课程设计

1小管出流系灌溉统规划课程设计目的通过对低压管道灌溉系统的规划设计，了解低压系统设计理论、过程及设计方法，巩固《农田水利学》所学内容，提高综合应用能力和创造能力。具体有：1.掌握管道灌溉系统的设计原理、布置原则、基本要求及设计方法。2.掌握管道灌溉工程规划设计的基本规范。3.学会收集、分析、运用有关资料。4.提高独立学习能力、创造能力及运用综合专业知识解决问题的能力。5.熟练使用Office软件（word、Excel），以及运用CAD绘图。一、工程区的基本情况1．基本资料（1）地形：灌溉面积为1.5万亩，地块为矩形，长为4000m，宽为2500m，沿长度方向有400m的高差，即地面坡度为1/10。（2）水源：在地块的右下角处有一提水泵站，该泵站从水库取水，取水期间，水库水位变化不超过10m。要求计算给出水泵的流量和扬程。（3）该地块土壤质地为中壤土，其田间持水量为24％（占干土重），容重为1.4t/m3。种植作物为芒果，株距为3.3m，行距为3.36m。（4）根据调查，当地芒果全年需要灌水6—10次左右。2．灌溉系统初步确定调节池设计容量为1000m3，数量为10个。每个调节池控制的灌溉面积相同。一个调节池连同其控制的灌溉面积，作为一个灌溉系统，包括一个蓄水池、一个灌溉系统首部、以及一套田间灌溉系统（管道及其附件）。2二、设计方案1．灌水方法采用小管出流灌溉。本次设计共设计出三种方案，方案一、二采用不同的管径，以干管直径变化为依据，分别选用直径为160mm，125mm的干管，毛管长度都选极限长度的1/2,方案三干管直径125mm，毛管长度采用极限长度。然后算出每种方案下总的投资费用，方案设计及计算过程以方案二为计算依据，其他两种的方案的具体计算过程不再详细给出，算出每个方案的总投资，最后比较得出最优的设计方案。2．调节池设计调节池的数量和容积，初步确定设计容量：1000m3，数量为10个。每个调节池控制的灌溉面积相同。一个调节池连同其控制的灌溉面积，作为一个灌溉系统，包括一个蓄水池、一个灌溉系统首部、以及一套田间灌溉系统（管道及其附件）。由灌溉面积为1.5A万亩，调节池个数为n=10个，可计算得到一个灌溉系统控制的灌溉面积为01500A亩。三、灌溉工程规划设计1．设计依据《节水灌溉技术规范》（SL207－98）《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203－2006）2．灌溉系统规划设计参数根据设计规范及结合当地的实际情况，选用如下设计参数：（1）日耗水强度：a3/Emmd；（2）土壤设计湿润比：40%P；3（3）灌水有效利用系数：0.90。3．灌水器的选择据土壤类型和种植作物种类，拟选用小管灌水器。该灌水器由φ4PE管和40L/h稳流器两部分组成，稳流器插入毛管后，水流过稳流器φ4PE管流到果树树冠2/3处的环沟内。稳流器额定工作压力为0.05MPa—0.40MPa，设计工作水头Hd=10m，出水流量qd=40L/h。4．微灌灌溉制度的确定（1）灌水定额minmax1.0pzm式中：m——设计灌水定额，mm；——土壤容重，g/cm3；z——计划湿润土层深度，m；p——微灌设计土壤湿润比，%；max——适宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，％）；min——适宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，％）；——灌溉水利用系数。取31.4/tm，60zcm，40%p，90%，max、min分别取田间持水量的90％和70％，田间持水量为24%。利用excel表格计算得结果为：317.911.9/mmmm亩。（2）灌水周期：amTE式中：m——设计灌水定额，mmEa——设计耗水强度，mm/d；4T——设计灌水周期，d；——灌溉水利用系数。