棉花膜下滴灌工程设计说明.doc

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1、(一) 棉花膜下滴灌工程设计说明1、基本资料1.1 地形：项目区所在地阿克苏阿瓦提县丰收三场，地处塔克拉玛干沙漠北缘，北靠天山中段，南接塔克拉玛干沙漠大沙漠。总面积9694亩（地形北高南低，平均坡度小于0.5）。1.2 气象：该区属典型的内陆大陆性气候。其特点是：冬冷夏热，昼夜温差较大；光照充足，热量丰富；年平均降雨量185.5mm，年蒸发量2046mm。作物需水高峰期降水年际差别很大，有时几乎不降水。1.3 土壤：滴灌规划地土质为轻壤土，土壤容重1.40g/cm3，田间持水量重量比为24%。地下水埋藏较深，对作物的水量补给可忽略。1.4 作物及栽培模式：该滴灌项目区种植作物为棉花，主要根系活

2、动深度为2555cm。其种植模式为:20402060cm，其中20cm、40cm分别为棉花膜内窄行与宽行间距， 40cm为膜间行距，株距10cm。种植方向南北、东西方向都有，具体详细见图纸。1.5 水源：渠水，水质良好，流量能够满足灌溉的需要。2、系统规划及设计参数2.1 系统工程规划2.1.1 水源工程：渠道来水，通过沉淀池的过滤，可满足灌溉要求(水量平衡计算见设计参数)；水质良好，可用于农田灌溉。2.1.2 首部枢纽：本工程采用离心水泵，电机功率与水泵配套；选用“砂石+筛网”组合过滤器和压差式施肥罐，另配有压力表、闸阀、水表、空气阀等。2.1.3 输配水管网：根据业主经济状况及对系统材料要

3、求，管网系统选用一次性投入较低的“支管+辅管”的滴灌系统模式。管网沿水流方向依次为主干管、干管、分干管、支管、毛管(含灌水器)。主干管、干管、分干管采用PVC-U管，工作压力0.4MPa，铺设于地下；支管、毛管为PE管，灌溉期铺设于地面。毛管选用内镶式滴灌带，根据土壤质地，采用一膜一管四行模式，滴灌带间距1.4m。毛管进口安装紊流三通。表4.1 灌水器参数表滴灌带型号WDF16/2.2-100滴头间距Se(m)0.3额定流量q(L/h)2.2额定工作水头h(m)10压力流量关系式q=0.71h0.50水量平衡计算公式Q=10*Ia*A/t已知常数Ia=Ea-PAt求Q首部110690.20.9

4、20301 首部2106141.40.920471 首部310678.933330.920263 首部410696.60.920322 首部5106118.93330.920396 首部6106122.60.920409 2.1.4 灌水器：根据项目区土质、气候特点、棉花种植模式及毛管布置方式，选用流量较大的灌水器，使滴灌带的湿润范围达到一条滴灌带所浇灌的四行作物正常生长所需的湿润宽度和深度。参考新疆屯河节水科技有限公司试验资料，灌水器流量拟定在2.2L/h左右。选用滴灌带型号为WDF16/2.2-100。具体参数见表4.1。2.2 设计参数2.2.1 水量平衡计算由项目区基本资料可知：作物生

5、长期降雨不稳定，有效降雨量P0=0mm/d，根层土壤或地下水补给的水量S=0mm/d。石河子垦区棉花耗水强度Ea取6.0 mm/d，则灌溉补充强度mm/d 。A佳木=67.5hm2，A依希来=134.5hm2，C=20h/d，依据规范取0.9，可用式(1-2)计算需水流量。 (1-2) 才能满足灌溉要求。2.2.2 灌水小区设计允许偏差率(1)设计允许流量偏差率qv按照规范3.0.9条规定，灌水器设计允许流量偏差率应不大于20%，本设计在毛管进口用紊流三通，因流量调节器存在一定的调节误差，取qv=20%。(2)设计允许水头偏差率 x=0.5，qv=20%，按(1-4)式计算。 (1-4) 2.

