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果园滴灌工程初步设计


榆树屯果园滴灌工程初步设计
1.概况
榆树屯果园位于榆树屯村以西,沙河驿以北,距张家堡乡政府 2 公里处。果园地 势平坦,面积 300 亩,种植苹果 28000 余株,果树株距 4m,行距 5m,已基本进入盛 国期。为提高水的利用率,节省水量,增加国品产量,提高果品质量,在果园内采取 微喷灌系统进行灌溉。设计灌溉面积 300 亩,控制株树 10000 株。要求

:果园微灌

区采用滴灌形式。 2.基本资料
(1)气象资料 该地区属于大陆性季风气候区,多年平均降雨量在 528.3mm 左右,主要集中在 6~9 月份,多年平均蒸发量 1857mm,多年平均最高气温 28.9℃,多年平均最低气温 -17.3℃,最大冻土层深度 1.5m,多年平均日照小时 2848.1h,多年平均无霜期 149 天 左右。当地 1956~1982 年的气象资料如表 1 所示。 (2)土壤资料 灌区内主要为砂壤土,土壤容重为 1.42g/cm3,田间最大持水量为 22%,土层厚度 8~15m。 (3)水源情况 灌区多年平均地下水位埋深 8~14m,主要含水层厚度 10~18m。果园内现有机电 井一眼,位于果园南部与道路的交界处,出水量 80m3/h,动水位 20m,水质较好。 (4)微灌系统设计参数 a.设计土壤湿润比为 40%; b.设计灌水均匀度为 95%; c.灌溉水利用系数为 0.9。 (5)动力情况 该地区动力采用电力, 灌溉季节基本保证 24 小时供电。 实际日灌溉时间为 14~20h。
表1
序号 1 2 3 4 5 6 7 年份 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1901.9 2329.8 2397.8 2198 2075 2309.9 2141.4

频率计算统计表
年蒸发量 (mm) 年降雨量(mm) 651.4 385 346.8 789.6 428.1 497.3 619.4 蒸发量—降雨量 1250.5 1944.8 2051 1408.4 1646.9 1812.6 1522 排序 915.9 1033.8 1056 1127.2 1247.7 1250.5 1262.6 1 频率%

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982

2299.5 1933.8 1923.1 1959 1974.4 2097.4 1902.1 1835.2 1841.7 2124.5 1962.2 1701.7 1833.8 1599.2 1768.8 1723.6 1842.1 1752.9 2057.2 2035.4

588.1 671.2 579.1 429.6 406.4 441.9 774.9 510.1 562.9 388 514.7 667.9 586.1 543.2 852.9 453.1 563.9 376.3 316.9 312.1

1711.4 1262.6 1344 1529.4 1568 1655.5 1127.2 1325.1 1278.8 1736.5 1447.5 1033.8 1247.7 1056 915.9 1270.5 1278.2 1376.6 1740.3 1723.3

1270.5 1278.2 1278.8 1325.1 1344 1376.6 1408.4 1447.5 1522 1529.4 1568 1646.9 1655.5 1711.4 1723.3 1736.5 1740.3 1812.6 1944.8 2051

设计过程: 一、水源工程
1、单井控制面积计算: 单井控制面积由式 1-1 求出: A=Q 井 tη/0.667 Eamax,………(1-1) 式中 A——井水可灌面积,亩; Q 井——水井出水量, m3/h;Q 井=80 m3/h t——水井每天抽水小时数,h; t =18 η——管灌田间水利用系数,η=0.90 Eamax——作物耗水高峰期月平均日耗水量值,mm/d。根据《微灌工程技术 规范》 Eamax =6 mm/d。 , A=(80× 0.90)÷ 18× (0.667× 6)=324 亩。

二、 管网布置
机电井控制区管道从系统首部出发,向南引出干管,干管管径 160mm~90mm; 与干管垂直引出分水管, 分水管管径 63mm; 平行于分水管引出支管, 支管管径 63mm; 垂直于支管引出毛管,毛管管径 25mm,与树行平行布置;毛管上接滴灌管,滴灌管 绕树布置。

