管灌.喷灌设计方案
五、项目设计报告
(一)、工程设计方案说明
1、项目概况
天祝县节水增效高效节水灌溉项目 2016 年度工程计划在天祝县金强河灌区、安远灌区、朱岔灌区、松山灌区 4个灌区的华藏寺镇、打柴沟镇、哈溪镇、天堂镇、东大滩乡、松山镇六个乡镇的 23 个村及 2 个移民点实施高效节水灌溉面积3.0086 万亩, 其中:低压管道灌溉面积 1.9114 万亩, 喷灌面积0.5772 万亩, 滴灌面积 0.52 万亩。主要建设内容:铺设灌溉输供水管线 139.06km,其中:主管 26.32km,支管16.3km ,分支管 96.45km;修建各类建筑物 3775 座,其中:沉砂池 13 座,检查(控制)井241 座,出水口 3368 座,渗水井 133 座;喷灌机 15 台;温棚滴管设备 2600 套。
(1) 项目建设内容
本项目标段主要对在东大滩乡酸次沟片区;松山镇松山片区,6#、7#移民点片区发展高效节水 9608 亩,其中:管灌 2108 亩,喷灌 6300 亩,微灌 1200 亩。地下水滴灌工程等。主要内容包括工程勘测、施工图设计、材料设备生产供应、施工安装、土建工程施工、工程试运行及群众的培训等工作。
项目主要设计建设内容:发展管灌 2108 亩,喷灌 6300 亩,微
灌 1200 亩;完成管沟土方开挖工程19798.00m ³、管沟土方回填工程19798.00m ³、修建检查井33座、排水井9座、修建镇墩136座、修建150㎡3座、安装管道Φ600*.063PVC管2051米、Φ400*0.63PVC管1653米、Φ315*0.63PVC管1200米、Φ250*0.63PVC管1795米、Φ160*0.63PVC管3930米、Φ125*0.63PVC管926米、Φ110*0.63PVC管3300米、Φ90*0.63PVC管1560米、安装多功能给水栓Φ160mm115个、Φ90微灌带19350米、加压泵3套、砂石+碟片过滤器3套、安装喷灌机12套。
工期:2016年5月24日开工至2016年10月21日完工,共计150
日历天。
2、管灌、喷灌、微灌工程设计说明
(1) 管灌工程布置方案
布置原则
依据原则是因地制宜,综合考虑,既经济合理又便于使用和管理,力求综合节水,效益最好,达到便于运行维修的目的。
本设计采用单井独立运行方式布置管路,管路尽量沿林带边、道路边,以节约耕地,便于维修。
设计依据
《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL250-2000);
《防洪标准》(GB50210-94);
《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99) ;
《滴灌工程技术规范》(GS/T50485-2009);
《节水灌溉工程技术规范》(GB/T50363-2006);
《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》(GB/T20203-2006);
《中国地震烈度区划图》(GB18306-2001) ;
《水利水电工程设计工程量计算规定》(SL328-2005) ;
《武威市凉州区节水增效高效节水灌溉发展2016年度工程实施方案》等
布置形式
采用树枝状管网布置形式,干支两级固定管路,毛渠临时修筑土渠,单井形成干支毛三级渠道灌溉系统。
出水口间距及灌溉制度
根据实际情况, 支管间距100m, 出水口间距100m 。另外,由于该地块土壤质地全部为沙壤土,渗漏量大,单口出水量不能过小,所以确定每个轮灌组开两个出水口,单井出水量设计为120立方米/小时,每个轮灌组的出水口至少分布在两条支管上。
(2)管灌工程设计说明
水源工程
