滴灌系統(tǒng)設計示例

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

 滴灌系統(tǒng)設計示例

  按照兵團水利局、兵團節(jié)水辦“關于召開兵團節(jié)水灌溉規(guī)劃設計研討會的通知”的要求，根據(jù)農(nóng)八師幾年來在大田作物膜下滴灌技術上的實踐和研究，此次滴灌系統(tǒng)典型設計綜合農(nóng)八師的具體情況做如下簡要介紹：   一、 基本資料 （一） 地形 農(nóng)八師墾區(qū)地處天山北麓中段，古爾班通古特沙漠南緣。全墾區(qū)土地面積7529平方公里。墾區(qū)地勢由東南向西北傾斜。墾區(qū)地形由南向北依次為天山山區(qū)、山前丘陵區(qū)、山前傾斜平原、洪水沖積平原、風成沙漠區(qū)。 （二） 土壤 農(nóng)八師土壤缺氮面積大，全氮含量低于1%的面積占78%，堿解氮低于60ppm的面積占76%。土壤普遍缺磷，含量低于10ppm的面積占77.5%。土壤含鉀豐富，約在100ppm以上。 土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土質多系礫質土、沙質土、粘質土等。根據(jù)農(nóng)八師土壤普查結果，本設計取占范圍較廣的砂壤土。 （三） 作物 全墾區(qū)有效灌溉面積266萬畝，其中以棉花為主。棉花種植面積占總播種面積的46.5%。本設計示例選棉花。種植模式采用：一膜兩管四行--寬窄行30×60cm,滴灌帶間距90cm；一膜一管四行--（25+30+25）×60cm，滴灌帶間距140cm。 1、 滴灌工程設計參數(shù)的確定 根據(jù)農(nóng)八師目前棉花種植模式和多年實踐，確定如下設計參數(shù)。 典型滴灌系統(tǒng)設計基本資料 序  號 項  目  名  稱 單 位 數(shù)        量 一 土壤與作物     1 土壤結構   砂壤土 2 設計日耗水量Ea mm/d   4 3 土壤濕潤層深度Z m 0.45 4 土壤設計濕潤比P % 60 5 適宜的土壤含水率上限 % 22．5 6 適宜的土壤含水率下限 % 15 三 滴頭     1 選型   天業(yè)迷宮式 2 工作水頭 m 10m 3 流量 L/h 2.1 (2.6) 4 滴頭間距 m 0.9 (1.4)   （四） 水源 墾區(qū)水資源來源主要為地表水（庫水、河水）和地下水。目前墾區(qū)滴灌節(jié)水工程水源以井水為主,單井流量為80立方米/小時，動水位埋深在40米左右。 （五） 氣象 墾區(qū)平均海拔300-500米左右，呈典型的溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱。年平均氣溫7.5℃-8.2℃，日照2318-2732小時，無霜期147-191天，年降雨量180-270毫米，年蒸發(fā)量1000-1500毫米。蒸發(fā)強烈，降水稀少，氣候十分干燥，光照充足，熱資源豐富。 （六） 動力 原有機井泵大多為250QJ80-60/3或250QJ80-40/2，需更換水泵及變壓器。但原有高壓電線不需更換。   二、 設計內容 按照農(nóng)八師多數(shù)條田的規(guī)劃布置方式，采用東西長800米，南北寬450米的條田進行規(guī)劃設計。種植作物為棉花，種植模式采用寬窄行60×30cm與60×（25+30+25）cm，一膜兩管四行與一膜一管四行，滴灌帶間距0.9米與1.4m。作物東西方向種植。耕層土壤為砂壤土。 1. 管道系統(tǒng) 滴灌系統(tǒng)采用如下結構： 水源（井水加壓）→計量裝置（水表、壓力表）→離心式過濾器（進排氣裝置）→施肥罐（施肥控制裝置）→網(wǎng)式過濾器（排砂控制裝置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地面PE黑管）→附管（地面PE黑管）→滴灌帶→滴頭。 為減少水頭沿程損失，降低能耗，管道系統(tǒng)中支管與分干管，滴灌管（帶）與支管，干管與分干管按各條田的具體形狀，以優(yōu)化方式采用魚骨式或梳型兩種方式布置，目的是達到操作管理方便，系統(tǒng)投資和運行費用最低的效果。 2. 泵站 根據(jù)水力計算結果，選擇250QJ80-80/4的潛水泵，可滿足滴灌系統(tǒng)工作壓力和設計流量。 在過濾器出口安裝水表、逆止閥，在過濾器和施肥罐的前后分別設置一個壓力表，觀察其壓力變化。 