2

三、灌溉制度的拟定
1. 灌水周期的确定 根据当地实际情况,苹果灌水周期为 10d,滴灌工程实施后,为了确保梨树能 够及时得到灌溉,灌水周期定为:T=10d。

⒉ 灌水定额的计算 m=(T×Ea)/η 式中:m——设计灌水定额,mm; T——灌水周期,d; Ea——耗水强度,mm/d; η ——微灌水利用系数。 将 T=10,Ea=4.86,η =0.9,代入上述公式计算得:m=54mm。

四、苹果树滴灌系统设计参数的选择
⒈ ⒉ ⒊ ⒋ 设计土壤湿润比:根据《微灌工程技术规范》SL103—95,苹果树滴灌的设 设计灌水均匀度为 85%以上。 灌溉水利用系数:根据《微灌工程技术规范》SL103—95,滴灌灌溉水利用 灌水器采用管上式补偿性滴灌管。管径Φ 12,滴头间距 0.5m,单滴头设计 计湿润比取 40%。

系数为 0.90。 流量为 qd=3.75L/h,工作压力范围 0.05~0.35Mpa,设计工作压力 hd=0.05~0.15 Mpa。

五、工作制度的确定
3

1.一次工作时间的确定 t=m×St×Sr/qd 式中:t——一次灌水延续时间,h; m——设计灌水定额,mm; St——毛管间距,m; Sr——灌水器间距,m; qd——灌水器设计流量,L/h。 将 m=54mm,St=5m,Sr=3m,qd=45L/h,代入上述公式计算求得:t=18h。 2.轮灌组的划分 系统灌水周期为 8d,日工作时间取 20h,一次灌水历时 18h,因此项目区划分 为 10 个轮灌组,日进行 1.5 个轮灌组,轮灌组分区情况见表 1。
表1 项目区 小区编号 1 2 3 1#电井 4 5 6 7 8 合计 轮 灌 分 组 表 每次轮灌面积 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 3.125 轮灌次数 12 12 12 12 12 12 12 12 灌溉面积(亩) 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 300 备 注

轮灌组工作情况见表 2。
表2 分 区 项 目 灌水周期(d) 日工作时数(h) 轮灌组一次工作历时(h) 日工作组数(个) 总轮灌组数(个) 轮灌小区总数(个) 每次轮灌小区数(个) 每次轮灌面积(亩) 轮 灌 分 组 工 作 表 1#果园 8 20 18 1.5 8 48 2 50 备 注

4

灌溉总面积(亩)

300

六、系统流量的推求及管径选择
各级管道流量推求及管径选择见表 3。

表3 项目区

干管各管段流量推求及管径选择表 管段编号 8 管段 H~I I~J J~K K~井 1 管道外径 (MM) 63 90 110 160 管道内径 (MM) 58 84.4 103.2 148.6 流量 (M3/H) 18.01 36.02 72.04 108.06 管道流速 (M/S) 2.39 1.79 2.39 1.73 管段长度 (M) 250 100 100 100

1#电井

9 10 11

七、管网水力计算
1.毛管长度的校核 (1)一条支管控制的灌水小区内设计水头允许水头偏差为: [△h]=0.4hd 式中: [△h]—一条支管控制的灌水小区内的允许水头偏差,m; hd—灌水器设计工作压力,m。 计算得: [△h]=0.4×15=6m (2)在平坦地形下,灌水小区设计允许水头偏差在支、毛管间的分配比例: △h 支=β 1[△h] △h 毛=β 2[△h]=(1-β 1)×[△h] β1=1/[1+〔L2/L1〕× 1n1〕 0.291 〔a ] 式中:△h 支——支管允许水头偏差,m; △h 毛——毛管允许水头偏差,m; L1——支管长度,m; L2——毛管长度,m; β 1——小区允许水头偏差在支管上的分配比例; β 2——小区允许水头偏差在毛管上的分配比例; n1——支管上单侧毛管的根数; a1——支管单侧布置毛管时,值为 1; 支管双侧布置毛管时,值为 2。 (3)毛管极限孔数的确定
5

