灌溉排水设计

第一部分 “现代灌排工程技术”综合实训任务书项

目—赵家山梨园微灌工程规划设计

第一节 项目基本资料

㈠、地形与地理位置

赵家山梨园位于北纬37.5度，东经105.6度，地处本县赵家村东，面积长×宽=520m×340m。果园地势北高南低，地面平缓，平均高程88米。 ㈡、梨树种植与土壤资料

赵家村梨园伟1991年种植的成年果园，虽已处于产果盛期，但由于干旱缺水，梨树仍矮小低产，亩产量仅450kg。随着农村经营体制改革，村委会决定集资修建梨园微灌工程，加强果园管理，尽快使果园产量达到亩产2000kg，以增加群众收入，壮大农村经济力量，提高全村群众生活水平。经实地调查，梨树沿等高线种植，株行距均为5×5m，树冠直径约3.0m。园内土壤为壤土，田间持水率=25%（干质量百分数）保水保肥能力较强。 ㈢、气象资料

该地属于干旱气候区，据当地气象站（距果园32km）资料分析，多年平均降雨量仅285mm，且集中在8-10月份降落，每年的6-7月份基本无雨。多年平均蒸发量高达1680mm，资料统计表明7月份最旱，最大日平均蒸发量5mm，该地冬季有严重霜冻，4月初梨树开始萌动生长，夏天地面翻耕后，无覆盖物。 ㈣、水源条件

赵家村梨园附近无地表水源，由于该地属于山前冲积扇坡地，地下水资源较丰富，在果园西北角有一机井，投资约8万元，（最低动水位62m），出水量为80m15m3h。此井为赵家村人﹑蓄饮水用井。现已安装深井泵一台，出水量为h，因此井水有富余，可作为梨园微灌工程水源。

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1

第二部分 赵家山梨园微灌工程规划设计报告

第一节 兴建缘由

㈠、水源：该地属于干旱气候区，梨园附近无地表水源，但果园西北角有一机井且井水有富余，水量可以保证要求；此井为为赵家村人﹑蓄饮水用井水质可以保证灌溉要求。

㈡、经济：该村种植果园年限已比较长，经济基础比较雄厚，有能力修建微灌工程来达到增产目的。

㈢、技术：微灌作为一种节水、节能、节约劳动力、灌溉及时的灌溉方式，具有灌水均匀、增产、节水、节能、节约劳动力、灌溉及时、对土壤和地形的适应性强特点，微灌的灌水强度可根据土壤的入渗特性选用相适应的灌水器，并对其调节，不产生地表径流和深层渗漏。微灌是采用压力管道将水输送到每棵作物的根部附近，可以在任何复杂的地形条件下有效的工作，甚至在某些很陡的土地或在乱石滩上种的树也可以采用微灌。

第二节 微灌类型选择及灌水器选择

㈠、微灌类型选择

与一般的喷灌相比，微喷头的工作压力明显下降，有利于节约能源灌方式，节省设备投资，同时具有调节田间小气候的优点，又可结合灌溉为作物施肥，提高肥效，可使作物增产30%灌与滴灌相比，微喷头的工作压力与滴头相近，不同的是微喷头可以充分利用水中能量，将水喷到空中，在空气中消杀能量，且微喷头不仅比滴头湿润面积大，流量和出流孔径都较大，水流速度也明显加快，大大减小了堵塞的可能性。所以微喷比其他灌水方式对梨树生长更为有利，故选择微喷更加适宜。

㈡、微灌设计参数的确定 ⒈系统规划设计参数

根据实践经验，结合该地实际情况，该系统规划设计采用如下设计参数。 ⑴微喷灌设计日耗水强度Ｅａ=4.5mm/d ⑵土壤湿润比P≥50％ ⑶设计灌水均匀度Ｃ=0.95

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⑷灌溉水有效利用系数η=0.9 ⑸允许流量偏差ｑ=20% ⑹允许水头偏差 hv=

qv1xqv ⑴ 10.15xx式中qv---灌水器流量偏差率（%），《微灌工程技术规范》（SL103—95）规定，

灌水器流量偏差率不应大于20﹪，本设计中取qv=20%

x---灌水器流态指数，本设计中取x=0.5

解⑴式可以得到hv=⒉灌水器的选择

0.210.510.150.2=0.412 0.50.5根据土壤、种植作物、气候条件，选用旋转式全圆微喷头， 采用“TORNADO” 离心式线状微喷头,参数如下表１。

