=i*l局部水头损失：水流因边界的改变而引起断面速分布发生急骤的变化产生的局部阻力而引起的水头损失，用hj表示；多采用经验值计算。
5、管网水力计算：（1）管网设计和计算步骤：★图纸、资料的收集；★布置管网；★定出干管的总计算长度以及各管段的计算长度；★根据输水线路最短的原则定出各管段的水流方向；★确定管网总流量，求出流量比，各管段沿线流量和节点流量；★根据管网的总流量，做出管网的流量分配，根据经济流速确定各管段的管径；★计算各管段的水头损失和各点地形标高，算出水塔高度和水泵的扬程。
园林灌溉系统管网水力学计算
• 计算公式：
L = B*
d *h
式中：L－射程（m） d-喷嘴直径（mm） h-压力水头（m） B-单位换算系数，当 α = 3 2 o B=1.4, 当 α = 2 4 o ， α = 2 1 o 别减少2％和4％。 射程分
• 影响射程的因素
• 举例：
计算下列条件下喷头的射程，喷嘴直径1.2英寸， 压力水头h=600kPa，α = 2 5 o
不同模式的组合
曲线边界
可采用从正方形或矩 形模式变到平行四边 形或三角形模式布置 喷头，还可以再变到 原来的布置模式。这 样既灌溉整个区域， 同时避免在曲线边界 以内喷头过于集中和 灌溉区域超出边界。
边角区域喷头的布置
• 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个级别的喷嘴。
第三节 喷头的组合
几 种 常 用 的 喷 头 组 合 方 式
正方形布置
水量偏少
正方形布置
• 正方形布置方式灌水覆盖度较差，其原 因是因为对角线上两个喷头间距比边线 上的要长。当边线上两个喷头间距为喷 头的射程时（即50%法），对角线上两个 喷头间距则为射程的70%，使得正方形中 心喷水量偏少。
q = A * Cd * d 2 *
m
3
H
式中:q-喷嘴流量（L/h) Cd-流量系数（＝0.9～0.96） d-喷嘴直径（mm） H-喷嘴进口压力（m）
A－单位换算系数（上述单位时A＝12.5作压力300kPa, 假定Cd=0.94, 计算其流量， 并与样本对比。
树枝管网水流计算实例
•某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150L／(人·d)，要求最小服务水头为157kPa(15.7m)。
节点4接某工厂，工业用水量为400m3/d，两班制，均匀使用。
城市地形平坦，地面标高为5.00m，管网布置见图。
1、总用水量计算：✓设计最高日生活用水量：50000×0.15=7500m3/d=312.5m3/h=86.81L/s✓工业用水量：两班制，均匀用水，则每天用水时间为16h工业用水量（集中流量）=400/16=25m3/h=6.94L/s✓总水量：∑Q=86.81+6.94=93.75L/s2、比流量✓管线总长度∑L：∑L =2425m(其中水塔到0节点的管段两侧无用户，不配水，因此未计入∑L )✓比流量qs：qs=(Q－∑q)/∑L其中，∑q（集中流量）=6.94L/s, ∑L =2425m则qs=(Q－∑q)/∑L=(93.75-6.94)/2425=0.0358L/(ms)3、沿线流量✓沿线流量q1=qsL：4、节点流量✓节点流量q i=0.5∑q1：节点4除包括流量23.80L/s以外，还应包括工业用水集中流量6.94L/s。
5、干管各管段的水力计算✓因城市用水区地形平坦，控制点选在离泵站最远的干管线上的节点8。
6、干管各管段的水力计算✓管段流量的确定各管段的管段流量等于该管段后所有节点的节点流量之和•q水塔~0 q水塔~0=q0+q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8 =93.75L/s •q0~1 q0~1=q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8=88.38L/s•q1~4 q1~4=q4+q5+q6+q7+q8=60.63L/s•q4~8 q4~8=q8==11.63L/s7、干管各管段的水力计算✓干管各管段管径D和流速v的确定。
6、树枝状管网和喷灌系统水力计算(4.27)
或
高位水池
外露式喷头 地埋式喷头
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喷头
1．按非工作状态分类 (1)外露式喷头： 指非工作状态下暴露在地面以上的喷头。这类喷头构造简 单、价格便宜使用方便，对供水压力要求不高，但其射程、射 角及覆盖角度不便调节，且有碍园林景观。因此般用在资金不 足或喷灌技术要求不高的场合。
H2+H3值可依建筑不同层数按有关规定采用。 平房： 二层： 10mH2O 12mH2O
三层 ： 16mH2O 以后每增加一层增加4mH2O
LANDSCAPE ENGINEERING
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《 园 林 工 程 》
H4—沿程水头损失和局部水头损失之和（mH2O)
H 4 hy h j hj i L
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《 园 林 工 程 》
⑤ 水头计算
水头损失值 必须考虑 用水点与引水点的高程差 用水点建筑的高低及用水点的水压要求
LANDSCAPE ENGINEERING
