甘肃农业大学葡萄园滴灌设计毕业论文.doc

本科毕业设计题 目 甘肃农业大学葡萄园滴灌设计 学 院 工学院 专 业 农业水利工程 毕业届别 2014届 姓 名 指导教师 职 称 教授 甘肃农业大学教务处制二一四年五月目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1前言21.基本情况31.1自然条件31.2地形情况31.3水源情况及水质31.4设计相关规范32.滴管系统参数初定42.1设计耗水强度的确定42.2灌溉水利用系数42.3设计土壤湿润比p42.4灌溉设计保证率42.5设计灌水均匀度42.6计划湿润层深度Z43.选择灌水器，确定支毛管布置方式43.1选择灌水器43.2确定支毛管布置方式43.3计算设计土壤湿润比74.灌溉制度与工作制度及灌水均匀度确定74.1灌溉制度84.2系统工作制度95.流量计算及管径确定105.1各级管道流量计算105.2管径确定106.系统扬程的确定106.1毛管水头损失计算106.2支管水头损失计算116.3干管水头损失计算116.4系统扬程确定127.首部枢纽设计127.1水泵及动力设备127.2过滤设备127.3施肥系统13参考文献：16致谢：17甘肃农业大学葡萄园滴灌设计高鹏（甘肃农业大学工学院农业水利工程专业，甘肃兰州，730070）摘要: 甘肃农业大学葡萄园地处兰州安宁区，黄河北岸，温带半干旱区，葡萄园地势平坦，地形规整。以种植酿酒葡萄为主，采用滴管技术灌水。 葡萄园占地0.33公顷。首先，介绍了工程概况;其次，确定了灌水器和支毛管布置方式，计算了滴灌设计的灌水定额和灌水周期，确定了一次灌水延续时间，和滴灌的工作制度。接着根据管网平面布置图计算了系统总流量和总扬程。最终确定了合适的首部枢纽布置方式。滴灌系统为实际生产提供了技术支持和帮助，实践表明，滴灌系统较传统种植方式节水灌溉，平衡施肥，可大幅度提高产量。关键词:滴灌;设计;灌溉制度;水头损失GanSu Agriculture University Vineyard Drip irrigation design （Major in Agricultural water conservancy project in the College of engineering college of Gansu Agriculture University，Gansu Lanzhou，730070）Abstract：Vineyards are located in lanzhou AnNingOu gansu agricultural university, north bank of the Yellow River, temperate semi arid zone, flat vineyards, topography and neat. Give priority to with wine grape planting, irrigation water, using dropper. Covers an area of 5 acres of vineyard. First of all, describes the present situation of engineering; Second, determine the irrigation and the capillary arrangement, calculate the drip irrigation quota and the design of water cycle, determines the irrigation duration at a time, and the system of drip irrigation work. Then calculated according to the traffic system pipe network layout and total head. Ultimately determines the suitable first hub arrangement. Drip irrigation system for the actual production provides the technical support