第八节喷灌系统的规划设计喷灌系统是由水源取水，经过水泵加压(自压系统除外)，再通过各级压力管道，送至竖管及喷头而形成一个完整的管道系统。

其中固定管道式多是将干、支管均埋入地下。

半固定管道式多是将干管铺设在地上，支管位于地面，灌完一片后移动到另一片，它们的管道设计方法基本一致。

机组式喷灌系统则有所不同，这里重点讲述固定管道式喷灌工程的规划设计。

一、喷灌工程规划设计的原则和内容(一) 原则1、管道工程分级喷灌系统较小时，管道分成两级，干管和支管；有三级管道时分为干管，分干管和支管；有四级管道时，分总干管、干管、分干管和支管。

最末一级，带有喷头的工作管道，称为支管。

连接喷头与支管的管道称竖管。

2、管道布置原则(1) 管道布置应使管道总长度尽量短，管径小，造价省，有利于防止水击。

(2) 山丘区布置喷灌系统时，一般应使干管沿主坡向布置，支管则平行等高线布置。

(3) 管道布置应考虑各用水单位的需求，便于用水管理，有利于进行轮灌分组。

(4) 平原地区，支管尽量与作物耕作方向一致。

(5) 充分考虑地块的地形变化，力求使支管长度一致，规格统一。

管线纵剖面应力求平顺，减少折点，尽量避免管线出现驼峰。

(6) 管线的布置应结合排水系统，道路林带，供电系统及行政村的规划统一规划，山、水、田、林、路。

(二) 喷灌工程规划设计的主要内容1、勘测和收集基本资料：(1) 地形图，(2) 土壤，(3) 气候，(4) 水源，(5)农作物，(6) 动力供应，(7) 交通，(8) 农业生产现状。

2、确定喷灌区域根据水源、地形、土壤、农作物及经济条件，确定喷灌区域的范围和面积。

3、计算喷灌用水量，进行水源工程的规划设计。

4、确定喷灌系统类型，对选定的方案进行设计，也可以选两种以上方案进行比较，确定最优方案。

5、计算工程、设备统计表、编制概预算。

6、编制工程施工进度计划表。

(三) 主要设计成果1、喷灌工程规划设计说明书一份。

2、喷灌工程平面布置图，管道、沟渠纵剖面图，管道结构示意图，建筑物设计图(泵站、泄水井、支墩、镇墩、农桥等)。

(四) 喷灌工程规划设计类型1、管道式喷灌工程规划设计，包括固定式和半固定式。

2、机组式喷灌工程规划设计，包括定喷机和行喷机。

3、自压喷灌工程规划设计。

(五) 喷灌工程规划设计依据(标准)1、国家标准《喷灌工程技术规范》GBJ85－85。

2、《喷灌工程设计手册》水电出版社。

思考题：喷灌工程规划设计的主要内容和主要设计成果。

二、喷灌工程规划设计的基本资料(喷灌工程的勘察设计)(一) 地形资料喷灌系统的规划布置应有实测的地形图，其比例视灌区大小，地形的复杂程度以及设计阶段要求的不同而定。