项目区管灌水源为地表水,项目区现状地表水农田灌溉渠系模式为干、支、斗、农四级渠道进行配水,本次设计地表水管灌工程利用灌区原干、支渠进行配水,在支渠分水口后设进水池,容积为 5m 3 ,进水池前设置过滤网,进水池长 5m,宽 1.2m,深 1.0m。根据地形实际高差,复核管网水头损失,不满足管灌工作水头要求增加干管空留段。干管进水口为水流从明渠进入管道的设施,为防止泥沙及杂物进入管道,在进口段设置拦污栅 1 道。管道进水管段管道采用钢管与 PVC 干管衔接,钢管首段安装过滤网。
管网工程
低压输水管网布置为梳齿状,采用干管、支管二级管道输配水形
式,干管从引水点引至项目区,垂直于干管布置支管。从技术经济角度出发,管道布置本着长度最短、尽可能利用原有渠道、减少施工干扰的原则进行。现状田间渠道间距为 50~120m 左右,干管布置从入水口接至田间,支管管道上每隔 50m 布置一个给水栓,通过塑料软管接入畦块进行灌溉,在干管、支管连接处设闸阀井,支管末端设排水井,管道埋设于项目区最大冻土层以下加 0.2 m。
控制、量测和保护设备选型
A、管灌系统控制设备:在干管入口、各支管入口各设 1 套闸阀;在支管末端排水井内设排水塑料球阀,便于在冬季放空管道内积水,防治管道冻裂现象的发生。
B、管灌系统保护设备:包括快速空气阀和排气阀。快速空气阀安装在管线高处;排气阀安装在管道最末端排水井内。
C、管灌系统测量设备:包括压力表。管灌系统压力表安装在干管进口,每个首部选用 1 个 0.6MPa压力表。具体型号根据管网系
统确定。
给水栓
根据灌溉系统设计流量、压力及管灌系统特点,分析现状灌区已配套安装的给水设施使用优缺点,采用玻璃钢多功能给水栓,型号根据灌水系统合理确定。上下栓体由中间法兰连接成型。给水栓设外保护措施,为钢制外罩(2mm 厚钢板),出水口接软管进行灌溉。
土建设计
A首部设计
取水口后设管道进水池,尺寸为长×宽×高:5.0m ×1.2m ×1.0m ,采用现浇 C20 砼,厚 20cm。取水口与斗渠采用钢管连接,斗渠段设拦污栅一道,钢管进水口段采用喇叭口并设过滤网。进水池后设置闸阀井,尺寸为长×宽×高:1.0m ×1.2m ×1.0m ,为使管道运行安全,干管首部也采用钢管与进水池连接,并在钢管上安装过滤网。在钢管与 pvc 干管连接处设控制闸阀。为避免灌区杂物进入进水池对管道造成堵塞,进水池顶部全部采用预制盖板进行封闭,单块预制盖板尺寸为:长 1.6m×宽 0.5m×厚 0.12m。进水池要定期清淤,及时清理杂物,保持水流清洁,以确保管灌系统稳定运行。
B管槽开挖设计
管槽开挖深度由灌区最大冻土层深度确定,开挖槽底宽取 0.5m,边坡 1:0.75。
C闸阀井、排水井
依据管灌运行管理及划分情况,考虑干管向支管分水,干、支管连接处设闸阀井,各支管末端设置排水井,排水井井底铺卵石层以渗水。闸阀井、排水井结构形式均为圆形,井盖为预制 C25 钢筋砼结构,直径 1.5m,厚 6cm;井壁为 M10 水泥砂浆砌砖结构,直径 1.5m,深 1.75m,厚 24cm,井壁内侧抹面为 M10 水泥砂浆,厚 2cm。
D镇墩设计
干支管弯头连接处设镇墩,结构采用 C20 现浇砼结构。
(3)管道尺寸的确定
管材
地埋塑料管采用高压PVC 管。
管道尺寸确定
①、经济流速
根据有关资料介绍薄壁PVC 管流速V 管=1.0-2.0m/s
②、管径确定:D=1.13Q/V
式中A ——经济断面
D——管道设计内径
Q——管道设计流量(m ³/h)
V——管道适宜流速(m/s)
依据上式计算成果并参考生产厂家产品规格尺寸确定各管段管径,详见管道平面图。
(4)水头损失计算
、沿程水头损失
公式:h f 沿=λ.LQ m /dn
式中 hf 沿——沿程水头损失(m )
L——管路长度(m )
D——管道内径(mm )
λ、m 、n ——分别为:摩阻系数、流量指数、管径指数
λ=0.948×105 m=1.77 n=4.77
依据上式在管网布置图上确定最不利管线,逐段计算沿程水头损失,累加为总沿程损失。详见水头损失计算表。
、局部水头损失
取沿程水头损失10%作为局部水头损失,即h f 局=0.1 hf 沿。详见水头
