農田水利學課程設計

1、<p>　　節(jié)水技術與方法考核題</p><p><b>　　一、計算題</b></p><p>　　1.井灌區(qū)地下輸水管網的水力計算。</p><p>　　某井灌區(qū)地下管道布置如圖所示。一條干管，兩條支管，支管間距CF=90m,支管放水口間距CD=DE=80m。干管、支管均為硬塑料管，內徑100mm。水泵采用潛水電泵，井中動水位距地

2、面18m，水泵管路長22m，采用內徑為90mm的鋼管。該區(qū)地面平坦，放水口高出地面0.2m，圖中AB=38m，BC=15m。</p><p>　　要求計算：放水口H處出水量力50m3/s時(只開啟這一個放水口)需要的水泵總揚程為多少？</p><p>　　解：因為干管、支管均為硬塑料管，查的f1=94800，m1=1.77，b1=4.77，</p><p>　　水泵

3、采用鋼管，查的f2=62500，m2=1.9， b2=5.33，

4、 </p><p>　?。?）干管沿程水頭損失</p><p>　　AB段：94800×38×5

5、01.77/1004.77=1.056m</p><p>　　BF段：94800×75×501.77/1004.77=2.085m</p><p>　?。?）支管沿程水頭損失</p><p>　　BF段：94800×160×501.77/1004.77=4.447m</p><p>　?。?）水泵管路水

6、頭損失，已知管長為22m</p><p>　　62500×22×501.9/905.33=0.089m</p><p>　　（4）全管路水頭損失，其中管路局部水頭損失按沿程水頭損失的10%估算</p><p>　　1.1（）=1.1×（1.056+2.085+4.447+0.089）=8.445m</p><p>

7、;<b>　?。?）水泵總揚程</b></p><p>　　18+8.445+0.2=26.645m</p><p>　　2.固定式噴灌系統規(guī)劃設計</p><p><b>　　基本資料：</b></p><p>　　華北某實驗果園，面積95畝，種植蘋果樹共2544株，果樹株距4m，行距6m，正值盛

8、果期。園內有十字交叉道路，路邊與第一排樹的距離南北向為2m，東西向為3m。果園由道路分割成為4個小區(qū)。詳見1:2000果園規(guī)劃圖。該園地面平坦，土壤為砂壤土，果園南部有一眼機井，最大供水量60m3/h，動水位距地面20m。該地電力供應不足，每日開機時間不宜超過14h。為了節(jié)約用水，并保證適時適量向果樹供水，擬采用固定式噴灌系統。據測定，該地蘋果樹耗水高峰期平均日耗水強度為6mm/d，灌水周期可取5—7d。該地屬半干旱氣候區(qū)，灌溉季節(jié)多風

9、，月平均風速為2.5m/s，且風向多變。該地凍土層深度0.6m。</p><p>　　要求：(1)選擇噴頭型號和確定噴頭組合形式(包括驗核組合平均噴灌強度是否小于土壤允許噴灌強度)；</p><p>　　(2)布置干、支管道系統(包括驗核支管首、尾上的噴頭工作壓力差是否滿足規(guī)范的要求)；</p><p>　　(3)擬定噴灌灌溉制度，計算噴頭工作時間及確定系統輪灌工作

10、制度；</p><p>　　(4)確定干、支管管道直徑，計算系統設計流量和總揚程。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　　（一）、 選擇噴頭型號并確定噴頭組合形式</p><p>　?。?） 選擇噴頭及其參數</p><p>　　選擇PY120噴頭，該噴頭的參數如下：<

11、;/p><p><b>　　噴嘴直徑：8mm</b></p><p>　　工作壓力：p=300KPa</p><p>　　噴頭流量：q=3.94m3/h</p><p>　　噴頭射程：R=20m</p><p>　　噴灌強度：=3.13 mm/h</p><p>　　于是Wh=

