葡萄滴灌设计(标准案例)

葡萄滴灌工程
目录
（一）葡萄滴灌工程设计说明 (3)
1.基本资料 (3)
2.1 系统工程规划布置 (4)
2.2 设计参数 (5)
3.管网布置与系统工作制度的确定 (8)
3.1 管网布置 (8)
3.2 系统工作制度的确定 (10)
4.管网水力计算和支管、干管管径的确定 (11)
4.1毛管水力计算 (11)
4.2 支管水力计算 (12)
4.3 干管管径确定和水头损失计算 (13)
5.首部枢纽设计 (14)
5.1 水泵与动力选型 (14)
5.2过滤器 (14)
5.3施肥罐 (14)
6.系统运行复核 (14)
6.1节点压力均衡验算 (14)
6.2 灌水小区流量与压力偏差复核 (15)
（二）葡萄滴灌工程技术设计图 (16)
（一）葡萄滴灌工程设计说明1.基本资料
表9.1 葡萄滴灌工程基本资料表
2.1 系统工程规划布置
本工程总体布置如图9.1所示，水源为井水，井出流量140 m 3/h 可满足总的灌溉要求（系统总供的确定见设计参
数）；提水加压，采用潜水电泵，过滤装置采用“旋流水沙分离器+筛网过滤器（180目）”，施肥装置采用压差式施肥罐（安装在筛网过滤器与旋流水沙分离器之间）。

首部装有压力表，空气阀、闸阀、水表等设备和仪表；输配水管网由主干管、分干管、支管、毛管组成。

主干管、分干管等采用0.4MPa 的PVC-U 管以地埋形式铺设；支管、毛管铺设于地面；灌水器选用内镶式滴灌带，滴头间距0.5m ，流量2.3L/h ，压力流量关系式q=0.764h 0.47,沿种植方向Y 向一管一行布置，铺设间距3m ，本系统滴头
总数为n 总=INT[621.4⨯666.7/(3⨯0.5)]=276191(个)，代入式（1-13）可算得实际轮灌组数N 轮灌组：，
N 轮灌组=
Q q n d 总=140000
3.2276191⨯ =
4.5 (1-13) N 轮灌组不为整数，调整q d=2.0276/h,使N 轮灌组=4，灌水器相应工作压力为8m 水头，将其作为灌
水器设计流量与压力，各相应参数见表9.2。

2.2 设计参数
2.2.1 系统总供水流量Q
I a =5㎜/d ，A=41.43 h ㎡,C=20 h/ d,η=0.9,可依据式（1-2）计算葡萄需水高峰期系统供水流量： Q=1.11520
9.043.4151010=⨯⨯⨯=
C
A
a I η(m 3/h)
(1-2)
机井的出流量140 m 3/h ，可满足灌溉要求。

图9.1
J =8%0
图9.1 工程系统规划简图（单位：m)
2.2.2
灌水小区允许水头（流量）偏差率
（1） 流量偏差率[q υ]。

根据《规范》3.0.9条规定，本工程取[q υ]=20%。

（2） 水头偏差率[h υ]。

X=0.47, q υ=20%,根据式（1-4）计算：
[h υ]=
x 1 q υ(1+0.15x x -1 q υ) =47.01×0.2×(1+0.15×47
.047
.01-×0.2
=0.44 (1-4)
2.2.3
土壤湿润比p
毛管（滴灌带）与葡萄布置见图9.2，依据式（1-5）计算土壤湿润比p:s r =3.0m ，n=2, S e =0.5m,S
ω =1.0m,S t =1.0m,代入得
P=
=r e s s s ns ιω0
.30.10
.15.02⨯⨯⨯=33.3(%) （1-5） 2.2.4设计灌水定额m ， 图9.2
3.0m
3.0m
3.0m
一
棵葡萄2个滴头
图9.2 滴灌带与葡萄布置简图(单位：m)
Sr
Sr
Sr
γ=1.45g/cm 3 ,z 按葡萄生长情况取0.8m ，p=33.3%,%90max
=θ ×25%=22.5，
%25.16%25%65min =⨯=θ，9.0=η，依据式（1-7）计算灌水定额m 。

m=0.1(zp γmin max θθ-)/η
=0.1×1.45×0.8×33.3×(22.5-16.25)/0.9
=26.83(㎜)=17.9(m 3
/亩) （1-7）
2.2.5 设计灌水周期T
m= 26.83㎜,I a =5㎜/d,η=0.9,依据式（1-8）计算。

