白银西区生态苗圃喷灌管网工程设计.doc

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1、白银西区生态苗圃喷灌管网工程设计 刘耀民本科毕业设计设计题目 白银西区生态苗圃喷灌管网工程设计 学 院 工 学 院 专 业 农业水利工程 毕业届别 2 0 1 1届 姓 名 XXXXXXXXXXX 指导教师 XXXXXXXXXXX 职 称 XXXXXXXXXX 甘肃农业大学教务处制二一 一 年2 目 录摘要11. 基本资料12. 设计任务13. 设计说明书23.1 设计原则及系统选型23.1.1 设计原则23.1.2 系统选型23.2 灌溉制度的拟定及系统工作制度设计23.2.1 灌溉制度的拟定23.2.2系统工作制度设计53.3 喷头选型及组合间距73.3.1 计算允许的喷头最大喷灌强度73

2、.3.2 选择喷头73.4 田间管网及系统流量计算83.4.1 管材选型83.4.2 系统流量计算83.5 管道系统水力计算113.5.1 管径的选择113.5.2 干、分干管水力计算133.6 管网布置183.7 水源工程183.8 排水及道路系统183.9材料设备用量及工程概预算193.9.1首部枢纽工程193.9.2田间工程203.9.3工程投资概算214.工程效益分析234.1 工程概况234.2 经济效益分析234.3 成本水价分析244.3.1 成本构成244.3.2 水价预测244.4社会效益244.5 环境效益244.6 节水效益245 参考文献26致谢28白银西区生态苗圃喷灌

3、管网工程设计刘耀民（甘肃农业大学工学院07农业水利工程）摘要：喷灌是利用喷头等专用设备把有压水喷洒到空中，形成水滴落到地面和作物表面的灌水方法。喷灌具有省水、省工、省地、保土、保肥等优点，便于实现灌溉机械化和自动化，还可以喷洒化肥、农药等。喷灌对土地平整要求不严格，特别适用于地形复杂，推行沟畦灌比较困难的地区.本灌区根据景观要求，以及绿地乔、冠、草的种植结构，采用灌区加压的水流进入输水总干管(常埋设在地下)、干管、分干管、支管、铺设在地表下方的喷灌管(带)，再由支管上的喷头喷于植株花卉叶片，供植株花卉根系吸收。喷灌技术不但能够实现节水高产，而且由于其能够很好的抑制土壤盐分的上移，有效消除土壤盐

4、渍化的危害，再加上施工和管理方便等优点，目前已成为经济实用的灌溉技术之一，在我国干旱和半干旱地区得到了广泛应用。具体设计步骤为：第一步，根据提供的基本资料，规划系统布置，初定首部枢纽配置及输配水管网的布置方案，选取管材和基本设计参数，确定喷头规格。第二步，根据选定参数计算系统的其它相关设计参数。第三步，根据各级管道的水力计算，确定各级管道管径，并确定管网布置与系统工作制度。第四步，计算主要设备材料用量。 关键词：喷灌 管网 水头损失27白银西区生态苗圃喷灌管网工程设计 刘耀民 1. 基本资料（1）地形本项目区地形条件较好，地势较为平坦。（2）土壤当地土壤为沙土，土层厚度不小于1.0米，土壤透水

5、性强。（3）气候白银市属中部干旱地区，年降雨量较少，且年内分配不均；年平均降雨量为185498mm，年平均蒸发量为14882295mm；干旱指数在814之间，干燥度在1.63.53之间；该地区常年风速较大，风向多变。（4）作物项目区作物以苗木花卉为主。（5）水源白银市西区生态苗圃的灌溉用水、生活用水来自园区入口处的市政给水管网，压力供给0.16MPa，经一泵站沿入场道路敷设至山顶蓄水池，从蓄水池给水。（6）设计范围规划设计总面积约为418亩，设计灌溉面积408亩（白银市西区生态苗圃实际种植面积），道路及其它占地面积为10亩。根据白银市西区生态苗圃位置、地形、地块及水源条件，结合项目种植作物的生

6、长特性，整个白银市西区生态苗圃408亩的灌溉面积采用沟窝灌溉和喷灌灌溉相结合的方式。本设计主要设计喷灌灌溉面积上的管网设计。2. 设计任务（1）灌溉制度和工作制度（2）喷头选择（3）设计参数选定（4）水力计算（5）管网设计（6）主要材料统计（7）工程量3. 设计说明书3.1 设计原则及系统选型3.1.1 设计原则 (1)体现先进技术的集成，实现水资源的高效利用通过在试验段采取多种灌水技术，研究不同灌溉形式的节水，研究不同乔、冠、草品种的需水特征，制定合理的灌溉制度，采取科学管理，科学灌溉，充分体现“节水”与“增效”的特点。(2)突出生态环保的思想，体现雨水资源的综合利用通过试验区雨水的收集、储