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《 园 林 工 程 》
公园给水管段所需水压计算式：
用水量（Q)：以秒流量表示
管径（DN）：以mm为单位；
水头（H）：水压(以kg/cm为单位）；米水柱高度 （100KPa=1kg/cm2=10米水柱）
LANDSCAPE ENGINEERING
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《 园 林 工 程 》
2、管网计算目的
根据最高时用水量作为设计用水量求出各段管 线的直径和水头损失。 对于引用式给水方式：确定城市给水管网的水 压是否能满足公园用水的要求； 对于自给式给水方式：主要确定水泵所需扬程 及水塔（或高位水池）所需高度，以保证各用水点 有足够的水量和水压。
高位水池
外露式喷头 地埋式喷头
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喷头
1．按非工作状态分类 (1)外露式喷头： 指非工作状态下暴露在地面以上的喷头。这类喷头构造简 单、价格便宜使用方便，对供水压力要求不高，但其射程、射 角及覆盖角度不便调节，且有碍园林景观。因此般用在资金不 足或喷灌技术要求不高的场合。
H2+H3值可依建筑不同层数按有关规定采用。 平房： 二层： 10mH2O 12mH2O
三层 ： 16mH2O 以后每增加一层增加4mH2O
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《 园 林 工 程 》
H4—沿程水头损失和局部水头损失之和（mH2O)
H 4 hy h j hj i L
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《 园 林 工 程 》
⑤ 水头计算
水头损失值 必须考虑 用水点与引水点的高程差 用水点建筑的高低及用水点的水压要求
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《 园 林 工 程 》
公园给水管段所需水压计算式：
用水量（Q)：以秒流量表示
管径（DN）：以mm为单位；
水头（H）：水压(以kg/cm为单位）；米水柱高度 （100KPa=1kg/cm2=10米水柱）
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《 园 林 工 程 》
2、管网计算目的
根据最高时用水量作为设计用水量求出各段管 线的直径和水头损失。 对于引用式给水方式：确定城市给水管网的水 压是否能满足公园用水的要求； 对于自给式给水方式：主要确定水泵所需扬程 及水塔（或高位水池）所需高度，以保证各用水点 有足够的水量和水压。
管网水力计算树状管网计算
• 我们这里讨论的管网水力计算都是新建管网的水 力计算。 • 对于改建和扩建的管网，因现有管线遍布在街道 下，非但管线太多，而且不同管径交接，计算时 比新设计的管网较为困难。其原因是由于生活和 生产用水量不断增长，水管结垢或腐蚀等，使计 算结果易于偏离实际，这时必须对现实情况进行 调查研究，调查用水量、节点流量、不同材料管 道的阻力系数和实际管径、管网水压分布等。
• • • •
树状网计算例题
干管各管段的水力计算
干管各管段管径D和流速v的确定
4q 确定流速v， 2 D 查表5 — 1，看v是否在经济流速范围内 ，如果是，则所选定的 D、v合理； 首先根据流量并参照标 准管径选定一个管径 D，然后由v 如果否，则重新选定 D，在看一下新计算所得 的v是否符合表5 — 1 内的经济流速， 直至符合为止。这里我 们可以看出，对一每一 个管段，可能不止一个 D、v组合满足 表5 — 1中队经济流速的要求。 如管段1 — 4，表6 — 3中所选管径为 300mm ，如我们选择管径 D 350mm ，则此时 4 0.03063 v 0.63, v 0.63m/ s也符合表5 — 1对经济流速的要求。 2 3.14 0.35
•水泵扬程
H p Z t H 吸 H t H 0 h c h s 5 4.70 23.53 3.00 3.00 29.83m H p — —水泵扬程；
Z t — —水塔地面标高； H 吸 — —泵站吸水井最低水位 标高，采用 4.70m； H t — —水塔水柜底高于地面 的高度； H 0 — —水塔水深，采用 3.00m； h c、h s — —水泵吸水管、泵站到 水塔输水管水头损失， h c h s 3.00m。
• • • •
树状网计算例题
干管各管段的水力计算
干管各管段管径D和流速v的确定
4q 确定流速v， 2 D 查表5 — 1，看v是否在经济流速范围内 ，如果是，则所选定的 D、v合理； 首先根据流量并参照标 准管径选定一个管径 D，然后由v 如果否，则重新选定 D，在看一下新计算所得 的v是否符合表5 — 1 内的经济流速， 直至符合为止。这里我 们可以看出，对一每一 个管段，可能不止一个 D、v组合满足 表5 — 1中队经济流速的要求。 如管段1 — 4，表6 — 3中所选管径为 300mm ，如我们选择管径 D 350mm ，则此时 4 0.03063 v 0.63, v 0.63m/ s也符合表5 — 1对经济流速的要求。 2 3.14 0.35
•水泵扬程
H p Z t H 吸 H t H 0 h c h s 5 4.70 23.53 3.00 3.00 29.83m H p — —水泵扬程；