表１ “TORNADO＂离心式线状微喷头水力性能 项目 喷头ｑｄ（L/h） 参数 86 15 2.0 2.0 ｑ＝21.199H0.517 喷头设计工作水头ｈｄｍ） 喷嘴直径ｄ（㎜） 喷洒半径Ｒ(m)(高度为25m) 流量压力关系式 第三节 微灌工程的规划布置

㈠、工程规划

根据基地的总体规划，近期发展微灌17.68hm2。按当地地形、作物分区和实际生产责任制等情况，划定了微灌区的范围，如附表图1所示。系统的首部枢纽布置在机井房内，采用机压直接供水进微灌管网。 ㈡、管网布置

⒈毛管与微喷头布置。果树基本平行与等高线种植，每行树布置一条毛管，故毛管也沿等高线布置。毛管间距等于果树行距，均为5.0m。每一棵树下布置一

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个微喷头，微喷头位于两棵树之间，喷头间距为5.0m.微喷头用一条长2.5m,直径4mm的塑料管，通过毛管接头与毛管连接，同时用一插杆将喷头固定在树下。毛管和微喷头的布置和连接方式见附表图2所示。

p=

AWSeSL2100% ⑵

Aw=

R360 ⑶

式中Aw---微喷头的有效湿润面积，㎡；

---湿润范围平面分布夹角，（°），当全圆喷洒时， θ=360°；

R----微喷头的有效喷洒半径，m； Se---灌水器或出水口间距，m； Sl ---毛管间距，m；

有已知资料：R=2.１、Se=5m、Sl=5m； 解⑵、⑶式可以得到P=满足设计要求。

⒉干、支管布置。为方便布置，干管分为总干管和干管二级，总干管从水源起垂直于等高线布置，直至灌区最低处。在其第一个和第三个四等分点处平行与等高线向另一侧东西方向延伸。支管垂直于等高线布置，双向控制毛管，毛管平行与等高线布置。

⒊控制、调节和保护设备布置。在水泵的出口处安装逆止阀。各干、支管进口处安装控制阀门，在干、支管最高位置处分别安装进排气阀，在每条支管的末端要安装泄水阀。

2.1552×100%=50.24﹪≥50%

第四节 微灌灌溉制度的确定

㈠、设计灌水定额

设计灌水定额由下式计算。 m(FdWo)ZP/

⑷

4

式中m---设计灌水定额，mm；

β---土壤中允许消耗的水量占土壤有效水量的比例，一般为30%‐60%,

对于土壤水分敏感的作物，如蔬菜，采用下限值，对土壤水分不敏感的作物，如成龄果树采用上限值，在此取β=60%；

FdWo---分别为田间持水量和调往系数，在土壤中FdWO=10%

z---微灌土层计划湿润土层深度，m，果树一般去1.0—1.2m，本设计

中取z=1m；

P---微灌设计土壤湿润比（%）；

解（4）式可以得到m60101.055.4/1000=30.144mm=20.10m3/亩

㈡、设计灌水周期T

设计灌水周期T由下式计算。 T=

mEa ⑸

式中T---设计灌水周期，d； 其他符号意义同前。

已知微喷灌时梨树的最大日耗水强度4.5mm/d,因此，微喷灌的灌水时间间隔为

0.930.144可以得到T=

4.5=6.03(d),取T=6d

㈢、一次灌水延续时间t t=

mSlSenq ⑹

式中t---一次灌水延续时间，h； q---灌水器流量，L/h；

n---一株果树安装灌水器个数，本设计中取n=1； 其他符号意义同前。

已知果树行距Sr5.0m，株距St5.0m，微喷头间距Se5.0m，喷头流量

qd86L/h 。将以上数据代入式⑹中得

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t=

30.1445586=8.76h/组，取t=9h。

第五节 微灌系统工作制度的确定

为了减小系统的流量，降低工程投资，本系统采用轮灌工作制度。 全系统轮灌组的数目 NCTt ⑺

式中C---系统日工作时间，可以根据当地水源和农业技术条件确定，一般不大于20h，本设计中C取16h;

N---全系统轮灌组的数目；

其他符号意义同前。

解⑺式可以得到N10.67, 本设计中取N=10

根据系统管网布置情况，考虑到灌水与其他农业技术措施相结合的问题，并使系统有足够的停水维修时间，将全系统分成8个轮灌组，每个轮灌组包括三条支管。轮灌组的具体规划见表2。

表2 灌水器设计参数汇总

序号 1 2 3 项目 灌溉强度（mmd） 灌溉水有效利用系数 灌水小区允许的偏差率 4 5 6 7

表3 轮灌组划分

轮灌组编号

参考值 4.5 0.90 0.20 0.412 55.24 30.144/20.10 6 9 流量偏差率qv 水头偏差率hv 土壤湿润比P% 设计灌水定额m（mm）/（m3/亩） 设计灌水周期T（d） 一次灌水延续时间t（h/组） 支管 支管长度 控制毛管条数∕长度（m） 支管流量轮灌组流（m）∕流量（L／ｈ） （m3/h） 量（m3/h） 6