7、藏、处理、回用等技术细节的研究，实现雨水资源的利用，实现“开源”与“节水”并重和水资源的高效利用。3.1.2 系统选型根据景观要求，以及绿地乔、冠、草的种植结构，综合比较各种灌溉形式的优缺点，计划采取固定式喷灌的灌溉形式，该灌溉方式具有以下主要优点：a、 地形适应性较强，可以满足道路两侧起伏地景造型的灌溉要求；b、 喷灌高度可以调节，可以基本覆盖不同高度的的乔、冠作物；c、 灌水均匀度较高，景观效果好；d、 系统操作简便，省时省工。3.2 灌溉制度的拟定及系统工作制度设计3.2.1 灌溉制度的拟定项目白银市西区生态苗圃遵照高起点、科技含量高的总体要求规划设计，但白银市西区生态苗圃苗木种类较多，

8、给水条件复杂，通过比较一定规模的花卉在整个生育期蓄水量较大，灌溉次数较多，因此本规划以花卉为种植苗木进行灌溉制度的制定依据进行水力计算。（1）设计灌水定额由于白银市西区生态苗圃无花卉需水量的实测资料，为充分结合花卉生长特性，地块设计灌溉定额采用田间持水量资料进行计算。对于绿地，适宜土壤含水率的上限为田间持水量的90100%，取95%，下限为田间持水率的6570%，取70%。设计灌水定额用下式计算： (3-1)式中: 灌水定额，单位：m3/亩； h计划湿润层深度，取1.0m,以草坪的计划湿润层为计算深度； r湿润层土壤干容重，t/m，取1.60g/cm； 田间持水量，取20； 适宜土壤含水率上限

9、，95%； 适宜土壤含水率下限，70%； 灌溉水利用系数，取为0.8。对于绿地,灌水定额为： 设计灌水次数6次，所以本次设计灌溉定额设定为：（2）设计灌水周期作物在其整个生长过程中，其日耗水量是随着作物的生长而不断发生变化的。为了确定植物的灌水周期，首先要确定其日耗水量峰值。对于绿地，取日平均峰值耗水强度为5.5mm/d。结合花卉生长特性及项目自然条件，考虑到花卉、苗木的遮荫率，设计灌溉周期为： (3-2) =(60/5.5) 0.8=8.7天，取整9天。式中：T设灌水周期，d；m设灌水定额，mm；e日平均耗水量，mm/d。（3）单个喷头工作时间，由公式：t=S设m/(1000q) (3-3)

10、=10060/(10001.5)=4h（4）设计喷头一个喷头按控制100m2面积设计，喷头流量设计为1.5m3/h，根据灌区苗木花卉的实际情况，设计湿润层厚度为1.0m,一次须灌溉的水量为： （5）灌溉制度白银市西区生态苗圃花卉的灌水时间因地制宜，从定植开始分6次灌溉，每次灌水间隔时间根据实际情况具体确定。全年白银市西区生态苗圃每亩每次净灌水量0.06667=40m3，每年灌水次数为6次，则白银市西区生态苗圃年灌溉用水量为：式中0.8为喷灌系统水利用系数。3.2.2系统工作制度设计（1）喷灌系统选型经技术经济论证，为有效利用系统设备，减少工程投资，拟采用分组轮灌方式进行灌溉。（2）灌区的总体布

11、置灌区地势较平坦，但形状不规则。根据灌区形状总干管道分为两条布置，将支管每15亩分为1个轮灌组，共计152个轮灌组，每天灌溉12小时， 9天全部灌完，系统日工作12h。具体分组及轮灌顺序见表1-1。表1-1 管道系统结构及轮灌顺序表灌溉方式总干管编号长度（m）干管编号干管长度（m）分干管编号分干管长度（m）田块编号面积（亩）轮灌编号喷灌总干管1370干管1-1797分干1-1-175116.71分干1-1-217779.2分干1-1-3230.51216.12分干1-1-41081310.33分干1-1-51461513.54分干1-1-61951710.95分干1-1-719219116分干

12、1-1-8235169.27185干管1-2352分干1-2-1165.587.6895.7分干1-2-2153.81015.69分干1-2-335127510284.9304.5分干1-2-471.5246.811分干1-2-51381411212分干1-2-6108.52510.813分干1-2-7254.51429.314分干1-2-81962014.115分干1-2-9114.3219.516分干1-2-10187.1225.917喷灌总干管2645干2-187分干2-1-127623112.3123212.32分干2-1-2119294.43干2-2264分干2-2-11883411