6、2.3 土壤湿润比P毛管单行直线布置，按式(1-5)计算土壤湿润比P，各参数根据滴灌带布设方式、作物种植模式及特点、土质情况参见图4.1取值为：n=0.1/(0.34)=0.083， Se=0.3m，Sw=1.0m，St=0.1m，Sr=(0.2+0.4+0.2+0.6)/4=0.35m (1-5)2.2.4 设计灌水定m 已知=1.4 g/cm3，灌水高峰期取z=0.5m，max=90%24%=21.6%，min=60%24%=14.4%，P=71.1%，=0.9，按(1-7)式计算灌水定额m。 (1-7)2.2.5 设计灌水周期Tm=39.76mm，Ia=5.0mm/d， =0.9，按(1

7、-8)式计算T。 （1-8）设计参数汇总见表4.2。表4.2 系统设计参数汇总表序号项 目参数值1灌溉补充强度Ia(mm/d)5.02系统初定总供水流量Q(m3/h)200/4003灌溉水有效利用系数0.94灌水小区设计允许偏差率流量偏差率qv20%水头偏差率hv41%5土壤湿润比P(%)71.16设计灌水定额m(mm)/(m3/亩)39.76/26.57设计灌水周期T(d)7.22.3 设计灌溉制度根据土壤性质、棉花不同生长阶段需水特性及系统设计参数，结合棉花滴灌灌溉经验，制定棉花滴灌灌溉制度如表4.3所示。具体灌溉次数及水量根据当年气候、土壤墒情、作物播期及长势参考表4.3而定。表4.3

8、棉花灌溉制度表 月 份分 项456789合计灌水次数12242112灌水定额(m3/亩)15202226.52015灌水量(m3/亩)1540441064015260 3、灌水小区的水力设计3.1 灌水小区允许水头偏差本设计选择在毛管进口用16*16*16的紊流三通调节流量，根据规范4.3.5条，小区允许的水头偏差全部分配给毛管。初定灌水器设计流量及相应工作水头为： qd=2.2L/h，hd=10.0m。将hv=0.41， hd=2.0m代入(4-10)式计算毛管允许水头偏差： (4-10)3.2 毛管极限孔数和极限长度计算3.2.1毛管极限孔数Nm计算：=4.1m， d=16mm， k=1.

9、1， Se=0.3m，qd=2.2L/h，按式(4-14)计算： (4-14) 3.2.2毛管极限长度Lm：S=0.3m，=268，按式(4-22)计算： (4-22)4、系统管网布置及工作制度的确定项目区规划地坡度小于0.5，设计时按平坡处理。在平坡情况下，一般最经济的布置是毛管在支管(辅管)两侧双向布置，支管在分干管两侧双向布置。规划地由三块条田组成，各条田编号及尺寸参见系统平面布置图(4-4-1)。作物种植种植方向佳木镇亩条田为南北向，依希来乡南北、东西方向都有，具体详细见图纸。毛管沿作物种植方向布设。支管、毛管垂直布设。水源如图所示。4.1管网布置4.1.1 毛管长度和支管列数的布置：

10、二块条田沿着作物种植方向的长度分别如图所示,经试算，一对毛管流量INT(LN/0.3)22.2=0.81.179 m3/h。支管流量如图所示。4.1.2 支管长度和分干管的布置：根据“支管+毛管”模式大田管网布设经验，支管管径一般用de50，适宜铺设长度为de50支管33.544.8m。4.1.3主干管和干管的布置：根据各条田位置，主干管应从水源沿南北方向顺着地边铺设。各条田的分干管可直接与主干管垂直相连。具体如图所示4.2流量调节器的选择 表4.5 流量调节器参数表规格161616额定工作压力(kPa)80350额定流量qd(L/h)1200设计考虑在毛管进口设置流量调节器，每块条田成对毛管

11、的流量稍有差别，其范围在0.81.179 m3/h,选用额定流量1200L/h的流量调节器与每块条田的成对毛管流量均较接近，其参数见表4.5。4.3 系统工作制度的设计4.3.1设计参数的核定(1)灌水器流量：系统设计在毛管进口安装1200L/h的流量调节器。三块条田中毛管的进口流量均采用1200L/h作为平均流量，由此可计算得各条田毛管出水孔的平均流量为： (2)一次灌水延续时间t：m=39.76mm，=0.3m，=1.2m，佳木条田=2.0L/h，代入式（1-9）计算一次灌水运行时间t。 （1-9） 4.3.2 轮灌组的划分根据上述管网布置，按(1-11)式计算系统允许最大轮灌组数为：N=

