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旱田滴灌项目工程

  4.4.3旱田滴灌项目区典型设计

  4.4.3.1节水灌溉制度的设计

  (1)基本参数

  1)设计灌溉保证率为90%

  2)设计灌水定额:m=18m3/亩;

  3)设计灌水周期:T=5.5天;

  (2)一次灌水延续时间的确定

  根据选取滴灌带参数计算一次灌水时间:


  式中:t-次灌水延续时间,h;

  m-设计毛灌水定额,27mm;

  -滴头间距,0.3m;

  -毛管布置间距,1.2m;

  -滴头流量,3L/h。

  根据《微灌工程技术规范》,微灌系统设计日工作小时数不应大于22小时,本次设计考虑项目区实际情况,取工作时间为21小时,一次灌水时间为3.2小时,一天可完成6个轮灌组的灌溉。

  4.4.3.2灌溉工程典型设计

  单井出水量40m3/h,典型地块长434m,宽287m,约合187亩,满足单井控制面积设计要求。典型区分成28个灌水小区,每个小区布设长100m(双向灌水)滴灌带40条,滴灌灌水器选择贴片式滴灌带,滴头工作压力为100KPa,滴头间距Se为0.3m,毛管布置间距St为1.2m,滴水流量3L/h,本次设计中,项目区垄的布置形式如图4-3,毛管布置在间距为40cm的两条垄之间。

  

  图4-5滴灌区典型地块垄的布置形式图

  (1)首部枢纽

  滴灌灌溉系统首部设有逆止阀、排气阀、压力表、水表,水嘴、过滤器、施肥罐。过滤器作用是将水中的固体大颗粒、藻类、漂浮物沉淀过滤,防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。过滤器有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等,各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用,也可以根据水源水质情况组合使用。根据项目区水中固体砂颗粒含量很少的情况,过滤设备采用4"离心式过滤器,过流量40m3/h。施肥罐的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化学药品等在施肥罐内充分溶解,然后再通过滴灌系统输送到作物根部,便于作物吸收,充分发挥肥效,同时减少肥料浪费。本系统选用容积为150升的施肥罐。由于项目区地质条件稳定本次设计不设镇墩和支墩,若施工过程中土质发生变化,按规范布设镇墩和支墩。首部枢纽设备配置见附图4。

  (2)滴灌带选择

  根据目前国内市场上滴灌带的种类和水利性能,以及对各厂家滴灌带的应用调查,考虑项目区土壤质地、作物需水特性及毛管布置方式,设计选用DN16贴片式滴灌带,滴头工作压力为100KPa,滴头间距Se为0.3m,毛管布置间距St为1.2m,滴水流量3L/h。

  (3)管网布设

  为方便耕作、避免热胀冷缩和冬季冻害,结合当地种植习惯,本次设计干管、分干管和支管均为地面管。

  ①干管:干管为井房外沿垄向布置,公称压力0.4Mpa ,管径DN110mm,材质为PE软管,根长6m。项目区兴隆村有部分地片高差较大,为防止地面软管破裂,选择地埋0.6MPaPE管,管沟开挖深度1.0m,沟底宽0.5m,开口1.5m,共需埋设3029mDN110PE干管(0.6MPa)。

  ②分干管:分干管采用DN110mmPE软管,公称压力0.4Mpa,垂直垄向布置,共布设4列,每列长度310m,单侧长度24m,分干管间距100m。

  停泵或冬季不用时,为防止管道冲砂水和秋季积水冻害,地埋管处在管道低处利用汽油泵抽空管道内余水。

  干管和分干管均为地面管道,具体布设见图4-6。

  

  图4-6滴灌区典型地块工程布置图

  ③支管:支管采用聚乙烯DN75PE软管,长度50m。每条支管上双向各布置40根毛管。支管通过双口给水栓和分干管连接。具体布设见图4-7。

    

  图4-7 支管控制面积布置图

  ④毛管布设:设计选用的DN16mm贴片式滴灌带,滴灌带垂直于支管两侧呈鱼骨式布置,即与种植方向相同。每条支管上设80条滴灌带,每条长50m,典型地块共有滴灌带2000条,总长为100000m。滴灌带直接与支管接通,滴灌带上不设球阀,即同一支管上所有滴灌带同时工作,每条滴灌带的间距为1.2m,滴灌带上每隔0.3m设滴头一个,滴头流量3L/h,工作水头为10m。

  ⑤所有管道为地面移动管道,为防止管材管件的丢失及损坏,每到冬季支管及滴灌带应及时收起妥善保存。

  ⑥为保证给水栓安装方便,使用方便,本次设计选用口径75mmPE双口带阀给水栓。

  ⑦兴隆村地埋干管部分安装DN110铸铁可拆卸给水栓9套,地埋分干管部分安装DN75铸铁可拆卸给水栓15套,给水栓高出地面20cm。

  (4)管材选择及管径校核

  根据当地类似工程实践经验,干管和分干管选择PE管材,管网的干管、支管管径按经验公式计算。

  

  

  式中:D-管道内径;

  Q-流量,m³/s;

  V-流速,m/s(取1.0~1.5 m/s)。

  干管流量与单井出水量相同,即40m3/h。分干管流量与干管流量相同为40m3/h,竖管流量同分干管流量即40m3/h,一个竖管两侧各带一条支管,所以支管流量为竖管流量的一半即20 m3/h,毛管共计有166个滴头,滴头流量为3L/h,毛管流量为0.498m3/h,经计算,管径选取见表4-8。

  

  表4-8 各级管径校核计算表

  (5)滴灌系统水力设计

  ①各级管道流量推算

  a、单根毛管设计流量

  单根毛管流量等于单滴头流量乘以滴头总数,即:

