棉花膜下滴灌设计书(大学毕业设计).doc

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1、目录摘要- 1 -ABSTRACT- 1 -1基本资料- 2 -2规划布置与初定参数- 3 -2.1规划布置- 3 -2.1.1水源工程- 3 -2.1.2首部枢纽.- 3 -2.1.3输配水管网- 3 -2.1.4灌水器的选择- 3 -2.2设计参数- 4 -2.2.1流量偏差率qv- 4 -2.2.2水头偏差率hv- 4 -2.2.3土壤湿润比- 4 -2.2.4设计灌水定额m- 4 -2.2.5设计灌水周期T- 5 -2.2.6一次灌水延续时间t- 5 -3毛管的水力设计- 6 -3.1毛管的允许水头偏差- 6 -3.2毛管的极限孔数和极限长度- 6 -3.2.1毛管的极限孔数Nm- 6

2、 -3.2.2 毛管的极限长度Lm- 7 -4管网布置与系统工作制度的确定- 7 -4.1管网布置- 7 -4.1.1毛管、支管布置- 7 -4.1.2分干管、主干管布置- 7 -4.2系统工作制度设计- 7 -4.3各级管道的设计流量的确定- 8 -4.4 轮灌组数校核- 8 -5管网水力计算和支，干管管径的确定- 9 -5.1毛管的水力计算- 9 -5.1.1毛管的水头损失hf毛- 9 -5.1.2 毛管进口工作压力h0毛- 10 -5.2 支管管径的确定和水头损失计算- 10 -5.2.1支管管径的确定- 10 -5.2.2支管水头损失计算- 11 -5.3稳流三通的选择与进口最低压力的

3、确定- 11 -5.4 调压阀前最小工作水头的确定- 11 -5.5干管管径的确定和水头损失计算- 11 -5.5.1干管管径的确定- 11 -5.5.2 干管水头损失计算- 12 -5.7 水锤压力验算与防护- 14 -6首部枢纽设计- 15 -6.1水泵与动力选型- 15 -6.2过滤器- 15 -6.3施肥罐- 16 -6.4控制量测设施与保护装置- 16 -7系统土建设计- 16 -8工程投资概算- 16 -8.1编制依据- 16 -82编制方法- 16 -8.2.1基础单价- 16 -8.2.2其他费用- 17 -8.3单项工程投资指标- 17 -8.4工程投资估算- 17 -8.5

4、工程资金筹措方式- 21 -参考文献：- 22 -摘要：棉花膜下滴灌技术是滴灌技术与覆膜植棉技术的结合，加压的水流经过滤设施滤“清”后，进入输水干管(常埋设在地下)、支管、毛管铺设在地膜下方的滴灌管(带)，再由毛管上的灌水器滴入棉花的根层土壤，供棉花根系吸收。膜下滴灌技术不但能够实现节水高产，而且由于其能够很好的抑制土壤盐分的上移，有效消除土壤盐渍化的危害，再加上施工和管理方便等优点，目前已成为经济实用的灌溉技术之一，在我国干旱和半干旱地区得到了广泛应用。棉花是我国西北地区的主要的经济作物，具有大面积种植的历史。但由于本地区常年干旱少雨，导致棉花产量不高。研究棉花的节水高产的灌水方法，实现稳产

5、高产就变得十分必要。本设计以实现棉花的节水高产为目的，设计棉花的膜下滴灌系统。具体设计步骤为：第一步，根据提供的基本资料，规划系统布置，初定首部枢纽配置及输配水管网的布置方案，选取管材和基本设计参数，确定滴头规格。第二步，根据选定参数计算系统的其它相关设计参数。第三步，根据各级管道的水力计算，确定各级管道管径，并确定管网布置与系统工作制度。第四步，首部枢纽设计。包括水泵，施肥罐，过滤器及各种控制量测设施和保护装置的选型。第五步，计算主要设备材料用量，确定单价，计算设备材料费及其他费用，求出项目总投资，做出经济可行性分析并最终确定方案。关键词：棉花；膜下滴灌；敦煌Abstract：Drip ir

