第四章灌溉管道系统..

第四章灌溉管道系统IrrigationPipeSystem管道系统的主要优点：（1）省地。一般少占地7％～13％。（2）减少输水损失。（3）便于控制。（4）对地形的适应性更强。（5）灌水及时，促进作物增产增收。缺点或存在的主要问题是：(1)需要的材料和设备较多；(2)投资较高；(3)规划设计内容较复杂；(4)对水源的水质要求较高，尤其是微灌系统，对水质的要求更高。本章主要内容：1管道系统的组成与分类2管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计【灌溉管道系统】是从水源取水经处理后，用有压或无压管道网输送到田间进行灌溉的全套工程。名词解释§4.1灌溉管道系统的组成与分类1管道系统的组成（1）首部枢纽（从水源取水并处理）（2）输配水管网（输水并分配）（3）灌水器（将水分布到田间）（4）附属建筑物（5）附属装置13:25:52灌溉管道系统示意图a灌溉管道系统示意图b树枝状管网示意图环状管网示意图喷灌滴灌§4.1灌溉管道系统的组成与分类2管道系统的分类2.1按结构形式1）开敞式（自由水面调节井，并可分流）2）封闭式（管道封闭，管内保持一定压力）3）半封闭式（用浮球阀等控制阀门启闭）§4.1灌溉管道系统的组成与分类2.2按工作压力1）无压灌溉管道系统（有自由水面）2）低压灌溉管道系统（P200kPa）3）中压灌溉管道系统（P=200~400kPa）4）高压灌溉管道系统（P400kPa）§4.1灌溉管道系统的组成与分类2.3按各部分在灌溉季节可移动程度1）固定式灌溉管道系统2）移动式灌溉管道系统3）半固定式灌溉管道系统§4.1灌溉管道系统的组成与分类2.4按灌水方法1）喷灌系统2）滴灌系统3）微喷灌系统4）低压管道输水地面灌溉系统§4.1灌溉管道系统的组成与分类2.5按压力的来源1）自压灌溉管道系统2）机压灌溉管道系统本章主要内容：1管道系统的组成与分类2管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计§4.2灌溉管道系统的规划布置主要影响因素:（1）水源与灌区的相对位置（2）灌区的面积大小、形状和地形（3）作物的分布（4）耕作方向（5）灌溉季节的风速风向§4.2灌溉管道系统的规划布置1水源工程的布置水源工程包括取水、蓄水和供水建筑物和设施等。首先研究有多少个可能被采用的水源，根据其水量、水位和水质情况，取水的难易程度与灌区的相对位置等选定其中技术可行、工程简单且投资较少的作为灌区水源。§4.2灌溉管道系统的规划布置2首部枢纽的组成及布置首部枢纽包括引水建筑物、泵站（或水泵机组）、沉沙、过滤设备、肥料和化学药剂注入设备、控制器、压力或流量调节器、阀门和测量设备等。首部枢纽的位置的确定，要考虑水源的位置和管网布局方便。§4.2灌溉管道系统的规划布置3灌溉面积分区（1）在区内作物要一样。（2）各区所需的流量相近，便于轮灌。（3）尽量考虑与农业管理体制的范围相一致，以便于管理。（4）一个系统中应有一定数目的轮灌区，便于充分利用每天可灌溉的时间安排轮灌。§4.2灌溉管道系统的规划布置4灌溉管道系统形式的选择（1）确定采用的灌水方法；（2）确定各级管道是移动的还是固定的（根据当地地形、作物、经济及设备条件，考虑各种形式的优缺点来选定）。§4.2灌溉管道系统的规划布置5管道系统的布置灌溉管道系统中的输配水管道一般是指支管（或毛管）以上的管网。布置时要考虑路径及管网内压力的分布，以使支管（或毛管）的出口压力一致，从而使整个灌区灌水均匀。§4.2灌溉管道系统的规划布置（1）小型管网的布置小型管网（千亩以下，或千亩以上灌溉管道系统中的第二、三级管道以下的管网）平原地区：管道为直线，上下级管道互相垂直，上级管道布置在地块中间，向两边分水，末级管道一般与耕作方向相一致。山丘地区：末级管道（支管或毛管）一般沿等高线布置，避免走逆坡。“一”字形“T”形“L”形梳齿形“丰”字形“工”字形环状管网梯田管灌区管网布置图山丘区辐射树枝状管网布置图§4.2灌溉管道系统的规划布置管网布置应注意的几个方面：1）管道用量最少。