设计耗水强度a3/Emmd，其他数据同上。经excel表格计算得：5.4Td，根据实际情况取5d。（3）单个系统干管的设计灌溉流量000.667mAQTt式中：0A单个系统作物灌溉面积（亩），此时01500A亩；η灌溉水利用系数，小管出流取0.9；t日工作小时数（h）；m灌水定额,取311.9/mm亩；T灌水周期（d）。利用Excel表格计算得：30165/Qmh表1：小管出流输水灌溉典型区设计参数参数芒果种植地Ep（mm/d）3T（d）5t（h）15A(亩)15000Q0（m3/h）165（3）一次灌水延续时间一次灌水延续时间：nqSmStle式中：5t——一次灌水延续时间，h；m——设计灌水定额，mm；Se——灌水器间距，Se=3.3m；Sr——毛管间距，Sr=3.4m；n——灌水器个数，n＝1；q——灌水器流量，q＝40L/h。未说明数据值的字母的意义同前。经计算，果树一次灌水延续时间为：5.2th四、灌溉系统的管网布置1．毛管与灌水器的布置因地形的变化，每两行树之间布置一条毛管。每棵树安装一个灌水器，小管出口处于果树的环沟，环沟一般是果树树冠的2/3直径,安装方式用专用打孔器在毛管打孔φ4，将稳流器直接插入毛管中，稳流器出水口接φ4PE小管。管道分为干管、支管、毛管，见布置图，干管沿地块边缘基本平行于等高线布置，支管垂直于干管，支管长度50-80m，支管双侧布置毛管，毛管长度100m；干管采用镀锌焊接钢管，方案一内径为160mm，方案二内径125mm，方案三内径100mm,工作压力为1.0MP;支管为PE63低密度聚氯乙烯塑料管，规格D90×5.1，公称压力0.6MPa；毛管为PE63乙烯管，规格D32×2.4，公称压力0.6MPa；毛管间距3.36m，灌水器间距3.3m。2．控制调节和保护装置的布置在各支管进口均设置闸阀、水表各一个，在总干进口设水表一块，网式过滤器和离心式过滤器各一个。3．轮灌组的确定轮灌组划分6系统允许的最大轮灌组数为：tCTNmax式中：C——系统日最大运行时数，h；其它符合意义同前。取C=15，利用excel表格计算得：max15N。根据每块地的果树种植情况和地块尺寸，整个系统共有24个支管，分12个组轮灌，支管编号如管网布置平面图所示。表2：轮灌工作制度表天数组数支管号第一天第一组1支、3支、5支第二组2支、4支第三组6支、8支、10支第二天第一组7支、9支第二组11支、13支、15支第三组12支、14支第三天第一组16支、18支、20支第二组17支、19支第三组21支、23支、25支第四天第一组22支、24支第二组26支、28支、30支第三组27支、29支第五天第一组31支、33支、35支第二组32支、34支第三组36支、38支、40支第六天第一组37支、39支第二组41支、43支、45支第三组42支、44支第七天第一组46支、48支、50支第二组47支、49支小管出流输水灌溉中常采用的管材有塑料管和混凝土管，混凝土管施工量较7大，不宜在本项目中使用；考虑本项目区地形坡度较大，干管选择钢管，承受压力1.0MPa。支管选用硬塑料管，公承压力0.6MPa。（1）采取轮灌制度以后，其输水管的流量为:1524mAVSQ2415mAVSQ得：30.017925004000100010469.442415Qmh综上可得各个管道的流量如表3：表3：各个管道的流量管道名称流量（3mh）输水管469.44干管47.73支管11.02五、灌溉系统水力计算1．允许水头差ΔHs的确定设计灌水器均匀度Cu＝95%，设计流量偏差率qv＝0.2，灌水器的流态指数x＝0.5，设计水头hd＝10m，则毛管允许水头差为：mqhhxvd77.122.065.011065.015.0/1/1maxmqhhxvd65.82.035.011035.015.0/1/1minmHHHs12.465.877.12minmax则：s=0.55=2.26hHm毛s=0.45=1.84hHm支82．