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滴灌典型设计书


滴灌系统设计示例
按照兵团水利局、兵团节水办“关于召开兵团节水灌溉 规划设计研讨会的通知”的要求,根据农八师几年来在大 田作物膜下滴灌技术上的实践和研究,此次滴灌系统典型 设计综合农八师的具体情况做如下简要介绍: 一、 基本资料 (一) 地形 农八师垦区地处天山北麓中段,古尔班通古特沙漠南 缘。全垦区土地面积 7529 平方公里。垦区地势由东南向西 北倾斜。垦区地形由南

向北依次为天山山区、山前丘陵区、 山前倾斜平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。 (二) 土壤 农八师土壤缺氮面积大,全氮含量低于 1%的面积占 78%,碱解氮低于 60ppm 的面积占 76%。土壤普遍缺磷,含 量低于 10ppm 的面积占 77.5%。 土壤含钾丰富, 约在 100ppm 以上。 土壤多系灰漠土、潮土、草甸土,土质多系砾质土、 沙质土、粘质土等。根据农八师土壤普查结果,本设计取 占范围较广的砂壤土。 (三) 作物 全垦区有效灌溉面积 266 万亩,其中以棉花为主。 棉花种植面积占总播种面积的 46.5%。本设计示例选棉花。 种植模式采用: 一膜两管四行--宽窄行 30×60cm,滴灌带间 距 90cm;一膜一管四行--(25+30+25)×60cm,滴灌带间 距 140cm。 1、 滴灌工程设计参数的确定

根据农八师目前棉花种植模式和多年实践,确定如 下设计参数。 典型滴灌系统设计基本资料
序 一 1 2 3 4 5 上限 6 下限 三 1 2 3 4 滴头 选型 工作水头 流量 滴头间距 天业迷宫式 10m 2.1 (2.6) 0.9 (1.4) 适宜的土壤含水率 % 15 号 项 目 名 称 位 土壤与作物 土壤结构 设计日耗水量 Ea 土壤湿润层深度 Z 土壤设计湿润比 P 适宜的土壤含水率 砂壤土 4 0.45 60 22.5 单 数 量

mm/d m % %

m L/h m

(四) 水源 垦区水资源来源主要为地表水(库水、河水)和地 下水。目前垦区滴灌节水工程水源以井水为主,单井流量为 80 立方米/小时,动水位埋深在 40 米左右。 (五) 气象 垦区平均海拔 300-500 米左右,呈典型的温带大陆 性气候,冬季长而严寒,夏季短而炎热。年平均气温 7.5℃ -8.2℃,日照 2318-2732 小时,无霜期 147-191 天,年降 雨量 180-270 毫米,年蒸发量 1000-1500 毫米。蒸发强烈, 降水稀少,气候十分干燥,光照充足,热资源丰富。 (六) 动力 原有机井泵大多为 250QJ80-60/3 或 250QJ80-40/2,

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需更换水泵及变压器。但原有高压电线不需更换。 二、 设计内容 按照农八师多数条田的规划布置方式,采用东西长 800 米,南北宽 450 米的条田进行规划设计。种植作物为棉花, 种植模式采用宽窄行 60×30cm 与 60×(25+30+25)cm, 一膜两管四行与一膜一管四行, 滴灌带间距 0.9 米与 1.4m。 作物东西方向种植。耕层土壤为砂壤土。 1. 管道系统 滴灌系统采用如下结构: 水源(井水加压)→计量装置(水表、压力表)→ 离心式过滤器(进排气装置)→施肥罐(施肥控制装置) →网式过滤器(排砂控制装置)→分干管(地埋 PVC 管) →支管(地面 PE 黑管)→附管(地面 PE 黑管)→滴灌带 →滴头。 为减少水头沿程损失,降低能耗,管道系统中支管 与分干管,滴灌管(带)与支管,干管与分干管按各条田 的具体形状,以优化方式采用鱼骨式或梳型两种方式布置, 目的是达到操作管理方便,系统投资和运行费用最低的效 果。 2. 泵站 根据水力计算结果,选择 250QJ80-80/4 的潜水泵,可 满足滴灌系统工作压力和设计流量。 在过滤器出口安装水表、逆止阀,在过滤器和施肥罐 的前后分别设置一个压力表,观察其压力变化。 在滴灌系统的最高处设置进排气阀, 以调节管网进气和 排气,防止停水时管网内产生负压,和开始供水时,管网 排气不畅产生气阻,使管网破坏,影响正常供水。 3. 水源

