低压输水管道农田灌溉技术要点.doc
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1、低压输水管道农田灌溉技术要点(试 行)保定地区水利局1998年3月目 录一、概述1二、基本资料的搜集21、地形资料:22、气象资料:23、作物的种植资料:24、作物需水量资料:25、土壤资料:36、水源和动力资料:4三、管道系统规划51、规划原则:52、确定灌溉流量:53、确定有效灌溉面积64、管网布置7四、管径的确定91、管道压力和流速92、管径的计算选择方法13五:管材的选择211、硬聚氯乙烯管(PVC管)、聚乙烯硬管(PE管)、聚丙烯硬管(PP管)。222、砼或水泥土管,又有离心和挤压成型之区别。223、塑料软管做内衬外护圬工料管道。224、现场浇筑砼管。225、菱镁土管。23六、机泵的
2、选配251、水泵的选配原则252、动力机的选配原则。26七、辅助建筑物的设计271、选用硬PVC管道,在潜水电泵或深井泵出水口处安装一真空泵底阀,水流可直接给管道,减少了枢纽部分的闸阀,弯头,铁管等管件。降低工程造价,减少了水头损失。272、选用砼管道,还要设主水池,分水池和排气孔沉沙池等。27八、效益分析291、还本年限:可用下面公式计算。292、总效益系数:293、益本比29九、管道施工301、管道埋设深度。302、测量放线。303、基坑开挖。304、管道铺设。30十、管理与运用311、全面配套。312、组织管理。313、工程管理。324、运行管理。32前 言我国水资源匮乏,已越来越引起人
3、们的普遍关注。缓解水资源供需矛盾的途径是:全面节流,适当开源,强化管理,加强保护。农业是用水大户,有很大的节潜力。目前,农业节水的出路在于发展节水灌溉,推广先进的灌水技术和措施。管道输水灌溉就是节水的基本措施之一。它具有省水、节能、省地、省工、缩短轮灌周期,受自然和人为破坏因素影响小,便于管理等多方面优点具有显著的经济效益。近几年来,低压管道在冀、鲁、豫、京、津等省、市发展较快,是一项具有广阔发展前景的节水灌溉技术。管道灌溉在发展策略上要注重效益,提高质量,全面配套,稳步发展。目前,我区管道灌溉也和各地一样,发展很快,但是,也还存在着不重视规划设计或管网布局欠合理,管径、管材未经选择等问题。该
4、技术要点就是针对这些问题而编写的。供各县、市水利技术人员和区、乡水利员参考。目的是使管道输水灌溉逐步向正规化、规范化发展。由于水平有限,错误之处难免,望各县在实践中修正、补充和完善。 编者一、 概述管道输水灌溉是利用管道系统把水送到田间的灌溉方法。用管道输水代替明渠输水,可心减少输水损失。管道输水灌溉系统包括引水管道输水系统和田间管道输水系统。完善的引水管道输水系统包括取水结构,输水干管(地下或地面),分水结构、配水管道(地下或地面)、放水口等部分。水从引水管道输水系统的放水口进入田间管道输水系统,可以地下浸润灌溉(渗灌)、喷灌或低压管道灌溉三种灌水法进行灌溉。田间输水管道为带有缝隙或微孔的地
5、下埋管,使水分从管子的缝隙或微孔渗出,借毛细管作用湿润土壤的灌溉方法称为地下浸润灌溉。田间输水管道为能承受较高压力的输水管,将喷头直接装在田间输水支管上进行喷洒灌溉,称为喷灌。通过田间输水暗管或地面移动管和闸管系统将水送到灌水沟或畦田进行地面灌溉称为低压管道输水灌溉。利用管道输水灌溉系统,可以消除蒸发损失和渗漏损失,灌溉水利用系数可以提高到90%以上。与不防渗的渠道系统相比,可以节约灌溉用水30%以上,且还具有输水快,土地利用率高,利于交通和机械化,自动化等优点。管道输水灌溉是一项值得重视的节水措施。二、 基本资料的搜集灌区基本资料的搜集是搞好管道灌溉系统规划设计的必要条件和基础。在进行规划设
6、计之前,应搜集如下基本资料:1、地形资料:一般应有1/10001/5000 的灌区地形图,地形较平坦的小型灌区,可以绘制草图,标明地面高程,机井的垄沟位置,田块长宽距离等数据。以作为输水管道布设、总扬程计算、机泵安装和建筑物高程确定等的依据。2、气象资料:包括湿度、雨量、蒸发量、气温、地温、冻土层等有关农业气象资料,以此作为计算农作物需水量和拟定灌溉制度的依据,冻土层深度则可做为管道埋深的参考。3、作物的种植资料:包括作物的种类、播种面积、种植方向和浇地习惯,复种指数及各种作物的生育阶段和根系活动层深度等。4、作物需水量资料:作物田间需水量系指作物叶面蒸腾和棵间蒸发两部分,一般通过田间试验求得