13、1.2434211.15分干2-2-2216.5337.76328.8分干2-2-3154.52616.67干2-3585分干2-3-12173518.28分干2-3-21503610.49分干2-3-3128377.3分干2-3-4227388.410397.83.3 喷头选型及组合间距3.3.1 计算允许的喷头最大喷灌强度根据喷灌技术的规定，查得沙土的允许喷灌强度为允=20mm/h,喷头采用多行喷头同时喷洒运行方式，且灌区风速较大，风向多变。因此，喷头组合形式用正方形。查表得Ka=Kb=1.0。由多喷头组合喷灌强度公式：。即=10001.50.8/100=12mm/h。图1 苗圃田间支管及

14、喷头布置 3.3.2 选择喷头喷头的选择主要考虑四方面的因素：（1）喷灌强度不超过允许土壤喷灌强度；（2）喷灌均匀度不低于规范要求；（3）雾化指标不低于植物的要求；（4）有利于减少管理运行费用；该地区土壤允许喷灌强度为=12mm；灌区作物为花卉,因此，查喷灌设计，要求雾化指标应在40005000范围内;喷灌均匀度不低于8%。故选择喷头时，其雾化指标应符合上述要求，流量满足设计要求。查喷头性能表，选用PYQ-1型的喷头。3.4 田间管网及系统流量计算 3.4.1 管材选型根据我省节水项目的实施经验及现状节水产品的特性，干管选用UPVC，立管选用镀锌钢管。3.4.2 系统流量计算本次系统管道按四级

15、设计，即总干管、干管、分干管和支管。各级管道的设计流量及各田块所需喷头数按面积确定，具体计算如下：（1）支管进口流量每根支管的进口流量为其上喷头流量之和，由于白银市西区生态苗圃部分地块不规整，加之整个系统水力计算不需要计算出每根支管的流量，因此本次不再计算出每根支管流量，只计算出每个田块中铺设最长的支管流量。 表1-2 田块中铺设最长支管流量表分干管编号铺设最长的支管长度铺设最长的支管喷头数喷头流量铺设最长的支管流量11180 161.52411275 151.522.511364 131.519.511470 141.52111545 91.513.511640 81.51211760 12

16、1.51811870 141.52112170 141.52112270 141.52112350 131.519.512470 141.52112570 141.52112670 141.52112745 91.513.512860 121.51812960 121.518121040 81.51221180 161.52421280 161.52422140 81.512222120 241.53622365 131.519.523190 181.52723285 171.525.523360 121.51823460 121.518（2）分干管进口流量如果田块规整，各分干管的进口流量则为

17、其上支管进口流量之和，考虑到不计算出每根支管流量，本次分干管流量采用下式计算： L分干管=ASq (3-5)式中：L分干管为分干管流量（L/h）； A为分干管控制灌溉面积（亩）；S为每亩灌溉面积上布置的喷头数量（个）；q为单个喷头流量（L/h）。各分干管进口流量计算结果见表1-2。（3）干管进口流量干管进口流量为各支管进口流量之和加上分干管部分段直接控制地块所需流量。各干管进口流量计算结果见表1-2。（4）总干管流量白银市西区生态苗圃整个灌溉系统需2根总干管，系统采取的工作制度为轮灌制度。 因此，总干管的流量等于各分干管中进口流量最大的支管进口流量。喷灌时总干管流量为190.1m3/h。表1-

18、2 管道流量推算表轮灌天数总干管编号干管编号分干管编号支管编号田块数量田块面积（亩）支管总长度（m）分干管进口流量（m3/h）干管进口流量（m3/h）总干管流量（m3/h）1111-11-1-116.77*80=560867.3161.8161.81-1-219.275*10=75092.51-1-3116.164*20=1280161.81-1-4110.370*10=700103.521-1-5113.580*14=1120135.71-1-6110.945*18=810109.51-1-711140*17=680110.631-1-829.260*18=1080142.751-21-2-

19、127.616*1120=1792076.4156.81-2-215.715*1050=15750156.841-2-3115.623*1150=26450144.71-2-4157*490=3430491-2-514.914*980=17320120.61-2-614.59*630=5670108.551-2-716.814*630=882093.51-2-811218*1080=19440141.71-2-9110.811*660=726095.51-2-1019.312*480=576059.3622-12-1-1212.360*15=900123.6123.6190.112.380*1