毛管允许出水口数目和最大长度的计算364.075.175.4533.5dmKSqhDINTN毛式中：Nm－毛管允许出水口数目，个；D－毛管管径，mm；S－灌水器间距(m),S＝3m；K－水头损失扩大系数，K＝1.1；qd－毛管上灌水器的设计流量，L/h。选择毛管管径为32mm，壁厚2.4mm，公称压力0.6MPa的PE63乙烯管管，经计算：60mN，即毛灌最大允许长度：360180mLm。根据地块尺寸，实选100mLm，满足灌水均匀性要求。3．管道水头损失的计算毛管和支管均为塑料管，且均为多孔管出流，考虑到毛管局部水头损失较支管大，确定支管和毛管水头损失计算公式如下，其中毛管水头损失，1.75304.751iQhFLd毛利用Excel表格计算得：0.333hm毛支管水头损失，241mniQhFLd支利用Excel表格计算得：=0.326hm支干管、分干管均采用钢管，其水头损失按下式计算，9LdQh1.59.1505.01.1干利用Excel表格计算得：方案一：=0.00006983hm干方案二：=0.00246hm干式中，F为多孔出流系数，h毛、h支、h干分别为毛管、支管和干管的水头损失，m；L为管道长度，m；Q为流量，m3/h、d为管道内径，mm。毛管多孔出流系数查规范得：0.505F，1.75m，4.75n六、管道节点压力计算管道节点压力计算主要指支管首端和末端、每条支管上第一条毛管（支管首端处）尾端压力和最后一条毛管（支管末端）尾端压力。由干管首端开始，逐条支管推算其首末端压力，推算每条支管上第一条和最后一条毛管的尾端压力。要求管首端和末端的压力之差小于设计工作压力的20％。其计算结果见下表。同时给出了轮灌顺序，以轮灌工作制度表为准。管道水力计算与管道布置同时进行，在计算过程中，若压力不符合要求，及时调整管道的布置，直到满足要求为止。故管道水力计算与管道布置同时完成，管道布置结果见附图（管道布置平面图）。管道节点压力计算是逐条支管进行的，其计算公式如下，所在干管尾端压力干尾h，干末干干首干尾zhzh10支管尾端压力支尾h，支支末支首干尾支尾）（hzzhh毛管1尾端压力1毛尾h，1111毛毛末毛首支尾毛尾）（hzzhh毛管2尾端压力2毛尾h，102222毛毛末毛首支尾毛尾）（hzzhh式中，干首z、干末z为所在干管首（进水口处）末端的地面高程，m；10为蓄水池深度（6m）与过滤器等首部枢纽水头损失（6m）之和，m；干h、支h、1毛h、2毛h为干管、支管、毛管的水头损失，m；支首z、支末z为支管首、末端的地面高程，m；1毛首z、1毛末z为毛管首、末端的地面高程，m。表4:管道节点压力管道干管支管1支管2支管3支管4支管5管道节点压力（m）-24.000-25.126-23.526-25.126-23.526-25.126七、首部枢纽设计本系统采用无压取水方式，直接从调节池中取水，调节池深度为4m。考虑过滤器的水头损失，为了满足压力要求，第一条支管（距离蓄水池最近的支管）进水口高程要求较蓄水池处地面高程小20m。水泵1．水泵的设计流量由以上条件可知：3469.44Qmh管道水利用系数取为0.97，则水泵的设计流量为3469.44483.96/0.97mh2．水泵的设计扬程设泵进出水管长各5m,进水管采用DN100的镀锌钢管，出水管采用DN80的镀锌钢管。经计算，进出水管沿程水头损失分别为0.26m和1.45m，总沿程水11头损失为1.71m。进水口包括一个口滤网，一个闸阀，一个渐缩接头和水泵进口，局部水头损失系数为2.50.20.213.9m，经计算局部水头损失0.54m，出水管包括一个渐扩接头，3个90o弯头，一个闸阀和一个螺翼式水表，局部水头损失系数为0.10.2530.41.25m，计算的局部水头损失为0.70m，水表水头损失估计为0.35m，则进出水管总局部水头损失为