节水灌溉典型设计

12项目区基本资料2.1地理位置××县位于天津市最北端，东部与北部分别与河北省兴隆县、遵化县、玉田县接壤，西部与北京市平谷区、河北省三河市为邻，南与宝坻县隔河相望。杨津庄镇位于××县的中部地区，东与礼明庄镇相临，南与下仓镇接壤，西、北分别与下窝头乡、上仓镇搭界。节水灌溉增效示范区位于津××铁路东侧大漫河村和黄辛庄村，项目区地理位置详见图2-1××县杨津庄镇节水灌溉增效示范区地理位置图。2.2气象条件项目区属大陆性季风气候，四季分明，春季干旱、夏季炎热多雨，秋季风高气爽，冬季干燥寒冷，农业气候分区为中温带春暖半干区，降水量年际变化丰枯悬殊，全年平均降水量为560.5mm，特丰年1978年降水量为1213.4mm，特枯年1981年降水量为351.7mm，年内分布不均，降水多集中在6～9月份，约占全年降水量的80%。多年平均蒸发量为1913mm，年最大蒸发量为1965mm，最小蒸发量为1824mm，多年平均气温11.5℃，无霜期220d，光照2753.6h。2.3地形与土壤项目区地形为北高南低，地面高程在10~15m（国家85高程基准，下同）之间，地面平均坡度为1/1000。土壤类型主要为亚粘土，土壤天然容重为1.42t/m3。示范区所在区域浅层地下水属降雨入渗、侧渗—开采、蒸发型。含水层多以中细冲积沙为主，颗粒较均匀。埋深90m以上有明显含水2层四层，井深一般在70~120m，单井出水量50~80m3/h。地下水矿化度小于1g/L，PH值在7.2~7.5之间。2.4种植结构项目区内耕地面积4020亩，目前种植作物冬春季以小麦为主，秋季以玉米为主，并有少量土豆、大葱及其它蔬菜，小麦和玉米亩产量在300kg左右。2.5水资源项目区所在区域浅层地下水属降雨入渗、侧渗—开采、蒸发型。埋深90m以上有明显含水层四层，含水层多以中细冲积沙为主，颗粒较均匀。静水位埋深5~10m，动水位埋深20m左右。机井深度一般为70～120m，单井出水量50~80m3/h。项目区总面积3.83km2（包括村庄、道路、河渠等占地），其中耕地面积4020亩。为估算项目区地下水可利用量，本次对项目区范围内近年地下水开采量进行了调查，详见表2-1。表2-12000~2004年项目区地下水开采量估算成果年份地下水开采量（万m3）合计灌溉用水量生活用水量2000160.514416.52001170.215317.22002178.916216.92003185.016817.02004170.415317.4平均17315617.0本地区2000~2004年属于降水偏枯年，另据对地下水位变化情况的调查，近年来项目区地下水位没有明显变化，因此可以认为项目区地下水可开采量大于173万m3。32.6交通电力情况项目区临近津围公路，区内乡间公路纵横交错，交通十分便利。项目区内现有变压器4台，380V低压输电线路7800m，现有机井的电力设施基本齐备。但示范区建成后，由于增加了新井，现有供电设施不能满足灌溉用电要求，供电部门同意满足示范区的用电要求，支持示范区电力设施建设。2.7材料设备供应本工程主要设备如水泵、喷灌设备及低压输水灌溉采用的聚丙烯（PP）管等由国家认证的定点生产厂家提供。43技术设计方案3.1节水模式的选择当地土地资源比较丰富，人均耕地1.5~2.5亩，项目区耕地以种植小麦、玉米为主。经过调查研究，进行多方案比较，如果采用喷灌、微灌等先进的节水灌溉技术，虽然节水效果好，但一次性投资大，加大了当地群众的负担。如果采用防渗明渠，不仅亩均投资比管道输水要高，而且节水效果也不如管道输水好。因此本示范区节水模式选定低压管道输水灌溉技术。采用低压管道输水灌溉技术，工程投资低、施工方便快捷、节省占地、浇地快、运行成本低，可适应不同种类作物的灌溉要求。并且在设计中考虑近期与远期相结合，经过适当改造，可改为小管出流或滴灌模式。目前，低压管道输水灌溉技术在其地区已有成功经验，取得显著效果，深受广大农民群众欢迎。