20、0=800123.62-1-214.440*7=28044.272-22-2-1211.2100*8=800190.1190.111.1120*8=9602-2-227.765*20=1300165.88.882-2-3116.690*12=1080166.82-32-3-1118.285*17=1445182.9182.92-3-2110.460*14=840104.592-3-317.350*10=50073.52-3-428.460*9=54084.47.860*15=90078.4总 计33 3.5 管道系统水力计算 3.5.1 管径的选择各级管道的试算管径为40250mm，根据各级管

21、道的试算管径，计算出各级管道在必须通过最大流量时所产生的水头损失，根据水头损失大小的合理性，确定各级管道的管径，在确定分干管管径时需考虑下级管道的所需水头。管径按下式确定： (3-6)式中：d管道内径，m； v管道内水的流速，m/s；Q设计流量，m3/s。按塑料管适宜流速取管道流速v=1.20m/s和设计流量来计算确定各级管道管径，同时，尽可能使管道沿程水头损失最小。表1-3 分干管管道直径设计计算分干管编号分干管进口流量(m3/h)初选管道适宜流速(m3/s)初选分干管管径（mm）根据初选选择干管管径外径(mm)内径（mm）根据内径计算流速（m3/h）11167.3 1.2141 160/4

22、.9150.21.06 11292.5 1.2165 200/6.2187.60.93 113161.8 1.2219 250/7.7234.61.05 114103.5 1.2175 200/6.2187.61.05 115135.7 1.2200 200/6.2187.61.37 116109.5 1.2180 200/6.2187.61.11 117110.6 1.2181 200/6.2187.61.12 118142.71.2205 250/7.7234.60.92 121133.7 1.2199 250/4.9234.60.86 122156.8 1.2215 250/7.7234

23、.61.01 123144.7 1.2207 250/7.7234.60.93 12468.3 1.2142 160/4.9150.21.08 125120.6 1.2189 200/6.2187.61.22 126108.5 1.2179 200/6.2187.61.10 12793.5 1.2166 200/6.2187.60.94 128141.7 1.2205 250/7.7234.60.92 12995.5 1.2168 200/6.2187.60.96 121059.3 1.2132 140/4.3131.41.22 211247.2 1.2240 250/7.7234.61.11

24、 21244.2 1.2114 140/4.3131.40.91 221190.11.2237 250/7.7234.61.01 222165.81.2221 250/7.7234.61.07 223166.8 1.2222 250/7.7234.61.08 231182.9 1.2233 250/7.7234.61.18 232104.5 1.2176 200/6.2187.61.06 23373.4 1.2147 160/4.9150.21.16 234162.81.2219 250/7.7234.61.05 表1-4 总干管、干管管道直径设计计算项目管道经济流速v(m/s)管道设计流量Q

25、(m3/h)设计管径d(mm)外径（mm）内径（mm）干管1-1干管1-2干管2-1干管2-2干管2-31.051.081.111.021.00161.8156.8123.6190.1182.9250/7.7250/7.7160/4.9250/7.7250/7.7234.6234.6150.2234.6234.6总干管1-1总干管1-21.051.02161.8182.9250/7.7250/7.7234.6234.6计算分干管进口设计水头时，由分干管在平坦地形下各长度范围对应的工作水头加上分干管末端与进口处的高程差值求得，分干管各长度范围对应的工作水头由表1-2 查得。各田块支管所需进口设计

26、水头见表1-6。3.5.2 干、分干管水力计算管道水头损失计算： 单孔管的沿程水头损失按下式计算： hf=fLQm/db (3-7)式中：hf沿程水头损失，m；L管长，m；Q流量，m3/h；d管内径，mm；f摩擦系数，UPVC 管取f 94800；m流量指数，UPVC 管取m 1.77；b管径指数，UPVC 管取f 4.77。管道局部水头损失按照沿程水头损失的10%计算，则管道总水头损失h1.1hf。计算结果见表1-5。表1-5 分干管水头损失计算表分干管编号出口数长度流量 外径内径流速沿程损失局部损失总损失Nmm3/hmmmmm/smmm分干管1-1-177567.3 160/4.9150.

