课程名：农田水利学课程设计姓名：杨建东年级：2008级学院：水利水电与建筑学院专业：水利水电工程学号：20081447农田水利学课程设计课程设计目的通过对管道灌溉系统（包括喷灌，微灌或低压管道输水灌溉系统）的规划设计，了解灌溉系统设计过程及设计方法，巩固农田水利学的所学内容，提高综合应用能力和创造能力。
具体要求1管道灌溉系统的规划布置原则，掌握灌溉系统规划设计的基本要求与设计方法；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，运用有关资料和数据；4提高独立工作能力，创造能力及综合运用专业知识解决实际问题的能力。
1.喷灌选型与总体规划1.1喷灌工程应根据因地制宜的原则资料收集: 1地形：地面平坦72土壤：沙壤土3作物：苹果树园林,正值盛果期4水源：果园南部井水5气象：灌溉季节多风，平均风速2.5m/s社会经济条件：果园为实验果园，面积95亩，交通方便，电力供应不足;规划设计目的：该果园为实验果园，为发展节水农业起着非常重要的示范作用，同时综合考虑该区域的地形，土壤气象水文与地质，灌溉对象及社会经济条件，故进行规划设计。
系统选型：工程应根据因地制宜原则，综合考虑以下因素选择系统类型水源类型位置地形地貌地块形状土壤地质降水量灌溉区风速风向对象社会经济条件生产管理体制劳动力状况及使用者素质动力条件由于该果园为盛果期的苹果树，经济价值就目前情况较高，并且为实验果园，可申请政府项目资金为保障。
灌水频繁，作物耗水量大，劳动力缺乏，但作为实验果园，管理者素质高有利于喷灌系统的实施，综合考虑后，拟定采用固定使得喷灌系统。
总体规划1吸收科学技术发展的成果与经验，制定合理的灌溉制度；2根据给地形地质水文条件经济基础选用合理的灌溉系统1.2喷灌系统的规划设计基本资料某实验果园，园内有一眼机井，动水位距地20m。
该地电力供应不足，为节约用水，拟采用固定式喷灌系统。
地形：面平坦，最大供水量为60m/h,面积95亩，果树2544株，株距4m，行距6m，园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3。
气象：干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s,风向多变。
土壤：壤土,冻土层深0.6m水源：机井，最大供水量为h m /603,水位距地m 20。
灌溉试验资料：间持水率为32%（占土体，下同），凋萎系数为14%果园允许消耗的水量占土壤有效持水量的25~30%，在需水高峰期，苹果树的需水强度为d mm /6。
2.规划和设计2.1喷头选择和组合间距喷头的选择包括喷头型号 ，喷嘴直径和工作压力的选择 。
在选定喷头之后 ，喷头的流量 ，射程等性能参数也就随之确定 。
按照国家标准GB85-85《喷灌工程技术规范》规定 ，选择喷头和确定间距的具体原则:（1）组合喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值 。
在本设计中喷头的组合喷灌强度均要求小于灌区土壤允许喷灌强度。
（2）喷灌系统的喷洒均匀系数u C 值一般不应低于70%~80%，hhcu ∆-=1本设计取%75=u C ，在满足规范规定的均匀度的条件下，确定喷头和支管的间距。
（3）果树雾化指标取值范围在4000~5000，在选择喷头时作为依据 ，选择满足作物要求雾化指标的喷头 。
2.2喷头的选择由于本灌区多年平均风速为s m /5.2，相对较大，运行方式为多支，多喷头同时喷洒，因此选单喷头喷灌强度较小喷头。
本灌区喷头的喷洒方式有全圆喷洒和扇形喷洒。
根据作物对雾化指标的要求，由《喷灌技术规范》查得常用金属摇臂式喷头性能参数见下表：该灌区多风且风向多变，以减小风的影响采用全圆喷洒和扇形喷洒，以保证灌区的喷灌质量。
喷头组合形式的支管间距、喷头间距和有效控制面积见表：75%距按参考文献中的公式计算：m KR R 3.13197.0=⨯==设m R l 193.1342.142.1=⨯==设m R a 193.1342.142.1=⨯==设式中：此地为多风区，取7.0=K ; R 为喷头射程;2.4雾化程度按式：dh P pd 1000=计算式中：p h 为喷头工作压力水头m 30；d 为喷嘴直径mm 7；d P 值越大，说明其雾化程度越高，水滴直径就越小，打击强度也越小，式中p h 选a kp 300的喷头，可换算成m 30的水柱高。
428673010001000=⨯==d h P pd对于果树，d P 值控制在4000~5000，所以所选喷头满足雾化指标要求。
2.5灌溉制度计算喷头平均喷灌强度2.5.1喷头的平均喷灌强度mm/h 56.636180.096.210001000=⨯⨯=A K =有效全ηρq w已知： h m q /96.23=，23611919m m m l a A =⨯=⨯=有效，式中： w K —多支管多喷头的同时喷洒; 0.1=K w； q —喷头的喷水量η—喷灌水的有效利用系数；0.80η=； A —在全圆转动时一个喷头的湿润面积； 全ρ—喷灌系统的平均喷灌强度1计算喷头在一个喷点上的工作时间全ρm t = h m t 54.856.656===全ρ，取h t 5.8=2计算同时工作的喷头数（1）()个设喷头81435.819191321201=⨯⨯⨯⨯==C T t al A N()个设喷头91435.81919120148l 2=⨯⨯⨯⨯==C T t A N α式中：N —同时工作的喷头数；C ——天中喷灌系统的有效工作小时数， C 取14h ； （2）个）(63.619120≈===l L n式中：n —一根支管的上的喷头数。
L —支管的长度。
l —喷头的间距。
（3）()根支管数1419148132≈+==L l N 式中：—支管数N 一根干管数的支管数（4）()根喷头支241.16698≈=++==n N N支N 为同时工作的支管支管轮灌方式：固定式有2根支管同时工作。