在实践中已经积累了管材开发、施工工艺、水电计量、系统运行与管理等经验。3.2水源工程示范区地下水资源比较丰富，农业灌溉水源为地下水，××县规划为井灌区。示范区现有机井25眼，其中有5眼机井（2、10、14、23、29区）需要采取洗井、井管维修等措施，有10眼机井需要更换机泵。由于示范区内原有机井有些已经报废，现有机井亦分布不均，有些机井控制面积过大，无法满足灌溉需要，为使整个示范区连片规模开发，设计新打机井6眼（4、5、6、16、21、31区），每个灌溉分区配置机井1眼。整个示范区共需更新和新增机泵16套。示范区现有及设计新打机井位置详见图3-1。3.3工程总体布置项目区耕地总面积4020亩，根据机井分布、区内道路及地界等情5况，将示范区分为31个灌溉分区，每个灌溉分区控制耕地面积110~145亩，详见表3-1。每个灌溉分区配机井一眼。灌溉输水管道分三级布置，干管、支管二级管道为固定管道，埋于地下，末级管道为移动软管。根据机井在灌溉分区中所处的位置，管网布置型式有圭字形、王字型和梳齿型三种。支管间距100m左右，出水口间距50m左右，单个出水口控制面积为7.5亩左右，灌溉工程布置详见图3-1。表3-1各分区灌溉面积统计表区号灌溉面积（亩）区号灌溉面积（亩）11421713521351813131451913241352014251202112861312212071282312881282413591282512810126261241112027135121102812813134291251413730120151243113816128合计40203.4灌溉制度3.4.1灌溉定额项目区种植作物主要为冬小麦、玉米。根据天津市质量技术监督局发布的《农业用水定额》，设计净灌溉定额采用280m3/亩（冬小麦6为200m3/亩，玉米为80m3/亩），灌溉水利用系数取0.90，因此灌溉定额为310m3/亩。每年灌水次数7次，每次净灌水定额为40m3/亩，毛灌水定额为45m3/亩。3.4.2灌水周期根据《低压管道输水灌溉工程技术规范》（井灌区）（SL/T153—95），轮灌周期按下式计算确定：田pEmT式中：T—轮灌周期，d；M—灌水定额，mm；Ep—平均日耗水量，mm/d；田—灌溉水利用系数，取为0.90；根据当地调查资料，当地平均日耗水量6mm/d，计算T=6.75d，灌水周期取7d，每天工作时间按12h计算。3.4.3灌溉工作制度采用轮灌方式，整个示范区共设出水口554个，各灌溉分区均采取轮灌方式，运行时每个机井同时运行2条支管，每条支管开启一个出水口。各分区的灌溉工作制度详见表3-2。3.4.4灌溉设计流量根据《低压管道输水灌溉工程技术规范》（井灌区）（SL/T153—95），单井灌溉设计流量按下式计算确定：TtmAQ0式中Q0—灌溉系统设计流量，m3/h；α—控制性的作物种植比例，采用0.85；7表3-2各分区灌溉工作制度汇总表区号灌溉面积(亩)出水口总数采用轮灌组数同时开启出水口个数同时运行支管数1142201022213518922314528142241352312225120158226131179227128189228128189229128158221012615822111201582212110126221313420102214137189221512415822161281682217135168221813117922191321892220142191022211282111222212019102223128179222413518922251281682226124191022271351892228128168222912516822301201582231138261322合计402055428462628m—灌水净定额，m3/亩；A—灌溉系统设计灌溉面积，亩；η—灌溉水利用系数；T—设计灌水周期，d；t—日工作小时数，h。