灌溉用水以井水为水源,单井出水量 80m /h。动水位 埋深 40 米。 水量平衡计算 A=ηQt/10Ia Q T Ia η A 2 3 (m /h) (t/d) (mm) (%) (hm ) 36 80 20 4 90 4. 运行方案 系统布置两条分干管,两条分干管分别运行,采取轮 灌的方式。同时开启的支管做为一个轮灌组,共分四个轮 灌组。每个轮灌组有 9 个轮灌小区。先开启一分干的支 1支 6,每条支管各开一条附管做为一个轮灌小区,一次灌水 延续时间为 4.2 小时,一个轮灌组分 9 次灌完。当一个灌水 小区灌水结束后,先开下一个小区,然后关闭灌水结束小 区,严禁先关后开。 一分干的支 7-支 12 做为一个轮灌组,二分干的支 13支 18 做为一个轮灌组, 二分干的支 19-支 24 做为一个轮灌 组,其运行方式同一分干的支 1-支 6。 5. 设备投资预算及经济分析 本工程投资预算编制,依据新水基字[1992]第 11 号和 [96]第 004 号文进行编制。其综合费用、临时费用、其他 费用均按兵团水利局水利水电处发《新疆兵团 2000 年灌区 续建配套及节水灌溉示范项目实施方案编制》执行,按示 范项目计取。工程投资预算及设备投资预算分析表如下:

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滴灌工程预算表
单位:万元 种植模式 项目名称 总 投 资 其中:建安工程费 设备费 临时工程费 其他费用 预备费 亩投资(元/亩) 一膜两管 (毛管间距 0.9m) 一膜一管 (毛管间距 1.4m)

27.8679 3.5751 23.0391 0.0715 0.9063 0.2759 516.07

24.4638 3.3074 20.0427 0.0661 0.8054 0.2422 453.03

滴灌工程主要材料投资分析表
单位:元 项 目 名 单位 称 潜水泵 变压器 过滤器 施肥罐 干 管 PVC160 支管 PE63 附管 PE32 滴灌管 φ16 管 件 台 台 套 套 米 米 米 万米 亩 数 0.9m 1 1 1 1 1850 2700 2700 40.4 540 量 1.4m 1 1 1 1 1850 总 0.9m 13379 10960 9500 1200 60458 价 1.4m 13379 10960 9500 1200 60458 亩投资 0.9m 1.4m 24.77 24.77 20.3 20.3 17.6 17.6 2.22 2.22 111.96 111.96 51.5 11.7 149.6 36.97 51.5 11.7 97.3 33.82

2700 27810 27810 2700 6318 6318 26.27 80800 52540 540 19966 18262

m=0.1γzp(θmax-θmin)/η 棉花灌水定额 m Z P γ θmax θmin η (mm) (m) (%) (g/cm3) (%) (%) (%) 32.6 0.45 60 1.45 22.5 15 90 注:此定额为棉花花铃期的灌水定额。 (2) 灌水周期。(T) 根据大田实测取棉花日耗水量 Ea=4mm/d, 则灌水周 期 T=m 滴/Ea·η=32.6/4×0.9=7.34d 取灌水周期为 8 天。 (3) 一次灌水延续时间(t) ) t0.9m=(m 滴·Se·SL)/qd=32.6×0.3×0.9÷2.1=4.2h 轮灌组 N=20h/d×8d÷4.2h/组=38, 根据实际情况取 N=36 组。 t1.4m=(m 滴·Se·SL)/qd=32.6×0.3×1.4÷2.6=5.27 ≈5.3h 轮灌组 N=20h/d×8d÷5.3h/组=30 组,根据实际情况取 N=28 组。 (4) 灌溉制度确定 根据农八师五年来大田棉花膜下滴灌灌溉制度的研究 和实践应用,确定灌溉定额如下表: 棉花膜下滴灌灌溉制度表
作 物 灌 名 称 方 膜 棉 滴 花 溉 灌水定额 式 额 下 定 (m3/亩) 亩 灌 次 数 4 月 10 1 5 月 15 1 6 月 15 3 7 月 20 3 8 月 20 3 9 月 10 1 灌 定 200 12 溉 额

