农田水利学课程设计

农田水利学课程设计课程设计目的通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。具体要求1管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基本要求与设计方法；2掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范；3学会收集，分析，运用有关资料和数据；4提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。1.喷灌选型与总体规划1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则资料收集:1地形：地面平坦2土壤：沙壤土3作物：苹果树园林,正值盛果期4水源：果园南部井水5气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s社会经济条件：果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力供应不足;规划设计目的：该果园为实验果园，为发展节水农业起着非常重要的示范作用，同时综合考虑该区域的地形，土壤气象水文与地质，灌溉对象及社会经济条件，故进行规划设计。系统选型：工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型水源类型位置地形地貌地块形状土壤地质降水量灌溉区风速风向对象社会经济条件生产管理体制劳动力状况及使用者素质动力条件由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高，灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。总体规划1吸收科学技术发展的成果与经验，制定合理的灌溉制度；2根据给地形地质水文条件经济基础选用合理的灌溉系统1.2喷灌系统的规划设计基本资料某实验果园，园内有一眼机井，动水位距地20m。该地电力供应不足，为节约用水，拟采用固定式喷灌系统。\n地形：地面平坦，最大供水量为60m/h,面积95亩，果树2544株，株距4m，行距6m，园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3。气象：干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s,风向多变。土壤：壤土,冻土层深0.6m水源：机井，最大供水量为,水位距地。灌溉试验资料：间持水率为（占土体，下同），凋萎系数为果园允许消耗的水量占土壤有效持水量的，在需水高峰期，苹果树的需水强度为。主要内容：系统选型与总体规划熟悉设计任务和《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99摘抄规范：6.3灌溉管道系统6.3.1灌溉管道系统可根据地形，水源和用户用水情况，采用环状管网或树枝状管网，其布置应符合下列要求：1、管道应短而直，水头损失小，总费用省和管理运用方便2、管道应布置在坚实的地基上，避开填方区和可能产生滑坡或受山洪威胁的地带。3、固定管道应埋在地下，易损管材必须埋在地下，埋深应不下于60cm，并应在冻土层以下。4、铺设在地面上的直径不大于100mm的固定管道，应在拐弯处设置镇墩。两个镇墩之间的管道应设置伸缩节或柔性接头。5、各级管道进口必须设置节制闸，分水口较多的输配水管道，每隔3-5个分水口应设置一个节制闸；管道最低处应设置排水阀。6、水泵出口处设置逆止阀。7、管道的驼峰处或长度大于3km但无明显驼峰的管道中段安装排气阀。10.2喷灌系统10.2.2管道式喷灌系统的用户系统设计应符合下列规定；1、各用户系统的喷灌面积必须集中连片，且不宜小于5hm,各点的工作压力差应在喷头允许压差范围内。2、用户系统配水点位置，应有利于缩短输配水管网长度。3、喷灌支管应平行耕作方向布置，地形高差较大时，支管可垂直等高线布置。4、用户系统范围内实行轮灌，轮灌周期宜为5-10天，每天净喷灌时间不宜少于12h.主要内容：喷头、灌水器或给水栓的选择与布置一、规划和设计1、喷灌系统选型工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型水源类型位置、地形地貌、地块形状、土壤地质、降水量灌溉区风速、社会经济条件、生产管理体制、劳动力状况及使用者素质、动力条件。\n由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值较高、灌水频繁，作物耗水量大、劳动力缺乏、综合考虑后采用固定式喷灌系统。2、喷头的选择和组合间距喷头的选择包括：喷头型号、喷嘴直径和工作压力的选择，在选定喷头之后，喷头的流量、射程等性能参数也就随之确定。