  Q毛=(N·q)/1000

  =166×0.003

  =0.498(m3/h)

  即单根毛管的总流量为0.498m3/h。

  式中:Q-系统设计流量,m3/h;

  q-滴头流量,3L/h;

  N-毛管同时工作的滴头数,为毛管总长度÷滴头间距。

  b、支管设计流量:

  支管双侧连接40条毛管

  Q单支=Q毛·N

  =0.498×40

  =19.92(m3/h)

  式中:N-支管上毛管的数目N=40条;

  Q毛-单根毛管总流量。

  c、竖管设计流量

  Q单竖=Q支·N

  =19.92×2

  =39.84(m3/h)

  式中:N-竖管上支管的数目N=2条;

  d、分干管设计流量:

  Q分干管=Q竖·N=39.84×1=39.84(m3/h)

  式中:N-每条分干管上一次工作的竖管数目N=1条;

  Q分干-单侧分干管的总流量。

  e、干管设计流量:

  Q干=Q分干×1=39.84(m3/h)

  ②毛管铺设长度校核

  a、灌水小区允许水头偏差

  小区内最大、最小水头计算:

  hmax=(1+0.65qv)1/xhd

  hmin=(1-0.35qv)1/xhd

  hv= hmax-hmin

  式中:hmax—滴头最大水头,m;

  hmin—滴头最小水头,m;

  qv—流量偏差率,取0.2;

  x—流态指数,取0.5;

  hd—额定压力,取10m。

  计算得,hmax=12.77m,hmin=8.65m,hv= 4.12m。

  灌水小区设计允许水头偏差按1:1比例在支、毛管间进行分配,即分别为2.06m,2.06m。

  b、灌水小区毛管铺设长度

  按照《微灌工程技术规范》要求,初步概算时,分配给毛管的水头差可取设计允许水头差的50%,并以此计算毛管最大铺设长度。毛管水头损失为:

  

  式中:-管道沿程水头损失,2.06m;

  -摩阻系数;0.505

  -管道流量,498L/h;

  -管道内径,15.4mm;

  -流量指数,1.75;

  -管井系数,4.75;

  -管长,m。

  经计算,毛管极限铺设长度:85.29m。根据地块形状,系统平均铺设单侧长度50m。

  ③轮灌制度的确定

  根据滴灌系统的布置,为保证系统各级管道安全稳定运行,故需将系统划分轮灌组。典型设计地块共有1根干管和4根分干管,支管共计28条。灌溉时同时开启2个支管球阀,典型地块共布置28个轮灌组。运行时,每次灌水时间为3.2小时,即3.2小时可完成一个轮灌组。按照每天工作19.2小时计算,一天可以完成6个轮灌组,4.7天可完成全部28组轮灌区,即一个灌溉周期为4.7天,小于设计灌水周期5.5天。

  ④管网最不利点水力计算

  根据各级管道流量及最不利工作点的位置,根据前面给出的公式计算管网的水头损失。

  管道水力计算包括管道沿程水头损失和局部水头损失。

  a、管道沿程水头损失计算

  

  式中:-管道沿程水头损失,m;

  -摩阻系数;

  -管道流量,m3/h;

  -管道内径,mm;

  -流量指数;

  -管井系数,4.75;

  -管长,m。

  b、管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。计算结果见表4-9。

  

  

  

  

  

  

  

  

  表4-9水头损失计算表

  c、泵管损失计算

  H泵管=L·I (υ≥1.2m/s)

  式中:L–泵管长度,m;

  I=0.00107υ2/d1.3;

  υ–管内流速,m/s;

  d–管道内径,0.074m(泵管选用3mm厚钢管)。

  经计算,泵管水头损失见表4-10。

  

  表4-10 各项目区水源井泵管损失

  项目区出水量(m3/h)动水位(m)下泵深度(m)泵管管径(mm)流速(m/s)损失(m)

  ⑤管网压力分析

  经上述计算可知,管网远端最不利点压力损失为2.0m,管网近端最大压力损失为1.49m,两点高差为0.2m,两点压力差为3.42m。当满足最远点毛管工作压力时,最近点毛管压力小于选取的毛管允许承受压力(0.15MPa),设计合理。

  ⑥滴灌典型地块小区流量偏差率计算

  

  通过上面计算可知滴灌典型地块小区水头偏差为2.02m,则hv=0.202,通过上式计算可得小区流量偏差0.097,小于《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)所要求的0.2,故设计合理。

  ⑦微灌面积复核

  水源供水流量稳定且无调蓄。微灌面积按下式复核:

  

  式中:A—微灌面积,hm2;

  Qs—水源可供流量,40m³/h;

  Ia—设计供水强度,4mm/d;

  td—水泵日供水小时数,19.2h/d;

  η—灌溉水利用系数,0.9。

  经复核,微灌面积259亩,设计灌溉面积数值满足要求。

  ⑧水泵的选型

  a、总扬程计算

  滴灌带入口要求压力水头10m,过滤器水头损失为8m,高差根据地形图计算,则总扬程为:

  H扬=H管网+H动+H泵管+H滴头工作压力+H过滤器工作压力+H地面高差

  

  

  

  

  

  表4-11 扬程计算表

  b、水泵的选型

  根据滴灌设备的总扬程和总流量确定水泵的型号。本次设计拟选用的潜水泵其性能及参数见表4-11,最终泵型可根据实际现场情况,适当调整泵型。

  

  表4-11潜水泵性能及参数

  注:泵管采用国标钢管,壁厚3mm。

  

现场会议图

  

施工图

  

安装图

  

完工图