果园滴灌设计

设计基本资料 1.地形资料
果园面积25hm 2，南北长520m ，东西宽480m 。

水平地形，测得有1/2000地形图。

2.土壤资料
土壤为中壤土，土层厚度1.5~2.0m ，1.0m 土层平均干密度1.4t/m 3,田间持水量30%（以占土壤体积的百分比计），凋萎点土壤含水量10%（以占土壤体积的百分比计）。

最大冻土层深度100m 。

3.作物种植情况
果树株距3.0m ，行距3.0m ，现果树已进入盛果期，平均树冠直径4.0m ，遮荫率约为70%。

作物种植方向为东西向。

以往地面灌溉实测结果表明，作物耗水高峰期为7月，该月日均耗水量5.6mm/d 4.气象资料
根据气象站失策资料分析，多年平均年降雨量585.5mm ，全年降雨量的60%集中于7~9月，并收集到历年降雨量资料。

5.水源条件
该农场地下水埋深大于6m ，在果园的西南边有一口井，抽水试验结果表明，动水位为20m 时，出水量60m 3/h 。

水质良好，仅含有少量沙（含沙量小于5g/h ）。

滴灌系统规划设计参数 1. 滴管设计灌溉补充强度
有上述资料，高峰期耗水量E e =5.6mm/d ，遮阴率G e =70%，因此遮阴率对耗水量的修正系数为82.085
.0%
7085.0k ===
e r G 因此，滴灌耗水强度为
）（d m m /6.46.582.0E k E c r a =⨯==
因上述E a 为好水高峰期的耗水强度，所以设计耗水强度取为
）（d m m/ 6.4E I a c ==
不考虑淋洗水量，滴灌设计灌溉补充强度为
）（d m m / 6.4I I c a ==
2. 滴灌土壤湿润比 根据相关资料，对于宽行距作物，在北方干旱和半干旱地区，设计土壤湿润比可取20%~30%。

考虑到苹果为经济作为，故滴灌湿润比取p ≥30%。

3. 灌水小区流量偏差
灌水小区流量偏差q v =20%。

4. 灌溉水利用系数
由于灌溉的水量损失很小，根据有关资料灌溉水利用系数η=0.9。

水量平衡计算
1. 设计灌溉用水量
灌溉用水量是指为满足作物正常生长需要，由水源向灌区提供的水量。

它取决于灌溉面积，作物生长情况、土壤、水文地质和气象条件等。

各年灌溉用水量不同，因此需要选择一个典型年作为规划设计的依据。

微灌工程一般采用降雨频率75%~90%的水文年作为设计典型年。

（设计典型年的选择和计算
方法可以参考有关工程水文书籍） 2. 来、用水平衡计算
来、用水平衡计算的任务是确定工程规模，如灌溉面积等。

本设计水源为井水，由基本资料可知，井的出水量为60m 3/h ，取日灌溉最大运行时数C=22h ，则井水可灌溉的最大面积为
）（2a hm 82.256
.41022
9.06010I C Q A =⨯⨯⨯==
η 本果园面积为25hm 2，因此，该水源满足滴灌系统的要求。

灌溉器选择与毛管布置方式
选用某公司内嵌式滴灌管，壁厚0.6mm ，内径15.4mm 。

低头额定工作压力h a =10m ，额定流量q a =2.8L/h ，流态指数x=0.5，滴头间距0.5m 。

采用单行直线布置，即一行果树布置一条滴灌管。

查相关表可知在中壤土中，这种滴头流量的湿润直径为0.8m ，因此此种布置方下的湿润比
为%
3033%35.08.0785.0100%S S 785D .0P 2l e >=⨯⨯=⨯=ω
说明上述灌水器与毛管布置方式满足设计湿润比的要求。