喷头选择由于灌区月平均风速为2.5m/s相对较大运行方式为多支多喷头同时喷洒，因此选喷灌强度较小的喷头。ZY系列部分喷头性能参数（摘抄自《节水灌溉理论与技术》）型号接头型式喷嘴直径工作压力喷头流量喷头射程ZY-21（内）管螺纹7.0mm250kpa2.9118.21m一、喷头的组合形式和组合间距的确定该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒喷头组合形式为正方形。支管间距，喷头组合间距见表。喷头组合间距（摘抄自《节水灌溉理论与技术》）设计风速m/s组合间距垂直风向平行风向0.3~1.6（1~1.1）R1.3R1.6~3.4（0.8~1.0）R（1.1~1.3）R3.1~5.4(0.6~0.8)R（1.0~1.1）R确定喷头组合间距（喷头间距L、支管间距b）当风速为=1.6m/s时，=1.0R=1.0m当风速为=3.4m/s时，=0.8R=0.8m在设计风速v=2.5m/s情况下，支管上喷头间距和支管间距风别为根据上述结果，取L=18m,b=20m。二、校核雾化指标不同作物的适宜雾化指标（摘抄自《节水灌溉理论与技术》）\n作物种类W蔬菜及花卉4000~5000粮食作物、经济作物及果树3000~4000牧草、饲料作物、草坪2000~3000计算雾化指标：W实际雾化指标在适宜雾化指标范围内，因此喷灌雾化指标满足要求。一、校核喷灌强度各类土壤的允许喷灌强度（摘抄自《节水灌溉理论与技术》）土壤类别允许喷灌强度值mm/h砂土20砂壤土15壤土12壤黏土10黏土8风系数k=1.0已知：L=18mb=22m。则喷头的有效控制面积为设计喷灌强度小于允许喷灌强度，因此喷灌强度满足要求。\n主要内容：计算灌溉制度与工作制度一、灌溉制度1、计算果园的灌水定额，设其计划湿润层深度为50cm,则：砂壤土：田间持水量（12%~22%）取计划湿润层：40~60cm取H=50cm适宜土壤含水率：（70%~90%）土壤干密度：1.0g/cm灌水定额：2、灌水周期设计需水强度为6mm/d，则灌水周期：为方便管理，实际灌水周期应取整数，所以灌水周期取为4d。实际灌水周定额为\n一次灌水所需时间t可按下式确定：同时工作的喷头数（N）可按下式计算：个取同时工作的喷头数为12个根据实际情况，全喷罐区总共包括12个轮灌组，每天工作3个轮灌组，每天工作总时间为11h。轮灌制度（轮灌顺序）时间轮灌组轮灌组中的喷头喷头数第一天第一组1支、2支12第二组3支、4支12第三组5支、6支12第二天第一组7支、8支12第二组9支、10支12第三组11支、12支12第三天第一组13支、14支12第二组15支、16支12第三组17支、18支12第四天第一组19支、20支12第二组21支、22支12第三组23支、24支、25支10主要内容：水力计算与管道计算一、管材的选择管材的选择应当根据当地的具体情况1、从喷头性能参数表查的喷头流量为2.91m/h，工作压力为250kpa。2、支管、干管的流量及管径选择有经验公式：当Q<120m/h，D=13；当Q>=120m/h，D=11.5;D为管内径（mm）\n支管：Q=nq=m/h<120m/hD=13=13根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=63mm，壁厚为0.8mm的硬聚氯乙烯管。干管：Q=nq=m/h<120m/hD=13=13根据《喷灌工程技术规范》选管外径d=90mm，壁厚为1.2mm的硬聚氯乙烯管。二、水力计算管道的沿程水头损失，由《灌溉与排水工程设计规范》得：各种管材的f、m、b值管材fmb钢筋混凝土管糙率n=0.013n=0.014n=0.0151.3122.005.331.5162.005.331.7492.005.33旧钢管、旧铸铁管6.251.905.10硬塑料管0.9481.774.77铝合金管0.8611.744.741、干管的沿程水头损失L=268m。2、计算典型支管沿程水头损失。3、计算干管的局部水头损失：4、计算支管的局部损失：\n因此总损失：喷头水头损失：三、水泵扬程的确定已知喷头工作压力为，即相当于h=25m的水头，取管道埋深为0.7m(应该地冻土层深度0.6m)水泵的设计扬程。m式中：h为水位距地面的距离。水泵的选型及动力配套设备省略。一、设备用量与材料细表表1管材设备序号名称单位数量型号备注1干管m380硬聚氯乙烯管外径90mm2支管m2466硬聚氯乙烯管外径63mm3竖管m426DN32钢管外径32mm表2喷头型号接头型式工作压力喷头流量喷嘴直径射程个数ZY-21(内)管螺纹250kp2.91m/h7.0mm18.2m142个表3控制件（闸阀）名称型号数量备注闸阀Z15T-10型28个安装与干管与支管接头处，干管与分干管之间逆止阀内螺纹1个安装于水泵出水口处