损失计算表
水头损失计算表
(5)配套管件及附属建筑物设计
给水栓
该工程给水栓共设计650个,全部采用螺杆式给水栓,水栓体与竖管用承插连接,铁丝包箍,胶圈止水。
安全阀
每眼井管路首端安装一个可调节弹簧式安全阀。
出水口
为防止给水栓出水冲刷毛渠和损坏给水栓,每个给水栓处建一座
出水口,采用给水栓钢制外罩(2mm 厚钢板),C20砼稳定墩。
管道沟及毛渠
管道沟深1.8米,底宽0.5米,开挖时一侧抛土,毛渠按设计流
量和实际地形修筑,满足不冲不淤要求。
管路首端
进水池与管道连接处设闸阀、压力表、安全阀、逆止阀,管路在
进水池出水口直接与地下输水管路连接。
(2)喷灌工程设计
项目区节水灌溉总面积总计为9608亩,其中6300亩采用指针式喷灌和卷盘喷灌,微灌等节水灌溉工程形式。
设计依据
设计依据:
(1)《牧区草地灌溉与排水技术规范》(SL334-2005);
(2)《喷灌工程技术规范》(GB/T 50085-2007);
(3)《喷灌工程技术》。
设备要求
依据以上《规范》要求指针式喷灌设备的技术指标如下:
(1)配置下垂软管式低压喷头,喷灌均匀系数不低于85%,喷灌强度与雾化指标要符合国标要求。
(2)中心支点和桁架要标准化设计,达到通用化,中心支撑采用C 型钢,中心支点与首跨采用柔性连接,以适应地块坡度变化要求。
(3)跨体主管法兰连接采用内镶式橡胶密封件,密封圈不能外露,防老化和紫外线的照射的保护措施。
(4) 主跨管出水口需采用焊接加固,主跨管内壁无凸起,对水流不产生阻挡,降低水流沿程损失。
(5) 塔架车控制塔盒盒体采用双层中空结构设计,塔盒开启需具备安全自锁结构,仅在切断电源的条件下塔盒才能打开。
(6) 塔架车构架采用单腿C 型钢支撑,车轮中心距不小于4.2米,以确保设备良好的通过能力和行走稳定性。
(7)输水管为镀锌钢管,要符合国家标准《节水型产品技术条件与管理通则》GB/T18870-2002,
(8)爬坡能力为25%,地隙大于2.7m 。
喷灌工设计说明
项目区节水灌溉9608亩采用喷灌,管灌,微灌和滴灌等节水灌溉工程形式,其中喷灌选用指针式喷灌机和卷盘喷灌机进行灌溉,总控制喷灌西片区6300亩,东片区2972亩,根据地块现状共布设13套指针式喷灌机机组和两套卷盘喷灌机,,每套机组控制面积121亩到525亩不等。
1>指针式喷灌
项目区地块为起伏坡地,根据指针式喷灌机对坡度的适应性以及规模化,机械化灌溉的特性,选用指针式喷灌机。
大型指针式喷灌机的喷灌方式是一种实用高效的灌溉手段,它具有低压喷洒,洒水均匀和投资回报效率高等优点。指针式喷灌机需有比较宽敞的空间进行旋转,有长度为59m 、54m 、48m 的跨架,有4米到19米的多种悬臂可选用,根据地块的实际大小,选择合适跨体长度和悬臂组合以最大化利用地块。技术特点:⑴能耗低,灌溉均匀度高;⑵高效节水,节水量达到75%以上;⑶安装简便,操作简单,使用安全;⑷使用寿命长,整机的平均使用寿命在20年以上,PVC 管寿命10年以上。
本次设计选用的指针式喷灌机应有比较宽敞的空间进行旋转,指针式喷灌已经被证明是一种实用高效的灌溉手段,它具有洒水均匀和投资回报效率高等优点。指针式喷灌机的技术特点:(a)、喷灌机的旋转臂越长、每公顷的灌溉成本越低;(b)、全自动的电子控制系统;(c)、能在低水压条件下作业;(d)、无需人力或拖拉机牵引。
⑴布置原则
①充分利用该喷灌机的优点,采用不同喷洒半径的喷灌机交叉使用,使土地充分灌溉。
②喷灌机的喷洒范围间要留出适当的干燥空间,以便放置供配电设备。
③放置同一台喷灌机的地块高差不大于25%。
④机组交叉的间隙要适当,防止运行期喷灌机臂相遇相互损伤。 依据项目区地形和以上布置原则,本次设计选用指针式喷灌机。 该项目区内共设置113套指针喷灌机组,工程布置详见节水灌溉示范项目实施方案工程平面布置图。
⑵设计依据
《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363—2006
