喷灌系统的规划设计

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1、第八节 喷灌系统的规划设计喷灌系统是由水源取水，经过水泵加压(自压系统除外)，再通过各级压力管 道，送至竖管及喷头而形成一个完整的管道系统。其中固定管道式多是将干、支 管均埋入地下。半固定管道式多是将干管铺设在地上，支管位于地面，灌完一片 后移动到另一片，它们的管道设计方法基本一致。机组式喷灌系统则有所不同， 这里重点讲述固定管道式喷灌工程的规划设计。一、喷灌工程规划设计的原则和内容(一) 原则1、管道工程分级 喷灌系统较小时，管道分成两级，干管和支管；有三级 管道时分为干管，分干管和支管；有四级管道时，分总干管、干管、分干管和支 管。最末一级，带有喷头的工作管道，称为支管。连接喷头与支管的管

2、道称竖管。2、管道布置原则(1) 管道布置应使管道总长度尽量短，管径小，造价省，有利于防止水击。(2) 山丘区布置喷灌系统时，一般应使干管沿主坡向布置，支管则平行等高 线布置。(3) 管道布置应考虑各用水单位的需求，便于用水管理，有利于进行轮灌分 组。(4) 平原地区，支管尽量与作物耕作方向一致。(5) 充分考虑地块的地形变化，力求使支管长度一致，规格统一。管线纵剖 面应力求平顺，减少折点，尽量避免管线出现驼峰。(6) 管线的布置应结合排水系统，道路林带，供电系统及行政村的规划统一 规划，山、水、田、林、路。(二) 喷灌工程规划设计的主要内容1、勘测和收集基本资料： (1) 地形图，(2) 土

3、壤，(3) 气候，(4) 水源，(5) 农作物，(6) 动力供应，(7) 交通，(8) 农业生产现状。2、确定喷灌区域 根据水源、地形、土壤、农作物及经济条件，确定喷灌 区域的范围和面积。3、计算喷灌用水量，进行水源工程的规划设计。4、确定喷灌系统类型，对选定的方案进行设计，也可以选两种以上方案进行比较，确定最优方案。5、计算工程、设备统计表、编制概预算。6、编制工程施工进度计划表。（三）主要设计成果1、喷灌工程规划设计说明书一份。2、喷灌工程平面布置图，管道、沟渠纵剖面图，管道结构示意图，建筑物 设计图（泵站、泄水井、支墩、镇墩、农桥等）。（四）喷灌工程规划设计类型1、管道式喷灌工程规划设计

4、，包括固定式和半固定式。2、机组式喷灌工程规划设计，包括定喷机和行喷机。3、自压喷灌工程规划设计。（五）喷灌工程规划设计依据（标准）1、国家标准喷灌工程技术规范GBJ85 85。2、喷灌工程设计手册水电出版社。思考题：喷灌工程规划设计的主要内容和主要设计成果。二、喷灌工程规划设计的基本资料（喷灌工程的勘察设计）（一） 地形资料喷灌系统的规划布置应有实测的地形图，其比例视灌区大小，地形的复杂程 度以及设计阶段要求的不同而定。在规划阶段，5000 亩以上灌区要求 1/5000 1/10000的地形图，5000 亩以下灌区， 1 /2000 1 /5000地形图。对于小地块要求 1/500 1/10

5、00 的地形图，对于地势平坦的小块灌区，至少应用平面位置图， 包括田块高程，水源位置（水位、高程）等资料。（二） 土壤资料土壤资料包括：（1） 土壤质地，（2） 田间持水能力，（3） 土壤入渗速度，（4） 土壤化学性质。1 、土壤质地 土壤质地是指土壤颗粒的机械组成，即按不同粒径的矿物质 颗粒在土壤中所占比例对土壤进行分类。土壤一般分为：砂土、砂壤土、轻壤土、 中壤土、重壤土、粘土、分类方法有颗粒分析法和野外手测法。2、土壤容量 单位体积自然状态下的干土的重量。单位g/cm3,其范围在一 之间。主要测试方法有环刀法，参考农田水利学教材。3、田间持水量 土壤田间持水量是指在有良好排水条件下的土壤

