喷灌和微灌工程设计总体概述.doc

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1、喷灌和微灌工程设计总体概述一、工程设计原则及步骤1.工程的设计原则（1） 工程设计应与规划相一致。（2） 严格按照节水灌溉有关规范、标准进行。（3） 根据实际情况，因地制宜，保质、经济。（4） 满足施工深度要求。工程设计主要为施工服务，强调全面、细致、准确，内容应具体化。2. 工程设计的步骤一般如下（1） 了解规划的内容，掌握设计的原则、方案和总体布局。（2） 搜集基本资料，在规划设计的基础上，根据技术设计的要求提出需要补充搜集或提供更详细资料的清单。（3） 准备设计依据，包括文件、合同、标准、规范、设计手册等。（4） 设计计算。包括灌溉制度、喷头选型及校核、系统布置、管道选型、水力计算、水泵

2、选型、系统结构设计、预算和经济分析等。（5） 绘制设计图纸。（6） 形成设计文件，设计审核、批准。二、工程设计的内容工程设计的内容主要包括设计说明书、设计图纸、设计预算书等三部分。当工程规模较小时，可以将设计说明书和设计预算书合并。（一）设计说明书设计说明书应将技术设计的内容、设计依据的规范或标准、计算方法、计算公式及计算结果等设计步骤逐项阐述清楚。它是解读设计图纸的文字说明和审查预算书是否合理的依据。设计说明书主要包括以下内容。 基本资料。 设计依据。 系统选型和布局。 拟定作物灌溉制度、计算灌溉用水量。 水源分析与水源工程设计。 系统分区、分级、出水口和灌水器的布置。灌水器选型与组合。 管

3、材与管径的选择。 拟订系统工作制度。给出有关各项数据，进行轮灌编组、安排轮灌顺序。 系统结构设计。 系统设计流量和设计扬程的确定，水泵及动力机选配，各级管道的压力校核。 技术经济分析。 施工和运行管理要点。在设计说明书中，还要对施工及运行管理提出必要的要求，阐明有关注意事项。（二）设计图纸提交的设计图纸应包括系统平面布置图、管道纵剖面图、管道系统结构示意图、工程建筑物设计图等。 系统平面布置图。比例尺不小于1/2000。图中应标明灌区边界及内部分区线，水源、水源工程及泵站的位置，输电线路的位置和走向，各级管道及灌水器的位置，各类闸阀、给水栓以及其它附属设施的位置，还应标明管道的名称及编号，见图

4、2-1。图2-1系统平面布置图 管道纵剖面图。管道纵剖面图应绘出地面线、管底线，标出各种管件（如阀门、三通、四通、异径管等）和镇墩的位置。底栏应包括桩号、地面高程、挖深、纵坡和管径等。管道剖面图的纵横比例尺一般不同，见图2-2。 管道系统结构示意图。以透视图形式绘出固定管道系统的结构示意图，标出各段管道的材质、长度、管径及各种管件的规格型号，见图2-3。 工程建筑物设计图。包括泵站平面图、立面图、电气主结构图，以及蓄水池、工作池、阀门井、泄水井、镇墩的设计图等。1021011009998地面线管底线桩号地面高程管底高程挖深图22 管道纵剖面示意图图2-3管道系统结构示意图（三）概预算书对于大中

5、型工程，需要单独编制概预算书，概预算书包括编制说明、设计概算表和附件三部分构成，具体见后面的内容。三、喷灌和微灌系统的组成及特点 （一）喷灌和微灌系统组成及对比喷灌和微灌系统在组成上一般都由水泵和动力机、首部枢纽、管道系统和灌水器等四大部分组成，但是在系统过滤方式、系统压力等级、灌水方式、灌水器等方面均有所不同，因此喷灌和微灌在设计参数的选用上是不一样的，具体见表2-1。表2-1 喷灌和微灌设计参数对比喷灌微喷灌滴灌灌水器工作压力200 kPa7m/遮荫率/湿润比/（部分）均匀度0.750.80.8灌水器材料金属、塑料塑料塑料（二）喷灌的特点及分类喷灌是喷洒灌溉的简称、它是借助一套专门设备将具