平均材料费:一膜两管(0.9m) 426.65 元/亩 一膜一管(1.4m) 371.16 元/亩 三、 灌水定额和灌水周期的拟定 (1) 灌水定额。

四、 确定管系总体布置
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典型设计地块形状及系统布置见附图,设计条田分南、 北两个地块。棉花东西播种。水源井位于地块的西头。由 水源井沿地边分别向南、北分出一条主干管,在南、北地 块的中间分别布置一条分干管,并垂直于主干管。干管和 分干管管材选用 PVC 管材,管径为φ160。支管垂直于分干 管,两边布置,便于双向控制,地下埋深 80cm。支、附、 毛管铺设在地面,均是鱼骨式布置。支管的间距是由毛管 的铺设长度决定的,即毛管最大铺设长度的两倍,经计算 为 134m。 支管的管材选用φ63PE 黑管。 附管平行支管布置, 由一个球阀控制,便于轮灌组的管理和化分。毛管垂直于附 管与支管布置,毛管间距为 0.9m 与 1.4m。每两行棉花布置 一条毛管或每四行棉花布置一条毛管。毛管选用φ16.5mm 的单翼迷宫式滴灌带.首部枢纽装置布置在水泵的旁边,便 于操作与管理。为冲洗管道的淤积物和冬季到来之前排干 管中的积水,在分干管的末端(较低处)布置了排水井。 五、 滴灌设备选型 滴灌设备包括水泵、过滤装置及干、支、附、滴灌管。 3 机井流量为 80m /h,控制面积 540 亩,根据水量平衡计算 及水力计算结果,选潜水泵 250QJ80-80/4。根据机井水质 情况, 由于机井中含有一定的泥沙及有机物,采用 4″/120 目组合式过滤器。首级过滤器为离心过滤器(LX-400-100 1 件) ,次级过滤器为网式过滤器(WS-160×50 4 件并联) 。 查性能曲线可知,水头损失为 6-8m。施肥系统选用容量为 150L。 六、 拟定滴灌系统的工作制度 本系统运行时,每次运行一条分干管,并开启分干管上 的 6 条支管,因此分 4 个轮灌组;然后每次开启支管上的一 条附管,就是经计算确定的一个轮灌小区,使附管上的所有 毛管同时供水。

经计算,每条支管上有 9 条(7 条)附管,即 9(7) 个轮灌小区。一条附管带 26(22)条或 28(24)条毛管, 一个轮灌小区共有 156(132)或 168(144)条毛管。 故典型滴灌系统的轮灌组为 4 个, 轮灌小区有 36 (28) 个。 七、 编制轮灌顺序,确定各级管道设计流量 典型滴灌设计轮灌顺序表
轮灌顺序 项目名称 管长(m) 3 流量 m /h
干 管 200

80

第一组 一分干 800 13.3-80 △=13.3

第二组 一分干 800 13.3-8 0 △ =13.3

第三组 二分干 800 13.3-80 △=13.3

第四组 二分干 800 13.3-80 △=13.3

轮灌小区 支管编号 支管长度 支管流量 附管 1-9 附管长度 附管流量 毛管条数 毛管长度 毛管流量

9(7) 支 1-支 6 112.5m 3 13.3m /h 开一条附管 11.7 或 12.6m (14m 或 15.4m) 3 13.3m /h 156 条或 168 条 (120 或 132 条) 66.7 3 0.466 m /h 3 (0.578 m /h)

9(7) 支 7-支 12 112.5m 3 13.3m /h 开一条附管 同左 13.3m /h 同左 66.7 同左
3

9(7) 支 13-支 18 112.5m 3 13.3m /h 开一条附管 同左 13.3m /h 同左 66.7 同左
3

9(7) 支 19-支 24 112.5m 3 13.3m /h 开一条附管 同左 13.3m /h 同左 66.7 同左
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八、 管道设计及水力计算 滴灌带选用单翼迷宫式滴头,当滴头间距 0.3m,滴头流 量 q=2.1L/h 时,q=0.502h0.607;当滴头间距 0.3m,滴头流量 q=2.6L/h 时,q=0.653h0.600。 1. 毛管与滴头间距的确定 棉花种植模式为一膜两管四行或一膜两管八行,滴灌带 选用新疆天业塑化集团生产的内径为 16mm 的 PE 单翼迷宫 式滴灌带,以该产品的参数进行设计。一膜两管模式:一 根毛管灌两行棉花,滴灌带间距 0.9m,滴头间距 0.3m,滴
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头流量 2.1L/h,流态指数 X=0.607;一膜一管模式:一根毛 管灌四行棉花,滴灌带间距 1.4m,滴头间距 0.3m,滴头流 量 2.6L/h,流态指数 X=0.600。 2. 毛管极限长度的校核 毛管的极限孔数(毛管按均匀地形坡计算) : 4.75 1.75) 0.364 Nm=INT{(5.466[△h2]d )/( kSqd }
d(mm) 16 16 k 1.2 1.2

