喷灌设计

一、**镇**山村蔬菜基地 1、基本情况

**镇**山村蔬菜基地项目所在地地势平坦，控制面积1207亩，项目区内全部种植蔬菜。其范围包括省道207以南，**公路以西，***以东，**大道以北。综合地理位置、水源分布、土地整理以及规划内容等因素，将本次喷灌涉及的范围分为五个分区。实际设计中喷灌覆盖范围一分区面积约216亩，二分区面积约233亩，三分区面积约216亩，四分区面积约212亩，五分区面积171亩，喷灌灌溉总面积为1048亩。

2、灌溉制度及灌溉定额

灌水定额m：m=10.2γh(β1-β2)C/η (1) 式中 m——设计毛灌水定额，mm/亩；

——为土壤容重，=1.40g/cm3；

β1、β2 -----分别为土壤适宜含水量上、下限；上、下限一般取田间持水率的90%和70%；

h------计划湿润层深度，cm；

C------土壤田间持水量，蔬菜基地田间持水率取25%； η-----喷洒水利用系数，一般取η=0.85；

求得灌水定额:m=25.2mm，折算成单位面积为16.8 m3/亩。 设计灌水周期T：T=mη/Ea 式中 T-------设计灌水周期，d；

Ea------设计耗水强度，取7mm/d；

η-----喷洒水利用系数，一般取η=0.8～0.9，设计取0.85。 T=25.2×0.85/7=3.06 计算得平均灌水周期T取3d。 3、喷灌系统布置

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喷灌系统由水源工程、水泵和动力机、输配水管道、喷头以及附属设备和附属建筑物组成。其中，管道系统应能承受一定压力并通过一定流量，通常分为干管和支管。根据项目区实际情况，将项目区分为五个分区，布置采用梳齿型与丰字型相结合的方式。管线布置遵循项目区总体规划，尽可能利用原有道路和排灌渠道的现状基础，方便施工。同时为满足部分项目分区内微灌的要求，在项目三分区和四分区部分支管首部安装给水栓，以便今后直接接软管直接对田间蔬菜进行微灌措施。

泵站建在***边，从***直接抽水输送至项目区。泵站布置有进水前池一座，除水电泵机外，还安装有控制闸阀、逆止阀、水表、压力表等设备，其中三分区和四分区泵站首部还需安装减压阀。为方便管理和维护，在干管最低处设置排水阀，每一支管首部装设闸阀，在干管最高处设置空气阀，在总干的最低处设置安全阀。在干管起始点和转弯处设置镇墩，干管每隔40～50m设置支墩。所有阀门均设阀门井，骨干管网上的阀门井尺寸为0.74×0.74×0.70m，支管上的阀门井尺寸为0.62×0.62×0.70m，且阀门井高出地面20cm。其结构为砖石结构。

4、喷头选型与组合 4.1 喷头选型及其参数

喷头的选择包括喷头型号、喷嘴直径和喷头压力的选择。根据项目区作物为菜叶类蔬菜，土壤条件，考虑喷头在田间作多行多喷头同时喷洒的运行方式，查《喷灌与微灌设备》表2-4，初步选择10PY2—15o（ZG1/2外螺纹）喷头，其具体参数见下表：

喷头型号 10PY2 —15o 有公式p喷嘴直径 mm 3.0 工作压力 kPa 150 流量 m/h 0.39 3射程 m 8.0 喷灌强度 mm/h 1.94 hpd

式中：p为喷灌的雾化指标；

hp为喷头工作压力水头；

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d为喷头喷嘴直径，mm；

所以phpd3=5000≥蔬菜适宜雾化指标值 150×100÷

4.2组合间距

项目区土壤允许喷灌强度12mm/h，因平均坡度小于5%，不用折减。风向多为西北风、东南风，相当于与支管方向成35o～55o，设计风速为2m/s，按风向多变采用矩形的特例正方形等间距布置，查《喷灌工程技术》，选取射程比Ka=Kb=1.0，则：