27、21.061 0.51 0.05 0.56 分干管1-1-21017792.5 200/6.2187.60.934 0.73 0.07 0.80 分干管1-1-320230161.8 250/7.7234.61.045 0.87 0.09 0.96 分干管1-1-410108103.5 200/6.2187.61.046 0.54 0.05 0.60 分干管1-1-514146135.7 200/6.2187.61.371 1.18 0.12 1.30 分干管1-1-618195109.5 200/6.2187.61.107 1.08 0.11 1.19 分干管1-1-717192110.6

28、200/6.2187.61.117 1.08 0.11 1.19 分干管1-1-818235142.7250/6.2234.60.922 0.72 0.07 0.79 分干管1-2-116166133.7 250/7.7234.60.864 0.45 0.04 0.49 分干管1-2-215154156.8 250/7.7234.61.013 0.55 0.06 0.61 分干管1-2-323351144.7 250/7.7234.60.935 1.10 0.11 1.21 分干管1-2-4771.568.3 160/4.9150.21.077 0.49 0.05 0.54 分干管1-2-51

29、4138120.6 200/6.2187.61.218 0.91 0.09 1.00 分干管1-2-69109108.5 200/6.2187.61.097 0.59 0.06 0.65 分干管1-2-71425593.5 200/6.2187.60.944 1.06 0.11 1.17 分干管1-2-818196141.7 250/7.7234.60.915 0.59 0.06 0.65 分干管1-2-91111495.5 200/6.2187.60.965 0.50 0.05 0.54 分干1-2-101218759.3 140/4.3131.41.221 1.91 0.19 2.10 分

30、干管2-1-125276123.6 200/6.2187.61.112 0.94 0.09 1.03 分干管2-1-2711944.2 140/4.3131.40.911 0.72 0.07 0.80 分干管2-2-116188190.1250/7.7234.61.008 0.54 0.05 0.59 分干管2-2-220217165.8250/7.7234.61.071 0.86 0.09 0.94 分干管2-2-312155166.8 250/7.7234.61.078 0.62 0.06 0.68 分干管2-3-117217182.9 250/7.7234.61.182 1.03 0.1

31、0 1.13 分干管2-3-210150104.5 200/6.2187.61.056 0.76 0.08 0.84 分干管2-3-31412873.4 160/4.9150.21.156 1.01 0.10 1.11 分干管2-3-424227162.8250/7.7234.61.052 0.87 0.09 0.96 表1-6 各田块支、分干管所需进口水头分干管编号单根支管长度喷头型号设计喷头正常工作所需水头(m)支管进、出口高差(m)支管进口设计水头(m)分干管设计工作水头（m）分干管1-1-180低压喷头152.01717.56 分干管1-1-275低压喷头152.01717.80 分干

32、管1-1-364低压喷头152.01717.96 分干管1-1-470低压喷头152.01717.60 分干管1-1-580低压喷头152.01718.30 分干管1-1-645低压喷头152.01718.19 分干管1-1-740低压喷头152.01718.19 分干管1-1-860低压喷头152.01717.79 分干管1-2-170低压喷头152.01717.49 分干管1-2-270低压喷头152.01717.61 分干管1-2-350低压喷头152.01717.21 分干管1-2-470低压喷头152.01717.54 分干管1-2-570低压喷头152.01718.00 分干管1-

33、2-670低压喷头152.01717.65 分干管1-2-745低压喷头152.01718.17 分干管1-2-860低压喷头152.01717.65 分干管1-2-960低压喷头152.01717.54 分干管1-2-1040低压喷头152.01719.10 分干管2-1-180低压喷头152.01717.03 分干管2-1-240低压喷头152.01717.80 分干管2-2-1120低压喷头152.01717.59 分干管2-2-265低压喷头152.01717.94 分干管2-2-390低压喷头152.01717.68 分干管2-3-185低压喷头152.01718.13 分干管2-3

34、-260低压喷头152.01717.84 分干管2-3-350低压喷头152.01718.11 分干管2-3-460低压喷头152.01717.96 多孔管道的沿程水头损失按下式计算： (3-8) (3-9) (3-10)hfz多孔管道沿程水头损失，m；hfz单孔管道沿程水头损失，m；F多口系数；N孔口数；X多孔管道首孔位置系数，即管道入口至第一个孔口的距离与孔口间距之比。管道局部水头损失按照沿程水头损失的10%计算，则管道总水头损失h1.1hfz。干、分干管管径确定及水力计算结果详见表1-7。 表1-7 干管、总干管水力计算表管道名称长度（m）流速（m）流 量（m3/h）最小水头（m）管径所

35、对应的水头损失（m）设计进口水头（m）110140160200250干管1-17971.23161.818.301.2119.51干管1-23521.11156.819.010.5019.51干管2-1871.41123.617.031.1218.15干管2-22641.25190.117.940.9518.89干管2-35851.39182.918.131.3119.44总干管13701.23161.819.102.1021.20总干管26451.39190.117.944.5222.46在总干管设计水头的基础上再预留4-7米的水头。根据地形及供水要求选择输水管线最长且地面高程最高，即损失最大线路（最不利点），列于表1-8。表 1-8 最不利点管道水力计算结果水头损失最不利点管道编号1-1-4