滴灌灌溉制度拟定 1. 最大净灌水定额
微灌土壤计划湿润层深度取0.8m ，土壤中允许的缺水量占土壤有效持水量的比例取40%，则
()()()
mm 2133.08.01.03.04.01000 zp
F 1000m 0d max =⨯⨯⨯⨯==——ωβ
2. 毛灌水定额
如果采用m 净=m max ，则
()mm 3.239
.021
m m ==
=
η
净
毛 3. 设计灌水周期
()d 56.46
.421
I m T a ===
净 4. 一次灌水延续时间
()h 5.128
.23
5.03.23S S m t l r =⨯⨯=
—毛a q 如果采用灌水周期为2d 的高频灌溉，每次的净灌水深度为4.4×2=9.2 （mm ），毛灌水深度为10.22mm ，一次灌水延续时间为5.47h 。

这样改变灌溉制度并不影响后面的水力设计。

支、毛管水头差分配与毛管极限长度的确定 当q v =20%时，灌水小区允许的最大水头偏差为
()()
()
()()
()()
m 4.128.6577.12h h H 65.8102.035.01h 35q .01h 77.12102.065.01h 65q .01h min max s 0.5
1
d x l
min 0.51
a x l max ===∆=⨯⨯===⨯⨯+=+=————m m υυ
根据支、毛管水头差分配比，得
()()
m 84.112.445.0H 45.0H m 26.212.455.0H 55.0H s s =⨯=∆=∆=⨯=∆=∆支毛
计算毛管极限长度为
()
m 91 5.08.25.01.14.1526.2446.5INT S
KSq D
H 5.446INT L 364
.075.175.4364
.075.1a 75
.4m =⨯⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛∆=毛
管网系统布置与轮灌组划分 系统允许的最大轮灌组数为
()个最大 85.1256
.422t CT N =⨯==
如果实行高频灌溉，灌水周期T=2d ，则
()个最大 847
.5222t CT N =⨯==
低频灌溉和高频灌溉的轮灌组数相同，因此灌水频率的改变并不影响后面的系统设计。

根据地块形状，采用毛管铺设长度为80m ，毛管采用丰字形布置，整个灌区共有1040条毛管，每条毛管流量为(L/h) 448/0.5808.2Q =⨯—毛，整个灌区所有灌水器的流量和为
()
h /m 6461000448/10403=⨯，如果划分为8个轮灌组，每个轮灌组的流量约为58.2m 3/h ，
该值小于水井的出水量，满足水量平衡的要求。

轮灌组数和每个轮灌组的流量确定以后，管网布置也有多种方案，下面采用两种方案进行比较。

方案1：共分8个灌水小区，一个灌水小区为一个轮灌组。

灌水小区内支管长195m ，双向控制130条毛管，每个轮灌组的流量为58.2m 3/h,，如图1所示
方案2：共分24个灌水小区，一个轮灌组控制3个灌水小区。

灌水小区内支管长65m ，双向控制44条毛管，每个灌水小区流量为(
)
h /m 19.7448/1000443
=⨯，每轮灌组流量为59.1m 3/h ，如图2所示
图1 方案1管网布置 图2 方案2管网布置
方案1管道水力计算 1. 毛管实际水头损失
由于毛管实际铺设长度为80m ，因此毛管实际的水头损失为
()()
m 1.51 365
.0804.151000
448/104.81.11.1 LF
D
Q 104.81.1H 75
.475
.14 1.751.754
=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆毛
毛实际 因此，毛管进口水头为
()m 1610.051.165.8Z H h h AB min =++=∆+∆+=毛实际毛进口
2. 实际分配给支管进口水头计算
3. 每条支管双向控制130条毛管，单侧65条毛管。

每条毛管流量为448L/h ，相当于支管上有65个出水口，每个出水口的流量为448×2=896（L/h ），每条支管长780/4=195（m ）。

如果支管采用D110PVC 管（内径103mm ），支管水头损失为
4. ()()()
m 61.2m 2.31 366.0195103
100065/8961048.905.1
LF D Q 1048.905.1H 77
.477
.14
77
.41.77
4=∆<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆支实际支
支H 满足要求。

支管进口水头为
()m 47.12031.216.10Z H h h BC =++=∆+∆+=支毛进口支进口
4. 分干管与干管水力计算
以第一轮灌为最不利轮灌组确定干管直径，分干管1长度为80m ，干管长度为585m 。