12、INT(CT/t)=26(组)。实际将系统划分为二十五个轮灌组。每两天运行七个轮灌组，7天可完成一次轮灌。详见系统运行方案图.4.4 各级管道流量的推算按轮灌组的划分，计算流量,以最不利计算出水头.管网水损计算表所示。5、系统管网水力计算5.1流量调节器进口最低压力的确定系统所选流量调节器额定流量1200L/h，在1030m水头之间流量稳定，因此设计典型毛管流量调节器入口压力为100kPa，即10m水头。5.2 毛管和辅管水头损失计算毛管、支管沿程水头损失按多孔管水头损失公式计算。局部水头损失按管道沿程水头损失的10%计算。5.2.1毛管的水头损失h毛k=1.1，f=0.505，m=1.75，

13、b=4.75，d=16mm，qd=2.79L/h， Se=0.3m，So=0.15m，N=216，按(4-28)式计算得： (4-28)5.2.2毛管进口压力h0毛平坡情况下，当毛管上出水孔数268时，平均摩损比R=0.73。毛管的滴头平均流量为2.0L/h，对应压力为7.93m，按(4-29)计算毛管进口压力h0毛： (4-29)毛管末端压力为9.34-2.25=7.09m。5.2.3辅管沿程水头损失h辅按式(4-28)计算支管沿程水头损失。式中q=1200L/h，N=6，SL=1.2，So=0.6。m (4-28) 5.3 支管水头损失计算按公式(4-30)计算得：k=1.1，f=0.46

14、4，m=1.77，b=4.77。按(4-33)式计算各管段水头损失，各管段Q、L、D的取值及计算结果见表具体如表所示 m (4-30) 5.4 干管管径的确定及水头损失计算5.4.1干管管径的推算：根据灌水器最终设计流量和各轮灌组运行时各级管道最大流量确定干管经济管径。经济管径计算公式： (4-31) 经济管径校核公式： (4-32) 干管管径计算结果及选用的管径见表4.7。 5.4.2 干管沿程水头损失计算及水泵扬程的确定：k=1.1，f=0.464，m=1.77，b=4.77。按(4-33)式计算各管段水头损失，各管段Q、L、D的取值及计算结果见表4.8。表4.8.1 首部一最不利系统管网

15、水头损失汇总表 分 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛 管16161.1751.641.81支 管7567.839.643.21.801.94干管200190.81001400.613.66160152.61002502.093.26160152.679.23000.743.79125119.239.61601.273.3711010539.61051.533.65908639.6501.893.04管 道 总 水 头 损 失 合 计22管网水头损失合计22m过滤器水头损失10m毛管工作水头10水泵所需压力

16、42 m6、首部枢纽设计6.1过滤器选型：因为系统水源是井水，水质较好，所以选用旋流水砂分离器加筛网组合过滤器(200m3/h)即可。过滤网目数120目。其水头损失取8m。6.2 施肥罐选型：施肥罐的选型一般根据滴灌规划面积选择，系统规划面积1218亩，应选用200L施肥罐。6.3 水泵和动力复核：本系统供水利用原机井，水泵及动力设备。为此，需对水泵流量扬程进行复核。 7、系统运行复核表4.8.2 首部二最不利系统管网水头损失汇总表 分 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛 管16161.06721.471.

17、61支 管635739.643.21.431.58干管225216.22001.874.02200190.871.84201.024.10160152.671.83000.313.33125119.235.91601.073.1611010535.91051.233.32908635.9502.542.74管 道 总 水 头 损 失 合 计26管网水头损失合计26m过滤器水头损失10m毛管工作水头10水泵所需压力46 m表4.8.3 首部三最不利系统管网水头损失汇总表 分 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛

18、 管16161.1751.471.61支 管7567839.643.21.801.94干管225216.22001400.753.81200190.8100.02000.873.94200190.870.04601.063.15160152.639.63400.703.7611010539.61051.533.65908639.6501.892.04管 道 总 水 头 损 失 合 计22管网水头损失合计22m过滤器水头损失10m毛管工作水头10水泵所需压力42m表4.8.4 首部四最不利系统管网水头损失汇总表 分 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水