6、有压力的水喷到空中，散成水滴降落田间，供给作物水分的一种先进的灌溉方法。喷灌的特点如下：优点：节水、增产、灌水均匀、适应性强，节省耕地和劳力。缺点：蒸发损失大（漂移损失）、能耗大（尤其对高压喷头）、土壤底层可能湿润不足。投资较高、技术较复杂。1.按系统的设备组成分类（1）管道式喷灌系统水源、喷灌用水泵与各喷头间由一级或数级压力管道连接，由于管道是这类系统中设备的主要组成部分，故称管道式喷灌系统。根据管道的可移动程度，又分为固定管道式喷灌系统、半固定管道式喷灌系统和移动管道式喷灌系统。（2） 机组式喷灌系统使用厂家成套生产的喷灌机（组）的喷灌系统，称为机组式喷灌系统。机组式喷灌系统又分为定喷机组

7、式喷灌系统和行喷机组式喷灌系统。2.按系统的喷洒特征分类（1）定喷式喷灌系统喷水时喷头位置相对地面不动，如各类管道式喷灌系统和定喷机组式喷灌系统。（2）行喷式喷灌系统喷头在行走移动过程中进行喷洒作业，如中心支轴式、平移式等行喷式喷灌系统。3.各类喷灌系统优缺点及结构特征见表2-2（三）微灌的特点和分类微灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量，均匀、准确的直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌溉方法。微灌有全面湿润灌溉和局部湿润灌溉两种方式。微灌的特点是：优点：节水、增产、灌水均匀、适应性强，节省耕地和劳力。相比喷灌较节能

8、。缺点：微灌易堵塞、可能会限制根系发展。投资高、技术复杂。局部返盐。1.根据灌溉季节配水管道是否移动，微灌一般可以分为3种形式：固定式微灌系统：在整个灌溉季节，系统各个组成部分都是固定不动的。投资较高。半固定式微灌系统：首部及干支管是固定的。移动式微灌系统：系统的各组成部分都可以移动。投资低、管理比较麻烦。2.按出流形式，微灌系统可以分：滴灌(流量212L/h)、微喷灌(流量20250L/h)、小管出流灌(流量80250L/h)、渗灌(流量23L/h)、喷水带等形式。3.按是否全面湿润分为：全面湿润灌溉，局部湿润灌溉。表2-2 各类喷灌系统优缺点及结构特征类型亩投资(元)优 点缺 点结构特征适

9、用条件固定管道式8001200元省地、效率高，易管理、便于自动化，运行成本低，喷洒质量高用料多、投资大，设备利用率低，竖管对机耕有影响管道投资占7080%，支管耗用量一般2535m/亩，方块田约20m/亩灌水频繁，经济价值高的蔬菜和经济作物，也适用于城市园林、绿地、运动场半固定管道式300500元支管重复使用，降低投资，操作较方便，省地，效率高，喷洒质量较好人工移管不方便，尤其是粘重土壤，而且易损坏庄稼支管喷头可移，干管固定，管道投资占5060%，平均亩管道用量支管23m，干管13m最适宜矮杆大田粮食作物，其它适用面也较宽，但对高杆作物、果园不适用移动管道式200500元设备利用率高，投资少、

10、占地少、喷洒质量较好干管、支管需拆卸、搬移，劳动强度大，效率较低，易损坏庄稼管道全部可移，管道投资占5055%，平均亩用支管13m，干管12m适于一套设备多井喷灌，尤其适于不稳定的河滩地灌溉和不易地埋管道的高寒地区定喷式机组轻小型机组100150元一次投资少，使用灵活，结构简单，便于综合利用机组移动稍难，喷洒质量较差，机组保有率低，控制面积小4hp24hp，结构简单，多为人工或拖拉机移动零星分散土地、分散小水源、家庭果园、菜园、集雨和水窖节水灌溉滚移式、 端拖式、 悬臂式200500元投资较少，结构较简单机组移动不便，维修有一定难度，机组保有率低，国内产品技术不大成熟结构简单，多为拖拉机移动有

11、一定技术条件、集中使用，多用于大田作物行喷式机组中心支轴 式、平移式400600元喷洒质量最好，抗风干扰较强，效率高、劳动强度小，自动化程度高，操作方便结构复杂、耗用钢材多，一次投入稍大，技术条件要求高，坡大于7时行走有困难支管以中心支轴为圆心旋转或以中心支架为准平移，喷头直接布置在支管上，支管边移边喷地形平坦、连片的大块土地（500亩以上），适用于技术条件、经济条件较好的大型农场绞盘式500800元结构较为简单，定位工作时劳动强度小入机压力要求较高（0.60.9Mpa），机组移位困难拖拉机移动，喷头小车边走边喷，支管为PE半软管最适于甘蔗地，也适合牧草等喷灌 表中亩投资是按2000年价格计算

