山区滴灌施工图设计说明

1林州市东岗镇万宝山滴灌项目施工图设计总说明1工程概况1.1工程概述林州市万宝山高效节水灌溉工程总灌溉面积约1300亩，种植结构为核桃间种油用牡丹，灌溉水源取用红旗渠三干二支渠输水。工程主要内容包括：调蓄水池工程及田间灌溉工程。1.2工程等级和建筑物级别依据相关规范，本次工程总灌溉面积小于0.5万亩，属于小型灌区，工程等级为V等，蓄水池及泵站等主要建筑物级别按照5级进行设计。2调蓄水池工程按照业主前期提供的《万宝山调蓄池施工图设计》（以下简称“原设计），项目共规划新建7座调蓄水池，原设计结构型式均采用C25钢筋混凝土。根据前期制定的各蓄水池功能及设计成果，1#、3#、5～7#水池为高位水池，地面式结构，分别通过红旗渠、2#及4#蓄水池进行补水灌溉；2#及4#蓄水池采用半地下式，均布置在红旗渠附近，直接利用红旗渠进行补水灌溉，其中2#池兼做3#池补水调蓄池，4#池兼做5#、6#池补水调蓄池。接到设计任务时，3#池已开始施工，本次对3#池原设计成果进行复核后，发现其结构稳定性及配筋存在安全隐患。但限于其施工进度较快，主要结构已无法进行调整，故本次对3#池部分配筋进行了调整，并在其外围增设M7.5浆砌石扶壁进行加固，扶壁间距4m，壁厚0.5m，并在池壁及池底长边中部增设二期浇筑C30补偿收缩混凝土，宽1m。由于2#及4#池属地下式结构，且大部分为石方开挖，考虑到混凝土浇筑后模板一旦取出，池壁与基岩间隙填充较困难，且地下式结构其池壁稳定性要求相对较低，本次将原设计的0.3m厚钢筋混凝土池壁调整为0.5m厚M7.5浆砌石池壁，其中4#南侧池壁为临空面，本次直接采用M7.5浆砌石重力式挡墙充当池壁，并在其临水侧采用0.15m厚的挂网现浇C25钢筋混凝土进行防渗衬砌，在池壁及池底长边中部增设二期浇筑C30补偿收缩混凝土，宽1m。池底维持原设计0.3m厚C25钢筋混凝土结构不变。对于其余4座蓄水池，考虑到正常蓄水后池壁将承受较大的水压力，且均为地面式结构，本次将原设计0.3m厚C25钢筋混凝土池壁调整为C25钢筋混凝土扶壁式挡墙，墙身厚0.3m，扶壁间距4m，厚0.4m，并在池壁及池底长边中部增设二期浇筑C30补偿收缩混凝土，宽1m。池底维持原设计0.3m厚C25钢筋混凝土结构。新建蓄水池结构设计及配筋详见相关图纸。3田间灌溉工程本次田间灌溉工程设计主要包括：灌溉定额及年灌溉用水量、灌溉型式比选及滴灌系统设计三方面内容。3.1灌溉定额及年灌溉用水量项目区作物种植类型主要为核桃间种油用牡丹，故灌溉定额计算按照核桃及花卉定额进行确定。由于缺乏项目区气象、土壤基础资料及同类作物灌溉试验资料，核桃及花卉灌溉定额无法进行精确计算，本次经过对国内大量农业研究成果的比较和筛选，并考虑到本次灌溉型式为高效节水灌溉，灌溉设计保证率不低于95%，初步确定核桃灌溉定额为195mm，花卉灌溉定额为1200mm，灌溉水利用系数均取0.9。根据本次确定的核桃及花卉灌溉定额，考虑间种的种植方式，项目区综合灌溉定额直接按照两种作物定额的总量计算，为1395mm，年灌溉需水总量约为217万m3。考虑到花卉灌溉定额远大于核桃，微灌设计参数的制定参照花卉进行，详见各蓄水池田间灌溉设计说明。3.2灌溉型式论证比选项目区主要种植作物为核桃树间种油用牡丹，属于高产值经济作物，参考类似工程经验，为了控制灌溉用水成本，一般采用微灌型式。本次结合作物类型、现场2地形及投资估算，对微喷灌、滴灌、小管出流等常用的微灌型式进行论证比选。1、小管出流小管出流常用于果园或苗圃等灌水定额较大的高效节水灌溉项目，但由于项目区不仅种植核桃树，另外还间种大量油用牡丹，花卉对水分较为敏感，一般需要精确控制灌溉水量，采用滴灌或微喷灌方式更有利于控制流量及水量。且核桃树对水分的敏感性较低，其灌溉周期较长，可直接随牡丹进行高频灌溉，故本次不再考虑小管出流灌溉方式。2、微喷灌及滴灌微喷灌及滴灌可用于花卉、果树、苗圃、草坪等需要精确控制灌水量的高效节水灌溉项目，适用范围较广。