在滴灌系統(tǒng)的最高處設置進排氣閥，以調節(jié)管網(wǎng)進氣和排氣，防止停水時管網(wǎng)內產(chǎn)生負壓，和開始供水時，管網(wǎng)排氣不暢產(chǎn)生氣阻，使管網(wǎng)破壞，影響正常供水。 3. 水源 灌溉用水以井水為水源，單井出水量80m3/h。動水位埋深40米。 水量平衡計算 A=ηQt/10Ia A (hm2)     Q (m3/h) T  (t/d) Ia (mm) η  (%)  36     80      20      4  90 4. 運行方案 系統(tǒng)布置兩條分干管，兩條分干管分別運行，采取輪灌的方式。同時開啟的支管做為一個輪灌組，共分四個輪灌組。每個輪灌組有9個輪灌小區(qū)。先開啟一分干的支1-支6，每條支管各開一條附管做為一個輪灌小區(qū)，一次灌水延續(xù)時間為4.2小時,一個輪灌組分9次灌完。當一個灌水小區(qū)灌水結束后，先開下一個小區(qū)，然后關閉灌水結束小區(qū)，嚴禁先關后開。 一分干的支7-支12做為一個輪灌組，二分干的支13-支18做為一個輪灌組，二分干的支19-支24做為一個輪灌組，其運行方式同一分干的支1-支6。 5. 設備投資預算及經(jīng)濟分析 本工程投資預算編制,依據(jù)新水基字[1992]第11號和[96]第004號文進行編制。其綜合費用、臨時費用、其他費用均按兵團水利局水利水電處發(fā)《新疆兵團2000年灌區(qū)續(xù)建配套及節(jié)水灌溉示范項目實施方案編制》執(zhí)行，按示范項目計取。工程投資預算及設備投資預算分析表如下：           滴灌工程預算表                                         單位:萬元 種植模式 項目名稱        一膜兩管      (毛管間距0.9m)        一膜一管      (毛管間距1.4m) 總 投 資       27.8679       24.4638 其中:建安工程費       3.5751       3.3074 設備費       23.0391       20.0427 臨時工程費       0.0715        0.0661 其他費用       0.9063        0.8054 預備費       0.2759        0.2422 畝投資(元/畝)        516.07        453.03   滴灌工程主要材料投資分析表                                             單位：元 項目名稱 單位 數(shù)   量 總    價      畝投資   0.9m 1.4m 0.9m 1.4m  0.9m 1.4m 潛水泵 臺 1 1 13379 13379  24.77 24.77 變壓器 臺 1 1 10960 10960  20.3 20.3 過濾器 套 1 1 9500 9500  17.6 17.6 施肥罐 套 1 1 1200 1200  2.22 2.22 干管       PVC160 米 1850 1850 60458 60458  111.96 111.96 支管PE63 米 2700 2700 27810 27810  51.5 51.5 附管PE32 米 2700 2700 6318 6318  11.7 11.7   滴灌管   φ16 萬米 40.4 26.27 80800 52540  149.6 97.3 管  件 畝 540 540 19966 18262  36.97 33.82 平均材料費:一膜兩管(0.9m)  426.65元/畝 一膜一管(1.4m)  371.16元/畝   三、 灌水定額和灌水周期的擬定 (1) 灌水定額。      m=0.1γzp(θmax-θmin)/η 棉花灌水定額   m (mm)    Z   (m)  P (%)    γ  (g/cm3) θmax (%)  θmin  (%)  η  (%)  32.6  0.45  60 1.45 22.5 15  90 注：此定額為棉花花鈴期的灌水定額。 (2) 灌水周期。(T) 根據(jù)大田實測取棉花日耗水量Ea=4mm/d，則灌水周期 T=m滴/Ea·η=32.6/4×0.9=7.34d 取灌水周期為8天。 (3) 一次灌水延續(xù)時間（t） t0.9m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×0.9÷2.1=4.2h 輪灌組N=20h/d×8d÷4.2h/組=38，根據(jù)實際情況取N=36組。  