a=1.0×8.0=8.0 m； b=1.0×8.0=8.0 m。

4.3验算设计喷灌强度

本设计中喷头组合和运行方式采用多行多喷头同时喷洒的方式，其具体布置如下图所示：

根据《喷灌工程技术》，组合喷灌强度可按下列公式计算：KwCs

为组合喷灌强度，即喷灌的设计喷灌强度，mm/h；

Kw为风系数，反映风对的影响，因采用多行多喷头同时喷洒运行方式，Kw=1； C为布置系数，反映喷头组合形式和作业方式对的影响，其值等于无风时单喷

头全圆喷洒面积与不同运行方式下单喷头实际控制面积之比，同样，因采用多行多喷头同时喷洒运行方式：C1KK，通过计算C=1；

ab为喷洒水利用系数，取值同前，为0.85；

s为单喷头全圆喷洒时喷灌强度，可按以下公式计算：

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s1000Q/S，Q为喷头流量，m3/h；

1000Q22

1000×0.39/3.14×8.0=1.94 mm/h。 S为喷头喷洒控制面积，m；sS所以：KwCs1.0×1.0×0.85×1.94=1.65mm/h ＜ 12 mm/h

因＜〔〕，喷灌强度符合要求，所以选定10PY2—15o喷头，其工作参数为

p150kPa、d3mm，组合间距确定为a=b=8.0 m。

5．拟定喷灌工作制度

5.1 确定喷头工作点及支管位置

根据项目区田间水利工程及道路工程布置，项目分区采用梳齿型、丰字型或梳齿型与丰字型相结合的方式布置。如系统平面布置图所示。初选代表性支管长度为120米，即支管上最多安装喷头15个。 5.2喷头在一个工作点上喷洒时间

喷头在工作点上的喷洒时间与灌水定额、喷头参数和组合间距有关，可采用下列公式求得: tabm/1000q

t 为喷头在工作点上喷洒时间，h； a 为喷头沿支管的布置间距，m； b 为支管的布置间距，m； m 为设计灌水定额，mm；

q 为喷头流量，m/h；

8.08.025.2通过计算可知：t=4.14 h

10000.39即喷头在工作点上喷洒时间为4.14h。 5.3喷头每天可喷洒的喷点数

喷头每天可喷洒的喷点数，按以下公式计算：

tr n(tty)式中：t 为喷头在工作点上喷洒时间，h；

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3

ty为每次移动、拆装和启闭喷头的时间，h；因全固定管道式喷灌系统，所以ty0；

tr为喷头每日喷灌作业时间，即设计日净喷时间，h。设计日净喷时间越长，系统

设施的利用率就越高，但从方便管理的角度出发，按照《喷灌工程技术规范》表4.4.1，取固定式管道农作物设计日净喷时间的下限值，即tr=12 h。 喷灌系统类型 固定管道式 农作物 12～20 园林 6～12 运动场 1～4 半固定管道式 12～18 移动 管道式 12～16 定喷 机组式 12～18 行喷 机组式 14～21 设计日灌水时间 可知：ntr122.90

(tty)4.14即喷头每天可喷洒3个位置。

5.4同时工作喷头数

根据项目工程区各分区面积大小，直接从项目区内胭脂港内建泵站取水。因此，按下列公式计算，每次需要同时工作的喷头数。即：N喷其中A为各分区灌溉面积，m2； t为喷头一次喷洒时间，h； T为设计灌水周期，d； c为每天实际工作时间，h； ab为有效灌溉面积，m2； 所以：

一分区每次需要同时工作的喷头数为：

At

TcabN=143753×4.14/(3×12×8.0×8.0)=258 二分区每次需要同时工作的喷头数为：

N=155030×4.14/(3×12×8.0×8.0)=279 三分区每次需要同时工作的喷头数为：

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N=144025×4.14/(3×12×8.0×8.0)=258

四分区每次需要同时工作的喷头数为：

N=141465×4.14/(3×12×8.0×8.0)=254

五分区每次需要同时工作的喷头数为：

N=113758×4.14/(3×12×8.0×8.0)=205

同时计算得分区总喷头数分别为2310、2270、2094、2167、1501个。 6．管道系统设计 6.1竖管设计

竖管选用内径为φ25mm，高1.8m的铝制厚壁管，高出地面1.0m，可根据蔬菜高度和地形适当作出调整。各竖管均装堵头，竖管与支管连接处、支管与干管连接处均装设闸阀，以便于轮灌和控制流量与压力。 6.2支管设计

根据运行方案和喷头流量，即可推算出支管流量，根据喷灌系统的平面布置，选取典型代表性支管长度为120m，即最多安装15个喷头。

根据经验公式：

D支13Q

而：Q支0.39×15=5.85 m3/h

可知：D支13Q130.3915=31.44 mm，初步选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为50mm，公称压力1.0MPa，公称壁厚为4.6mm，内径为40.8mm。 6.3干管与支干管设计

