农田水利学课程设计—喷灌系统设计姓名：黄伟民年级：2012级系别：水利工程系专业：水文与水资源工程学号：1007024110一、基本资料：1、地形：该果园地面平坦2、土壤：土壤为砂壤土，田间持水率为20%，土的容重为1.55g/cm,适宜土壤含水量上下限分别为田间持水率的85%，65%。

3、作物：果园面积750亩，种植果树为芒果，株距3.3m，行距3.4m，灌水周期10天。

4、水源：果园南部有一眼机井，最大供水量180m3/h，动水位距地面18m。

该地电力供应不足，每天开机时间不超过14h。

5、气象：该地属于半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2.5m/s，且风向多变。

6、生产条件：劳动力缺乏。

7、社会经济条件：生产条件良好，经济效益高，包括管区的行政规划、交通情况、城镇建设规模等。

二、系统选择与总体布置1、系统选择的原则：喷灌工程应根据因地制宜的原则，综合考虑以下因素选择系统类型：（1）水源类型及位置（2）地形地貌，地形地块，土壤质地（3）降水量，灌溉期间风速、风向（4）灌溉对象（5）社会经济条件、生产管理体制劳动力状况及使用管理着素质（6）动力条件2、考虑到水果经济价值高，灌水频繁，因此采用固定管道式喷灌系统，喷灌系统以果园南部机井为水源，泵站布置在中间位置。

采用全圆喷洒方式。

三、喷头选型与布置1、灌溉对象为果园，经济价值高且灌水频繁，果园面积大，参照《节水灌溉理论与技术》表4-1喷头按工作压力与射程分类表为了最大限度的节约用水，保证供水质量，降低成本，且喷头的流量与射程相适应，选用中压喷头作为该喷灌系统的喷头。

=KR=0.8*28=21.6m初估R=27m，k取0.8，则R设2、ZY系列喷头及其性能参数表根据喷头性能参数表，采用ZY型，喷嘴直径d=9.0mm，工作压力hp=300Kpa，射程R=21.7m，喷头流q=5.29 m3/h。

3、喷头组合间距的确定：喷头组合间距由于该果园所处地区风向多变，选用垂直风向栏为喷头间距，支管等距布置。

平均风速为2.5m/s。

喷头间距a=0.9R=0.9*21.7=19.53m支管间距b=1.2R=1.2*21.7=26.04m根据计算结果，结合PVC-U管规格，取a=20m，b=26m。

支管喷灌方式采用单支管多喷头同时全圆喷洒，已知风速为2.5m/s，则风系数为Kw1.08ν194.0=1.08×2.5194.0=1.29已知a=20m， R=21.7m，则由公式得，喷头有效控制面积为A有效=[]2490)2/arccos(9022 2aRaRaR-+-π=[]2207.2142090))7.212/(20arccos(907.2114.3222-⨯+⨯-⨯=836m24、灌水质量指标校核：1）雾化指标校核：喷灌的雾化指标可按下列公式计算Wh=100hp/d式中：Wh—喷灌雾化指标hp—喷头工作压力水头，kpa；d—喷头主喷嘴直径，mmWh=100 hp/d=100*300/9=3333.3不同作物的适宜雾化指标由于Wh在3000—4000的范围内，雾化指标检验符合要求。

2）喷灌强度的校核：喷灌强度是指单位时间内喷洒在单位面积上的水量.田间喷洒水利用系数取0.85，则喷灌强度为ρ=Kw Ap ηq1000式中：Kw—风系数q—喷头流量，m3/hρ—喷灌强度，mm/h，ηp—喷洒水利用系数，取0.85，A—喷头有效控制面积，经计算A有效=836m2则：ρ=Kw Ap ηq1000=1.29×83685 .029.51000⨯⨯=6.9(mm/h)各类土壤的允许喷灌强度根据已知资料土壤为砂壤土，允许喷灌强度为15mm/h，设计喷灌强度为ρ=6.9mm/h小于土壤允许喷灌强度，即设计喷灌强度符合要求。

3）喷灌均匀度的校核根据规范，定喷式喷灌系统喷灌均匀系数不应低于0.75，行喷式喷灌系统不应低于0.85。

该喷灌系统利用喷头组合间距确定喷头及支管间距，喷灌均匀度符合要求。

5、管道布置：管道布置应满足以下要求：Ⅰ. 能承受工作压力Ⅱ. 能通过设计流量Ⅲ. 使用年限长Ⅳ. 便于运输、安装与施工田间管道系统布置采用梳子形布置形式，喷头间距20m，支管间距26m，具体布置形式参照平面布置图。

四、灌溉制度和工作制度的制定1、灌溉制度的制定设计灌水定额m设=1000γH（21ββ-）式中; γ—土壤容重1βH—作物土壤计划湿润层的厚度，取0.6m1β—灌后土层允许达到的含水量的上限2β—灌后土层允许达到的含水量的下限m设=1000*1.55*0.6*（20%*85%-20%*65%）=37.2mm 取38mm。