在规划阶段，5000亩以上灌区要求1/5000－1/10000的地形图，5000亩以下灌区，1/2000－1/5000地形图。

对于小地块要求1/500 —1/1000的地形图，对于地势平坦的小块灌区，至少应用平面位置图，包括田块高程，水源位置(水位、高程)等资料。

(二) 土壤资料土壤资料包括：(1) 土壤质地，(2) 田间持水能力，(3) 土壤入渗速度，(4)土壤化学性质。

1、土壤质地土壤质地是指土壤颗粒的机械组成，即按不同粒径的矿物质颗粒在土壤中所占比例对土壤进行分类。

土壤一般分为：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土、分类方法有颗粒分析法和野外手测法。

2、土壤容量单位体积自然状态下的干土的重量。

单位g/cm3，其范围在1.3－1.6之间。

主要测试方法有环刀法，参考《农田水利学》教材。

3、田间持水量土壤田间持水量是指在有良好排水条件下的土壤中，排水后不受重力影响而保持在土壤中的水分含量，常用占干土重的百分数表示。

在有条件的地方，可对灌区土壤田间持水量进行野外测定。

4、土壤入渗能力土壤入渗能立一般用土壤入渗速度来表示，主要是选定允许喷灌强度。

5、土壤化学性包括PH值，含盐量，有机质含量以及氮、磷、钾等含量。

6、土壤最大冻土层深度。

(三) 气象资料喷灌工程规划设计应收集的气象资料有：降雨量(年降雨量、典型年日降雨量)，蒸发量(水面、陆面)，气温(最高、最低、极端)，湿度，日照，无霜期(被霜期、冬霜期)。

喷灌的缺点之一就是受风影响大，所以做喷灌工程设计应特别注意此问题。

风速风向是确定喷头布布置形式和管道布置方式的重要依据。

风向：一般可分为8个方位，即东、南、西、北、东北、西北、东南、西北八个方向。

设计风向是指灌区主要农作物灌水时期内灌水日的主风向。

如此季节没有时显的主风向，应按多风向设计。

风速：指喷灌工作日的平均风速。

气象站给出的风速为10米高处风速，手持风速仪可测量2米处的风速，它们之间换算关系U10=1.39V2式中：U10为10米高处风速，V2 为2米高处风速。

风力等及与风速关系为：0级(0－0.2m/s)，1级(0.3－1.5m/s)，2级(1.6－3.2m/s)，3级(3.3—5.5m/s)，4级(5.5－7.9m/s)。

当风力等级大于3级风时应停止喷灌。

(四) 水源条件喷灌所用水源有：河流、水库、池塘、山泉、湖泊、井水等。

对水源的调查内容包括：1) 来水量，2) 水位，3) 水质，4) 含砂量等。

其资料应有一定的代表性(长系列水文资料，典型年日来水量资料)，特别要注意灌溉季节的水位流量变化。

应用地下水作喷灌工程水源时，应查明灌区地下的情况，包括可供开采的单井出水量，水质等，要了斛地下水多年平均降深的变化，做到在多年的运行中保证地下水采补平衡，保护地下水资源。

在多泥沙河流上取水时，要特别注意河流的含沙量，重要工程要做沉沙工程，以保证喷灌工程的正常运行。

应用城市污水灌溉时，应对污水进行水质处理。

喷灌水源的水质应满足《农田灌溉水质标准》GB5084－92。

(五) 农作物包括：灌区作物种类、种植面积、种植方式、作物布局和结构、复种指数。

其中作物耗水资料，作物根系活动层有条件时应作实验，无条件可查阅相关农田试验站的实验资料或有关书籍《农田水利学》、《作物耗水量》等资料。

(六)农业经济概论(1) 灌区农业发展规划，水利工程现状，农业机械化程度。

(2) 灌区农业收入情况，粮食单产，价格、生产费用等。

(3) 交通条件。

(4) 行政区划。

(5) 动力设备情况。

三、喷灌工程类型选择喷灌工程的类型应根据作物种类、经济条件、动力设备条件、地形条件等因素确定。

经济价值高的作物可采用固定管道式喷灌工程，大田作物宜采用半固定式或机组式喷灌系统，有自然水头的地方尽量采用自压喷灌工程。

四、喷灌制度的制定喷灌制度包括：(1) 灌溉定额，(2) 灌水定额，(3) 灌水次数，(4) 灌水周期等。

灌溉定额指各次灌水定额之和，灌水定额指一次灌水时，单位面积上的灌水量。

(一) 设计灌水定额设计灌水定额按下式计算()ηθθ/1.0min max -=rH m式中：m 设计灌水定额，(mm)；H 为喷灌土壤计划湿润层深度，(cm)，对于大田作物可取40～60cm ；r 为土壤干容量，(g/cm 3)；m ax θ土壤含水量上限(取田间持水率)，min θ为土壤含水量下限(取田间持水率的60%)，η 为喷洒水利用系数(一般取0.85～0.95)。