T=(m/I a )η =(26.83/5)×0.9=4.8(d) (1-8) 此值为葡萄需水高峰期的灌水周期。

2.2.6 一次灌水延续时间ι
m= 26.83㎜, S e =0.5m, S t =3.0,q d =2.0276L/h,代入式（1-9）计算：
t=
=d t e q s ms 85.190276
.20
.35.083.26=⨯⨯（h/组） （1-9） 设计参数如表9.3
表9.3 系统设计参数表
3. 管网布置与系统工作制度的确定 3.1 管网布置
毛管沿葡萄种植方向直线铺设，受田间道路影响，沿Y 方向布设4列支管，沿X 方向布设3列分干管。

毛管在支管两侧双向铺设，一对毛管总长度为137m ，总孔数为INT （137/0.5）=274个；支管在分干管两侧双向铺设，长度为126 m ，共可带126/3=42（对）毛管，由于沿毛管铺设方向地形为均匀坡，故毛管顺、逆坡长度即支管布设位置需计算确定。

设顺坡毛管实际孔数为N 顺，由式(4-6)可得 p min =N-INT[(
m
d
b kfq Jd )0.571
] =N 顺-INT[(
75
.175
.40276
.2505.01.116
008.0⨯⨯⨯)0.571]
= N 顺-80 (4-6)
设最大压力孔号为p max =1,由式（4-9）可得顺坡毛管滴头的最大压差为
△
h max 顺
=
)1()
1(]
)48.0()52.0[(min 1min 1--++---++P JS m d P N N kfsq b m m m d =））顺顺81(5.0008.075
.216]
48.8052.0[(0276.25.0505.01.175.475.275
.275.1-⨯-⨯--⨯⨯⨯N N
=6.64×10-7（N 顺-0.52）2.75-0.004 N 顺+0.2085 （4-9）
逆坡的实际孔数为274- N 顺,P max =1,P min =274- N 顺,由式（4-7）可得逆坡毛管滴头的最大压差为
△ h max 逆=)1()
1(1)
52.0(--++-N JS m b
d m N m d kfsq =
）顺
（）
顺
12745.0008.075
.275
.41675
.252.0274(75
.10276.25.0505.01.1--⨯⨯+⨯--⨯⨯⨯N
N
=6.64×10-7×（273.48-N 顺）2.75+1.092-0.004N 顺 (4-7)
令 △h max 顺= △h max 逆，经整理有
（N 顺-0.52）2.75-(273.48- N 顺)2.75=1331578.947,经试算有解，得N 顺=181个，假设正确，则逆坡孔数为274-181=93个。

故顺坡毛管的实际铺设长度为181×0.5=90.5（m ），逆坡毛管的实际铺设长度为93×0.5=46.5（m ）,即支管位置确定。

管网布置如图9.3所示。

X O 图9.3 管网布置简图（单位:m)
3.2 系统工作制度的确定
3.2.1轮灌组的设计
本工程运行时同时开启一分干、二分干、三分干相同位置的6条支管，共4个轮灌组，详见彩
色插页图9-II-2-2.
3.2.2各级管道设计流量的确定
如前所述，出水孔设计流量为q d=2.0276L/h,1对毛管流量为：Q毛=274×2.0276=555.56
（L/h），1条支管的流量为:Q支=555.56×42=23333.5（L/h）=23.3（m3/h）,依据式（4-27）
按照系统设计运行工况产生水泵扬程最大的干管、分干管水力线路为
“O-A-B-C-C1-C2-C3-C4-C5”(见图9.3)推算（沿干管DABC坡降较小，忽略不计), C5 C4
的流量为23.3 m 3/h ，C 4 C 3…CB 的流量为23333.5×2=46667L/h=46.7 m 3/h ，BA 的流量为23333.5×4=93334（L/h ）=93.3（m 3/h ），AO 的流量为23333.5×6=140001（L/h ）=140（m 3/h ），各管段的流量见表9.4.
3.3 轮灌组数的校核
T=4.8d ，C=20h/d,t=19.85h/组，依据式（1-11）和式（1-14）计算： N max =INT[
t
TC ]=
85
.198
.420 =4（组） （1-11）
N 轮灌组=4组= N max （1-14）
轮灌组数为4，等于最大轮灌组数，满足设计要求。