6、rigation under plastic film mulch technology is the drip irrigation technology and the membrana tectoria cotton planting technology union, the compression current of water after filters the facility to filter “clear”, enters the water distribution collecting main (often to install underground in und

7、erground), the branch, the capillary tube - - lays down underneath the mulching plastic the drip irrigation tube (belt), again drips into the cotton by the capillary tube on douche the root level soil, for cotton root system absorption.Drip irrigation under plastic film mulch was a water saving irri

8、gation technique. It not only saved water but also restrained the soil salinity from moving up, and then could effectively eliminate the saltiness damage. Additionaly, because this technique was easier to implement and manage compared with other irrigation techniques, it has been a very popular and

9、economic irrigation technique and was widely used in many arid or semi-arid areas. Cotton is an economic staple plant in the China northwest region, but on account of the water scarcity, the cotton yield was usually very low. So to study effective irrigation techniques for cotton high yield became v

10、ery urgent. Aiming water saves and high cotton yield, this report design drip irrigation under plastic film mulch system for cotton. The concrete design steps are as following:(1)According to the given fundamental data and information, to design the system total arrangement, preliminary determine th

11、e arrangement of control head and pipe net, select the pipe material and fundamental design parameters and the emitter.(2)On the basis of choose parameters, to calculate the other concerned design parameters.(3)According to the water hydraulics calculation, to determine the main and second drip diam

12、eter, the pipe arrangement and the system operation schedule.(4)Control head design. This step consisted the pump, fertilizer applicator tank, water filter, all kinds of control and measure equipment as well as the protect valves.(5)Calculate the main equipment quantity, search the price and calcula

13、te the total material costs and other expense. On the basis of this, to make economic analysis and detemine the final design program.Key words: Cotton; Drip irrigation with plastic film mulch; dunhuang1基本资料设计基本资料如表1所示。表1 棉花膜下滴灌系统基本资料序号分项内容1地块面积A：66.7hm2(1000亩)670m(南北)X1000m(东西)地理位置：某地地形：西南低东北高，坡度在1/

14、50001/3000之间2土壤土壤类型：砂壤土土壤容重：1.5 g/cm3田间持水量田(%)：25土层厚度：60 cm3气象年均蒸发量：2161mm有效降雨强度P0：0 mm/d年平均降水量：37 mm 初霜期：10月中旬，终霜期：2月上旬。最大冻土深：70cm4作物棉花，种植方向：东西向作物耗水强度Ea：6.8mm/d栽种方式：一膜一管两行，(10+66+10)+66cm，株距10 cm。5水源水源类型：渠水，水量能满足要求。水源位置：灌区北边。地下水直接补给作物水量S：0 mm/d水质：漂浮物较多,悬移质泥沙，悬移质泥沙平均粒径在0.00290.19mm之间，平均粒径为0.06mm，最大粒

15、径为0.972mm。6电力配有动力电源，使用方便2规划布置与初定参数2.1规划布置本工程规划灌溉水源流程为：水源工程（农渠沉淀池）首部枢纽（离心泵“砂叠片”两级过滤器总控制阀等）输配水管网（主干管分干管调压阀支管毛管）灌水器棉花根层土壤。2.1.1水源工程本滴灌系统利用地面灌溉渠道供水，水质符合农田灌溉水质标准，可用于滴灌，但悬浮泥沙含量大，需设置沉淀池进行初级处理以去除大量泥沙。水源水量能满足供水需求。2.1.2首部枢纽动力选电动机（功率与水泵配套），采用单机单吸离心泵。为处理水中的细颗粒悬浮泥沙和少量的有杂质，采用“砂过滤器+叠片过滤器”过滤，用压差式施肥罐施肥（安装与砂过滤器与筛网过滤器