毛管极限孔数的计算公式为: Nm=INT[ (5.446×△h2×d4.75)/(K×S×qd1.75) ]0.364 式中:Nm——毛管的极限分流孔数; △h2——毛管的允许水头偏差,m; d——毛管内径,mm; K——水头允许扩大系数, 为毛管总水头损失与沿程水头损失的比值, K=1.1~ 1.2 S——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。 最长毛管出现在南区第 2 轮灌区内, 毛管长度 L2=100m, 支管长度 L1=32m,1=2, a n1=7,d=21mm,K=1.2,qd=45L/h。 根据以上公式计算得: Nm=33,设计毛管最大长度 100m,毛管孔数 N=33,与允许毛管极限孔数相同, 毛管长度满足设计要求。 2.毛管进口水头的计算 h0=hd+K×hf 式中:h0——毛管进口水头,m; hd——灌水器设计工作水头,m; K——水头损失扩大系数,1.1~1.2(毛管取 1.2,支管取 1.1) ; hf——毛管沿程损失,m。 将 hd =15,K=1.2,L=100,F=0.369,q 毛=1.5m3/h,hf=3.3,代入上述公式计算 得:h0=18.3m。 3.干、支管沿程水头损失计算 按照勃拉修斯公式计算各级管道沿程损失,计算公式为: h 沿=F×8.4×104×L×Q1.75/D4.75 式中:F——多口系数; Q——管道中的流量,m3/h; D——管道的内径,mm; L——管段的长度,m。 按照系统工作最不利原则,选取系统流量最大,灌水器工作压力高,距离井位 较远的小区内的轮灌小区为典型轮灌组,进行系统扬程的推求。 控制区选择小区 3 为典型轮灌区进行管网水力计算。各级管道水头损失计算结 果见表 4。

6

表4

滴灌区(小区 3)管道水力计算及系统首部压力推求表 管道流量 管 段 Q(m3/h) 毛 支 管 管 1.43 18.01 18.01 36.02 72.04 108.06 D(mm) 25 63 63 90 110 160 d(mm) 21 58 58 84.4 103.2 148.6 L(m) 95 50 250 100 100 100 F 0.37 1 1 1 1 1 hf(m) 2.89 2.78 13.90 3.14 4.07 1.47 28.25 hj(m) 0.289 0.278 1.39 0.314 0.407 0.147 2.825 H(m) 3.179 3.058 15.29 3.454 4.447 1.617 31.075 管道外径 管道内径 管道长度 多口系数 沿程水头损失 局部水头损失 总水头损失

分 干 管 I~J 干 管 J~K K~井 1 合 计

7

八、系统首部水泵扬程的推求
水泵扬程计算公式为: H 泵=h 滴头+h 管网+h 过滤器+h 动水位 式中:H 泵——水泵扬程,m; h 滴头——滴头设计工作压力,m; h 管网——管网总水头损失,m; h 过滤器——过滤器水头损失,m; h 动水位——进水池水位,m。 根据表 4 所推求的管网水头损失,计算扬程,其中:h 滴头=15m,三级过滤 h 过滤


=10m,渠道引水 h 渠动水位=1m,井取水 h 井动水位=15m,计算结果见表 5。
表5 滴头工作压力 典型区 h 滴(m) 小区 5 (1#井) 15 h 过滤器(m) 10 h 动水位 (m) 20 h 管网(m) 31.075 H 泵(m) 76.075 水泵扬程计算表 过滤器水头损失 动水位 管网水头损失 水泵扬程

根据表 5—2—6 计算结果,滴灌区系统流量 803/h,系统需要最高扬程 76.075 台 250QJ(R)125—87/3(6613)潜水泵,该泵额定流量 125 m3/h,扬程 87m,配套电机功 率 45kw。

九、首部工程设计
机电井抽取地下水,水流直接经水泵加压进入过滤工作站和管网系统。过滤系 统设备情况见表 6。
表6 设备组合 A B C 过 滤 器 设 备 表 设备名称 离心式过滤器 砂式过滤器 网式过滤器 型 号 流 量 数 1 1 1 量 备 注

LX—125 SS—200 WSZ—150

120m3/h 140m3/h 100m3/h

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