2）管网内的压力尽量均匀。3）应满足各用水单位的需要，便于管理。4）管道纵横断面力求平顺，减少折点，有较大起伏时避免产生负压。§4.2灌溉管道系统的规划布置管网布置应注意的几个方面：5）支管应尽量与作物种植和耕作方向一致。6）尽量减少输水的水头损失。7）应根据轮灌的要求设有适当的控制设备。8）在管道起伏的高处应设排气装置，低处应设泄水装置。§4.2灌溉管道系统的规划布置管网布置应注意的几个方面：9）穿路（河）管线，尽可能与路（河）垂直。10）管线尽量沿道路和耕地边界布置。11）尽可能避开软弱地基和承压水分布区。§4.2灌溉管道系统的规划布置（2）大型管网的布置千亩以上灌溉管道系统的骨干管网，由给水栓向二级管网供水。一般按最短路径的原则布置，各管段的管径应为经济管径。按用水概率确定管网流量。§四灌溉管道系统本章主要内容：1灌溉管道系统的组成与分类2灌溉管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道灌溉系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计§4.3管道的种类及其规格灌溉管道按使用条件分为：1）固定管道在灌溉季节中始终不移动的管道，灌溉季节后立即拆除。2）移动管道在灌溉季节中经常移动的管道。§4.3管道的种类及其规格1对管道的技术要求（1）能承受设计要求的工作压力（2）能通过设计要求的流量（3）价格低廉，使用寿命长（4）便于运输、易于安装与施工（5）对移动管道还要求轻便，耐撞击，耐磨和能经受风吹日晒§4.3管道的种类及其规格2固定管道的种类及其适用范围（1）水泥土管：适于缺少砂石的平原地区（2）素混凝土管：尽量在现场附近浇制（3）圬工涵管：一般承受50kPa以下内压（4）石棉水泥管：承压600kPa以下§4.3管道的种类及其规格2固定管道的种类及其适用范围（5）塑料管：承压400~1000kPa（6）钢筋混凝土管：承压400~500kPa（7）铸铁管：一般可承压1MPa（8）钢管：可承压1.5~6.0MPa§4.3管道的种类及其规格3移动管道的种类及其适用范围按其软硬程度分：（1）软管：用完可卷起来移动或收藏（2）半软管：水放空后横断面还基本能保持圆形，也可卷成盘状，但盘的直径较大（3）硬管：一般每节6~9m长§4.3管道的种类及其规格3移动管道的种类及其适用范围几种常用的移动管道：（1）铝合金管（2）镀锌薄壁钢管（3）塑料管（4）胶管（5）薄膜塑料管§四灌溉管道系统本章主要内容：1灌溉管道系统的组成与分类2灌溉管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道灌溉系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计§4.4管道附件可分2大类：控制件：根据灌溉的需要来控制管道系统中水流的流量和压力连接件：根据需要将管道连成一定形状的管网，也称为管件§4.4管道附件1控制件（1）给水栓：半固定式系统中固定管道和移动管道之间的连接部分，一般包括阀门和快速接头两种。（2）阀门：用以控制管道的启闭与调节流量的配件。按工作压力大小分：低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀；按结构分：闸阀、截止阀、球阀等。（3）安全阀：用于排除管道内超过规定的压力（4）逆止阀：又叫止回阀或单向阀，根据阀前阀后压力差而自动启闭。在管道灌溉系统中常在水泵出口处安装逆止阀，以避免突然停机时水倒流。§4.4管道附件（5）空气阀：安装于系统的最高位置和隆起的顶部，在系统充水时将空气排出，而在管内充满水后自动关闭，以消除空气的不利影响。（6）流量调节器：用于自动调节流量的设备。（7）配水井：主要用于无压管网，也可用于低压管网起配水与联接干管和支管的作用。（8）放水井：无压管网或低压管网的控制设施之一，管网内的水由此流到地面进行灌溉。