《喷灌工程技术规范》GB/T50085-2007
⑶喷灌设备要求
依据《喷灌工程技术规范》,指针式喷灌设备的技术指标如下:
(1)配置下垂软管式低压喷头,喷灌均匀系数不低于85%,喷灌强度与雾化指标要符合国标要求。
(2)中心支点和桁架要标准化设计,达到通用化,中心支点与首跨采用柔性连接,以适应地块坡度变化要求。
(3)跨体主管法兰连接采用内镶式橡胶密封件,不能外露,防老化和紫外线的照射的保护措施。
(4) 主跨管出水口需采用焊接加固,主跨管内壁无凸起,对水
流不产生阻挡,降低水流沿程损失。
(5) 控制塔盒的开启需具备安全自锁结构,仅在切断电源的条件下塔盒才能打开。
(6) 塔架车车轮中心距不小于4.2米,以确保设备良好的通过能力和行走稳定性。
(7)输水管为镀锌钢管,要符合国家标准《节水型产品技术条件与管理通则》GB/T18870-2002,
(8)爬坡能力为25%,地隙大于2.7m 。
⑷系统布置
根据项目区地形选择喷灌机,以项目区1号机组为例,1号机组控制半径为292m ,控制面积为401,选择喷灌机共5跨,跨长为59m 跨体一跨,跨长为54m 跨体四跨,在喷灌机末端加装19m 悬臂,满足设计要求。按项目区灌溉水源水量和喷灌机工作流量,需根据不同设备覆盖面积,制定每台机组的系统流量。项目区内有高压线,但不满足输电要求,需对水源首部及大型机组进行部分输电及配电线路布置,要求输电线路电压10kV ,配电线路电压0.38kV ,由变压器进行电压调节。
指针式喷灌机喷洒图形为圆形,在运行过程中各机组之间或地角易形成漏喷区,为了提高土地利用率,可在末端加装尾枪,但鉴于项目地所在区域风力较大,蒸发量大。项目地土壤非纯砂壤土,在高水压打击条件下容易被压实,而且地块非平坦土地,容易造成局部地表径流,故在本方案中不采用末端加装尾枪。
⑸喷灌机设计
根据项目区地块面积和作物种植情况,本着经济适用的原则,此次设计按控制面积的不同分别进行典型设计。喷灌机性能见表3.3-1。
① 灌溉系统流量设计
根据喷灌工程的喷洒原理,按满足作物最高日需水量进行计算,系统流量按下式计算:
Q 紫花苜蓿=Ea ⋅A ⋅6670. 008⨯600⨯667==977(m 3/h) t /η22/0. 882
式中:
Q —灌溉系统设计流量,m 3/h;
Ea—作物最高日耗水量,紫花苜蓿Ea=0.008m/d;
A—典型设计灌溉面积, A项目区=401亩(圆形喷洒面积) ; t—日工作小时数,t=22h;
经计算得: Q=97m3/h ,选用出水量Q=100m3/h的水泵1台,才能满足系统需水的要求。
② E2060-G 292m(DYP-292)大型指针式喷灌机设计 A 水源工程配置
选用的DYP-292指针式喷灌机系统要求总流量为100m 3/h,设计利用地表水作为喷灌机的供水水源,采用1台出水量100m 3/h的离心泵供水。因该项目为节水项目,故水源建设考虑最佳位置,现以1号喷灌机组所控制地块为典型地块进行设计,喷灌机田间管道与水源布置见平面布置图。
B 管网系统布置
供水水源设在地块边缘,通过PVC 输水管道由水源直接供给喷灌机。因供水距离300米,为较少沿程水流损失,选择φ200PVC , PVC 管道内径采用以下经验公式计算水流速度:
d =
4Q
πv
式中: d——管道内径,mm ;
Q ——设计流量,本工程设计流量94m 3/h(0.026m 3/s); V ——管道内的经济流速,取1~1.5m/s;
通过计算,本次设计管道管径选取φ200(内径194),管材为PVC ,管道内流速为1.34m/s。喷灌机以供水口为圆心做圆周运动,单台喷
灌机控制401亩草场。根据作物生长的不同时期,可调整喷灌机旋转时间和速率。
C 工作制度制定
每次灌水时,先打开机泵,然后再运行指针式喷灌机。为降低蒸发损失和飘移损失,工作尽量安排在夜间,每天计划工作18h-24h 。
