喷灌系统的规划设计

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 3

20= 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：

ηa

E m T =