但微喷灌属于面状灌溉型式，容易受到地形、风向、风速等外部因素的影响，由于项目区位于山区，喷洒均匀度难以控制，故本次确定项目区高效节水灌溉型式采用滴灌。3.3滴灌系统设计滴灌系统设计主要结合项目区实际地形及业主建议，按照“高水高配、低水低配”的原则，以7座新建调蓄池为水源，分为7个独立的滴灌系统，根据各水源分配地块地形情况，分别进行灌溉周期、轮灌编组及系统工作制度等具体设计。3.3.1系统布置原则结合项目区实际地形及各调蓄池地块分配，本次田间滴灌系统运行流程为“蓄水池出水口—首部枢纽（过滤、施肥、逆止阀、压力表等）—灌溉管网”。灌溉管网采用“干管—支干管—支管—分支管”四级固定管道铺设，在分支管上安装滴灌带，通过对固定管道的位置调节，使毛管始终平行于等高线布置。3.3.2基本参数计算鉴于核桃树灌溉周期较长，可直接随牡丹进行高频灌溉，本次灌溉基本参数计算均以油用牡丹为主要作物进行选定。1、毛管选择毛管初选采用重力式低压内嵌贴片式滴灌带，工作压力0.05～0.15mpa，管径初选为Φ16mm，壁厚0.3mm，铺设行距1m，1根滴灌带控制2行牡丹，滴头间距0.3m，流量为1～2L/h。2、最大净灌水定额计算最大净灌水定额用下式计算：mmax=0.001γzp（θmax-θmin）式中mmax—最大净灌水定额，mm；γ—土壤容重（g/cm3），按华北平原砂壤土，取1.4g/cm3；z—土壤计划湿润土层深度（cm），牡丹为深根花卉，取60cm；p—设计土壤湿润比（%），按密植型植物滴灌，取80%；θ—适宜土壤含水率上限（重量百分比，%），取田间持水量的90%；θ—适宜土壤含水率下限（重量百分比，%），取田间持水量的80%。将以上资料代入得：mmax=14.8mm。3、灌溉周期计算根据微灌规范及相关资料数据，牡丹设计耗水强度Ea=5mm/d，因此，高峰期灌水时间间隔为：T=mmax/Ea=14.8/5=2.96d，取T=3d。4、一次灌水延续时间计算一次灌水延续时间t按下式计算：t=mmaxSeSl/qd/η式中t—一次灌水延续时间，h；mmax—最大净灌水定额，取计算数值14.8mm；Se—滴头间距，根据各蓄水池分配地块高差，1#、2#及4#池取0.3m，其余取30.5m；Sl—毛管间距，本次毛管布置间距均取1m；qd—滴头流量，根据各蓄水池分配地块高差，1#、2#及4#池取1L/h，其余取1.8L/h；η—灌溉水利用系数，取设计值0.9。计算可得，1#、2#及4#池一次灌水延续时间t=4.93h，其余均为4.56h，本次均取5h。5、毛管极限长度计算首先计算灌水器允许水头差ahhHsminmaxavhqh1max)65.01(avhqh1min)35.0.01(式中Hs——灌水小区中灌水器允许最大水头差，m；maxh——灌水小区中灌水器允许最大水头，m；minh——灌水小区中灌水器允许最小水头，m；vq——允许流量偏差率，取20%；——灌水器流态指数，取0.6；ah——灌水器设计水头，1#、2#及4#池取最不利下限值5m，其余取10m。计算可得，1#、2#及4#池控制灌溉面积内单个灌水小区灌水器允许最大水头差为1.7m，支、毛管允许水头差按照1:1比例分配，则单个灌水小区内毛管允许最大水头差ΔH毛为0.85m；其余4座调蓄池控制灌溉面积内单个灌水小区灌水器允许最大水头差为3.4m，支、毛管允许水头差按照1:1比例分配，则单个灌水小区内毛管允许最大水头差ΔH毛为1.7m。毛管极限长度按照下式计算：SKSqDHINTLam364.075.175.4毛)446.5(式中mL——毛管允许极限长度，m；毛H——毛管允许最大水头差，1#、2#及4#池取0.85m，其余取1.7m。D——毛管内径，取Φ16mm；K——毛管局部损失加大系数，取1.3；S——滴头间距，1#、2#及4#池取0.3m，其余取0.5m；aq——滴头设计流量，1#、2#及4#池取1L/h，其余取1.8L/h。