16、之间）。首部枢纽装有压力表、空气阀、闸阀、等设备和仪表。2.1.3输配水管网管网由主干管、分干管、支管、三级管道构成，支管进口调压。单行毛管沿植物种植方向布置，采用与灌水器合为一体的一次性灌水带。支管垂直于毛管布置，间距由毛管的实际铺设长度限定。根据地块长度，沿南北向布设6列支管，毛管双向铺设，支管间距83m，则毛管的实际铺设长度为83m。根据地块的宽度，沿东西向布设3列分干管，支管双向铺设，分干管间距111.7m。平面布设图见附图。主干管，分干管采用PVC-U管，埋设在地下。毛管，支管，分干管，主干管依次正交布置。2.1.4灌水器的选择土质为砂壤土，种植模式为（10+66+10）+66，毛管

17、采用一膜一管两行布设。间距Sl=1.52m。选用一次性滴管带，内径16mm，滴头间距为0.4m，滴头额定流量为1.8l/h。根据压力-流量关系可得相应的额定工作水头为8.1m。2.2设计参数2.2.1流量偏差率qv根据规范规定，灌水器设计流量允许偏差率不应大于20%。本滴灌工程取=19%。2.2.2水头偏差率hv 灌水器流态指数x=0.5, 灌水器设计流量允许偏差率=19%。依据灌水器工作水头偏差率与流量偏差率之间的关系时可计算得工作水头偏差率： (2-1) =0.392.2.3土壤湿润比土壤湿润比根据表2选取。表2 土壤湿润比P的参考值作 物滴 灌微 喷 灌果 树20503050蔬 菜609

18、070100葡 萄、 瓜 类30404050粮 食 作 物5080取土壤湿润比=65%。2.2.4设计灌水定额m 已知 z=0.6m P=65% 。本工程采用缩短灌水周期的方法，根据棉花需水高峰期的最佳土壤含水率范围，取最大持水量的78%，取最大持水量的60%。则作物需水高峰期灌水定额m： (2-2) = =26mm式中 m设计灌水定额,mm； r土壤容重，项目区土壤为砂壤土,g/cm3； z计划土壤湿润层湿度，m； p设计土壤湿润比，m； max适宜土壤含水率上限； min是以土壤含水率下限； 灌溉水的有效利用系数。2.2.5设计灌水周期T已知m=26mm， =6.8mm/d， 。 (2-3

19、)式中 m设计灌水定，mm；T次灌水延续时间，h；作物耗水强度，mm/d；灌溉水的有效利用系数。取设计灌水周期为4天。2.2.6一次灌水延续时间t (2-4) 式中 t次灌水延续时间，h； SL毛管间距，m； Se滴头间距，m； qd滴头额定流量，L/h。3毛管的水力设计在毛管的进口安装稳流调压装置，毛管的水力设计主要是计算毛管的允许水头偏差，毛管的极限孔数和长度。本工程沿毛管的铺设方向的坡降在0.2左右，坡降很小可按平坡计算。3.1毛管的允许水头偏差 已知 则灌水小区水头偏差为： h=hvhd =0.398.1=3.2m (3-1) 式中 hv灌水器工作水头偏差率； hd灌水器设计工作水头，

20、m； h灌水小区允许水头偏差，m。按一般惯例，将允许水头差合理的分配给支、毛管。一般取，。 h毛=h=0.553.2= 1.76m (3-2) h支=h=0.453.2=1.45m (3-3) 式中 h毛毛管允许的水头偏差，m； h支支管允许的水头偏差，m； 允许水头偏差分配给毛管的比例； 允许水头偏差分配给支管的比例。3.2毛管的极限孔数和极限长度3.2.1毛管的极限孔数Nm已知h毛=1.76m, k=1.1, m, 代入下式 (3-4) =302个 式中 Nm毛管的极限个数，个； Se 滴头间距，m； D 毛管内径，mm； qa滴头额定流量，L/h；h毛毛管允许水头偏差，m； k水头损失扩

21、大系数为毛管总水头损失与沿程水头值, k=1.11.2； INT（）取整符号。3.2.2 毛管的极限长度Lm (3-5) 式中 L毛毛管的极限长度，m； Se滴头间距，m； INT()取整符号。毛管的实际单向铺设长度为83m，滴头个数为满足要求。4管网布置与系统工作制度的确定4.1管网布置4.1.1毛管、支管布置单行毛管沿东西向布置，支管垂直毛管布置，如平面布置图。（见附图）4.1.2分干管、主干管布置沿东西向布置3列分干管，则支管长为111.7m，主干管与分干管正交布置。如平面布置图。（见附图）4.2系统工作制度设计本滴灌工程划分为6个轮灌组，具体轮灌制度如表3。 表3 轮灌制度工作表工作日