Z t — —水塔地面标高； H 吸 — —泵站吸水井最低水位 标高，采用 4.70m； H t — —水塔水柜底高于地面 的高度； H 0 — —水塔水深，采用 3.00m； h c、h s — —水泵吸水管、泵站到 水塔输水管水头损失， h c h s 3.00m。
树枝状管网水力计算
1 餐厅
城市给 水干管
引水点
A
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《 园 林 工 程 》
解：
1、求①点的最高日用水量
Qd q N 1500 15 22500(l / d )
2、求最高日最高时用水量
Qd 22500 Qh Kh 6 5625(l / d ) 24 24
H 4 hy h j hy i L 40.9mH 2O /1000m 148 6.05m H 4 hy h j 1.25hy 7.6mH 2O
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《 园 林 工 程 》
6、求该点所需总水头
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《 园 林 工 程 》
【例1】某公园大众餐厅（二层楼房，见图示），其设 计接待能力为1500人次/日，引水点A处的自由水头为 37.40mH2O，用水点①位置见图，标高为50.50m
试计算该餐厅①的用水 量、引水管管径、水头 损失及其水压线标高， 并复核A点的自由水头是 否能满足餐厅的要求。
干管的水力计算
完成各用水点用水量计算和确定各点引水管的管 径之后，应进一步计算干管各节点的总流量，据此确 定干管各管段的管径，并对整个管网的总水头要求进 行复查。 复查方法：最不利点（地势高、距离引水点远、 用水量大或要求工作水头特别高的用水点）水压满足 法。
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《 园 林 工 程 》
⑤ 水头计算
水头损失值 必须考虑 用水点与引水点的高程差 用水点建筑的高低及用水点的水压要求
大田灌溉喷灌系统水力计算教程
(二 ) 固定式喷灌系统设计
1、设计基础资料的收集
1）地形图：比例尺为1/1000——1/500的地形图， 了解设计区域的形状、 面积、位置、 地势等 2）气象资料：包括气温、雨量、湿度、风向风速 等，其中风对喷灌影响最大。 3）土壤资料：主要是土壤的物理性能，包括土壤 的质地、持水能力、土层厚度、吸水能力等 ，主要用 以确定喷灌强度和灌水定额的依据。 4）植被情况：植被的种类、种植面积、根系情况 等。 5）水源条件：城市自来水或天然水源。 6）动力来源：重力还是外力
2)设计流量
Qp Nt q
式中：Nt为同时工作喷头数。 根据Hp和Qp，可直接由水泵样本中选定水 泵，一般样本中同时给出了配套电机的参数。
《 园 林 工 程 》
8、注意问题
喷灌系统水的喷洒应该顺主风向，对不同的 植物，喷灌的雾化度也要求不同。 雾化度取决于喷灌水滴细小程度。水滴小则雾 化度高 。水滴小，对作物打击伤害小，但蒸发损 失大；水滴大，对作物打击大，但蒸发损失小。因 此雾化度不宜过高，也不宜过低。
Q
2
令 Sof
管长沿程阻力参数，则
10.28n 2 ，Sof称为单位（或每米） 5.33 d
hf Sof LQ
2
式中：Q—管中流量（注意单位是m3/s)。
表 ： 单 位 管 长 沿 程 阻 力 系 数
值
4
S0f
《 园 林 工 程 》
局部水头损失，可按沿程水头损失值的10%计算。
《 园 林 工 程 》
1、水头损失概念及其分类？ 2、树枝状管网的计算目的？
《 园 林 工 程 》
五、喷灌系统的设计
(一) 喷灌系统简介
喷灌是喷洒灌溉的简称，是借助一套专门 的设备将具有压力的水喷洒到空中，散成水滴 降落到地面，供给植物水分的一种灌溉方法。
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《园林工程》
② 布置管网 在公园设计平面图上，定出给水干管的位置、走向、并对节点进行编号，量出节点间的长度。（遵 循前述管网的布置要点）。
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《园林工程》
③ 求公园中各用水点的用水量及水压要求 （1）求某一用水点的最高日用水量Qd
hy a l Q2
式中： a—阻力系数（s2/m6)，由试验求得，与管道材料、管壁的粗糙程度、管径、管内流动物质以及温
度等因素有关。
l—管段长度（m）
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《园林工程》
局部水头损失—水流因边界的改变而引起断面流速分布发生急骤的变化而产生的阻力为局部阻力， 为克服阻力而引起的水头损失称为局部水头损失，通常用hj表示。
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《园林工程》
4、管网计算步骤
① 有关图纸、资料的搜集与研讨 从公园设计图纸、说明书等，了解原有或拟建
的建筑物、设施等的用途及用水要求、各用水点的高 程等。
再根据公园所在地附近城市给水管网的布置情 况，掌握其位置、管径、水压及引用的可能性。
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⑤ 水头计算