2.5.2管道系统平面布置与工作制度支管与干管垂直，每条干管分别布置14条支管，选120PY 工作压力为akp 300的喷头，喷头间距为m 19，每条支管布置6个喷头，采用全圆喷洒。
其他每隔m 19布置一条支管，选用120PY 工作压力为a kp 300的喷头，支管上喷头间距和喷头数与始末支管上的喷头间距扇形的一样，但采用全圆正方形喷洒，四边采用扇形矩形喷洒。
喷头在每个位置上的工作时间()h q abm t p 8.585.096.210005619191000=⨯⨯⨯⨯==η 根据实际情况，全灌区包括14个喷灌组，每天只需工作2组便能满足要求3.3.1灌水定额和灌水周期设计灌水定额是正确喷灌系统设计流量的依据 ，直接影响着喷灌工程的投资 。
该果园的灌水周期取为7天，所以设计灌水定额()ηββ2110-=h m已知:果树需水临界期计划湿润层深度为cm 6040- ；灌区风速s m /5.2，因此取 8.0=η;灌区土壤田间持水率为32%（占土体%）；1β取32%；2β取%8.20%65%32=⨯；cm h 20取()mm m 5680.0%8.20%324010=-⨯⨯=d e m T 4.680.0756=⨯==η设，取d T 6=设 3.2管材的选择管材的选择应当根据当地的具体情况，（1） 从喷头性能表查得喷头流量为：a kp 300工作水头喷头的流量：h m q /96.23=（2） 支管、分干管、主干管的流量及管径选择（由《喷灌工程学》查得经验公式）：Q ＜3120/m h 时，d =；Q ≥3120/m h 时，d =。
式中：d —管道内径()mm ；Q —喷灌系数设计流量3()m h 。
支管： h m h m qn Q /120/76.17696.233<=⨯==支 mm Q d 78.5476.171313=⨯==支根据《灌溉工程技术规范》选管径mm d 75=，壁厚为mm 5.1,的铝合金管 主干管： h m h m n Q Q /120/6.2481476.1733>=⨯=⨯=支主干mm Q d 1816.2485.115.11===主干二选管径mm d 200=，壁厚为mm 10,实际内径为mm 199Φ的普通钢管 3.3水力计算3.3.1沿程水头损失bmf dLQ f h = 根据所选管材，在下表中查出所需的f ，m ，b ； 所选支管参数510861.0⨯=f ；74.1=m ；74.4=b 主干管选用钢管则510250.6⨯=f ；9.1=m ；1.5=bf ,m ,b 数值表1 最远距离支管的沿程水头损失为：已知：m L 280148132=+=，mm d 75=，h m Q /76.173=支，则()m d LQ f h b f 99.27576.1728010861.074.474.1577.1=⨯⨯⨯==支即支管的沿程水头损失m 8.3。
2 主干管的沿程水头损失为：主干管：h m Q /6.2483=主干一，mm d 200=，m L 280148132=+=主干()m dLQ fh bf 4.112006.24828010250.61.590.1590.11=⨯⨯⨯==主干一总的沿程水头损失为：m h f 39.144.1199.2=+=总37.0397.0114397.01146174.1281174.11141161N 211122=+-+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯-+++=-++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=X N X N m m N F 则考虑多孔出流损失m F h h f f 464.437.04.14'=⨯=⨯=3.3.2局部水头损失一般为总沿程水头损失的10%，即：m h j 44.11.04.14=⨯= 总水头损失：m h h h j f w 904.544.1464.4=+=+=∑∑ 总水头损失小于喷头压力作用下水柱高的20%=m 6 3.4水泵的设计流量3.4.1计算水泵的设计流量：Q N q =头N 头—喷头数量；q —单喷头流量。
即 h m q N Q /52.352696.23=⨯⨯==头水泵的扬程计算管道水利用系数取为0.97，则水泵的设计流量为()h m /7.3697.052.353= 若考虑竖管水头损失，竖管选用DN32钢管，内径为mm 28，竖管计算长度为m 0.2则竖管水头损失为m d Q L f h s b m s s s 62.02896.28.11025.61.59.15=⨯⨯⨯== 3.4.2 水泵的设计扬程设泵进出水管长各m 5,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m 26.0和m 45.1，总沿程水头损失为m 71.1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9.312.02.05.2=+++，经计算局部水头损失m 54.0，出水管包括一个渐扩接头，3个090弯头，一个闸阀和一个螺翼式水表，局部水头损失系数为25.14.0325.01.0=+⨯+，计算的局部水头损失为m 70.0，水表水头损失估计为m 35.0，则进出水管总局部水头损失为m 59.135.070.054.0=++ 进出水管总水头损失为m 30.359.171.1=+，Z ∆—典型喷头高程与水源水面高差，m ；喷管的竖管高度：1.5m 则： 1.5 1.53Z m ∆=+=；m g P h 316.30807.913001≈=⨯==ρ； m Z h h h H w s 8.4030.3904.562.0311=+++=∆+++=即水泵的设计扬程为m 8.40。