12、，仅供参考。其中的优缺点也是相对的。（四）喷灌和微灌系统压力规划喷微灌系统压力规划的目标是：力求系统压力均衡，确保灌溉质量和节约能源。喷微灌系统压力规划要综合考虑水源水位、灌区地面高程变化、地块分布、输水距离，以及可供选择的设备规格等因素，必要时做出压力分区。划分压力区时，应根据地形、压力和面积大小，灌水器产品的类型，管理、投资等具体条件，综合考虑，合理确定，一般应注意以下两点：（1）既保证各压力区能按设计压力灌水，又能经济合理。（2）压力区的设计压力，应与现有灌水器系列产品的性能要求相一致，以便于配套。对于微灌系统通常采用在支管入口或支管上安装减压设施来调节压力，分区可以适当减少。1. 机压

13、灌溉系统中压力均衡在机压灌溉系统中，当管道系统较长或地面高差较大时，近处和远处（或低处和高处）的灌水器的工作压力相差悬殊，这样不仅难于保证各处出水量的一致，而且常使水泵不能在高效区运行。对于这种情况在规划设计中可采用以下改进措施：（1）在安排轮灌时，增加近处（或低处）的同时工作灌水器，减少远处（或高处）的同时工作的灌水器，以变动流量来使压力趋于一致。但这种流量的调节必须在水泵的高效范围之内，因此是有限度的。（2）按地形的变化分区选用不同工作压力的灌水器，即高处用工作压力低的灌水器，低处用工作压力高的灌水器，但从便于管理的角度出发，这种压力分区一般不宜超过23个。（3）在采用上述两种方法仍不能获

14、得满意的效果时，可根据地形和压力变化情况采用水泵串联或选用几台扬程不同的水泵，以便分区施加不同的压力。也可考虑按地形变化分区建立加压泵站。2. 自压灌溉系统中压力区的划分在自压灌溉系统中，管内水压随地形由上往下逐渐增大。在面积大、管道长、落差大的灌区，上部与下部压力往往相差很大。如全灌区仅按一种灌水器压力规划设计，很难达到较好的效果。如全部选用压力小的灌水器，虽然可扩大上部自压灌溉面积，但下部水头利用不充分，剩余水头大，灌溉效率低。如全部选用压力大的灌水器，自然水头可得到较充分的利用，灌溉效率高，但上部有一部分面积不能自压灌溉，受益面积小。因此，为了充分利用自然水头，扩大自压灌溉效益，应根据压

15、力随地形变化特点，按压力大小进行分区，并分别选配灌水器。当管道内压力超出管道、灌水器等设备所能承受的压力时，应采取减压措施。四、灌溉设计标准和灌溉制度确定1喷灌和微灌系统的设计保证率一般不应低于85%。2作物日耗水量确定。见前面内容，表1-9。一般按最大日耗水量作为设计依据。3设计灌水定额： （21）或 （22）式中：m设计灌水定额(mm)；土壤干容重(g/cm3)； H计划湿润层深层(cm)，一般大田作物可取为4060cm，蔬菜2030cm，果树80100cm； 1、1分别为以干土重和以土体积表示的适宜土壤含水量上限，一般取为田间持水量的80100； 2、2分别为以干土重和以土体积表示的适宜

16、土壤含水量下限，一般取为田间持水量的6080；灌水定额除以水层深度（mm）表示外，还常以单位面积的水体积（m3/亩）表示，两者的关系是：3mm2m3/亩。4设计灌水周期 （23）式中：T设计灌水周期（d）； m设计灌水定额（mm）； Ep作物日需水量（mm/d），取符合设计保证率的代表年灌水临界期的平均日需水量。5设计流量当灌区只种植一种作物时，根据设计灌水定额和设计灌水周期按下式计算设计流量： （24） （25）式中：Qj、Qm系统设计净流量和毛流量(m3/h)； m设计灌水定额(m3亩)； A灌溉面积（亩）； T设计灌水周期，即灌水延续天数（d）； t每日净灌溉时间（h）； 田间水利用系数； c输水系统水的利用系数。6水源水量分析作为灌溉工程的水源，可有河川径流、地方径流、地下水及已建成的水利工程供水等不同类型。因水源类型以及掌握数据情况不同，水源水量的计算方法也不同。