计算可得，1#、2#及4#池控制灌溉面积内单个灌水小区毛管允许极限长度为89.14m，其余4座调蓄池控制灌溉面积内单个灌水小区毛管允许极限长度为112m，由于毛管需要平行于等高线布置，结合现场地形，如直接按照极限长度布置，施工较困难，且将导致毛管水头差过大，不利于后期运行管理，本次尽量采用“丰”字形双向布置毛管，单侧毛管不大于本次计算的毛管极限长度。3.3.3管网水力计算及系统工作制度制定由于山区地形较复杂，且各蓄水池控制面积不一致，本次按照7个独立的系统进行管网布置及水力计算。（1）1#调蓄池滴灌系统1、管网水力计算1#池控制灌溉面积为27.7hm2，利用5条干管进行灌溉，本次对5条干管控制面积内最不利的支干管、支管及分支管进行水力计算，其余固定管道均参照最不利管道水力计算结果进行布置。计算成果见附表1～6。从表中可以看出，除4干管2支管计算结果略低于灌水器设计最低压力0.05mpa4外，其余均大于0.05mpa，考虑到自流灌溉时灌水器工作压力主要受地面高差控制，不必要为满足小范围地块工作压力而扩大整个系统的管径，1#池控制灌溉面积内滴灌管道系统基本满足设计要求，只需在施工时现场避开局部较高地块即可。对于分支管出口压力大于0.15mpa，有可能对灌水器产生破坏的情况，本次通过在分支管出口设置节流阀的方式将毛管入口压力调节至0.15mpa以下。2、系统工作制度制定按计算得出的高峰期灌水定额mmax=14.8mm，灌溉水利用系数取0.9，1#池控制灌溉面积为27.7hm2，则高峰期单次灌水总量为4560m3；按设计轮灌周期3d，日运行时间取22h，则系统设计流量应不低于69m3/h。一次灌水延续时间为5h，故系统最大轮灌组数Nmax=22×3/5=13组，3天轮灌一遍。考虑到夏季需要适时浇水的情况，轮灌周期调整为2d，一次灌水延续时间取3.4h，则轮灌组数仍为13组，不影响管道水力计算。如需要继续缩短轮灌周期，可维持本次设计轮灌组数，根据相应比例调整一次灌水延续时间即可。根据现场地形，本次共布置灌溉小区78个，单个小区面积约0.36hm2，一次轮灌同时开启6个小区，单个小区毛管长度3600m，灌水器12000个，则一个轮灌组流量约为72m3/h，与总量复核基本一致，本次1#池系统设计流量取72m3/h。（2）2#调蓄池滴灌系统1、管网水力计算2#池控制灌溉面积为3hm2，利用1条干管进行灌溉，本次对1条干管控制面积内最不利处的支干管、支管及分支管进行水力计算，其余固定管道均参照最不利管道水力计算结果进行布置。计算成果见附表7。从表中可以看出，固定管网末端分支管出口工作压力均大于0.05mpa，满足灌水器工作水头要求，2#池控制灌溉面积内滴灌管道系统满足设计要求。2、系统工作制度制定按计算得出的高峰期灌水定额mmax=14.8mm，灌溉水利用系数取0.9，2#池控制灌溉面积为3hm2，则高峰期单次灌水总量约为495m3；设计轮灌周期取3d，日平均运行时间取12h，则系统设计流量应不低于13.75m3/h。一次灌水延续时间为5h，故系统最大轮灌组数Nmax=12×3/5=7组，3天轮灌一遍。考虑到夏季需要适时浇水的情况，轮灌周期调整为2d，一次灌水延续时间取3.4h，则轮灌组数仍为7组，不影响管道水力计算。如需要继续缩短轮灌周期，如需要继续缩短轮灌周期，可维持本次设计轮灌组数，根据相应比例调整一次灌水延续时间即可。根据现场地形，本次共布置灌溉小区7个，面积约0.36hm2，一次轮灌同时开启1个小区，单个小区毛管长度3600m，灌水器12000个，则一个轮灌组流量为12m3/h，小于总体计算流量，本次2#池系统设计流量取13.75m3/h。（3）3#调蓄池滴灌系统1、管网水力计算3#池控制灌溉面积为10.28hm2，利用4条干管进行灌溉，本次对4条干管控制面积内最不利处的支干管、支管及分支管进行水力计算，其余固定管道均参照最不利管道水力计算结果进行布置。计算成果