22、期轮灌组编号工作支管编号设计工作时间第一天1-1, 1-3, 1-5, 6-2, 6-4, 6-65:0014:002-1, 2-3, 2-5, 5-2, 5-4, 5-614:0023:00第二天3-1, 3-3, 3-5, 4-2, 4-4, 4-65:0014:002-2, 2-4, 2-6, 3-2, 3-4, 3-614:0023:00第三天1-2, 1-4, 1-6, 6-1, 6-3, 6-55:0014:004-1, 4-3, 4-5, 5-1, 5-3, 5-514:0023:004.3各级管道的设计流量的确定出水孔设计流量为1.8，一对毛管滴头数为2072=414个，可得一

23、对毛管的流量为1.8414=745.2。一条支管带对毛管，其流量为 ：745.273=54399.6 =54.4。按照系统设计运行工况，出现水泵出口压力最大的水力路线为“OABC”（路线简图如图1）推算分干管、主干管的流量。各级管道流量见表4。表4 各级管道流量表出水孔（）成对毛管流量()支管进口处（）五分干管（）主干管（） C3C2C2C1CC1BCOAB 1.8 745.2 54.454.4108.8163.3163.3326.44.4 轮灌组数校核已知T=4d, C=20h, t=9h/组，。依据下式可得最大轮灌组数。 8 (4-1)实际轮灌组数，满足设计要求。图1 水泵出口压力最大的水

24、力路线简图 5管网水力计算和支，干管管径的确定5.1毛管的水力计算5.1.1毛管的水头损失hf毛已知k=1.1, f=0.505, m=1.75, b=4.75, m, , d=16mm, N=207个，S0=0.15m, 依据下式可求的毛管的水头损失 (5-1) =1.0m 式中 毛管的水头损失，m； Se灌水器间距，m； S0毛管进口到第一个滴头的距离，m； N滴灌带总数，个； d毛管内径，mm； f摩阻系数；m流量指数；b管径指数； k水头损失扩大系数； 滴头额定流量，L/h；注：系数f,b,m通过查管材系数表确定。5.1.2 毛管进口工作压力h0毛已知， f=0.505 k=1.1,

25、R=0.73, m=1.75, b=4.75, m, , d=16mm, N=207个，S0=0.15m。毛管进口的工作压力可依据下式确定。 (5-2) 式中 h0毛毛管进口工作水头，m； Se灌水器间距，m； S0毛管进口到第一个滴头的距离，m； N滴灌带总数，个； d毛管内径，mm； f摩阻系数；m流量指数；b管径指数； k水头损失扩大系数； 滴头额定流量，L/h；代入数据可知当滴头流量为1.8L/h时毛管进口压力水头为=8.8m。5.2 支管管径的确定和水头损失计算5.2.1支管管径的确定管道管径的确定方法选择经济流速法。塑料管材的经济流速一般取v=1.21.8m.据此可依据下式计算确定

26、支管管径。 (5-3)=103.4mm根据聚乙烯微灌管规格，支管拟选用内径为110mm，壁厚为2.0mm，压力等级为0.25Mp的PE管。5.2.2支管水头损失计算已知 f=0.505, k=1.1, =54.4, d=110mm, L=111.7m.支管水头损失为： (5-4) =2.46m 式中 支管水头损失，m； 支管流量，； 支管管长，m； 支管管径，mm； 其他符号意义同前。5.3稳流三通的选择与进口最低压力的确定一条毛管的流量为372.6,毛管的进口工作压力为=8.8m。因此在毛管进口安装16的稳流三通。其水头损失为0.2m。稳流三通进口压力水头h=8.8+0.2=9m。5.4 调