在项目一分区，一次喷洒同时工作的喷头数为258个，可计算主干管流量：

Q主干Ⅰ0.39×258=100.62 m3/h

因Q＜120 m3/h，选择经验公式：

D13Q 通过计算可知：

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D主干Ⅰ13Q主干Ⅰ=130.39258=130.40mm，初步选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为160mm、公称壁厚为9.5mm、内径为141mm。

支干管选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为160mm、公称壁厚为9.5mm、内径为141mm。

根据同样的方法计算项目二分区、三分区、四分区、五分区的主干管流量分别为108.81m3/h，100.62m3/h，99.06m3/h， 77.95 m3/h。选择主干管型号。二分区、三分区、四分区均初步选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为160mm、公称壁厚为9.5mm、内径为141mm。分干管选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为160mm、公称壁厚为9.5mm、内径为141mm。五分区初步选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为140mm、公称壁厚为8.3mm、内径为123.4mm。分干管选择PE80等级材料制造的管材，公称外径为140mm、公称壁厚为8.3mm、内径为123.4mm。 6.4管网水力计算 6.4.1支管水头损失

根据《喷灌工程技术规范》规定，同一条支管上任意两个喷头之间的工作压力差应在喷头设计工作压力的20%以内，支管入口压力应保证任意两个喷头的实际工作压力在喷头设计工作压力的90%～110%的范围之内，同时，支管入口压力还应使支管的实际流量等于设计流量。因此，考虑到支管基本上呈水平布置，那么同一条首末两端喷头间的工作压力差应最大。

同一条支管上工作压力最大的两喷头间允许的水头损失为：

hw0.2hp△Z

管道沿程水头损失按下列公式计算：

hf支LfFQm/db 其中：

L，为典型代表性支管长度，m；

f，沿程摩阻系数，PE管参照硬塑料管和铝合金管的值，取值0.948×10；

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5

Q，流量，m/h;

m，流量系数，取1.77；

3

b，管径系数，取4.77； d，管径，mm；

F，多孔系数，其计算公式为：

N(F11m1)X1m12N6N2

NX1

式中：

m，流量系数，取1.77；

N，为管上出水口总数，个;

X，为管道上第一个出水口到管进口的距离a0与出水口间距a的比值。

所以，通过计算，查《喷灌工程技术》表5-12，支管多孔系数取0.374，干管多孔系数取1。

因此，通过计算可知： 支管沿程水头损失：

hf支LfFQm/db=1200.9481050.3745.851.77/40.84.772.01 m 支管局部水头损失：

局部水头损失一般取沿程水头损失的10%，即：

hf1hf10%=0.20m

支管总水头损失：

hhf支hf1△Z=2.21+△Z

由于支管埋设地为土地平整后的土地，支管两端高差不超过0.3m，同时，同一根支管上面任意两喷头间最大压力差为3m。根据计算，hhf支hf1△Z=2.51≤3 m，即

hw0.2hp△Z

因此，支管选型符合要求。

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6.4.2干管水头损失

根据系统平面布置图可知： Ⅰ区干管最大输水长度为600m； Ⅱ区干管最大输水长度为760m； Ⅲ区干管最大输水长度为1300m； Ⅳ区干管最大输水长度为660m； Ⅴ区干管最大输水长度为489m； 沿程水头损失：

1.77（0.39258）/1414.7711.17 m hfⅠLfFQm/db=6000.9481051.77（0.39279）/1414.7716.25 m hfⅡLfFQm/db=7600.9481051.77（0.39258）/1414.7724.20 m hfⅢLfFQm/db=13000.9481051.77（0.39254）/1414.7711.95 m hfⅣLfFQm/db=6600.9481051.77（0.39205）/123.44.7711.44 m hfⅤLfFQm/db=4890.948105干管局部水头损失，按沿程水头损失的15%计算：