项目区土壤主要为沙壤土, 最大允许喷灌强度P=15mm/h,喷灌机机组控制面积为401亩,为防止喷灌机喷水量过大产生地表径流,故喷灌机每转一圈供水量应控制在4300m 3以内, 喷灌机每小时出水量100 m3, 则喷灌机转一圈控制在46小时以内。本次设计29.3小时转一圈,每亩地每次喷水量为6.5m 3,灌溉定额为26 m3/亩,则喷灌机转4圈可以满足灌水需求。喷灌机在7.5天内即可完成424亩的喷灌,灌水周期小于设计灌水周期8天,满足设计要求。
D 水力计算
a 管道沿程水头损失计算
Q m
h f f b L
d
式中:h f ——管道沿程水头损失,m ;
f ——摩阻系数,f=94800;
Q ——管道流量,Q 主=94m3/h ,Q 支=03/h; d ——管道内径,d 主=194,; m ——流量指数,m=1.77; b ——管径指数,b=4.77; L ——管长,
b 管道局部水头损失h j 按沿程水头损失的10%计算。具体结果见
表4.3-2。
经计算得,汇流后管道总水头损失为7.03 m。
h f 主=6.39m h j 主= 0.64m
表3-2 DYP-292型喷灌机-#21地块PVC 管道水头损失
E 水泵的选型
a. 喷灌系统设计扬程计算
喷灌系统的设计扬程应按下式计算:
H= hf +hj +hmin +h动+h泵
式中:
h f —沿程水头损失(m ),
h f = hf 主+ hf 支=6.39m; h j —局部水头损失(m ),h j = hj 主 +hj 支 =0.64m; h min —喷灌机入口压力(m ),h min =21m;
h 泵—泵房内的水头损失(m ),一般取3m ,取3m h 动—水源水位差深,h 动=1m。 经计算:水泵设计扬程为32.03m 。 b. 水泵的选型
根据移动式喷灌设备的总扬程和总流量确定水泵的型号。本次设计水源井选用1台200QJ63-48/4型离心水泵,选取的水泵性能及参数见表3.3-3。
表3-3 潜水泵性能及参数
④砼重力机座
为了稳固指针式喷灌机,在喷灌机中心需建一座砼重力机座,用来支撑喷灌机中心的支架。
指针式喷灌典型地块一示意图
埋深与回水装置
管道全部设计为地埋管道。本次设计埋深为0.6m ,该埋深完全能保证管道的正常运行。沟槽断面底宽0.5m ,上口宽1.0m ,深度0.6m ,弃土堆放在管沟同一侧,最少1.0m 以外。
为防止管内排水不净冬季结冰破坏管道,根据项目区内地面坡差整高程走向的具体情况,选用向PVC 末端排水方式,在地埋管道的末端管处下边设置2寸回排管接头,管道埋设比降为1:2000,首端高高,末端低,以便管道中的余水排出。 水泵与管网连接方式
选用水泵管到出水口用连接弯管到地下与地埋管道连接,本方式不用单向阀,减少水锤冲击。
出水口立管防冻拔措施
一是在出水口立管上涂一层黄干油、包上一层塑料膜,再回填沙土。二是在出水口立管周围填粗砂,降低含水率,防止冻拨。 供电设计
项目区需新建电力配套设备及高低压线路,为喷灌设备及水泵供电,水源泵配备配电柜,设于泵房内。喷灌机及机电泵用电从变压器直接接低压电缆。新建泵房变配电工程包括配电线路,变电工程,所选水泵的电动机为低压电动机,在满足降低起动电流并保证起动转矩的要求的情况下,采用自藕变压器起动。为保证电气接线、低压电器的安装及相关构筑物的施工质量要严格按照《电气装置安装工程施工及验收规范》进行操作。本设计内容包括:取水泵房室内开关设备电气安装设计、动力及照明电气安装设计。 负荷性质和供配电电源及运行方式
输电线路:10KV 负荷性质:低压动力 供电电源:0.38KV 电气设备的防火
井房内电气设备的防火,应贯彻“预防为主,防消结合”的消防工作方针,预防火灾,减少火灾危害。应积极采用先进的防火技术,做到保障安全,使用方便,经济合理。 照明
泵站应设置正常工作照明、事故照明以及必要的安全照明装置。照明装置电压宜采用交流220V ,泵房照明电源应由固定可靠电源供电;安装高度低于2.5m 时,应采用防止触电措施或采用12~36V 安全照明。
变压器的选择