喷灌系统设计

3.1喷灌系统3.1.1喷灌系统选型
由于贵州省受地形条件和产业种植的限制，大多数地方皆采用固定式喷灌系统。

固定式管道喷灌系统适用于地形起伏较大、灌水频繁、劳动力缺乏的地方，灌溉对象为经济作物及园林、果树、花卉和绿地。

3.1.2喷灌系统设计步骤
3.1.2.1基本情况调查
灌区水源（m3或m3/s或m3s-1/万亩）、灌区面积（亩）、土壤类别（砂土、砂壤土、壤土、壤粘土、粘土）、风速及风向（m/s，°）、作物（蔬菜及花卉、粮食作物、经济作物及果蔬、牧草、饲料作物、草坪、绿化林木）、地形坡度（°）。

3.1.2.2灌水定额及灌水周期拟定
参数确定：
土壤容重γ（g/cm3）：查下表-1确定
计划湿润深度h（cm）：查表-12确定
土壤田间持水量：查表-1确定
土壤适宜含水量上限β1'（85%）：土壤田间持水量×85%
土壤适宜含水量上限β2'（65%）：土壤田间持水量×65%
最大灌水定额确定（mm）：
m s=0.1γh（β1'-β2'）
灌水定额（mm）m≤m s
日耗水强度ET d（mm）：查表-2确定
设计灌水周期确定T（d）：
T=m/ET d
3.1.2.3灌溉分区及管道布置
依据灌区形状及长宽，合理布置干管、分干管、支管。

布置规则为下：
A、灌溉分区形状尽量规整、面积尽量相等。

B、分干管尽量垂直等高线布置
C、支管尽量沿高线布置
D、支管两端喷头距地块边缘或支管入口的距离为喷头间距的一半。

3.1.2.4喷头的选择及组合间距的确定
依据作物的种植间距，拟定喷头的型号。

依据拟选喷头的射程R（m），计算支管的组合间距。

喷头参数：生产商提供
a)检测喷头是否达标
1）允许喷灌强度
土壤类别：现场调查
坡度：图上量取
土壤允许喷灌强度ρ1，查下表-3确定
坡度允许喷灌强度降低值ρ2%，查下表-4确定
允许喷灌强度ρ=ρ1（1—ρ2%）
2）喷头的最大喷灌强度
设计风速v(m/s)：现场调查
风向：现场调查风向与支管之间的夹角β1（°），风向与支管之间的夹角β2（°）。

A、初定射程比K a、K b的确定
根据风速，初定射程比K a、K b，查下表-5、6可知：
B、确定实地组合间距a(m)，b（m）
理论组合间距a理= K a*R，b=K b*R
a≤a理, b≤b理
C、喷头间距系数C p的确定
依据喷头的运行状况，选择相应的计算公式，计算C p，
初定风系数K w
根据下表-8公式，计算风系数，以最不利风方向α，作为最终分系数值，采用内插法确定。

计算平行风向风系数K w0（0°）
计算垂直风向风系数K w90（90°）
K wα= K w90-（K w90- K w0）/（90/α）
最大喷灌强度ρs mzx（mm/h）=允许喷灌强度ρ（mm/h）/（初定风系数K w ×间距系数C p）
若ρs mzx≤ρ，则喷头可选。

B、作物雾化指标：
作物类型：现场调查
雾化指标w：查下表-9确定
喷头的雾化值w1=100×h p/d
若w1≥w，则喷头可取。

C、检测喷头射程比K a、K b是否超出选定射程比
设计射程比k a1=a/R；k b1=b/R
若k a1≤k a，且k b1≤k b，则间距或喷头可取。

3.1.2.5喷头工作制度的确定
1、喷头工作点及支管的布置
依据灌区分区宽度B，确定支管长度L支管，依据支管间距b、及分区长度L，确定分区支管数量N支管；依据喷头间距a计算支管喷头数量：N 喷头=L支管/a。

2、一个工作位置的灌水时间t（h）
参数：
喷头布置间距a（m）：已计算
支管布置间距b（m）：已计算
设计灌水定额m（mm）：已计算
喷头设计流量q p（m3/h）：根据选定喷头参数确定
田间喷洒水利用系数ηp（%）：根据风速v确定，当v＜3.4m/s时，ηp=0.8～
0.9；当3.4m/s≤v≤5.4m/s时，ηp=0.7～0.8.
t=abm/(1000* q p×ηp)
3、一天灌区工作位置数n d
参数：
设计日灌水时间t d（天）：依据当地作业时间确定；
一个工作位置的灌水时间t（h）；已计算
n d= t d/t
4、每次同时进行的支管数n p（条）
参数：
一天灌区工作位置数n d：已计算
设计灌水周期T（d）：已计算
支管数量：N支管：已计算
n p= N支管/（n d T）
3.1.2.6轮灌顺序的确定和管道流量计算
1、轮灌顺序确定原则：
1）各轮灌组喷头数量尽量相等
2）将流量分散到各配水管道
3）灌区灌溉要均匀
2、管道设计流量计算
1）支管流量Q支管计算
参数：
喷头流量q p（m3/h）：查喷头参数
支管喷头数量N：支管孔口数量
Q支管= q p*N
2)分干管流量Q分干管计算
Q分干管=∑Q支管
∑Q支管：同一轮灌组分干管管辖下支管流量的总和
3）主干管流量Q主干管计算
Q主干管=∑Q分干管
3.1.2.7供水能力计算
参数：
水源供水量Q供给（m3s-1/万亩）：资料收集及现场调查
灌区面积A（亩）：图上量取
灌区供水能力为：Q=A/10000×1×3600
管道系统总流量Q总= Q主干管
若Q总≤Q，则满足供水需求；若Q总≥Q，则不满足供水需求，若Q总只是大于Q很少，则通过选择其他可以满足灌溉的喷头进行系统优化：若Q总比Q大很多，则考虑减少灌区面积。