t1.4m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×1.4÷2.6=5.27≈5.3h 輪灌組N=20h/d×8d÷5.3h/組=30組,根據(jù)實際情況取N=28組。 (4) 灌溉制度確定 根據(jù)農(nóng)八師五年來大田棉花膜下滴灌灌溉制度的研究和實踐應用，確定灌溉定額如下表： 棉花膜下滴灌灌溉制度表   作物名 稱 灌  溉方   式 灌水定額            4月 5月 6月 7月 8月 9月 灌溉  定   額     棉花 膜下  滴   灌 定額       (m3/畝) 10 15 15 20 20 10 200 次 數(shù) 1 1 3 3 3 1 12 四、 確定管系總體布置 典型設計地塊形狀及系統(tǒng)布置見附圖，設計條田分南、北兩個地塊。棉花東西播種。水源井位于地塊的西頭。由水源井沿地邊分別向南、北分出一條主干管，在南、北地塊的中間分別布置一條分干管，并垂直于主干管。干管和分干管管材選用PVC管材，管徑為φ160。支管垂直于分干管，兩邊布置，便于雙向控制，地下埋深80cm。支、附、毛管鋪設在地面，均是魚骨式布置。支管的間距是由毛管的鋪設長度決定的，即毛管最大鋪設長度的兩倍，經(jīng)計算為134m。支管的管材選用φ63PE黑管。附管平行支管布置，由一個球閥控制,便于輪灌組的管理和化分。毛管垂直于附管與支管布置，毛管間距為0.9m與1.4m。每兩行棉花布置一條毛管或每四行棉花布置一條毛管。毛管選用φ16.5mm的單翼迷宮式滴灌帶.首部樞紐裝置布置在水泵的旁邊,便于操作與管理。為沖洗管道的淤積物和冬季到來之前排干管中的積水，在分干管的末端（較低處）布置了排水井。 五、 滴灌設備選型 滴灌設備包括水泵、過濾裝置及干、支、附、滴灌管。機井流量為80m3/h，控制面積540畝，根據(jù)水量平衡計算及水力計算結果，選潛水泵250QJ80-80/4。根據(jù)機井水質情況, 由于機井中含有一定的泥沙及有機物，采用4″/120目組合式過濾器。首級過濾器為離心過濾器（LX-400-100 1件），次級過濾器為網(wǎng)式過濾器（WS-160×50  4件并聯(lián)）。查性能曲線可知,水頭損失為6-8m。施肥系統(tǒng)選用容量為150L。 六、 擬定滴灌系統(tǒng)的工作制度 本系統(tǒng)運行時,每次運行一條分干管,并開啟分干管上的6條支管,因此分4個輪灌組；然后每次開啟支管上的一條附管，就是經(jīng)計算確定的一個輪灌小區(qū),使附管上的所有毛管同時供水。 經(jīng)計算，每條支管上有9條（7條）附管，即9（7）個輪灌小區(qū)。一條附管帶26（22）條或28（24）條毛管，一個輪灌小區(qū)共有156（132）或168（144）條毛管。 故典型滴灌系統(tǒng)的輪灌組為4個，輪灌小區(qū)有36（28）個。 七、 編制輪灌順序，確定各級管道設計流量 典型滴灌設計輪灌順序表 輪灌順序 干     第一組 第二組    第三組     第四組 項目名稱 管     一分干 一分干    二分干    二分干 管長(m) 200      800 800 800 800 流量m3/h 80     13.3-80    △=13.3 13.3-80 △=13.3 13.3-80 △=13.3 13.3-80 △=13.3 輪灌小區(qū)       9(7) 9(7) 9(7) 9(7) 支管編號    支1-支6 支7-支12 支13-支18   支19-支24 支管長度     112.5m 112.5m 112.5m    112.5m 支管流量     13.3m3/h 13.3m3/h 13.3m3/h    13.3m3/h 附管1-9    開一條附管 開一條附管 開一條附管   開一條附管 附管長度    11.7或 12.6m  (14m或15.4m) 同左 同左  同左 附管流量     13.3m3/h 13.3m3/h 13.3m3/h    13.3m3/h 毛管條數(shù)   156條或168條 (120或132條) 同左 同左   同左 毛管長度      66.7 66.7 66.7   66.7 毛管流量   0.466 m3/h (0.578 m3/h) 同左 同左   同左 八、 管道設計及水力計算 滴灌帶選用單翼迷宮式滴頭，當?shù)晤^間距0.3m,滴頭流量q=2.1L/h時，q=0.502h0.607；當?shù)晤^間距0.3m,滴頭流量q=2.6L/h時，q=0.653h0.600。 1. 毛管與滴頭間距的確定 棉花種植模式為一膜兩管四行或一膜兩管八行，滴灌帶選用新疆天業(yè)塑化集團生產(chǎn)的內徑為16mm的PE單翼迷宮式滴灌帶，以該產(chǎn)品的參數(shù)進行設計。