左侧 1 支1-1 支2-5 2 支1-2 支2-4 3 支1-3 支2-3 4 支1-4 支2-2 5 支1-5 支2-1 6 支3-1 支4-5 7 支3-2 支4-4 8 支3-3 支4-3 9 支3-4 支4-2 10 支3-5 支4-1 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 右侧 58.136 26/29/516 26/29/516 26.832 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 26/34/602 26/34/602 31.304 31.304 62.608 62.608 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/29/516 26/29/516 26.832 26/29/516 26/29/516 26.832 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 62.608 58.136 58.136 62.608 62.608 62.608 26/34/602 26/34/602 31.304 26/34/602 26/34/602 31.304 58.136 26/29/516 26/29/516 26.832 第六节 系统流量推算

㈠、毛管流量的确定 当毛管上灌水器流量相同时

Q毛

=nqd ⑻

式中Q毛---毛管的流量，L/h,

除支n---毛管上同时工作的灌水器个数，

1-1、支2-1、支3-1、支4-1

安装两6个灌水器外，其他毛管均安装7个灌水器；

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qd---流量相同时单个灌水器的设计流量，L/h； 将以上资料代入上式计算出各条毛管的流量为： 支1-1上的毛管流量Q毛=6×86=516L/h （N=9） 支１-２右侧上的毛管流量Q毛=7×86=602L/h （N=8） ㈡、支管流量确定（支管上流量相同时）

Q支=KQ毛 ⑼ 式中Q支---支管流量，L/h； K---支管上同时工作毛管数；

第一排每条支管长均为129m，毛管间距为5.0m,每条支管双向控制毛管，有毛管条数N1305252条。

支1-1流量为Q支=516×52=26832 L/h=26.832m3/h 支1-2流量为Q支=602×52=31304L/h=31.304 m3/h 其他各支管的流量见表1。 ㈢、干管流量推算

干管流量按不同轮灌组从下向上推算，其结果见表3。

第七节 管道水力计算

㈠毛管水力计算

⒈毛管的最大最小工作水头hmax、hmin的确定

hmax(10.62qv)hmin(10.38qv)1/xhdhd ⑽ ⑾

1/x式中各符号同前。

代入数据得hmax=18.95m, hmin=12.81m。 ⒉毛管的极限孔数与极限铺设长度 ⑴毛管的极限孔数

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5.533hD4.75INT1.75Nm= KSeqd0.36360.52 ⑿ 式中Nm---毛管的极限分流孔数；

INT---将括号内实数舍去小数取整数；

m。（%）， hv灌水器水头偏差率h---毛管的允许水头偏差，h=hvhd，

hd---灌水器工作压力，m，支、毛管经济的水头损失分配比例应为0.45

和0 .55；

dK----毛管内径，mm，此处假设为15mm；

---水头损失扩大系数，K=1.1—1.2，本设计中取K=1.1；

Se---毛管上分流孔的间距，m； qd---毛管上单孔或灌水器的设计流量，L/h；

0.36365.5336.18154.75 解⑿式可以得到Nm=INT4.751.15860.52=12

⑵毛管的极限铺设长度Lm Lm=Nm1SeS02 ⒀

式中Lm---极限毛管长度，m；

S0---多孔管进口纸首孔的间距，m； 其他符号同前；

解⒀式可以得到Lm=12152.52=62.5m

⒊按毛管的允许水头损失值，初步估算毛管的内径d毛为 d毛= bKFfLQ毛mh毛

⒁

式中d毛---初选的毛管内径，mm；

Q毛

m---毛管流量，L/h；

9

K----考虑到毛管上管件或灌水器产生分局不水头损失而增大的系数，其

取值一般为1.1—1.2，本设计中区1.1；

N0.48 F---多口系数，F=m1N1m1，N≥3，本设计中为9,则

70.48F=1.751711.751=0.436

f---摩阻系数；

L---毛管长度，m，本设计据前边计算取29m； m---流量指数； b---管径指数。

表4 各种塑料管材的f、m、b值

管材 塑料硬管 铝管、铝合金管 微灌用聚乙烯管 D>8mm D≤8mm Re>2320 Re≤2320 f 0.464 0.0861 0.505 0.595 1.75 m 1.77 1.74 1.75 1.69 1 b 4.77 4.74 4.75 4.69 4 注：1. Re为雷诺数