and help, practice shows that drip irrigation water saving irrigation system than traditional cultivation way, balanced fertilization, can greatly increase production.Key words：Drip irrigation;design;Irrigation procedure;head loss前言滴灌是一种新型的节水、高效灌溉技术，它是通过滴头点滴的方式，缓慢地把水分送到作物根区的灌水方法。滴管比起传统的地上灌溉省水、省工、省力，有利于提高葡萄园地温和控制葡萄行间的空气湿度，有利于减轻病虫害发生，促进了葡萄产量和品质，经济效益比较明显。目前国外许多国家葡萄园灌溉基本实现了滴灌化，我国山东、山西、辽宁、甘肃、新疆等省区也已大面积推广葡萄园滴灌技术。本设计是在实地考察后进行的，力求做到标准、典型和全面。在设计过程中，通过翻阅相关书籍和文献，加上滴管设计方面的最新规范。在定稿前，进行了多次调查、补充和修改，最终才得以完成。整个设计分为七个部分，其中包括基本情况、滴管系统参数初定、选择灌水器及确定支毛管布置方式、灌溉制度与工作制度及灌水均匀度确定、流量计算及管径确定、系统扬程的确定和首部枢纽设计。由于作者水平有限，设计中有不妥以及错误之处，承望各位老师批评指正。1.基本情况1.1自然条件甘肃农业大学葡萄园地处甘肃省兰州市安宁区，兰州安宁区位于兰州市黄河北岸，为兰州市西北郊区，地处东经103°34103°47，北纬36°536°10。地势由西北向东南倾斜。东起九洲台白梁子一线与城关区相接，西至虎头崖与西固区毗邻，南临黄河与七里河区、西固区隔河相望，北依群山与皋兰县接壤。东西长19.6km，南北宽2.7至7km，依山面河，由滩地、川地、山地、黄土梁峁沟壑区组成，是丝绸之路必经地之一。安宁区东西两侧高，中间低缓，呈马鞍形，形成狭长河谷平原安宁平原。海拔1517.3米至2067.2米，相对高差550米。属中温带气候区，内陆性气候特征明显，四季分明，光照充足，昼夜温差大，发展农业生产具有得天独厚的条件。年降水量349.9毫米，年蒸发量1664毫米。年平均气温8.9。最高气温32.6，最低气温零下6.7，年日照2476.4小时，无霜期171天。主要自然灾害有霜冻、冰雹和风灾。葡萄园以壤土为主，干容重1.4g/cm3，田间持水率25%。1.2地形情况葡萄园地势平坦，地形规整。总面积0.33hm2，东西长80m，南北宽42m。以种植酿酒葡萄为主，采用滴管技术进行灌水。其间株距取0.6m，行距2.0m，葡萄行的走向为南北向。1.3水源情况及水质该葡萄园采用自来水进行灌溉，水量充足，可以满足葡萄园作物的灌溉需求。并且水质满足农田灌溉水质标准GB5084-2005，可作为滴灌水源。 1.4设计相关规范1）节水灌溉工程技术规范GBT503632006.2）微灌工程技术规范GB/T50485-2009.3）农田灌溉水质标准GB5084-2005.4）灌溉与排水工程设计规范GB50288-99.5）喷灌与微灌工程技术管理规范SL236-1999.6）机井技术规范SL256-2000.2.滴管系统参数初定2.1设计耗水强度的确定根据当地资料及微管工程技术规范GB/T50485-2009,取Ea=5.0mm/d.2.2灌溉水利用系数根据规范确定滴管灌溉水利用系数=90%。2.3设计土壤湿润比p 据有关资料和规范中的参考值，确定土壤湿润比p不小于40%。2.4灌溉设计保证率 根据规范确定，滴灌工程灌溉设计保证率为95%。2.5设计灌水均匀度 根据规范确定，设计灌水均匀度Cu=90%。2.6计划湿润层深度Z 葡萄计划湿润层深度Z=0.6m。3.选择灌水器，确定支毛管布置方式3.1选择灌水器根据工程使用材料情况比较，本工程拟采用山东省莱芜市金雨达节水灌溉有限公司的产品，产品名称为迷宫式滴灌管，产品性能如下：滴管毛管内径16mm，滴灌毛管进口压力0.1Mpa；滴头间距0.4m，滴头流量q=2.5L/h。3.2确定支毛管布置方式毛管布置采用每行葡萄布置一条毛管，根据实际地长确定每条毛管长20m，每条支管长39m，支毛管布置详见管网平面布置图和管道连接图。 