27、压阀前最小工作水头的确定灌水小区进口采用110调压阀，根据厂家给定资料，过流量为54.4,阀门出口压力稳定在11.64m时水头损失为9m。故阀前最小工作水头的确定为11.64+9=20.64m。5.5干管管径的确定和水头损失计算5.5.1干管管径的确定系统设计运行工况长生水泵出口压力最大的水力路线为“OABC”（路线简图如图1），干管管径的确定也采用经济流速法。5.5.1.1五分干管各管段管径的确定 管段： (5-5) mm 管段： (5-6)管段： (5-7)5.5.1.2主干管管径的确定 BC管段： (5-8) OAB管段： (5-9) 干管管径选择见表5。5.5.2 干管水头损失计算已知

28、k=1.1, f=0.505, m=1.75, b=4.75。依据干管水头损失计算公式可以计算主干管和五分干管各管段水头损失。综上所述，系统设计工况下生产水泵出口压力最大使得各级管道水头损失如表6所示。表5 管 径 计 算 与 选 择 表管 段流 量（m3/h）计 算 管 道内径（mm）选 择 管 道内 经（mm）外径 (mm)主干管OAB326.4277.5271.8280B C163.2196219.8225五 分 干 管CC1163.2196219.8225C1C2108.8160175.9180C1C254.4113.3122.1125表6 产生水泵出口压力最大时系统的水头损失计算表

29、各 级 管 网管外径 (mm) 管内径 (mm)管段长(m) 流 量(m3/h)总水头损失(m)毛 管16830.3761.00稳流三通进口压力水头10.83支管110108111.754.42.64灌水小区进口调压阀前水头20.64出地管110107.5154.40.024干 管 五 分 干 管125122.1166108.82.19180175.9166108.81.3225219.883163.20.46 主干管BC225219.8223163.31.23OAB280271.8334.7326.42.27沿程水头损失合计 7.45 局部水头损失 0.75主干管进口压力水头（m）20.64

30、+0.024+7.45+0.75=28.86首部枢纽水头损失初估（m）10m 水泵出口压力水头（m）28.86+10=38.86 表7 节点压力均衡验算表节点管段L（m）D(m)Q()(m)(m)(m)(m)(m)H(m)O 28.86 A OA111.72803264000.760.0828.02 BAB223.42803264001.450.1526.42CBC223.42251632001.320.1225.07831801632000.460.0524.561661801088001.300.1324.13166125544002.190.2221.72 A28.02832251632

31、000.460.0527.151661801088001.300.1326.08166125544002.190.2223.67 B26.42832251632000.460.0525.911661801088001.300.1324.48166125544002.190.2222.075.7 水锤压力验算与防护本滴灌系统只对主干管OA进行验算，该管外径为280mm，壁厚8.2mm，材质为PVC-U,其弹性模量为250，流速变化值为0.86m/s，（一条分干管突然关闭计算求得）。依据以下公式计算水锤压力。H=Cm (5-10) (5-11) 式中 H直接水头的压力水头增加值； C水锤波再管中的

32、传播速度，m/s； V管中流速变化值，为初流速减去末流速，m/s； g重力加速度，m/s2； D管道外径，mm； e管壁厚度，mm； Es管材的弹性模量，聚乙烯管取Es=25003000Mpa。经计算H=17.16m,则计入水锤后的管道工作压力水头为28.8+17.16=46.02m小于管道允许压力的1.5倍，故不必采取水锤防护措施。6首部枢纽设计6.1水泵与动力选型水泵的选型根据设计工况需要的扬程和流量确定。本滴灌系统采用单级单吸离心泵，干管进口所需的工作水头。由于进水段管线较短，水头损失忽略不计，取二级过滤冲洗排污的水头损失之和为10m，则水泵扬程为：H=H0+H首部=38.86m (5-