一膜兩管模式：一根毛管灌兩行棉花，滴灌帶間距0.9m，滴頭間距0.3m，滴頭流量2.1L/h，流態(tài)指數(shù)X=0.607；一膜一管模式：一根毛管灌四行棉花，滴灌帶間距1.4m，滴頭間距0.3m，滴頭流量2.6L/h,流態(tài)指數(shù)X=0.600。  2. 毛管極限長度的校核 毛管的極限孔數(shù)（毛管按均勻地形坡計算）： Nm=INT{(5.466[△h2]d4.75)/( kSqd1.75)}0.364    d(mm) k Cu S(m) qd( L/h) [△h2] (m) Nm(個) L(m) 16 1.2 90% 0.3 2.1 1.85 253 75.9 16 1.2 90% 0.3 2.6 1.87 222 66.6 毛管的鋪設長度L毛= Nm×0.3,根據(jù)地塊的實際長度,可布6條支管，12條毛管,取毛管的長度為66.67米。 3. 各級管道管徑的確定及水力計算 管道管徑的確定方法選擇經(jīng)濟流速法。塑料管材的經(jīng)濟流速一般取v=1.2~1.8m/s (1) 毛管水頭損失的計算： Q毛=n滴·qd=222×2.1=466L/h n滴=66.67÷0.3=222個 毛管內徑為16mm>8mm ，可認為管內流態(tài)為光滑紊流，故可計算：        沿程水頭損失hf毛=fsqdm/db[（N+0.48）m+1/(m+1)-Nm(1-So/S)] (5) 附管水頭損失的計算： 沿程水頭損 hf附=fSqdm/db[(N+0.48)m+1/m+1-Nm(1-S0/S)] (6) 配水支管管徑及水頭損失計算： d支=[4Q支/(πv)]0.5     =[4×13.3÷（3.14×1.8×3600）] 0.5=51mm v—塑料管經(jīng)濟流速，m/s,一般取v=1.2~1.8m/s Q支—支管流量，m3/h，Q支=Q/6=80/6=13.3 m3/h。 根據(jù)聚乙稀微灌管規(guī)格，支管擬選用PE63×4.7/0.4 沿程水頭損失 hf支=fQ支mL/db (7) 干管管徑及水頭損失計算： d干=[4Q干/(πv)]0.5      =[4×80÷（3.14×1.5×3600）] 0.5      =137.4mm 根據(jù)聚氯乙稀微灌管規(guī)格，總、分干管擬選用PVC160×4.7/0.6。由于考慮以后的滴灌改噴灌及運行方式的調整，干管不考慮變徑。 沿程水頭損失 hf干=f(∑Q干nmLn/dnb)  九、 水泵選型 （1） 計算微灌系統(tǒng)設計水頭H H=Zp-Zb+h0+∑hf+∑hw H—微灌系統(tǒng)設計水頭，m； Zp-Zb—典型毛管進口與水源設計水位之間的高差，m； Ho—典型毛管進口的設計水頭，取h0=10m； ∑hf—水泵至典型毛管進口的管道沿程水頭損失，m； ∑hw—水泵至典型毛管進口的管道局部水頭損失，m。 取二級過濾沖洗排污的水頭損失之和為10m，機井動水位取40m,抽水損失為4.84m，樞紐中各級閘閥的局部水頭損失之和為1.0m。 則H= 78m （2） 機泵選型 機井的穩(wěn)定動水位取40m，據(jù)管網(wǎng)設計流量和工作壓力，查水泵手冊，初選井用潛水泵，250QJ80-80/4。     滴灌區(qū)潛水泵性能參數(shù)     水泵   型號   流量 m3/h 揚程 m 電機 功率 kw 轉 速 r/min 額定 電壓  V 適用 井徑 mm 250QJ80-80/4 80 80 30 2875 380  >250   十、 管網(wǎng)結構設計    因塑料管的線脹系數(shù)很大,為使管線在溫度變化時可自由伸縮,初步擬定干管上每100m設置一個雙括管(即伸縮節(jié))。    在直徑大于50mm的管道末端、轉彎、分岔和閥門處應設鎮(zhèn)墩，干管每隔200m設一鎮(zhèn)墩60×60cm。為保證系統(tǒng)管網(wǎng)的正常運行，需在管路上安裝控制和保護裝置。 管道埋深根據(jù)地面荷載和機耕要求,干管埋深60cm,為控制各分干管的運行,分干管首部設控制閘閥,尾部設泄水閥,各閘閥均砌閥門井保護。   十一、 繪制技施設計圖 滴灌系統(tǒng)工程平面圖、管系結構示意圖及閥門井示意圖詳見圖1-圖3。 十二、 主要設備與投資預算 典型示范區(qū)540畝滴灌工程總投資27.8679萬元。其中建筑工程費用3.5751萬元，設備費23.0391萬元，臨時工程費用0.0715萬元，其他工程費用0.9063萬元，預備費用0.2759萬元。