19、头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛 管16161.1751.471.61支 管7567839.643.21.801.94干管225216.22001400.753.81200190.8100.02000.873.94200190.870.04601.063.15160152.639.63400.703.7611010539.61051.533.65908639.6501.892.04管 道 总 水 头 损 失 合 计23管网水头损失合计23m过滤器水头损失10m毛管工作水头10水泵所需压力43m表4.8.5 首部五最不利系统管网水头损失汇总表 分 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm

20、)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛 管16161.1751.471.61支 管635739.643.21.801.94干管225216.22001400.753.81200190.8100.02000.873.94200190.870.04601.063.15160152.639.63400.703.7611010539.61051.533.65908639.6501.892.04管 道 总 水 头 损 失 合 计25管网水头损失合计25m过滤器水头损失10m毛管工作水头10水泵所需压力45m表4.8.6 首部六最不利系统管网水头损失汇总表 分

21、 项管 段管道外径(mm)管道内径(mm)管段流量(m3/h)管段长度(m)管段水头损失沿程水头损失(m)总水头损失(m)毛 管16161.1751.471.61支 管635739.643.21.801.94干管225216.22001400.753.81200190.8100.02000.873.94200190.870.04601.063.15160152.639.63400.703.7611010539.61051.533.65908639.6501.892.04管 道 总 水 头 损 失 合 计26管网水头损失合计26m过滤器水头损失10m毛管工作水头10m水泵所需压力46m7.1 流

22、量偏差率复核由节点压力图可知，按特定轮灌组运行时，系统灌水器最大压力出现在1-1-1号支管上离辅管进口最近的毛管首端，为 10.0m，对应流量为2.2L/h；最小压力出现在1-10-1号辅管上离辅管进口最远的毛管末端，为7.9m，对应流量为2.0L/h。同一轮灌组内流量偏差率依据规范3.0.9-1式计算得qv=(2.2-2.0)/2.1.9=5%，小于设计允许流量偏差率20%，符合设计要求。7.2 水锤压力验算与防护本工程地面管采用的是微灌专用聚乙烯管材，不用进行水锤压力验算，各轮灌组交替运行时，一般先开后关，换阀历时较长，故分干管无需进行水锤验算，仅对主干管进行水锤验算。主干管是0.4MPa

23、的PVC-U管，外径D=200mm，壁厚e =4.1mm，弹性模量Es=2500MPa，按规范4.5.2和4.5.3进行计算。经计算，C=257m/s，V初=1.37m/s，V末=0m/s，V =1.37m/s，H =38m。计入水锤后的主干管工作压力为38+26.1=64.1m，大于401.5=60m，因此需采取水锤防护措施。同样原理,计算其他各段,均满足水锤防护要求。8、材料设备用量本滴灌系统所需主要材料及设备用量详见材料表。对易耗材料增加25%损耗量，滴灌带增加5%的损耗量。(二) 棉花膜下滴灌工程技施图(三) 棉花膜下滴灌工程浅评本工程因业主对工程造价的要求，采用了一管四行的毛管布置方

24、式，同时系统中三块条田的尺寸和种植方向不一样，在管网布置和轮灌组的划分上使工程的设计受到了一定的限制。工程在设计上具有以下特点：1、尽管系统在毛管进口设置了流量调节器，但在一管四行的毛管布置方式下，为使土壤湿润范围达到作物根系生长的范围，灌水器流量选择较大，因此滴灌带的铺设长度仍然较短。2、一管四行的毛管布置方式在新疆兵团大田滴灌推广初期，因系统造价较低，对滴灌这一科学灌溉形式的迅速推广起到了一定的作用。但从近两年的情况看来，一条毛管所灌的四行作物中，中间两行作物的长势比边上的两行要好。并且采用一管四行的地块作物产量要低于采用一管两行的地块。因此，一管四行模式的使用应进行多方案的比选。即使在粘性土壤上，是否采用一管四行的布置形式也应从系统投资和作物产量收益等多方面进行综合的考虑。