33、6) 水泵流量根据滴灌系统设计流量选定。根据以上计算系统的正常工作所需总扬程38.86m，所需总流量为326.4.所选单级单吸离心泵型号为：IS200150400A其配套电机功率为75kw。6.2过滤器 根据水源水质采用“砂+筛网（150目）”过滤，其型号选择根据过流流量确定，本系统的设计流量为326.4。6.3施肥罐本滴灌系统面积为1000亩，选用200L的施肥罐。6.4控制量测设施与保护装置本系统在筛网过滤器与砂网过滤器之间设有施肥闸和相应的闸阀。筛网过器后设置水表。水泵与过滤器之间设置止水阀，规格与水泵进出口直径相同，过滤器进出口设置压力表。首部枢纽连接最高处设置排气阀。7系统土建设计土

34、建设计包括沉淀池设计，镇墩，闸门井，库房，泵房，管槽等。(注：该工程土建设计比较简单，因此不再作过多的设计)8工程投资概算8.1编制依据1、水利部水建水利水电工程设计概算费用构成及计算标准的通知。 2、中华人民共和国水利部水利工程设计概（估）算编制规定。 3、中华人民共和国水利部水力建设工程概算定额4、中华人民共和国水利部水利水电设备安装工程概算定额82编制方法8.2.1基础单价1、人工工资本工程选用具有一定专业技术的施工队伍施工，根据中华人民共和国水总水利工程设计概（估）算编制规定，结合工程具体情况，人工工资计算结果：工长120元/工日；高级工100元/工日；中级工90元/工日；初级工80元

35、/工日。2、主要材料预算价格主要材料包括汽油、柴油、木材、钢材、水泥等，工程所需材料从当地物资经营部门和石油公司购买，经公司运输到工地，材料单价采用2008年上半年市场调查价，运输费按项目所在地交通厅、物价局发布的汽车运价管理实施细则的通知计取。装卸费依据市场调查结果计算。采购及保管费率取4%。材料预算价格=（材料市场价+包装费+运杂费+运输保险费）（1+采购及保管费率）按上述公式计算结果：柴油：7827元/t，汽油：8542元/t；钢材：7642元/t；板材：1902.4元/t；水泥：456元/t地方材料按从料场买成品料，用汽车运输到工地，计算地方材料预算价格：砂子：45元/m3；砾碎石：4

36、5元/m3；块石：89.10元/m3；砖：0.55元/块。3、施工机械台班费执行中华人民共和国水利部水总2002116号文水利工程设计概（估）算编制规定。4、建筑工程建筑工程以工程量乘以工程单价进行计算。工程单价由直接费、间接费、计划利润、税金组成。5、材料设备费材料设备主要是指塑料管材、水泵等材料设备价格，拟通过招标确定。8.2.2其他费用根据水利部水建水利水电工程设计概算费用构成及计算标准的通知，工程直接费由基本直接费、其他直接费（费率4%）、现场经费组成。企业利润取7%，税金取3.22%。8.3单项工程投资指标根据当地现有工程单价和本项工程典型设计，确定各类工程投资指标。以典型工程材料用

37、量及投资估算：滴管工程蓄水池出水量326.4m3/h，控制面积1000亩。根据项目区水源情况，设计沉淀池，沉淀池工程总投资为19925.77元。8.4工程投资估算依据上述编制方法及单价分析，工程总投资为80.73万元。投资估算见表8。表8 棉花膜下滴灌项目投资总估算表编 号工程或费用名称建筑工程费（万元）设备及安装工程（万元）其他费用（万元）合 计（万元）1建筑工程5.155.152材料设备及安装工程4.757.662.33电力配套4.84.84其他费用10.7710.775试验观测费5.075.07总投资80.73表9 滴灌工程材料设备及安装工程估算表编号项 目规 格单位数量单价（元）合价（元）一材料设备原价 523346.41水泵 套1400040002砂石过滤器=326.4m3/h套1100010003施肥器200L只14004004挠性接头与水泵配套套150505压力表与水泵配套只1702106逆止阀与水泵配套只13003007空气阀与水泵配套只150508PVC-U干管280(04MPa)m3602590009225(04MPa)m750129000表9 滴灌工程材料设备及安装工程估算表（续表）编号项 目规 格单位数量单价（元）合价（元）10PVC-U干管180(04MPa)m105101050011125(