4.管网水力计算和支管、干管管径的确定 4.1毛管水力计算 4.1.1毛管上最大压差
由管网布置知：顺坡与逆坡毛管上滴头的最大压力水头差相等，△h max 顺=6.65×10-7（N 顺 -0.52）2.75-0.004 N 顺 +0.2065，N 顺 =181个，代入得:
△h max 顺=6.65×10-7（N 顺 -0.52）2.75-0.004 N 顺 +0.2065 =6.65×10-7(181-0.52）2.75-0.004×181+0.2065
=0.55(m) 4.1.2 毛管进口工作压力h 0毛
顺坡与逆坡毛管进口的压力相等，hd=8m,
R=0.73,k=1.1,f=0.505,m=1.75,b=4.75,S e =0.5m,qd=2.0276 L/h,d=16mm, N 顺=181个，S 0=0.25m,J=0.008,可由式（4-16）得G=2.281×10-7,代入《规范》附录C 式（C16）、式（C15）、（C14）可计算出毛管进口工作压力水头:
表9.4 各级管道流量表
△ H=
75
.275
.2)
52.0(-N d Gh
=75
.275
.2)52.0181(87
10
281.2-⨯⨯-⨯
=1.065(m) (C16) h 1=h d ＋R △H －0.5(N-1)JS
=8+0.73×1.065-0.5×(181-1)×0.008×0.5
=8.42(m) (C15) h 0毛= h 1+
075
.475
.10)(JS d
Nq kfs -
=8.42+
25.0008.016
)
0276.2181(5.0505.01.175
.475
.1⨯⨯⨯⨯⨯-
=8.43 (C14)
毛管进口压力水头h 0毛=8.43 m 。

此值即为以支管为单元的灌水小区中毛管进口的平均设计工作水头。

4.2 支管水力计算
4.2.1支管上允许水头偏差的确定 [
υh ]=0.44, h d =8 m,代入式（4-10）得[△h]=3.52m,毛管上低头的最大水头差为0.55 m ，故支
管上允许的水头偏差为[△h1]=3.52-0.55=2.97（m ）。

4.1.3 支管管径确定
支管孔数为42，孔间距S=3 m ，S 0=1.5 m ，q=555.56L/h ，m=1.75，b =4.75, f=0.505, [△h1]=2.97 m 可将式（4-28）做一变换并代入计算支管最小管内径： d min ={
])1(1
1
)
48.0([
]1[0
S
S
m
N m m N h m kfsq
-
-+++∆}
75
.41
= {)]3
5.11(4275
.2)
48.042([
97
.256
.5553505.01.175.175
.275
.1-
⨯-+⨯⨯⨯⨯}75
.41
=63.9(㎜)
选用0.25MPa 外径为75㎜的PE 管，壁厚3.6㎜，其内径为67.8㎜.
4.1.4 支管水损计算
K=1.1,f=0.505,m=1.75,b=4.75,SL=3m,q=555.56L/h,d=67.8㎜,N=42个，S 0=1.5m,用式
（4-28）计算，代入得
h 支=)]1(1)48.0([01e
m
m b
m
d L S S N m N d q kfS --+++
=75.4.75.18.6756.5553505.01.1⨯⨯⨯×[
)3
5.11(4275.2)48.042(75
.175.2-⨯-+] =2.24（m ） （4-28） h 支=2.24m ＜[△h1]=2.97 m ，满足要求。