2.微灌用聚乙烯管相应与水温10ºC。

4.75解⒁式可以得到d毛=

1.10.5050.4366020.456.181.7529=14.7mm，

由于实际生产应用中管径比计算大，故按规格取d毛=16mm，与前面假设一致。 ⒋毛管的进口工作水头h0的确定

h0hmaxhfsohft ⒂

式中hmax---毛管第一个喷头的工作压力，(m)；

hfso---第一个灌水器至毛管进口处的水头损失,(m)；

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hft---毛管出水口至灌水器进口处的微灌的水头损失，(m)；

毛管第一个喷头的工作压力即毛管的最大工作水头hmax；毛管的第一个灌水器至毛管进口处的水头损失即微管的水头损失，

hfsokfs0(Nqd)/d ⒃ 式中各项符号同前。

因Re>2320，则f=0.595,m=1.69,n=4.69,考虑局部水头损失， 则hfso1.10.595861.692.544.694.57m hft1.10.5056021.752.5164.750.19m 故h018.954.570.1923.17m

对于长度不等于34m的毛管，其进口要求的水头不等于18.95m。为了计算方便，本设计中全系统的毛管进口要求的工作水头均采用18.95m。 ㈡、支管的水力计算 ⒈支管管径确定

平坦地形、毛管进口未设调压装置时 d支=

KFfQbm支mnL0.45hvhd ⒄

式中 K---考虑到支管管件产生的局部水头损失而加大的系数，通常K的取值范围为1.05—1.1； L---支管长度，m。

其他符号意义同前，且f、m、b值从表2中选取。

4.75解⒄式可以得到d支=

1.10.380.464313040.450.412151.77130≈71.32，选取外径

为75mm，壁厚δ为2.3mm的PVC管。 ⒉支管的水头损失计算

对于直径大于8㎜的微灌用塑料管道，应采用勃氏公式计算沿程水头损失，即

hffQdmbL ⒅

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式中d---管道内径，（㎜）； 其他符号同前。

当参数缺乏时，局部水头损失也可按沿程水头损失的一定比例估算，支管为0.05—0.1，毛管为0.1—0.2。 则hf1.10.50531304(7522.3)4.751.751308.91m

㈢、干管的水力计算

系统最不利工作状况为第⑧轮灌组，故按第⑧轮灌组运行时的情况确定干管的直径及系统的总扬程。 ⒈干管管径确定

干管管径可按毛管进口安装调压装置时，支管管径的确定方法计算确定。

d干10004Q干3600 ⒆

式中d干---干管内径，mm;

Q干----干管流量，m3/h;

ν----塑料管经济流速，m/s,一般取ν为1.2‐1.8m/h

解⒆得d干为109‐133mm,由于水井出水量、灌水周期等因素影响，选用管外径125mm，壁厚δ为3.9mm的PVC管。 ⒉干管的水头损失计算 hf0.46460608(12523.9)1.774.7769514m

⒊总干进口O处的水头计算

hZpZbhohw ⒇

式中h ---进口处的水头，m； Zp---典型毛管进口高程，m；

Zb---系统水源的设计水位，m；

h0---典型毛管进口的设计水头，m； hw

---水泵进水管至典型毛管进口的水头损失，m；

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则h=(87-88)+23.71+8.91+14=45.62m

由此可见系统总扬程为HhHz 〔21〕 式中ΔH为水泵底阀至总干进口的损失，包括底阀、首部枢纽、吸水器的水头损失、阀门、接头、肥料注入装置、过滤器及水表水头损失。。本设计中ΔH=26.0m; Δz为机井动水距地面的深度，Δz=15.0m,则 H=45.62+26.+15.0=86.62m

第八节 水泵选型

㈠、微灌系统通的设计流量

系统流量最大的轮灌组为第⑧轮灌组，其流量为 31.304×2=62.608m3/h＜85-15=65m3/h ㈡、机泵选型

根据系统总扬程H=78.98m,流量Q=60.06m3/h，由于最低水位与水泵安装高度间的高差超过8.0m，则宜选择潜水泵。查表选用200QJ63-84/7潜水电泵，其性能为扬程H=75-95m，流量Q=45-75m3/h。

表4 潜水泵参数

类型 泵 驱动方式 用途 叶轮数 型号 电动 计量泵 单级 200QJ63-84/7 原理 泵轴位置 性能 流量 混流泵 边立式 不阻塞 45-75（m3/h） 扬程 吸入口径 75-95（m） 215（mm） 功率 排出口径 25（kw） 100（mm） 不锈钢潜水材质 不锈钢 第九节 系统布置