§4.4管道附件2连接件（1）三通和四通：主要用于上一级管道与下一级管道的连接，单向分支的用三通（丁字管），双向分支的用四通（十字管）。（2）弯头：又称弯管，转弯或改变坡度时用。（3）异径管：又称渐缩管、渐放管、大小头，连接不同管径的直管段之用。（4）堵头：用于封闭管道末端。（5）乙字管：形如S，用于连接两根轴线平行而又错开一点的管道。（6）短管：用于连接具有不同形式的管接头的直线管段。§4.4管道附件3快速接头（连接件之一）对快速接头的要求：（1）工作可靠（2）装卸简便迅速（3）结构简单，加工容易，造价低廉（4）有一定的挠性（5）有足够的刚度（6）接头内壁过渡圆滑§4.4管道附件常用硬管的快速接头：（1）杠杆紧扣式（2）搭扣式（3）弹簧锁紧式（4）暗销式（5）偏心扣式最常用的软管接头是旋扣式接头铸铁闸阀黄铜闸阀青铜截止阀青铜止回阀软管旋塞阀青铜球阀黄铜球阀球墨铸铁蝶阀铸铁蝶阀半固定式给水栓移动式给水栓逆止阀快速接头本章主要内容：1管道系统的组成与分类2管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计§4.5管道系统的工作制度轮灌续灌随机取水管道系统的工作制度§4.5管道系统的工作制度1续灌方式对系统内全部管道同时供水，灌溉面积内所有作物同时灌水。适于面积小、作物单一的灌区，微灌系统采用较多。优点:每株作物都能得到适时灌水，灌溉供水时间短，有利于其它田间操作。缺点：干管流量大，增加工程的投资和运行费用，设备的利用率低，在水源流量小的地区可能缩小灌溉面积。§4.5管道系统的工作制度2轮灌方式将支管分成若干组，由干管轮流向各组支管供水，而支管部分则同时向毛管供水。轮灌方式比较适合于灌溉系统面积不大，灌区内用水单位少，各用水单位作物种植比较单一的情况。喷灌系统、低压管道系统常采用轮灌方式。优点：干管流量小，克服续灌的缺点。缺点：易造成轮灌组之间的用水矛盾。§4.5管道系统的工作制度3随机取水方式根据灌水需要可以任一开启某一取水口进行取水灌溉，即“按需分配”。适用于灌溉系统面积较大，区内用水单位多，而且各种植物种植面积分散，各用水单位在各时期用水要求各不相同，带有较大的任意性。优缺点：介于续灌、轮灌之间。本章主要内容：1管道系统的组成与分类2管道系统的规划布置3管道的种类及其规格4管道附件5管道系统的工作制度6管道系统的流量与压力推算7灌溉管道系统的结构设计§4.6流量与压力推算1树枝状管网的水力计算(1)沿程水头损失hf：沿程水头损失，m;f：摩擦系数；L：管道长度，m；Q：流量，m3/h;d：管道内径，mm；m：流量指数；b：管径指数。mfbQhfLd§4.6流量与压力推算1树枝状管网的水力计算摩擦系数、流量指数、管径指数表管材fmb混凝土管n=0.014n=0.0151.516*1061.749*106225.335.33钢管6.25*1051.95.1硬塑料管0.948*1051.774.77铝合金管0.861*1051.744.74§4.6流量与压力推算多出口管道的水头损失h：实际水头损失，m；h’：单一出口时的水头损失，m；N：出流孔口数；X：首孔位置系数（首孔至入管处距离/孔口间距）。2'111()11261hFhmNXmFNFNX§4.6流量与压力推算(2)局部水头损失hj：局部水头损失，m；ξ：局部阻力系数；v：管道内水流的流速，m/s；g：重力加速度，9.81m/s2。(0.10~0.15)2jjfhhhg或§4.6管道灌溉系统的流量与压力推算(3)设计流量的推算可以忽略沿程的流量损失。续灌：等于下一级管道流量之和。轮灌：等于同时工作的下一级管道流量之和的最大值。§4.6管道灌溉系统的流量与压力推算随机供水：x—系数；Q0—连续供水时的干管流量，m3/h；K—与管理工作保证率有关的系数，当管理工作保证率为95%时，K=1.645；C—系统日运行小时数，h；n—系统支管数目；r—系统运行系数；n1—在灌溉季节内可能同时供水的支管数；Q支—支管流量，m3/h