按上式计算各灌溉分区所需灌溉流量为50~65m3/h，详见表3-3。表3-3各灌溉分区所需灌溉流量计算成果表区号灌溉面积（亩）计算所需灌溉流量（m3/h）区号灌溉面积（亩）计算所需灌溉流量（m3/h）1142641713561213561181315931456519132594135612014264512054211285861315922120547128582312858812858241356191285825128581012657261245611120542713561121105028128581313460291255614137623012054151245631138621612858合计402018083.5水量平衡分析项目区现状耕地总面积4020亩，种植作物冬春季以小麦为主，秋季以玉米为主，并有少量土豆、大葱及其它蔬菜。节水灌溉工程建成后，项目区将全部实现低压管道输水灌溉，灌9溉水利用系数可从现状的0.60提高到0.9，同时积极推广节水灌溉定额。根据项目区种植结构和灌溉制度，估算项目区年灌溉总需水量为124.6万m3，生活需水量17万m3，而项目区地下水可开采量大于173万m3，项目区地下水可开采量可以满足灌溉及生活需水要求。各地块设计灌溉流量为50～65m3/s,项目区现状单井出水量50~80m3/h，基本满足灌溉需水流量。3.6首部枢纽每眼机井配置潜水井泵一台，相应配置动力配电箱、水井水表系统等，水泵与干管连接处设首部连接件一套。3.7典型设计以10区为典型灌溉设计区。10区宽255m，长317m，总面积126亩，有机井一眼。3.7.1管道布置灌溉输水管道分三级布置，干管、支管二级管道为固定管道，埋于地下，埋深1m，末级管道为移动软管。根据机井在灌溉分区中所处的位置，管网布置型式为王字型。支管间距100m，出水口间距50m，水泵从机井抽水向干管供水，干管同时向两条支管供水，出水口通过竖管和支管相连，出水口接移动软管。灌溉时每条支管开启一个出水口，支管设计流量31.5m3/h。支管间距100m，出水口间距50m，软管长60m，灌溉工程详细设计见图3-2和图3-3。3.7.2管道设计流量根据分区灌溉设计流量和灌溉工作制度，干管设计流量为63m3/h，支管和末级移动软管设计流量为31.5m3/h。3.7.3管材和管径选择101112综合考虑技术、经济、管理等各项因素，干管和支管两级固定管道采用聚丙烯（PP）管。管径选择采用经济流速法，按下式计算：d=18.8VQ式中d—管道直径，mm；Q—设计流量，m3/h；V—管道内水流流速，经济流速一般为1.0~1.5m/s，设计采用1.25m/s。根据上式计算结果，结合国内生产厂家现有管道规格，干管选用φ135聚丙烯（PP）管，支管选用φ110聚丙烯（PP）管。3.7.4机泵选型3.7.4.1设计水头管道系统最大和最小工作水头，计算：Hmax＝Z2－Z0＋ΔZ2＋∑hf2＋∑hj2Hmin＝Z1－Z0＋ΔZ1＋∑hf1＋∑hj1式中Hmax—管道系统最大工作水头，m；Hmin—管道系统最小工作水头，m；Zo—管道系统进口高程，m；Zl—参考点1地面高程，距水源最近的出水口，m；Z2—参考点2地面高程，距水源最远的出水口，m；ΔZ1、ΔZ2—分别为参考点1与参考点2处出水口中心线与地面的高差，m，出水口中心线高程应为所控制的田间最高地面高程加0.15m；∑hf1、∑hj1—进口至参考点1的管路沿程水头损失与局部水头损失，m；13∑hf2、∑hj2—进口至参考点2的管路沿程水头损失与局部水头损失，m。3.7.4.2水头损失管道沿程水头损失，应按下式计算LDQfhbmf式中hf—沿程水头损失，m；f—管材摩阻系数，0.948×105；L—管长，m；D—管道内径，mm；Q—管道设计流量，m3/h；m—流量指数，1.77；b—管径指数，4.77。管道局部水头损失，按沿程水头损失的10%估算。给水栓（或出水口）的局部水头损失，应按试验或