㈠、水源工程

本系统中水源为已建水井，井水经潜水泵抽水输入果园，向作物供水。井的出

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水量可以满足轮灌要求。 ㈡、首部枢纽布置

首部枢纽布置就是合理和正确布置有关设备和设施，主要设备有潜水泵、电源、阀门、过滤器、压力表等。

⒈过滤器。因为水源为井水，水质好，根据设计流量和灌水器对水质要求采用离心式过滤器。

⒉压力表。压力表是系统观测设备，设置在干管首部，装置2.5级精度以上压力表，以便控制和观测系统供水压力。

⒊阀门。在管道系统中布置节制阀、放水阀、进排气阀等。节制阀设置在水泵出口处的干管上和每条支管进口处，用来控制水泵出口流量和支管流量，实行轮灌。每个节制阀最好控制一个轮灌区。放水阀一般设置在干、支管尾部，以便放掉积水。上述阀门处应设置阀门井，其顶部应高于阀门20—30cm，其余尺寸以便操做。非灌溉季节，阀门井用盖板封堵，以保护阀门和冬季保温。进排气阀一般设置在干管或者易产生气团地方，逆止阀一般设置在输水管干管首部。 ㈢、管网布置

该果园东西长，南北短，本系统毛管沿等高线方向布置即东西方向布置，支管南北方向布置，干管东西方向布置。管道使用聚乙烯塑料管，干、支管埋于地下，毛管长度为42.5米，支管双向布置毛管。详细布置图见附图。 ㈣、材料设备用量

本微灌系统所需材料及设备用量详见表6。

表6 梨园微灌所需材料及设备用量

序号 1 2 3 名称 旁通 90°弯头 异径三通 规格型号 φ16 φ125 Φ125×75×75 4 5 同径三通 异径四通 φ125 φ125×125×75×75 个 个 1 6 单位 个 个 个 数量 520 2 2 14

6 进、排气阀 KQ42X-10型φ75 个 20 7 阀门 SZ75T-10型φ75 个 20 8 水泵 200QJ63-84/7型 台 1 9 堵头 Φ75 φ16 个 个 个 20 1040 1 10 球阀 Q41SA-16型φ80 11 12 13 14 供水管 逆止阀 压力表 砂石过滤系统 Φ80 1.5″ Y-50BF 通捷公司SS-400X50 m 个 个 套 26 1 1 1 15 16 17 施肥系统 水表 SFG-50XA LXS-80 套 个 套 1 1 7072 微喷头与插杆 “TORNADO”离心式线状微喷头 18 19 PVC胶 PE管 φ16×29 φ16×34 kg 根 根 根 根 根 根 60 208 832 20 2 1 1 20 PVC管 φ75×139 φ125×305 φ125×30 φ125×260

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第十节 后记

两周的灌排课程设计实习结束了，从开始时候的满腹热情到最后 汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。在没有做设计前我曾单纯的以为灌排课程设计就是对所学知识的总结，但是通过这次设计实习我发现自己以前的想法太片面，课程设计不仅是对所学课程的一种检验，也是对自己能力的一种提高。通过这次设计实习，我明白了自己对原来知识的欠缺，自己要学习的东西还很多。同时，我也明白了学习是一个长期积累的过程，真以后的工作、学习中都应该不到的学习。努力提高自己的知识和综合素质。

通过实习，我真正体会到了“艰苦工作”这一词的含义，我才意会到老一辈的灌排为我们做出的贡献。通过不断的查阅资料，我明白了根据实际情况，认真做好规划是搞好设计的先决条件，这就需要我们根据地形条件圈出所要规划设计的范围，其次依照梨树的需水情况选定合适的灌溉方式，计算需划分的轮灌组数目，初步在地形图上进行初步规划，构思大体的框架和初步的配套设施。

在这次设计实习中同学的关系也得到了进一步的提升，同学之间互相帮助，大家有什么问题都在一起探讨，听听不同的看法对我们更好的理解知识有很多的帮助，在此我非常感谢帮助我的同学。

我的心得也就这么多了，刚开始时候有种万事开头难的感觉，不知道如何入手，最后做完了有种如释重负的感觉。此外，还得到一个体会：知识只有通过应用才能实现其价值。有些东西以为学会了，但真正到用时候才发现是两回事，所以，学习的知识必须真正会用了才是真正学会了。

在此要感谢我的指导老师何晓科老师对我的悉心指导，感谢老师对我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计实习中我懂得了许多东西，也培养了独自工作的能力，树立了自己工作能力的信心，相信对今后的学习、工作和生活有非常重要的影响。虽然这个设计做的不是太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计实习的最大收获和财富，使我受益终身。

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