第五章 灌溉管道系统(1)

“一”字形
“T”形
“L”形
当控制面积较大，地块近似成方形，作物种植方向与灌水方 向相同或不相同时树枝状管网可布置成梳齿形或丰字形。
梳齿形
“丰”字形
“工”字 形
环状管网: ①水源位于田块中心，控制面 积约 6.7—10 hm2 ，田块长宽比≤ 2 的环状 管网布置形式见下图a。 ②水源位于田块 一侧、控制面积较大的环状管网布置形式
环 状 管 网
梯田管灌区 管网布置图
山丘区辐射树枝 状管网布置图
第四节 管道附件
在灌溉管道系统中，除直管和接头外，还要有一些 特殊的配件，这些配件可以分为两大类，一是控制 件、二是连接件。 控制件的作用是根据灌溉的需要来控制管道系统中 水流的流量和压力，如阀门，压力调节器，空气阀、 安全阀等。 连接件的作用是根据需要将管道连接成一定形状的 管网，也称为管件，如弯头、三通、四通、异径管、 堵头等。
概述 灌溉管道系统规划布置 输配水管道及管网设计 管道灌溉系统的运行管理 本章的重点是要掌握 管道系统的规划与设计 ,利用水力学知识进行管道的水力学 计算、确定各级管网管径。本章节的内容涉及水力学中的 管道水力学及沿程与局部的水头损失计算。
第五章 灌溉管道系统
灌溉管道系统的特点
优点： 1) 节水效益显著； 2 ）土地利用 率高；3）适应性强；4）输水速度快、 效率高； 5 ）维修养护省工、省时、管 理方便；6）灌水及时。 缺点：1)需要的材料和设备较多；2)投 资较高；3)规划设计内容较复杂；4)对 水源的水质要求较高，尤其是微灌系统， 对水质的要求更高。
1 m
m Q1m L1 （Q Q1） L2
两边开 m次方， Q1 L1 Q1 Q L2 m L1
1 m 1
(Q Q1 ) L2 m
1
L2
1
m
, Q2 Q Q1
第五章 灌溉管道系统
第七节
灌溉管道系统的结构设计
◆ 灌溉管道系统由直管、接头、管件、控制件等构成 后，如何安置在田间。这就是结构设计所应当考虑 的问题。 灌溉管道系统结构设计主要包括以下几个面： 1.确定埋深与坡度 2.镇墩与支墩的设置 3.柔性接头与伸缩接头 4.排气与泄水设施 5.阀门井 6.竖管与支柱
n—系统支管数目；
r—系统运行系数； n1—在灌溉季节内可能同时供水的支管 数； Q支—支管流量， m3/h。
第五章 灌溉管道系统
(4)首部设计工作压力的推算 首先在灌区内选择一个或几个典型点，然后按下式计 算出各自的工作压力，取其最大或次大者为设计工作压力。
H H0 h f h j
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置
（1）小型管网的布置 千亩以下，或千亩以上灌溉管道系统中的第二、三级管 道以下的管网。 平原地区：管道为直线，上下 级管道互相垂直，上级管道布置 在地块中间，向两边分水，末级 管道一般与耕作方向相一致。 山丘地区：末级管道（支管或 毛管）一般沿等高线布置，避免 走逆坡。
第五章 灌溉管道系统
多口 系数
——假定管内流量沿程不变，而且都 等于多口 出流管的首端流量时之沿程水头损失,m ——多口出流量管道实际的沿程水头损失，m 多口系数可用下式计算，也可将其列成表格，供设计 时查用。
N—出流孔口数； m—流量指数。 X—多孔管首孔位置系数，即多孔管入口至第一个出 流孔管口的距离与各出流孔口间距之比.