Cu
90% 90%

S(m) 0.3 0.3

qd( L/h) 2.1 2.6

[ △ h 2] (m)

Nm(个) 253 222

L(m) 75.9 66.6

1.85 1.87

毛管的铺设长度 L 毛= Nm×0.3,根据地块的实际长度,可 布 6 条支管,12 条毛管,取毛管的长度为 66.67 米。 3. 各级管道管径的确定及水力计算 管道管径的确定方法选择经济流速法。塑料管材的经 济流速一般取 v=1.2~1.8m/s (1) 毛管水头损失的计算: Q 毛=n 滴·qd=222×2.1=466L/h n 滴=66.67÷0.3=222 个 毛管内径为 16mm>8mm ,可认为管内流态为光滑紊 流,故可计算: 沿 程 水 头 损 失 hf 毛 =fsqdm/db[ ( N+0.48 ) m+1 /(m+1)-Nm(1-So/S)] (5) 附管水头损失的计算: 沿程水头损 hf 附=fSqdm/db[(N+0.48)m+1/m+1-Nm(1-S0/S)] (6) 配水支管管径及水头损失计算: d 支=[4Q 支/(πv)]0.5 =[4×13.3÷(3.14×1.8×3600)] 0.5=51mm v—塑料管经济流速,m/s,一般取 v=1.2~1.8m/s

Q 支—支管流量,m3/h,Q 支=Q/6=80/6=13.3 m3/h。 根据聚乙稀微灌管规格,支管拟选用 PE63×4.7/0.4 沿程水头损失 hf 支=fQ 支 mL/db (7) 干管管径及水头损失计算: d 干=[4Q 干/(πv)]0.5 =[4×80÷(3.14×1.5×3600)] 0.5 =137.4mm 根据聚氯乙稀微灌管规格, 分干管拟选用 PVC160 总、 ×4.7/0.6。由于考虑以后的滴灌改喷灌及运行方式的调整, 干管不考虑变径。 沿程水头损失 hf 干=f(∑Q 干 nmLn/dnb) 九、 水泵选型 (1) 计算微灌系统设计水头 H H=Zp-Zb+h0+∑hf+∑hw H—微灌系统设计水头,m; Zp-Zb—典型毛管进口与水源设计水位之间的高差,m; Ho—典型毛管进口的设计水头,取 h0=10m; ∑hf—水泵至典型毛管进口的管道沿程水头损失,m; ∑hw—水泵至典型毛管进口的管道局部水头损失,m。 取二级过滤冲洗排污的水头损失之和为 10m, 机井动水 位取 40m,抽水损失为 4.84m,枢纽中各级闸阀的局部水头 损失之和为 1.0m。 则 H= 78m (2) 机泵选型 机井的稳定动水位取 40m,据管网设计流量和工作压 力,查水泵手册,初选井用潜水泵,250QJ80-80/4。

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滴灌区潜水泵性能参数
水泵 型号 250QJ80-80/4 流量 m3/h 80 扬程 m 80 电机 功率 kw 30 转 速 r/min 2875 额定 电压 V 380 适用 井径 mm >250

十、 管网结构设计 因塑料管的线胀系数很大,为使管线在温度变化时可自 由伸缩,初步拟定干管上每 100m 设置一个双括管(即伸缩 节)。 在直径大于 50mm 的管道末端、转弯、分岔和阀门处应 设镇墩,干管每隔 200m 设一镇墩 60×60cm。为保证系统 管网的正常运行,需在管路上安装控制和保护装置。 管道埋深根据地面荷载和机耕要求,干管埋深 60cm,为 控制各分干管的运行,分干管首部设控制闸阀,尾部设泄水 阀,各闸阀均砌阀门井保护。 十一、 绘制技施设计图 滴灌系统工程平面图、 管系结构示意图及阀门井示意图 详见图 1-图 3。 十二、 主要设备与投资预算 典型示范区 540 亩滴灌工程总投资 27.8679 万元。其中 建筑工程费用 3.5751 万元,设备费 23.0391 万元,临时工 程费用 0.0715 万元,其他工程费用 0.9063 万元,预备费用 0.2759 万元。节水灌溉材料设备、规格、数量及价格见表 六。项目主要设备选型表、临时工程费及其他工程费详见 预算:表一至表五。一膜一管膜式的投资预算及材料表见