節(jié)水灌溉材料設備、規(guī)格、數(shù)量及價格見表六。項目主要設備選型表、臨時工程費及其他工程費詳見預算：表一至表五。一膜一管膜式的投資預算及材料表見表七至表十二。 十三、 工程效益分析與技術指標計算 1、 工程年增效益（B） 項目區(qū)棉花單產(chǎn)由滴灌前的83公斤（皮棉），提高到107公斤，提高28%。540畝棉花凈增12960公斤。按現(xiàn)行價每公斤10元計，可增收129600元。 2、 滴灌工程年費用（C）的計算 （1） 能耗費（C1） 取棉花多年平均累計灌水次數(shù)為12次，每次平均灌水定額15m3/畝，灌溉定額約200 m3/畝，灌溉系統(tǒng)水利用率0.95,每kw·h的電價為0.5元，經(jīng)計算后為： C1=540×200×30×0.5÷80÷0.95=21316（元） （2） 維修費（C2）  地埋管道及管件的年平均修理費為投資的1%,水泵及首部裝置的年平均修理費為投資的5% 則C2=63122×1%+62131×5%=3737.77（元） （3） 微灌工程年折舊費（C3）的計算 地埋管材管件(20年折舊) D1=k1/n=63956/20=3197.8（元） 地面管材管件（6年折舊）D2=K2/6=49946/6=8324（元） 首部裝置(15年折舊)   D3=k2/n=24339/15=1622.6（元） 機泵儀表(10年折舊)   D4=k3/n=11350/10=1135（元） 毛管    (當年折舊)    D5=k4/n=80800/1=80800（元） 則C3=3197.8+8324+1622.6+1135+80800=95079.4（元） （4） 微灌工程年管理費（C4） 由于滴灌面積較大，需水量大，灌水時間長，管理任務重，系統(tǒng)需有2名專職人員進行管理。從每年的4月下旬至9月初共4個月的時間。按當?shù)毓べY水平，管理人員的月工資以300元/人計,則系統(tǒng)年管理費(C4)應為 C4=4×300×2=2400（元） 據(jù)上述分析計算，該滴灌工程年費用（C）為： C=C1+C2+C3+C4 =21316+3737.77+95079.4+2400=122533元 3、 工程經(jīng)濟效益費用比（R） R=[(1+i)n –1]/i(1+i)n·(B-C)/K 若取年利率i=10%，經(jīng)濟計算期n=15年，則： R0.9m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-122533)/278679 =0.19 R1.4m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-94232)/244638 =1.1 4、 還本年限（T）靜態(tài)法 T0.9m=K0.9m /M=278679/129600=2.15年≈2.5年 T1.4m=K1.4m /M=244638/129600=1.9年≈2年 5、 工程技術指標計算 本項目實施后，可使灌溉水的利用率由目前的40%提高到90%以上，與地面灌相比，可節(jié)約灌溉用水50%以上，節(jié)約耕地5%-7%。其他技術經(jīng)濟指標如下： 1） 畝投資（Km） Km0.9m=K0.9m/A=278679/540=516.07 (元/畝) Km1.4m=K1.4m/A=244638/540=453.03(元/畝) 2） 滴灌工程設備投資（Sm） Sm0.9m= S0.9m /A=230391/540=426.65 (元/畝) Sm1.4m= S1.4m /A=200427/540=371.16 (元/畝) 3） 畝管道用量（Lm） （1） 畝干管用量（Lm1） Lm1=L1/A=1850/540=3.43(m) （2） 畝支、附管用量（Lm2） Lm2=L2/A=2700*2/540=10(m) （3） 畝毛管用量（Lm3） Lm3(0.9m)=L3/A=404000/540=748(m) Lm3(1.4m)=L3/A=262700/540=486.48(m)                                 新疆生產(chǎn)建設兵團農(nóng)八師 棉花膜下滴灌     典 型 設 計 書         農(nóng)八師水利局天興設計室 二OO一年七月         新疆生產(chǎn)建設兵團農(nóng)八師 棉花膜下滴灌 典型設計書 13669010075 liuhaoweiwudi 審定：張  敏        審核：楊國慶 馬玉忠 校核：蘇  軍 編寫：李雪芹     農(nóng)八師水利局天興設計室 二OO一年七月