6、中，排水 后不受重力影响而保持在土壤中的水分含量，常用占干土重的百分数表示。在有条件的地方，可对灌区土壤田间持水量进行野外测定。4、土壤入渗能力 土壤入渗能立一般用土壤入渗速度来表示，主要是选定 允许喷灌强度。5、土壤化学性 包括PH值，含盐量，有机质含量以及氮、磷、钾等含量。6、土壤最大冻土层深度。（三） 气象资料 喷灌工程规划设计应收集的气象资料有：降雨量（年降雨量、典型年日降雨 量），蒸发量（水面、陆面），气温（最高、最低、极端），湿度，日照，无霜期（被霜 期、冬霜期）。喷灌的缺点之一就是受风影响大，所以做喷灌工程设计应特别注意此问题。 风速风向是确定喷头布布置形式和管道布置方式的重要依

7、据。风向：一般可分为8 个方位，即东、南、西、北、东北、西北、东南、西北 八个方向。设计风向是指灌区主要农作物灌水时期内灌水日的主风向。如此季节 没有时显的主风向，应按多风向设计。风速：指喷灌工作日的平均风速。气象站给出的风速为10 米高处风速，手 持风速仪可测量 2 米处的风速，它们之间换算关系U10=式中：Um为10米高处风速，V2为2米高处风速。风力等及与风速关系为：0级（0 s）, 1级一s）, 2级一s）, 3级一s）, 4级一 s）。当风力等级大于3级风时应停止喷灌。（四） 水源条件 喷灌所用水源有：河流、水库、池塘、山泉、湖泊、井水等。对水源的调查 内容包括： 1） 来水量, 2

8、） 水位, 3） 水质, 4） 含砂量等。其资料应有一定的代 表性（长系列水文资料,典型年日来水量资料）,特别要注意灌溉季节的水位流量 变化。应用地下水作喷灌工程水源时，应查明灌区地下的情况，包括可供开采的单 井出水量，水质等，要了斛地下水多年平均降深的变化，做到在多年的运行中保 证地下水采补平衡，保护地下水资源。在多泥沙河流上取水时，要特别注意河流的含沙量，重要工程要做沉沙工程， 以保证喷灌工程的正常运行。应用城市污水灌溉时，应对污水进行水质处理。喷灌水源的水质应满足农田灌溉水质标准GB508492。(五) 农作物包括：灌区作物种类、种植面积、种植方式、作物布局和结构、 复种指数。其中作物耗

9、水资料，作物根系活动层有条件时应作实验，无条件可查 阅相关农田试验站的实验资料或有关书籍农田水利学、作物耗水量等资料。(六) 农业经济概论(1) 灌区农业发展规划，水利工程现状，农业机械化程度。(2) 灌区农业收入情况，粮食单产，价格、生产费用等。(3) 交通条件。(4) 行政区划。(5) 动力设备情况。三、喷灌工程类型选择喷灌工程的类型应根据作物种类、经济条件、动力设备条件、地形条件等因 素确定。经济价值高的作物可采用固定管道式喷灌工程，大田作物宜采用半固定 式或机组式喷灌系统，有自然水头的地方尽量采用自压喷灌工程。四、喷灌制度的制定喷灌制度包括：(1) 灌溉定额，(2) 灌水定额，(3)

10、灌水次数，(4) 灌水周期 等。灌溉定额指各次灌水定额之和，灌水定额指一次灌水时，单位面积上的灌水 量。(一) 设计灌水定额设计灌水定额按下式计算m = O.lrH -0)/ 耳max min式中：m设计灌水定额，(mm)； H为喷灌土壤计划湿润层深度，(cm)，对于大田作物可取4060cm； r为土壤干容量，(g/cm3)； 0土壤含水量上限(取田间max持水率),0 .为土壤含水量下限(取田间持水率的60%),耳为喷洒水利用系数(一 min般取。若用m0表示米3/亩的灌水定额，m表示mm灌水定额，它们之间关系为:10 mm水深相当于亩的灌水量(二) 设计灌水周期设计灌水周期指两次灌水的时间