7、,也可参考条件相似地区的资料确定,见表1表1 华北地区冬小麦各生育期需水量生育阶段天数总需水量(mm)占总需水量的百分比(%)日平均需水量(mm)(m3/亩)播种返青13191.119.70.70.47返青拔节4063.413.81.61.07拔节抽穗34149.132.34.42.93抽穗灌浆14104.522.67.55.0灌浆成熟1953.611.62.81.87全生育期238461.71001.941.295、土壤资料:包括土壤质地、持水能力、透水性和土壤厚度等 (1)土壤质地:按我国土壤质地分类标准,将土壤划分为砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土。精确地判定土壤质地需根据土粒
8、分级标准在实验室内进行。也可采用简单的野外手测判定,其方法见表2表2 土壤质地野外鉴定法土壤质地特 征干 时湿 时砂土松散不结块不论加多少水,都不能成块砂壤土松散易碎加水能成块,可搓成拇指粗的土条,再细即散轻壤土土块轻捏即碎可搓成直径3毫米的土条,拿起一端即折裂中壤土土块用力捏可碎可搓成直径3毫米的土条,土条拿一端不断,但不能弯成直径23厘米的小环重壤土土块用力捏可碎但小土粒难粉碎可搓成直径1.52毫米的土条,弯成小环,压扁产生裂纹粘土土块用力不易捏碎可搓成直径1.52毫米的土条,弯成小环,压扁无裂纹(2)土壤容重:自然状态下单位体积干燥土块的重量,称为土壤容重,通常用g/cm3(克/厘米3)
9、表示。土壤容重的大小和土壤质地、土壤中有机质的含量有关,最好通过实测资料来确定。如无实测资料,可参考表3表3 土壤容重及田间持水率土壤质地容重(g/cm3)田间持水率重量(%)体积(%)砂土1.451.6016222632砂壤土1.361.5422303240轻壤土1.401.5222283036中壤土1.401.5522283035重壤土1.381.5422283242粘土1.301.4525353545(3)土壤田间持水率:系指在有良好排水条件下,不受重力影响力而保持在土壤内的水分含量。常用占干土重量或体积的百分数来表示,它是确定灌水时间和灌水定额的一个重要指标。由于各地的情况不同,有条件
10、的地方应对灌区土壤田间持水率进行野外测定,如无实测资料可参考表3。6、水源和动力资料:要了解水源的水质、含沙量、出水量和取水方式以及动力配套情况。机井灌区,要摸清水文地质情况、地下水年内变化规律。调查原井深,现井深、静、动水位埋深、单位涌水量、配套水泵、动力机型号、性能参数、测试综合装置效率等。三、管道系统规划1、规划原则:发展地下管道,要坚持统一规划,合理布局的原则;坚持与机井测改相结合,正确确定压力范围,供水泵剩余扬程与管路输水要求的压力相匹配;在没有富余扬程时,坚持水量减少量不大于10情况下,确定管径和最大铺设长度;坚持优先在井灌区、水资源贫乏、土壤渗漏严重、人多地少、有一定经济基础、干
11、部群众积极性高的乡村发展。坚持因地制宜,就地取材,讲求实效,按自然规律和经济规律办事。要进行多方案比较,以节约材料和投资,并尽量使管材、管件规格化,以省施工,管理与维修。2、确定灌溉流量:灌溉设计流量的大小与机井控制面积、作物灌水定额及灌水周期等有关。可按下式计算:Q=(1)式中Q为设计灌溉系统流量(m3/h),米3/小时;m 设计灌水定额,取作物生育期最大的一次灌水量(米3/亩);A设计灌溉面积(亩);T灌水周期(即一次灌水延续时间)(天);t 每天灌水小时数(小时)管道系统水利用系数。以上参数在无当地试验资料时,可参照表4选择。表4 小麦、蔬菜灌溉指标作 物 名 称灌 溉 面 积 A(亩)
12、最大灌水定 额m(米3/亩)灌 水周 期T(天)日灌水时 间t(小时)灌溉设计 流 量Q (米3/小时)管道水利用系数小 麦14045816500.98玉 米50102850600.983、确定有效灌溉面积 A=(2) 式中:A机井的有效控制面积(亩); Q机井的出水量(m3/h); T作物灌水周期(天),小麦一般为710天;t 机井每天浇地时间,一般取1620小时;m 灌水定额,小麦一般取4050米3/亩;管道系统水利用系数,一般取0.950.98,当 输水管道只埋设主干管时,需乘以田=0.9。4、管网布置(1)、布置原则:应力求管线短,控制面积大,少占耕地,并避免弯道和起伏。为适应机械耕作