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置 3. 灌溉面积分区
对于较大的灌溉系统，一般不是整个系统同时灌溉，而是 分成若干个区进行轮灌，在划分轮灌区时应考虑以下几个因素：
在区内作物要一样。 各区所需的流量相近，便于轮灌。 尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理。 一个系统中应有一定数目的轮灌区，便于充分利用每天 可灌溉的时间安排轮灌。
第五章 灌溉管道系统
(2)局部水头损失计算
局部水 头损失
局部阻力系 数
管道内水流 的流速 重力加速度
管道总的水头损失等于沿程水头损失加上局部水 头损失的迭加，即
总沿程水头损 失
总水头 损失
h损 h f h j
总局部水 头损失
第五章 灌溉管道系统
(2)局部水头损失计算
水头损失通常用流速水头的倍数表示:
第五章 灌溉管道系统
各种管径的f，m，b值可参照下表：
第五章 灌溉管道系统
◆在灌溉管道系统中遇到等距等流量多出口管道，就是隔一 定相等的间隔就有相同的流量分出，这样各分流点后的流 量就发生变化。 ◆在计算时沿程水头损失应分段计算，但是当用手算时就过 于繁复，有时为了简化计算，常先假定管内流量沿程不变 一直流到末端，按进口处最大流量计算水头损失(即不考 虑分流)然后乘上一个小于1的多口系数F进行校正。
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置
影响灌溉管道系统布置
的因素有：水源与灌区的
相对位置、灌区的面积大 小、形状和地形、作物的
分布、耕作方向、灌溉季
节的风速风向等。
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置 1.水源工程的布置
水源工程包括取水、蓄水和供水建筑物和设 施等。水源工程的布置首先要研究有多少个可 能被采用的水源，根据其水量、水位和水质情 况，取水的难易程度与灌区的相对位置等因素 选定其中技术可行、工程简单而且投资较少的 作为灌区的水源。
h损
Leabharlann Baidu
v 2g
2
水头损失系数
第五章 灌溉管道系统
(3)不同工作制度下各级管道设计流量的推算
Q xQ0 1 1 1 x [1 K ] r n1 n Q0 n1 Q支 r C r 24
x—系数；
Q0—连续供水时的干管流量，m3/h； K — 与管理工作保证率有关的系数，当 管理工作保证率为95%时， K =1.645； C—系统日运行小时数， h ；
球墨铸铁蝶阀
铸铁蝶阀
第四节 管道附件
逆止阀
第四节 管道附件
(7)配水井
第四节 管道附件
(8)放水井
第四节 管道附件
2.连接件
三通和四通 弯头 异径管 堵头 乙字管 短管
第四节 管道附件
3.快速接头 快速接头的结构形式很多，常用的硬管 的快速接头有以下几种： 杠杆紧扣式 搭扣式 弹簧锁紧式 暗销式 偏心扣式
1）按结构形式分类 开敞式 封闭式 半封闭式 2）按工作压力分类 无压灌溉管道系统 低压灌溉管道系统 中压灌溉管道系统 高压灌溉管道系统
第五章 灌溉管道系统
2．灌溉管道系统的分类
3）按照各部分在灌溉季节中可移动程度分类 固定式灌溉管道系统 移动式灌溉管道系统 半固定式灌溉管道系统 4）按灌水方法分类 喷灌系统 ，滴灌系统 ，微喷灌系统 ， 低压管道输水地面灌溉系统 5）按压力的来源分类 自压灌溉管道系统 ，机压灌溉管道系统
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置
2.首部枢纽的组成及布置
首部枢纽包括引水建筑物、泵站（或水泵机 组）、沉沙、过滤设备、肥料和化学药剂注入设备、 控制器、压力或流量调节器、阀门和测量设备等。 首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位置和管 网布局方便。
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置
第五章 灌溉管道系统
第二节 灌溉管道系统的规划布置
4.灌溉管道系统形式的选择
确定采用的灌水方法； 确定各级管道是移动的还是固定的（根据当地 地形、作物、经济及设备条件，考虑各种形式的 优缺点来选定）。