12、hp/d=300×100/8=3750>3000，滿足霧化指標要求</p><p>　　已知風速為2.5m/s風向多變，故采用固定式全圓正方形布置，如下圖所示：</p><p>　?。?）選間距射程比，計算組合間距</p><p>　　因為月平均風速為2.5m/s，查表得間距射程比為1~0.9，取,=0.9 </p><p>

13、　　根據噴頭參數取工作壓力=300KPa 射程R=20m</p><p>　　所以a=b=*R=0.9×20=18m，取支管間距b=18m 噴頭間距a=18m</p><p>　　選三節(jié)6m長的管為固定干、支管的基本單元，亦正好為18m，a、b不需調整，可以滿足Cu≥75%的要求</p><p>　　（3）驗算設計噴灌強度</p><p

14、>　　已知地面平坦，則查得砂壤土的允許噴灌強度為15mm/h，</p><p>　　此設計采用多支管多噴頭同時全圓噴灑，查得風系數Kw=1，</p><p>　　組合系數==3.14×20×20/（18×18）=3.87</p><p>　　月平均風速為2.5m/s的多噴頭設計噴灌強度12.11mm/h </p>&

15、lt;p><b>　　故<，滿足要求</b></p><p>　　因此確定a=b=18m，噴頭為PY120，工作壓力為p=300Kpa，噴嘴直徑d=8mm。</p><p>　　（二）、布置干、支管道系統</p><p>　?。?）干、支管道系統布置</p><p>　　系統分四個區(qū)，東側為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)，西區(qū)為

16、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)。</p><p>　　（2）校核首尾噴頭工作壓力差</p><p>　　從噴頭性能表查得噴頭流量：q=3.94m3/h，因為干管、支管均為硬塑料管，查的f=94800，m=1.77，b=4.77，</p><p>　　① Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)支管管徑</p><p>　　多口出流管沿程水頭損失</p><p>　　

17、第一個噴頭到末端的支管管段長為m</p><p>　　相應管段的入口流量為</p><p><b>　　多口系數</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　由公式1.1，得</b></p><p>　　故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)支管

18、取PVC管，外徑63mm，壁厚2.5mm，每根長度6m，工作壓力600kpa。</p><p><b>　　② Ⅳ區(qū)支管管徑</b></p><p>　　多口出流管沿程水頭損失</p><p>　　第一個噴頭到末端的支管管段長為m</p><p>　　相應管段的入口流量為</p><p><

19、b>　　多口系數</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　由公式1.1，得</b></p><p>　　故Ⅳ區(qū)支管取PVC管，外徑50mm，壁厚2.0mm，每根長度6m，工作壓力600kpa。</p><p>　　③ 支管選用硬聚氯乙烯管，定尺長

20、度6m，規(guī)定滿足在同一條支管上任意兩個噴頭間實際工作壓力不小于設計噴頭工作壓力的20%計算，因本地地形平坦，故實際為計算的水頭損失，1.1。</p><p>　?、?、Ⅱ、Ⅲ區(qū)支管內徑58mm，首末端壓力差為4.04m<6m，</p><p>　　Ⅳ區(qū)支管管徑46mm，首末端壓力差為5.73m<6m，均可滿足要求</p><p>　　（三）、計算灌溉制度和

21、輪灌制度</p><p>　　取灌水周期為5天，已知耗水量為6mm/d，噴灌水利用系數為0.9，</p><p>　　(1)區(qū)域灌水定額為： </p><p><b>　　mm</b></p><p>　　(2)噴頭在1個位置的工作時間</p><p><b>　　h</b>

22、</p><p>　　（3）每日可噴灑的工作位置數</p><p>　?。?）每次需同時工作的噴頭數</p><p><b>　　個</b></p><p>　　所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)每次工作是6個噴頭，Ⅳ區(qū)每次工作是5個噴頭,一次是3個小時，每天可以換4次，每天工作4根支管共20根支管，5天灌完。</p>&l