2. 喷管工作制度的制定：（1）. 喷头每个位置的喷洒工作时间：t= m设ab/1000qη式中t—一个工作位置的灌水时间，h；m设—设计灌水定额，mm；a—喷头布置间距，m；b—支管布置间距，m；q—喷头的设计流量，m3/h；η—喷洒水利用系数取0.85因此，t= m设ab/1000qη=38*20*26/(1000*5.29*0.85)=4.39h，取t=4h(2).每天的轮灌组数：计算公式：nd =td/t式中： nd—一天工作位置数td—设计日灌水时间，ht—一个工作位置的灌水时间，h则nd = td/t=14/4=3.5 取3组同时工作的喷头数计算公式：np =CTtSSAlm设⨯⨯式中np—同时工作喷头数；A—整个喷灌系统的面积C—一天中喷灌系统有效工作小时数np =121042026500000⨯⨯⨯=32.05 取np=32（4）干管采取续灌制度，支管采取轮灌制度，以下是轮灌顺序：轮灌制度表五、水力计算及管道设计1、设计流量Q=npη/q ∑式中Q—喷灌系统设计流量，m3/h;q—设计工作压力下的喷头流量,m3/h ;np—同时工作的喷头数目；η—管道系统水利用系数，0.95—0.98，取0.965则设计流量Q=32×5.29/0.965= 175.4 m3/h <180 m3/h.2、确定支管管径：根据规范要求，支管上任意两个喷头工作压力之差不大于喷头设计工作压力的20%，由于地势平坦，只需考虑支管上首末喷头之间的工作压力之差应不超过喷头设计压力的20%即可。

(1)f 、m 、b 取值表：（2）多口系数：F=XN X N m N m N +-+--+++11)612111(2附表—多口系数表由上述表格可得对于PVC-U 管，f=94800，m=1.77，b=4.77 X=10/20=0.5,PVC-U 管，查表得F=0.392.公式 bp Z h fLQmF d ∆-≥2.015.1式中L —第一个喷头到支管末端的距离：L=200-20-2=178m Q —流进支管流量：Q=9*5.29/0.965=49.34 m 3/h ∆Z —地形高差：∆Z=0 则bp Zh fLQmFd ∆-≥2.015.1 =127.5mm根据d ≥ 127.5mm ，结合 PVC-U 管的规格，支管管径选择DN125，压力0.6Mpa ，壁厚3.2mm 。

3、干管管径的确定：根据经济流速法确定干管管径：D=v8.18设Q式中 D —经济管径 Q 设—管道设计流量 v —管道经济流速 Q=175.4m 3/hV=0.5(1.3+1.8)=1.55m 3/s D=18.8v设Q =200mm根据PVC-U 管材的规格，公称直径为200mm 、(外径)，压力为0.6Mpa，壁厚5.5mm的PVC-U管。

4、计算管道水头损失：水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。

（1）管道沿程水头损失计算：hf =f LdQbm式中：hf—管道沿程水头损失（m）；f—摩阻系数；Q—流量（m3/h）m—流量指数；d—管道内径，mm；b—管径指数；z相关指数：f=94800 m=1.77 b=4.77若竖管内径为28mm，埋深0.6m，地面以上高度1.6m，扣除喷头进口0.2m，得竖管计算长度为2.0m。

竖管水头损失为hf =77.477.12829.50.294800⨯⨯=0.45，支管沿程水头损失为hf=94800*200(5.29*9)77.1*0.392/12577.4=0.69m(2)局部水头损失根据规范采用沿程水头损失的15%计算，hj =15% hf=0.10m（3）支管水头损失：hz=0.69+0.1=0.79m(4)干管水头损失：hg=1.15*（94800*4000*175.477.1*0.392/20077.4）=16.9m(5)干管进口处工作压力为 H干= 30.6+0.45+0.79+16.9=48.74m六、水泵选型与配置1、流量计算：Qd=Q/ηc=175.4 m3/h2、扬程：Hp =Hin+Hm+ hp式中： Hp—水泵扬程（m）Hin—管网入口设计压力Hm—机井动水位埋深，根据项目情况，初步取18mhp—水泵进出水管总水头损失，初步取2m则Hp=48.74+18+2=68.74m3、根据以上计算的扬程和系统设计流量，选取水泵的类型为IS100-65-250A式离心泵。

IS100-65-250A式离心泵性能参数4、根据水泵配套功率选配电机，电机为Y200L1-2型5、其他配套设备与设施每条支管进口处各配闸阀一个，干管末端布置一空气阀。

水泵进水管布置一个水表（型号LXS-80）和一个压力表。

七、设备用量及费用估算。