图1 管网平面布置简图图2 滴灌带铺设方式示意图图3 首部枢纽与干管连接图图4 干管与支管毛管连接示意图说明：1. 63PVC管 2. 63×50异径接头 3.DN50闸阀4. 55法兰 5. 40外丝 6. 40球阀7. 40×1.5阳纹直通 8.40PE支管 9. 40堵头10. 16按扣三通 11.WDF16/2.020滴灌带（迷宫式）3.3计算设计土壤湿润比 根据公式：p= 式中p设计土壤湿润比； Np-每棵作物滴头数； Se-灌水器间距，m； W-湿润带宽度，m，等于单个滴头的湿润直径； Sp-作物株距，m； Sr-作物行距，m。 其中Np=0.6/0.4=1.5, Se=0.4m, W=1m, Sp=0.6m, Sr=2m.经计算，p=50%>40%,由此可见，满足设计土壤湿润比不小于40%的要求。4.灌溉制度与工作制度及灌水均匀度确定葡萄属葡萄科植物，葡萄的果实。为落叶藤本植物，是世界最古老的植物之一。葡萄原产于欧洲、西亚和北非一带。在我国长江流域以北各地均有产，主要产于新疆、甘肃、山西、河北、山东等地。葡萄各品种在生长各个时期对温度要求是不同的。酿酒品种在早春平均气温10以上，地下30 厘米土温达710时开始萌发，新梢生长期和果实成熟期最适宜的湿度是2832，气温偏低则生长期延长。 葡萄需水量较大，特别是新梢生长期和浆果生长期，如土壤水分不足，新梢生长和果实膨大都会受到影响，还易引起落花落果。但是土壤水分过多，会引起土壤中缺氧，根系吸收功能减弱，甚至根系窒息死亡。如久旱逢雨时，葡萄根系大量吸水，浆果迅速膨大而发生裂果。因此在有条件的地方，天气干旱时，葡萄应及时灌水，保持土壤水分相对稳定。我市的降雨量虽大于葡萄的年需水量，但由于降雨季节分布与葡萄水的需水规律不同步，短时间的干旱现象时有发生，需要进行灌溉加以调节土壤水分状况。 灌溉对促进葡萄增产，具有重要的作用，但灌水并非是越多越好，要适时适量。应根据葡萄的需水规律，视其在各个不同的阶段对土壤水分的需求，确定合理的灌水定额，将计划湿润层内的土壤含水率控制在一个适宜的范围之内，从而为葡萄的生长创造一个良好的土壤水分环境。葡萄的需水量是指在适宜的土壤水分条件下，获得高产时消耗于果树蒸腾、棵间土壤蒸发以及构成植株组织的水量。据提供的有关试验资料：5 年生葡萄的年需水量为 644.5 mm。春季 (35 月)需水量为126.5 mm,夏季 (68 月)为 343.8mm,秋季 (911 月)为 142 .7mm,冬季 (12 月、1 月、2 月 )为 31.5 mm。埋土防寒期需水量最小为 0.5 mm/d,6 月需水量最大为 4.2 mm/d。生长期平均需水量为 2.6mm/d。（详见下表）表1 葡萄各生育季节需水量及需水强度生育月份天数（d）需水量（mm）需水强度（mm/d）春季90126.51.4夏季92343.83.7秋季91142.71.6冬季9231.50.4葡萄在各个不同的生长发育阶段，对水分的要求是不一样的，要符合所需，过多或过少都对葡萄不利。 葡萄在4 月20 日开始萌芽，5 月10 日进入展叶期，此时生长量最大，约占全年生长量的60%左右，需要供给充足的水分和养分，这是葡萄生长的第一个需水高峰，土壤湿度的下限定为65%。 花期在5 月15 日前后，一般为810 天，土壤中要保持较充足的水分，花期一般不允许浇水，否则会影响正常授粉或造成落花现象，所以在开花之前应浇透水，并施花前肥。 葡萄开花之后，幼小的葡萄开始生长，果实细胞体积迅速增大，新稍与根系也同时生长，是直接影响葡萄产量的关键，这是葡萄生长的第二个需水高峰。如果这时缺水会使果实膨大受到影响，造成减产，所以土壤湿度的下限不低于田间持水量的85%。硬核期果实开始成熟，应在摘收前1015 天停水。 枝蔓成熟期减少水分是为了使当年的枝蔓能够充分木质化，提高枝蔓的抗寒能力，为来年的葡萄高产确保足够数量的果枝，这个时期土壤湿度可控制在65%左右。4.1灌溉制度 （1）设计净灌水定额。 根据公式：mmax =0.001zp（max-min） 式中-土壤干容重，g/cm3； z-土壤计划湿润层深度，m； p-设计土壤湿润比； max-适宜土壤含水率上限； min-适宜土壤含水率下限； 其中=1.4 g/cm3，z=0.6m=60cm，p=50%，max=25%×85%=21.3%，min=25%×65%=16.3% 经计算,mmax =21mm 取最大净灌水定额为设计净灌水定额。 （2）设计毛灌水定额。 m=mmax=21÷0.9=23.33mm （3）设计灌水周期 T=mmax/Ea=21÷5=4.2d （4）一次灌水延续时间 根据公式：t= 式中t-一次灌水延续时间，h；m-设计净灌水定额，mm； Se-灌水器间距，m； Sr-作物行距，m； n-每株植物的灌水器个数； -灌溉水利用系数； q-灌水器设计流量，L/h。 其中m=21mm，Se =0.4m，Sr =2m，n=1.5，=90%，q=2.5L/h。 经计算，t=5h4.2系统工作制度 灌溉系统的工作制度通常分为续灌和轮灌。续灌是对系统内的全部管道同时供水，即整个灌溉系统作为一个轮灌区同时灌水。其优点是灌水及时，运行时间短，便于其他管理操作的安排；缺点是干管流量大，工程投资高，设备利用率低，控制面积小。综上，本系统拟采用续灌方式进行灌溉，效果更佳。 根据四季需水量及灌溉制度的计算，灌溉工作制度如下：表2 葡萄各季节工作制度生育季节工作制度春季8天灌一次，一次灌5小时夏季4天灌一次，一次灌5小时秋季8天灌一次，一次灌5小时冬季冬水灌溉一次灌水时间：灌水当天的早上5点到10点5.流量计算及管径确定5.1各级管道流量计算 （1）每条毛管流量。 q=N q/=50×2.5/0.9=139L/h=0.139m3/h 其中N-每条毛管滴头数，N=20÷0.4=50个。 （2）每条支管流量。 Qi=2×20×q=2×20×139=5560L/h=5.56m3/h （3）干管流量。 Q=2Qi=2×5.56=11.12m3/h5.2管径确定根据各级管道输送流量、毛管最大流速2m/s的限制，选取各级管道直径如下：干管：输送流量11.12m3/h，选取63×2PVC管材；左支管：输送流量5.56m3/h，选取40×2.3PE管材；右支管：输送流量5.56m3/h，选取40×2.3PE管材。表3 PVC管材和PE管材的相关参数管材规格壁厚（mm）工作压力（Mpa）PVC63+0.32.0+0.40.63PE40+0.42.3+0.40.46.系统扬程的确定6.1毛管水头损失计算 根据公式hf=式中hf-管道沿程水头损失，m； f-摩阻系数； Q-管道流量，L/h； D-管道内径，mm； m-流量指数； b-管径指数； L-管道长度，m。 其中f=0.505，Q=139L/h，D=16mm,m=1.75,b=4.75,L=20m. 代入可得hf=0.108m。 毛管局部水头损失按沿程水头损失的15%计算， hw=0.108×15%=0.016m 所以，毛管水头损失h毛=0.108+0.016=0.12m。 毛管进口压力H毛=10m（毛管进口水头取10m水柱高）6.2支管水头损失计算 根据公式hf=， 其中f=0.505，Q=5560L/h，D=（40-4.6）=35.4mm,m=1.75,b=4.75,L=39m. 代入可得hf=3.09m， 支管局部水头损失按沿程水头损失的15%计算 hw=3.09×15%=0.46m 所以，支管水头损失h支=3.09+0.46=3.55m. 支管进口压力H支=h支+H毛=3.55+10=13.55m6.3干管水头损失计算 根据公式hf=， 其中f=0.464，Q=11120L/h，D=（63-4）=59mm,m=1.77,b=4.77,L=20m. 代入可得hf=0.48m， 支管局部水头损失按沿程水头损失的15%计算 hw=0.48×15%=0.07m 所以，干管水头损失h干=0.48+0.07=0.55m. 干管进口压力H干=h干+H支=0.55+13.55=14.10m6.4系统扬程确定 1主管入口处的工作水头 H干=14.10m 2.首部枢纽构件的水头损失由过滤器，阀门等构件构成，由产品说明书查得: H滤=6m 3.系统总扬程 H总=14.10+6=20.10m7.首部枢纽设计 灌溉工程的首部通常由水泵及动力机、控制设备、施肥装置、水质净化装置、测量和保护设备等组成。其作用是从水源抽水加压，施入肥料液，经过滤后按时按量送进管网。首部装有压力表、空气阀、闸阀、水表等设备和仪表。7.1水泵及动力设备 由于选择的水源是自来水，而自来水系统本身就有一定的水压，用来供给足够的生活和生产用水。