‘hfⅠhfⅠ0.15=1.68m

h’fⅡhfⅡ0.15=2.44 m h’fⅢhfⅢ0.15=3.63m h’fⅣhfⅣ0.15=1.79 m h’fⅤhfⅤ0.15=1.72m

可知：

干管总水头损失为：

hfⅠ=11.17+1.68=12.85m

hfⅡ=16.25+2.44=18.69 m hfⅢ=24.2+3.63=27.83 m hfⅣ=11.95+1.79=13.74 m

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hfⅤ=11.44+1.72=13.16 m

6.5 水泵及动力机选型

水头损失计算结果表

分区 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 Ⅳ Ⅴ 设计扬程： 按下列公式计算：

Hhp△Z+h总干+hf支+H首

△Z 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 h总干 hf支 hP 12.85 18.69 27.83 13.74 6.97 2.51 2.51 2.51 2.51 2.51 15 15 15 15 15 其中：

hp，喷头工作压力，取hp=150KPa=15 m；

△Z，典型喷头与水源水位之差，取7.0m，水头损失计算结果表；

h总干，干管水头损失之和，取值水头损失计算结果表； hf支，支管水头损失之和，取值水头损失计算结果表； H首，首部系统水头损失，取6 m；

则：

HⅠhp△Z+h总干+hf支+H首=15+7.0+12.85+2.51+6=43.36 m HⅡhp△Z+h总干+hf支+H首=15+7.0+18.69+2.51+6=49.2 m

HⅢhp△Z+h总干+hf支+H首=15+7.0+27.83+2.51+6=58.34 m HⅣhp△Z+h总干+hf支+H首=15+7.0+13.74+2.51+6=44.25m HⅤhp△Z+h总干+hf支+H首=15+7.0+13.16+2.51+6=43.67 m

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设计流量为干管流量，Ⅰ区干管流量为100.62 m/h，Ⅱ区干管流量为108.81 m/h，Ⅲ区干管流量为100.62 m3/h，Ⅳ区干管流量为99.06m3/h，Ⅴ区干管流量为77.95m3/h，通过查询水泵产品目录，根据流量和水头损失，选择水泵及其配带电动机型号。

Ⅰ——Ⅴ区均选择150S78A的S型单级双吸水平中开式离心泵，流量112 m3/h，扬程67m，配带电动机Y225M-2，功率45KW；

综合以上计算，项目个区的材料汇总表如下。

项目各分区材料汇总表

项目分区 一分区 二分区 名称 主干1 支干1—1 支干1—2 主干1—3 支干1—4 支干1—5 支管 喷灌管及支架 10PY2—15o喷头 Φ160×160三通 Φ160×50三通 Φ160闸阀 Φ50闸阀 主干2 单位 m m m m m m m 个 个 个 个 个 个 m 数量 354 165 350 300 212 185 18480 2310 2310 5 154 5 154 586 管径 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ50 Φ160 备注 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 33

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三分区 支干2—1 支干2—2 主干2—3 支干2—4 支干2—5 支干2—6 支干2—7 支管 喷灌管及支架 10PY2—15o喷头 Φ160×160三通 Φ160×50三通 Φ160闸阀 Φ50闸阀 主干3 分干3-1 支干3—1 支干3—2 主干3—3 支干3—4 支干3—5 支干3—6 支干3—7 m m m m m m m m 个 个 个 个 个 个 m m m m m m m m m 228 228 204 204 196 188 174 17992 2270 2270 7 180 7 180 1113 52 170 285 135 250 204 184 270 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ50 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 - 12 -

四分区 五分区 支干3—8 支干3—9 支管 喷灌管及支架 10PY2—15o喷头 Φ160×160三通 Φ160×50三通 Φ160闸阀 Φ50闸阀 GSF-5-75A给水栓 主干4 支干4—1 支干4—2 主干4—3 支管 喷灌管及支架 10PY2—15o喷头 Φ160×160三通 Φ160×50三通 Φ160闸阀 Φ50闸阀 GSF-5-75A给水栓 m m m 个 个 个 个 个 个 个 m m m m m 个 个 个 个 个 个 个 285 45 16716 2094 2094 10 190 10 190 36 326 334 284 293 16950 2167 2167 3 159 3 159 110 Φ160 Φ160 Φ50 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ50 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 - 13 -

主干5 支干5—1 支干5—2 主干5—3 支管 喷灌管及支架 10PY2—15o喷头 Φ160×160三通 Φ160×50三通 Φ160闸阀 Φ50闸阀 m m m m m 个 个 个 个 个 个 274 310 284 150 11876 1501 1501 3 150 3 150 Φ160 Φ160 Φ160 Φ160 Φ50 PE管 PE管 PE管 PE管 PE管 - 14 -

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