若用m 0表示米3/亩的灌水定额，m 表示mm 灌水定额，它们之间关系为：()mm m m 320= 10 mm 水深相当于6.67m 3/亩的灌水量(二) 设计灌水周期设计灌水周期指两次灌水的时间的间隔，以天数表示。

设计灌水周期可用下式确定：ηaE m T =式中：Ｔ为设计灌水周期，(d)；m 为设计灌水定额，(mm)；η喷洒水利用系数；E a 为作物临界耗水期日平均耗水量，(mm/d)。

(三) 喷灌制度确定方法1、水量平衡法1) 播前灌水定额()ηθθ/1.00max 0-=rH M式中：m 0为播前灌灌水定额，(mm) ；0θ为播前土壤含水量。

2) 生育期内 以农田水学利中水量平衡法来制定生育内的灌水定额和灌水次数ET M K P W W W r t -+++=-00式中：W t 、W 0 为时段初和时段t 时的土壤计算湿润层的储水量，(mm) ；W r 为由于计划湿润层增加而增加的水量，(mm) ；P 0为保存在土壤计划湿润层内的有效雨量，(mm) ；K 为时段t 内的地下水补给量M 为时段t 内的灌溉水量，(mm) ；ET 为时段t 内的作物田间需水量，(mm) 。

3) 全生育期 M=M 0+M 1 ∑==ni m M 112、彭曼公式法1) 参作物需水量计算 参照作物是指土壤水分充分、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔(地块长宽大于200m)的矮草地(草高8-15cm)，以苜蓿草为代表作物，计算ET 02) 实际需水量的计算ET=K c (ET 0)式中：K c 为作物系数。

五、喷灌工作制度喷灌工作制度是指喷灌工程运行中，喷头在固定位置的喷灌时间，同时工作的喷头数以及喷头轮灌组的划分等内容。

1、喷头在一个位置(工作点)的喷灌时间按下式确定qabm t 1000= 2、同时工作的喷头数和支管数同时工作的喷头数可按下式计算TCqAm N t = 式中： N t 为同时工作的喷头数；A 为喷灌工程控制面积，(m 2); C 为一天中喷灌工程有效工作的时间(20～24h)同时工作的支管数NN N t z 式中： N t 为同时工作的支管数；N 为一根支管安装的喷头数，以上计算结果均应取整数。

3、轮灌方案1) 轮灌组划分要点：① 轮灌的编组应有一定的顺序，以便管理。

② 相同类类型的轮灌组的工作喷头总数应尽量接近，从而使喷灌工程的流量变幅较小。

③ 轮灌编组时，应使地形较高或路程较远的组别的喷头式支管数略少，以利于保持喷灌泵均在高效区工作。

④ 编制轮灌组轮灌顺序，应将流量分散到各配水管中，避免集中在某一条干管配水。

2) 支管轮灌方式 ① 两根支管从地块一头齐头并进，干管从头到尾的流量等于两根支管流量之和。

② 两根支管由地块两端中间交叉前进。

③ 两根支管由中间的两端交叉前进。

②、③ 两种方案只有前半段干管通过流量等于两根支管流量之和，而后段干管通过的流量只等于一根支管的流量。

这样，水头损失小或可以减少后半段干管的管径。

六、喷灌系统组合距的确定1、喷灌方式 喷头的喷灌方式有园形喷灌(也叫全园喷灌)和扇形喷灌两种。

一般在管道喷灌工程中，除了位于地块边缘的喷头作扇形喷灌外，其余喷头均采用全园喷灌。

在机组式喷灌系统中，为避免喷湿机道，一般采用扇形喷灌方式。

2、喷头参数的选择 1) 工作压力，2) 喷头型号，3) 喷咀直径，4) 射程，5) 喷头量。

3、计算和校核雾化指标 H/D 值是否满足要求。

(二) 喷头的组合形式喷头的组合形式包括支管布置方向、喷头组合方式及喷头沿支管的间距，支管和支管的间距等。