13、和农业技术措施的要求,管道最好采用双向分水,或结合田间道路布置,尽量做到与道路、林带、供电等相结合,便于管理。(2)、布置要点:(a)、按井控制范围确定管道长度及支管间距。(b)、根据当地作物种植方向,确定干、支管方位走向、移动管的长度不大于100米。确保灌水方向与种植方向一致。(c)、按作物土壤和入畦流量确定畦长的规格尺寸及出水口位置。出水口间距3050米为宜,可采取群井汇流,提高应变能力。(d)、按地形坡度确定出水口分水形式,当纵坡i1/2000时,采用单项出水;当纵坡i1/2000时,采用双向出水。(e)、管道走向平顺,尽量减少弯头,减少水头损失。(f)、据最大冻土厚度及作物根系活动范围
14、,确定管道埋深。(3)、布置形式:按上述原则及要点布置管道,主要有以下五种形式。(a)、“一字”型。条田长宽比3时,采用。设干管一条,垂直等高线间距3050米设一出水口。毛沟垂直于干管,灌水方向平行于作物种植方向。见图1(b)、“梳齿”型。条田长宽比2时采用。设干管一条,支管两条,支管垂直于等高线,每间距3050米设一出水口,毛沟垂直于支管,灌水方向平行于作物种植方向。见图2(c)、“鱼骨”型。2条田长宽比3时采用。设干管一条,间距100米设支管5条,支管首尾设出水口,毛沟与等高线垂直,灌水方向平行于作物种植方向。见图3(d)、“梳齿网”状,条田长宽比=1时采用。在干管上设支管支管间距50米设
15、一出水口,毛沟平行等高线,可双向配水入畦,灌水方向平行作物种植方向。见图4(e)、“鱼骨网”状,条田长宽比同梳齿网,布设干管垂直等高线,间距100米,支管平行等高,支管上设出水口,间距50米,毛沟垂直等高线,灌水方向平行作物种植方向。见图5上述几种形式,当地面坡降i1/2000时,出水口间距可加大一倍。毛沟成双向输水,若新打井,井位布置在田块中心,可缩短输水管长度和缩小管径。固定式管道一次性投资较大。在经济力量比较薄弱的乡村还可搞半固定或移动式管道。主管道(一级)埋入地下,支管道(二级)采用小白龙移动输水入毛沟或直接入畦浇地。如图6、图7。四、管径的确定管径的大小与管道流速有直接关系。管道流量
16、一定时,如断面小则流速大,水头损失大故管道投资少,但运行费大;反之,断面大,流速小,管道投资大,但运行费小。只有当管道流速在某一范围时,管道的年折旧费和年运行费之和为最小时,管径的选择才算合理,这时的流速称为“经济流速”管径即为经济流速。1、管道压力和流速低压输水管道的压力一般在0.22kgfcm2(公斤力/厘米2),适宜流速与管径、材料、动力等因素有关,一般控制在0.51.5m/s。现行采用并被初步验证的地下管道适宜流速值如表5,可供参考。表5 地下管道适宜流速表 单位:m/s管材钢筋混凝土管钢丝网水泥管素混凝土管石棉 水泥管硬塑料管陶瓷管适宜流速0.81.50.81.40.51.10.71
17、.30.61.30.61.1在设计中,如采用的流速值大于表中上限值时,则需进行水锤计算,符合要求方可采用;如采用流速值小于表中下限值时,必须同时满足不淤积的要求,淤积流速一般为0.30.4m/s。2、管径的计算选择方法(1)根据管道设计流量和适宜流速确定管径。计算公式: A=(3) 又 A= 则 D=(4)式中:A与适宜流速相应的管道横断面(m2); Q管道通过的流量(m3/s); V适宜的流速(m/s); D管道内径(m)。(2)通过水头损失计算确定管径。即选择水头损失在一定范围内的管径。(a)喷灌技术规范(GBJ85-85)确定的计算管道沿程水头损失通用公式:hf=(5) 式中:hf沿程水
18、头损失(米); f摩阻系数,与摩阻损失有关; L管长(米); Q流量(米3/时); d管内径(毫米) m流量指数,与摩阻损失有关; b管径指数,与摩阻系数有关。各种管材的 f、m及b值可按表6确定。表6 f、m及b数值表管材fmb混凝土管、钢筋混凝土管n = 0.013n = 0.014n = 0.015旧钢管、旧铸铁管石棉水泥管硬塑料管铝管、铝合金管1.3121061.5161061.7491066.251051.4551050.9481050.8611052221.91.851.771.745.335.335.335.14.894.774.74注:n为粗糙系数。(b)硬塑料管、软塑管(小白
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