城市自来水管网需保持的最小服务水头为：从地面算起1层为10米，两层为12米，2层以上每层增加4米。如果按6层楼考虑，则最小服务水头应为28m，此水头远远超出了系统总扬程，所以该葡萄园滴管工程可以不设水泵及动力设备。7.2过滤设备 过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。本设计选用离心过滤器和网式过滤器两次过滤离心过滤器选用LX-300-50使用注意：1、 检查压力表状况，是否工作正常。2、 及时清理积砂罐砂土。3、 冬季来临时，要排净过滤器内的积水，以防止锈蚀。4、 装卸运输中应避免碰撞和抛摔。5、 定期对过滤器外表进行防锈处理。表4 离心过滤器参考规格产品型号LX-300-50LX-300-70LX-400-80LX-400-100进水口直径（mm）507080100出水口直径（mm）507080100额定流量（m3/h）5-25 8-30 10-40 3070离心筒直径（mm）300300400400额定压力（Mpa）0.40.40.40.4网式过滤器选用1.5叠片过滤器。表5 叠片过滤器参考规格入口/出口直径（英寸）最大流量最大工作压力最大工作温度圆盘外径堆叠高度过滤精度1.5（40mm）15m3/h8bar6065mm230mm100.20mesh2（50mm）25m3/h8bar60130mm248mm100.20mesh3（75mm）45m3/h8bar60130mm496mm100.20mesh7.3施肥系统 滴灌结合追肥施药，提高了劳动生产效率 在滴灌系统上附设施肥装置，将肥料随着灌溉水一起送到根区附近，不仅节约肥料，而且提高了肥效，节省了施肥用工。一些用于土壤消毒和从根部施入的农药，也可以通过滴灌施入土壤，从而节约了劳力开支，提高了用药效果。 通常生产1吨葡萄浆果要带走氮3-6kg、磷1.5-3kg、钾4-8kg、钙8.4-12.6kg、镁1.7-2.5kg。以每亩2吨目标产量计算，每亩葡萄园需施氮12kg、磷4kg、钾18kg。一般在冬季施入每亩用量为300-500kg左右商品有机肥的基础上，可以按照以下模式进行滴灌施肥： 春肥从萌芽前一周开始到开花前：用葡萄专用滴灌肥（如氮、磷、钾配方251318+微量元素）13-15kg，每次用3-5kg，每10天用一次，随水施入。 膨大肥从幼果开始到果实成熟：用葡萄专用滴灌肥（如氮、磷、钾配方161230+微量元素）40kg左右，每次用5-6kg，10天一次随水施入；对于需钾量特别大的品种，膨大中后期可以补充钾肥5kg，随水施入。 采后肥：用葡萄专用滴灌肥（如氮、磷、钾配方251318+微量元素）6-8kg，每次用3-4kg，每10天用一次，可以迅速恢复树势，为来年积累营养。本设计选用压差式施肥罐：型号SFG-50表6 压差式施肥罐参考规格 名称规格型号工作压力Mpa施肥时间（分）施肥罐16LSFG-500.410-2030LSFG-300.415-4050LSFG-500.430-70100LSFG-1000.450-100150LSFG-1500.450-120详细布置方式见首部枢纽布置图。图5 首部枢纽布置图参考文献： 1王文焰,迟道才. 节水灌溉理论与技术M. 北京：中国水利水电出版社.2009.2吴持恭. 水力学(第四版)上M.北京：高等教育出版社.2008.3史海滨,田军仓,刘庆华. 灌溉排水工程学M. 北京：中国水利水电出版社.2006.4倪福全. 农业水利工程概论M. 北京：中国水利水电出版社.2011.5郭元裕.农田水利学（第三版）M.北京：中国水利水电出版社.2011.6冯宝清,刘长余.小型农田水利工程设计图集M.郑州，黄河水利出版社 2011年9月.7赵振兴，何建京.水力学M.北京：清华大学出版社.2008.致谢本课题在选题及研究过程中得到齐老师的悉心指导。齐老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。在我有疑难的时候是他在百忙之中抽出时间，耐心指导我，使问题顺利得到解决。齐老师在设计指导过程中所表现出的敏锐洞察力和严谨的治学态度以及一丝不苟的敬业精神，给我留下深刻印象，相信这会使我受益终生，在此特向导师致以深深的敬意和诚挚的感谢！最后，还要感谢四年里在学习上，生活上给予我指导和帮助的老师和同学！ 2014年5月