11、的间隔,以天数表示。设计灌水周期可用下 式确定:式中：T为设计灌水周期，(d)； m为设计灌水定额，(mm)； n喷洒水利用 系数； Ea 为作物临界耗水期日平均耗水量, (mm/d)。a(三) 喷灌制度确定方法1、水量平衡法1) 播前灌水定额M 二0.1rH-0 )/n0max 0式中： m0 为播前灌灌水定额， (mm) ； 0 为播前土壤含水量。 002) 生育期内 以农田水学利中水量平衡法来制定生育内的灌水定额和灌水 次数W - W 二 W + P + K + M - ETt 0 r 0式中:W、W0为时段初和时段t时的土壤计算湿润层的储水量，(mm) ； Wr为 由于计划湿润层增加而

12、增加的水量，(mm) ； P0为保存在土壤计划湿润层内的有 效雨量,(mm) ；K为时段t内的地下水补给量M为时段t内的灌溉水量,(mm)；ET为时段t内的作物田间需水量，(mm)。3) 全生育期M=M0+M1M二才m1i=12、彭曼公式法1) 参作物需水量计算 参照作物是指土壤水分充分、地面完全覆盖、生长 正常、高矮整齐的开阔(地块长宽大于200m)的矮草地(草高8-15cm)，以苜蓿草 为代表作物，计算 ET02) 实际需水量的计算ET=Kc(ET0)式中：Kc为作物系数。叶面蒸滕量+棵间蒸发量=腾发量=作物田间需水量?？水田：田间需水量+渗漏量=田间耗水量?？由于水田不同土壤渗漏量大小差

13、别很大，为了使不同土质田块水稻需水具有可比 性，因此水稻的田间需水量不包括渗漏量，如计入渗漏量，则称为田间耗水量。五、喷灌工作制度喷灌工作制度是指喷灌工程运行中，喷头在固定位置的喷灌时间，同时工作 的喷头数以及喷头轮灌组的划分等内容。1、喷头在一个位置(工作点)的喷灌时间按下式确定abm1000q2、同时工作的喷头数和支管数同时工作的喷头数可按下式计算t TCq式中：Nt为同时工作的喷头数；A为喷灌工程控制面积，(m2)； C为一天中喷灌 工程有效工作的时间(2024h)同时工作的支管数N z N式中：Nt为同时工作的支管数；N为一根支管安装的喷头数，以上计算结果均 应取整数。3、轮灌方案1)

14、 轮灌组划分要点：轮灌的编组应有一定的顺序，以便管理。相同 类类型的轮灌组的工作喷头总数应尽量接近，从而使喷灌工程的流量变幅较小。 轮灌编组时，应使地形较高或路程较远的组别的喷头式支管数略少，以利于 保持喷灌泵均在高效区工作。编制轮灌组轮灌顺序，应将流量分散到各配水 管中，避免集中在某一条干管配水。2) 支管轮灌方式 两根支管从地块一头齐头并进，干管从头到尾的流量 等于两根支管流量之和。两根支管由地块两端中间交叉前进。两根支管由 中间的两端交叉前进。、 两种方案只有前半段干管通过流量等于两根支管 流量之和，而后段干管通过的流量只等于一根支管的流量。这样，水头损失小或 可以减少后半段干管的管径。

15、六、喷灌系统组合距的确定1、喷灌方式 喷头的喷灌方式有园形喷灌(也叫全园喷灌)和扇形喷灌两种。 一般在管道喷灌工程中，除了位于地块边缘的喷头作扇形喷灌外，其余喷头均采 用全园喷灌。在机组式喷灌系统中，为避免喷湿机道，一般采用扇形喷灌方式。2、喷头参数的选择 1) 工作压力， 2) 喷头型号， 3) 喷咀直径， 4) 射程， 5) 喷头量。3、计算和校核雾化指标 H/D 值是否满足要求。(二) 喷头的组合形式喷头的组合形式包括支管布置方向、喷头组合方式及喷头沿支管的间距，支 管和支管的间距等。1、支管布置方向 支管布置的方向，除考虑地形因素及作物种植方向外， 还应考虑风向和地形坡度的方向。(1) 受风影响 无风条件下，喷头喷灌为一个园形面积。有风时，顺风向一 侧，喷头射程增加，逆风向一侧，喷头射程减小，而平行风向的两侧，射程也相 应变小。所以，在一般情况下，支管布置在垂直主风的位置，干管则布置在平行 主风向的位置。（2） 地面坡度影响 地面有坡度时，下坡方向，喷头射程加大，上坡方向， 喷头射程变小。一般情况，支管平行等高线布置，干管垂直