必须考虑
水头损失值 用水点与引水点的高程差
用水点建筑的高低及用水点的水压要求
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《园林工程》
公园给水管段所需水压计算式：
H H1 H2 H3 H4 (mH2O)
（3）求设计秒流量q0
q0
Qh 3600
（l/s或m3/s)
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《园林工程》
④ 各管段管径的确定 根据各用水点所求得的设计秒流量q0及要求的水压，可查表确定连接园内给水干管和用水点之间的管 段的管径，还可查得与该管径相应的流速和单位长度的水头损失值。
《园林工程》
⑥
干管的水力计算
完成各用水点用水量计算和确定各点引水管的管径之后，应进一步计算干管各节点的总流量，据此确定 干管各管段的管径，并对整个管网的总水头要求进行复查。
复查方法：最不利点（地势高、距离引水点远、用水量大或要求工作水头特别高的用水点）水压满足法。
LANDSCAPE ENGINEERING
《园林工程》
上节课内容回顾
1、给水管网的布置形式及各自特点？ 2、用水定额、日变化系数、时变化系数？ 3、经济流速 4、水头损失概念及其分类？
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《园林工程》
5、水压力和水头损失
①水压力P—在给水管上任意点安装压力表，所测得的读数，即为该点的水压力值，（kg/cm2或N、 KN、mH2O）。为了便于计算，也把水压称为“水柱高”，力学上又称“水头”，其单位换算关系 为1kg/cm2=10m水头=100Kpa。
式中： H—引水管处所需的总压力（mH2O) H1—引水点和用水点之间的地面高程差（m)； H2—用水点与建筑进水管的高差（m)； H3—用水点所需的工作水头（mH2O)；
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《园林工程》
H2+H3值可依建筑不同层数按有关规定采用。
平房： 10mH2O 二层： 12mH2O 三层 ： 16mH2O
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《园林工程》
②水头损失—水在管中流动时，为克服水与管壁间摩擦力而消耗的势能。 其值可用压力表测得的两点压力差来确定。
水头损失
沿程水头损失 局部水头损失
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《园林工程》
沿程水头损失—当固体边界的形状和尺寸沿程不变时发生的水头损失。
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例题 某段管网布置如下图：
已知各节点地面高程如下表所示，0点的地面高程为42.08m，管网中最不利点为4点（用水处为三楼）， 其自由水头是16m，试计算最高日最高时引入点的水压大小，并绘图表示。
某点水压标高=该点地面高程+该点自由水头
下一点的水压标高=上一点水压标高-两者间水头损失
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《园林工程》
2、管网计算目的 根据最高时用水量作为设计用水量求出各段管线的直径和水头损失。
对于引用式给水方式：确定城市给水管网的水压是否能满足公园用水的要求； 对于自给式给水方式：主要确定水泵所需扬程及水塔（或高位水池）所需高度，以保证各用水点有足够 的水量和水压。
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《园林工程》
(四）树枝状给水管网的设计计算 1、给水管网计算指标
用水量（Q)：以秒流量表示 管径（DN）：以mm为单位； 水头（H）：水压(以kg/cm为单位）；米水柱高度（100KPa=1kg/cm2=10米水柱）
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节点编号
1 2 3 4 5 6
地面高程(m) 水压高程(m) 自由水头(m)
42.95
43.8143.88来自44.6916
44.24
44.67
按控制点4为例，3-4段内管径为100mm，流量为5.8L/s，故可查表得水头损失1000i=13.2（v=0.75m/s)， 而3-4段长度为720m，故可计算其段内水头损失为9.5m。（依次计算出其它各段值，填入表中）
以后每增加一层增加4mH2O
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《园林工程》
H4—沿程水头损失和局部水头损失之和（mH2O)
H4 hy hj hj iL
有条件时可适当考虑一定的富裕水头(如消防水头）
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Q q N （l/d或m3/d) d
式中:q—用水量标准（最大日）； N—游人数（服务对象数目）或用水设施的数目。
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《园林工程》
（2）求该用水点的最高时用水量Qh
Qh
Qd 24
Kh
式中:Kh—时变化系数（可取4—6）。
（l/d或m3/d)