3.1.2.8管道设计
1、支管设计
1）管材：一般采用硬塑料管（UPVC）
1）最小管径计算
参数：
摩阻系数f：查下表-10
流量指数m：查下表-10
管径指数b：查下表-10
孔口数N孔口（个）：N喷头-1
喷头间距a：已计算
首孔距s:设计量取
首孔距离与喷头间距比X=a/s
多口系数F：F=(N(1/(m+1)+1/(2N)+(m-1)0.5/(6N2))+X-1)/(N+X-1) 首尾喷头最大高程差Δz（m）：图上量取
工作压力h p（kPa）：喷头型号参数
喷头流量q d（m3/h）：喷头型号参数
支管管径D（mm）≥(F*f*a*N孔口*( q d* N孔口)m/(0.2(h p/10-Δz)))(1/b) 查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。

2、分干管设计
参数：
Q分干管：已计算
当Q分干管≤120m3/s时，D=13*(Q分干管)1/2
当Q分干管＞120m3/s时，D=11.5*(Q分干管)1/2
查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。

3、主干管设计
水泵出的输水管：泵站设计部分
与分干管相接的部分由以下公式计算
Q主干管：已计算
当Q主干管≤120m3/s时，D=13*(Q分干管)1/2
当Q主干管＞120m3/s时，D=11.5*(Q分干管)1/2
查找UPVC管材，以最相近管径为支管实选管径。

4、管网水力计算
（1）支管入口最大压力水头H支（m）= H支末+Δz+ （L竖-0.2）+ H竖管+ H 支管+h f软管
1）支管末端喷头工作水头H支末（m）=90%×（hp/10）
2）末端喷头入口与支管入口高程差Δz（m）：图上量取
3）竖管水头损失H竖管（m）= h f(m)+ f j(m)
摩阻系数f：查表-10
流量指数m：查表-10
管径指数b：查表-10
管道内径D:查铝合金竖管规格选取
喷头流量q d（m3/h）：喷头参数
竖管长度L竖（m）:根据作物高度计取
竖管沿程水头损失h f(m)=fm( L竖-0.2)* q d m/(D b)
竖管半径r(mm)：D/2
竖管流速（m3/s）：q d/∏r2
局部损失系数ξ：查表-11
重力加速度g:9.81
竖管局部水头损失f j(m)=ζv2/（2g）
4）支管水头损失H支管（m）= h f(m)+ f j(m)
支管沿程水头损失h f(m)=Ff L支(q d N喷头)m/D b
摩阻系数f：查表-10
流量指数m：查表-10
管径指数b：查表-10
支管长度L支：已计算
多口系数F：已计算
喷头流量q d（m3/h）：喷头型号参数
支管内径D（mm）：已计算
喷头数量N喷头（个）：已计算
支管半径r(mm)：D/2
支管流速（m3/s）：Q支管/（∏r2）
支管局部水头损失f j(m)= ξv2/（2g）
支管局部损失系数ξ：查表-11
5）支管入口软管水头损失
软管沿程水头损失h f软管(m)= f L支(q d N喷头)m/D b 摩阻系数f：查表-10
流量指数m：查表-10
管径指数b：查表-10
软管长度L软（m）：设计量取
软管流量Q软=Q支管
软管内径D（mm）：已计算
软管半径r(mm)：D/2
软管流速（m3/s）：Q软/（∏r2）
软管局部水头损失f j(m)= ξv2/（2g）
软管局部损失系数ξ：查表-11
（2）分干管入口压力水头H分干管（m）= H支+∑f f分干管(m)+ f j分干管(m)+ Δ
（m）
z
参数：
分干管首尾高程差Δz（m）：图上量取
支管最大压力水头H支（m）：已计算
各分干管水头损失=∑f f分干管(m)+ f j分干管(m) f f分干管(m)、f j分干管(m)计算方法同上。

（3）干管入口压力水头H干管（m）= H分干管（m）+ f f干管(m)+ f j干管(m)+ Δz（m）
参数：
干管首尾高程差Δz（m）：图上量取
分干管入口压力水头H分干管（m）：
干管水头损失= f f干管(m)+ f j干管(m)
注：若是多分干管，由于各分干管的入口压力水头有差异，计算得到的干管水头也有差异，则需进水头平衡处理。

通常采用增大一部分分干管
管径进行处理，调整参数为管径及对应的管长，干管水头计算值相近。

（3）管网水力计算表
参数：
入口流量Q入（m3/h）：已计算
支管入口压力水头H支管：已计算
各轮管组分干管水头损失: ∑f f分干管(m)、f j分干管(m)
分干管首尾高程差Δz（m）：图上量取
入口水头H入(m)= H支管+∑f f分干管(m)+ f j分干管(m)+ Δz（m）
管网水力计算表
轮灌序号 1 2
管段分干管1
入口流量Q入（m3/h）
支管入口压力水头H支管
∑f f分干管(m)
f j分干管(m)
程差Δz（m）
入口水头H入(m)。