5.管道系统的布置
灌溉管道系统中的输配水管道一般是指支管 （或毛管）以上的管网。 布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以 使支管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个 灌区灌水均匀。
第五章 灌溉管道系统
第六节 管道灌溉系统的流量与压力推算
1.树枝状管网的水力计算
1）沿程水头损失计算 沿程水头损失即管路摩擦损失水头，它是发生在管道 均匀流的直线段，由于水流内部摩擦而消耗的机械能， 对于圆管有压水流可用下式计算：
摩擦系数
沿程水 头损失
hf
fLQ b d
m
流量指数
管径指数
管道内径
第五章
灌溉管道系统
第五章 灌溉管道系统
本章的教学目的
讲述管道灌溉系统的组成和分类，输水管网 的规划布置；输配水管道及管网优化设计；输 水管网建筑物、管材及管料；管道灌溉系统的 运行管理。
要求具备灌溉管道系统运行管理及维护的一 般知识，掌握灌溉管道系统规划设计方法。
第五章 灌溉管道系统
本次学习提纲
因此有两个未知量 Q1 , Q2 需用两个方程来求解。 (1)连续方程 ( 2)能量方程 Q1 Q2 Q
m Q1m L1 Q2 L2 f1 f 2 b d1b d2
取d1 d 2，选相同管径，又有 f1 f 2。
m 所以有 Q1m L1 Q2 L2
将Q2 Q Q1
代入上式：
第五章 灌溉管道系统
第一节 灌溉管道系统的组成及分类
1．灌溉管道系统的组成
灌溉管道系统 是指从水源取水，并通过压力管网输水、 配水及向农田供水、灌水的工程系统。一个完整的灌溉管道 系统通常都由水源与首部枢纽、输配水管网、田间灌水装置 以及附属建筑物和附属装置等部分组成。
第五章 灌溉管道系统
2．灌溉管道系统的分类
第五章 灌溉管道系统
第五节 管道系统的工作制度
（2）轮灌方式
轮灌：指上一级管道按预先划分好的轮灌组分组或逐一 地向下一级管道配水或灌水的方式，管灌系统轮灌方式也 有集中轮灌和分组轮灌两种。 轮灌方式的特点：下一级管道即实施轮灌的管道在灌水 时期内是轮流工作的，因此，其灌水时间和灌水量均较集 中，有利于与农业操作、田间管理相配合，并可提高人工 控制灌水的工作效率。但其管径稍大，尤其是集中轮灌， 其上下级管道流量相同，管径也将一样，从而会增大管道 系统投资。
管道附件
第四节 管道附件
1.控制件
给水栓 阀门 安全阀 逆止阀 空气阀 流量调节器
半 固 定 式 给 水 栓
第四节 管道附件
移 动 式 给 水 栓
第四节 管道附件
铸铁闸阀
黄铜闸阀
青铜截止阀
第四节 管道附件
软 管 旋 塞 阀 青 铜 止 回 阀
青 铜 球 阀
黄 铜 球 阀
第四节 管道附件
轮灌方式
第五章 灌溉管道系统
第五节 管道系统的工作制度 （3）随机方式
当灌溉系统面积较大，灌区内的用水单位多，而且各种 作物种植比例分散，各用水单位在各个时期的需水、用水 要求又各不相同，带有随意性时，应采用随机取用水方式 或称按需分配方式。 随机取用水方式的特点是把管道系统各给水栓、配水井或 出水口的取用水都看作是一个个独立的随机事件，每个给 水栓、配水井或出水口在任何时候都可以由管网中取水， 也可以不取水；并把它们作为一个取用水计算单位，在此 基础上应用概率论和数理统计法推算各级管道的设计流量。
快 速 接 头
第五章 灌溉管道系统
第五节 管道系统的工作制度
管道系统的工作制度是指管道系统的运行工作顺序及进 行输水、配水和灌水的方式。管道系统最常用的工作制度 有续灌、轮灌和随机灌3种方式：
（1）续灌方式
续灌：指上一级管道向所有下一级管道同时配水的方式。 续灌的特点：上一级管道和所有下一级管道内同时有水 流通过，其过流时间与设计所规定的灌水时间完全相同。 在续灌方式下，下一级配水管道管径小，可降低管道系统 总投资，但工作时间长。
工作 水头 首部到典型点 之间管路沿程 水头损失之和 首部到典型点 之间管路局部 水头损失之和
为典型点高程与水源水面的高差，m。
第五章 灌溉管道系统
2 .环状管网的水力计算举例
单环网说明：（示意图见下图）
水泵位于A点 若开启出水口C， 则水流分两条线 路流向C； 一条为ABCE 一条为ADEC
第五章 灌溉管道系统