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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(1 公顷=15 亩,1 公顷=10000 平 方米,1 亩=10000/15=2000/3=666.6667 平方米),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 6 三 1 2 3 4 号 项 目 名 称 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 适宜的土壤含水率上限 适宜的土壤含水率下限 滴头 选型 工作水头 流量 滴头间距 单 位 数 砂壤土 4 0.45 60 22.5 15 天业迷宫式 10m 2.1 (2.6) 0.9 (1.4) 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,需更换

1

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 3 灌溉用水以井水为水源,单井出水量 80m /h。动水位埋深 40 米。 A 2 (hm ) 3 Q 3 (m /h)

水量平衡计算 A=ηQt/10Ia T Ia (t/d) (mm)

η (%)

80 20 4 90 6 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:

滴灌工程预算表
单位:万元

2

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

(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 灌 (m3/亩) 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

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

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。 m=0.1γzp(θmax-θmin)/η 棉花灌水定额 m Z P γ θmax θmin

η

四、 确定管系总体布置 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
3

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。机井流 3 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

=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
3

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) : Nm=INT{(5.466[△h2]d4.75)/( kSqd1.75)}0.364
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

80

第一组 一分干 800 13.3-80 △=13.3

第二组 一分干 800 13.3-8 0 △

第三组 二分干 800 13.3-80 △=13.3

第四组 二分干 800 13.3-80 △=13.3

[ △ h2] (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。
4

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,总、分干管拟选用 PVC160× 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。

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,

5

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 3 15m /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) 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
6

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)

新疆生产建设兵团农八师 棉花膜下滴灌

典 型 设
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计 书

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

农八师水利局天兴设计室 二 OO 一年七月

新疆生产建设兵团农八师 棉花膜下滴灌

典型设计书

审定:张



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新​疆​小​型​滴​灌​工​程​初​步​设​计​任​务​书1、基本资料 1.1 地理位置 滴灌典型地块选择在新和县距县城 30km 的...
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