由于采用一个轮灌组控制一个灌水小区，因此分干管1与干管流量相同。

h /m 2.58Q Q 3F ==分干
利用经济流速初选干管管径
()mm 992.5813Q 13D =⨯==
选用管径D=110 mm 的PVC 管作为分干管1和干管。

分干管与干管水头损失为
()
()
m 19.42 585
1032.58109.481.05 L
D Q 10 9.481.05H m 2.65
801032.581048.905.1 L
D Q 1048.905.1H 77
.477.14
77
.477
.14
4.77
1.774
77
.477
.14
=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆分干
干分干
分干
干管进口水头为
()m 54.34042.1965.212.47Z H h h BC =+++=∆+∆+=支毛进口支进口
5. 水泵扬程确定及水泵选型
如果首部枢纽水头损失（包括过滤器、控制阀、施肥装置、弯头和泵管等）10m H =∆首部，则水泵总扬程为
()()
m 64.54201054.34H h Z Z H h H =+=+∆+=+∆+=＋Ｈ—动水位深首部干进口２１首部干进口
6. 其他轮灌组水力计算 水泵扬程确定以后，还需要对其他轮灌组进行核算，计算其他分干管的直径或设置压力调节阀。

有布置图知，轮灌组1与轮灌组2对称，这两个轮灌组又分别于轮灌组3和轮灌组4对称，轮灌组5和轮灌组6对称，这两个轮灌组有分别与轮灌组7和轮灌组8对称，因此只需对轮灌组5进行计算便可。

由于轮灌组5与轮灌组1的面积、形状、支管（毛）长度和管径、支（毛）管流量均相同，因此轮灌组5支管进口点（F 点）要求的水头为
()m 47.12h h 15==支进口支进口要求
干管Ｅ点的水头为
()
m 28195103
2.581048.905.154.34H h h 77
.477
.14
OE
E =⨯⨯⨯⨯=∆=——干进口点干 若分干管３采用变径管，即前段()m 11L 1= 则由干管提供给轮灌组5支管进口的水头为
()支进口要求支干点干支进口干提供给——53E 5h m 12.64.1528H h h ≈==∆=
上述方法是通过调节分干管的直径，来满足其他轮灌组的水头要求，也可不改变分干管的直径，在其他各轮灌组支管进口设置压力调节器，但这种办法会提高系统投资。

材料统计
表1为方案1滴灌系统设备材料表，表中材料数量为实际使用的量，没有考虑损耗。

表1 方案1滴灌系统设备材料表
方案2管道水力计算 1.毛管实际水头损失
毛管铺设长度仍为80m ，毛管实际的水头损失与毛管进口水头均与方案1相同，即。

，毛进口毛实际m 16.10h m 51.1H ==∆
2.支管实际水头差
实际分配给支管的水头差也与方案1相同，。

毛实际m 2.61H =∆
3.支管管径与支管进口水头计算
每条支管双向控制44条毛管，单侧22条毛管。

相当于支管上有22个出水口，每条毛管流量为448L/h ，每个出水口的流量为448×2=896 （L/h ），每条支管长33×2=66 （m ）。

如果支管采用D63PE 管（内径58mm ），支管水头损失为
()()()
m 61.2H m 68.1732.06658100022/896108.41.05 LF
D
Q 104.805.1H 75
.475
.14
4.751.754
=∆<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=∆支实际支支
故满足要求。

支管进口水头为
()m 84.11068.116.10Z H h h BC =++=∆+∆+=支毛进口支进口
4.轮灌组划分
每个轮灌组控制3个灌水小区，为减少分干管和干管流量，降低系统投资，将每个轮灌组控制的灌水小区分散。

各轮灌组控制的灌水小区如表2所示。

表2 轮灌组划分表
5.分干管与干管水力计算
以上轮灌组划分方法，第一轮灌组和第八轮灌组都有可能是最不利轮灌组，需要通过计算确定。

按照最不利轮灌组确定水泵扬程后，还需要核算其他轮灌组，确定个分干管的管径，使各支管进口要求水头与干管、分干管提供的水头一致。

或采用简单的办法，即在各支管进口或分干管进口安装压力调节器。