表七至表十二。 十三、 工程效益分析与技术指标计算 1、 工程年增效益(B) 项目区棉花单产由滴灌前的 83 公斤(皮棉) ,提高 到 107 公斤,提高 28%。540 亩棉花净增 12960 公斤。按 现行价每公斤 10 元计,可增收 129600 元。 2、 滴灌工程年费用(C)的计算 (1) 能耗费(C1) 取棉花多年平均累计灌水次数为 12 次,每次平均灌 水定额 15m3/亩,灌溉定额约 200 m3/亩,灌溉系统水利用 率 0.95,每 kw·h 的电价为 0.5 元,经计算后为: C1=540×200×30×0.5÷80÷0.95=21316(元) (2) 维修费(C2) 地埋管道及管件的年平均修理费为投资的 1%,水泵及 首部装置的年平均修理费为投资的 5% 则 C2=63122×1%+62131×5%=3737.77(元) (3) 微灌工程年折旧费(C3)的计算 地埋管材管件(20 年折旧) D1=k1/n=63956/20=3197.8(元) 地面管材管件(6 年折旧)D2=K2/6=49946/6=8324(元) 首部装置(15 年折旧) D3=k2/n=24339/15=1622.6(元) 机泵仪表(10 年折旧) D4=k3/n=11350/10=1135(元) 毛管 (当年折旧) D5=k4/n=80800/1=80800(元) 则 C3=3197.8+8324+1622.6+1135+80800=95079.4(元) (4) 微灌工程年管理费(C4) 由于滴灌面积较大,需水量大,灌水时间长,管理任 务重,系统需有 2 名专职人员进行管理。从每年的 4 月下 旬至 9 月初共 4 个月的时间。按当地工资水平,管理人员 的月工资以 300 元/人计,则系统年管理费(C4)应为 C4=4×300×2=2400(元)
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据上述分析计算,该滴灌工程年费用(C)为: C=C1+C2+C3+C4 =21316+3737.77+95079.4+2400=122533 元 3、 工程经济效益费用比(R) R=[(1+i)n –1]/i(1+i)n·(B-C)/K 若取年利率 i=10%,经济计算期 n=15 年,则: R0.9m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15× (129600-122533)/278679 =0.19 R1.4m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-94232)/244638 =1.1 4、 还本年限(T)静态法 T0.9m=K0.9m /M=278679/129600=2.15 年≈2.5 年 T1.4m=K1.4m /M=244638/129600=1.9 年≈2 年 5、 工程技术指标计算 本项目实施后, 可使灌溉水的利用率由目前的 40%提 高到 90%以上,与地面灌相比,可节约灌溉用水 50%以上, 节约耕地 5%-7%。其他技术经济指标如下: 1) 亩投资(Km) Km0.9m=K0.9m/A=278679/540=516.07 (元/亩) Km1.4m=K1.4m/A=244638/540=453.03(元/亩) 2) 滴灌工程设备投资(Sm) Sm0.9m= S0.9m /A=230391/540=426.65 (元/亩) Sm1.4m= S1.4m /A=200427/540=371.16 (元/亩) 3) 亩管道用量(Lm) (1) 亩干管用量(Lm1) Lm1=L1/A=1850/540=3.43(m) (2) 亩支、附管用量(Lm2) Lm2=L2/A=2700*2/540=10(m) (3) 亩毛管用量(Lm3)

Lm3(0.9m)=L3/A=404000/540=748(m) Lm3(1.4m)=L3/A=262700/540=486.48(m)

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新疆生产建设兵团农八师

新疆生产建设兵团农八师
棉花膜下滴灌

棉花膜下滴灌

典型设计书 典 型 设 计 书 13669010075 liuhaoweiwudi
审定:张 敏 审核:杨国庆 马玉忠 校核:苏 军

编写:李雪芹

农八师水利局天兴设计室 二 OO 一年七月

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