4.1.5 支管进口压力水头计算
h d =8.43m ，N=42个，查《规范》附录C 表C1知R=0.7246,k=1.1,f=0.505,m=1.75,b=4.75,s=3m,q=555.56L/h,d=67.8㎜, S 0=1.5m,代入式（4-29）得
h 0支=hd+R ×75
.475
.175.475.275.1)(075.2)52.0(d
Nq kfs d N kfsq +-=8.43+0.7246× 75
.475
.175
.475.275.18.67)56.55542(5.1505.01.18.6775.2)52.042(56.5553505.01.1⨯⨯⨯⨯+
⨯-⨯⨯⨯⨯ =8.43+1.58+0.07=10.09(m) (4-29) 支管进口设计压力水头为：10.09 m 。

4.3 干管管径确定和水头损失计算 4.3.1 干管直径的确定
经济管径的内径D ´的计算依据式（4-31），由于管材价格的变化，需用式（4-32）将管径修正。

根据当地葡萄灌溉制度，灌溉定额300 m 3
/亩，为此取tn=1330h ；xn=0.5元 /(Kw.h)；Y ´=9200元/t 。

计算结果及选用管径见表9.5，管段位置见图9.3，其他分干管与一分干管相同。

4.3.2 水头损失计算
依据式 （4-33）计算，结果见表9.6.
h 干 =L
b d
m kfQ （4-33）
表9.6 产生水泵扬程最大时系统的水力计算汇总表
5.1 水泵与动力选型
本系统选用潜水电泵，扬程按式（3-5）计算，h 1=25.06,h 2=1.79m,h 3=30mm 代入得
H=h1+h2+h3=25.59+1.79+30=57.38(m) (3-8)
水泵流量Q 泵=140 m 3
/h 根据滴灌系统设计流量选定。

据以上计算，系统正常工作所需水泵扬程为57.38m,所需总流量为140 m 3
/h ，因此所选水泵型号为：250QJ140-60，其配套电机功率为37kw 。

5.2过滤器
依据表3-2选用“旋流水沙分离器+筛网（180目）过滤器”。

5.3施肥罐
本系统面积为621.4亩，依据表3-3应选用150L 的施肥罐。

6.系统运行复核
6.1节点压力均衡验算
主干管进口节点O 压力为60-30-1.79-10=18.21m ，即h 上=18.21m ，OA 管段的总水头损失
,25.0m hi =∑沿OA 管段的地形落差△H ´=0m ，依据式（4-34）计算节点A 的压力水头：
H 计=h 上-hi ∑+△H ´=18.21-0.25+0=17.96（m ） （4-34）
依次类推，可求得节点B 、C 、C1、…的压力，C5处出地管出口压力即支管进口为12.71m 水头，大于支管进口设计压力10.09m 水头，调整BCC1段管径使之达到设计值:10.09m,水头， 见表9.7
表9.7
节点压力水头推算表
节点B 同时向节点B1C1供水，令节点B1C1压力相等，则节点B 与节点B1的压力差为5.68m,管段BB1长46.5m,
依据公式（4-33）并考虑地形落差，则有:h 干=L b d
m kfQ -JL=77
.477
.146667464.01.1d ⨯⨯×46.5-0.008× 46.5=5.68(m)，计算得BB1管段管内径应为71.93㎜，经试算选用de75和de90的PVC-U 管，长度分别为
40m,6.5m,由节点B1的压力以此求得节点B2、B3…的压力。

节点A 同时向节点B1、C1、D1同时供水，令节点D1与节点B1、C1压力相等，则节点A 与节点D1的压力差为5.8m ，AD1等段长度为308m ，与以上步骤相同，经试算选用de110和de125的PVC —U 管，长度分别为263m,45m,由节点D1的压力以此求得节点D2、D3、…的压力。

节点B5、C5、D5处支管进口压力达到了设计值，调节其余出地管管径并在运行时调节支管进口处球阀
开启阀，使相应支管进口压力达到设计值10.09m 水头。

各节点压力见彩色插页图9-II-2-4，压力均衡。

6.2 灌水小区流量与压力偏差复核
灌水小区中灌水器最大工作压力水头h max =10.09，最小工作压力水头h min =7.30h 0.47
可求得对应流量：q max =2.26L/h,q min =1.94L/h 。

依据《规范》3.0.9-1式流量偏差率q υ=( q max- q min ) %=(2.26-1.94)/2.0276=15.8%＜[q υ]=20%,满足规范要求。

（二）葡萄滴灌工程技术设计图。