23、t;p>　　灌溉系統輪灌組設計表</p><p>　?。ㄋ模⒋_定管徑并計算系統設計流量和總揚程</p><p>　　已算得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)支管VC管，外徑63mm，壁厚2.5mm；Ⅳ區(qū)支管PVC管，外徑50mm，壁厚2.0mm。</p><p><b>　　（1）系統干管管徑</b></p><p>　　因設計流量小

24、于120m3/h，</p><p><b>　　故取</b></p><p>　　故按規(guī)格表，選定干管外徑d=90mm，壁厚3mm，每根長度6m，工作壓力600kpa。</p><p><b>　?。?）水力計算</b></p><p>　　支管因已校核，故不必再算，噴頭設計工作壓力300kpa，即

25、30m，支管水頭損失Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)4.04m，Ⅳ區(qū)5.73m，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)處進水口水頭取34m，Ⅳ區(qū)取36m。</p><p><b>　?、?干管水力計算</b></p><p>　　，內徑d=84mm，=2.59m，</p><p><b>　　② 水泵的揚程計算</b></p><p>　　動水

26、位距地面20m，放水口高出地面0.2m，噴頭安裝高度距地面2.5m。</p><p><b>　　Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)：</b></p><p><b>　?、魠^(qū)；</b></p><p>　?、?水泵設計流量 </p><p>　　系統最大輪灌組的設計流量為23.64m3/h，水泵最大揚程為61.55m

27、，每天運行12h，四個輪灌組，一個輪灌組為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)是1條支管上6個噴頭，Ⅳ區(qū)是1條支管上的5個噴頭。 </p><p><b>　　二、論述題</b></p><p>　　1.在我國開展節(jié)水灌溉工作的意義及可能性（包括資源、技術、經濟、社會發(fā)展等方面）。</p><p>　　答：（1）開展節(jié)水灌溉工作的意義：</p><

28、p>　　水利是農業(yè)的命脈，糧食的增產往往是通過灌溉面積的增加來實現的。目前，全國1.3億HM3的耕地面積中，水田、水澆地占0.5億HM2，不足40%，而生產的糧食卻占全國糧食總產量的80%。我國能以占世界7%的耕地養(yǎng)活占世界22%的人口，正是因為我們擁有占世界22%的灌溉面積。然而，灌溉面積的增加已受到水資源總量和用水結構變化的雙重制約。中國是水資源短缺的國家，人均占有水資源量僅相當于世界人均1/4，而且南多北少、東多西少，用水結

29、構的調整和農業(yè)用水下降，已對糧食生產構成了直接威脅。</p><p>　　隨著經濟的發(fā)展，工業(yè)、城鎮(zhèn)、農業(yè)用水矛盾日益尖銳。農業(yè)用水逐漸被工業(yè)和城鎮(zhèn)用水擠占。據統計，農業(yè)用水從占總量的85%下降到72%，今后還將繼續(xù)下降，農業(yè)用水總量不但不可能增加，還可能減少。因此發(fā)展農業(yè)的根本出路在于節(jié)水。節(jié)水灌溉已不僅僅是技術問題，而是直接關系到農業(yè)發(fā)展的根本是實現水資源的可持續(xù)利用戰(zhàn)略和實現從粗放到集約經營戰(zhàn)略的具體體現。

30、</p><p>　　（2）可能性：資源上，我國屬嚴重缺水國家，人均占有量少，水資源的開發(fā)難度大，這就需要開展節(jié)水灌溉，合理分配并有效利用水資源；技術上，現在先進的噴灌、微灌技術，大量采用新型材料，自動控制，計算機數據處理等先進科學技術和器材設備，能夠有效控制灌水質量、灌水時間、灌水量等，提高了灌溉的科技含量；經濟上，采用節(jié)水灌溉技術所節(jié)省的水用在工業(yè)和城鎮(zhèn)生活方面，可緩解城市與工業(yè)用水供需矛盾，有利于國民經濟快

31、速、健康、持續(xù)地發(fā)展；社會發(fā)展上，人們在用水方面的思想觀念不斷更新，用水管理水平也在同步提高，一步步建立適應社會主義市場經濟體制要求的用水、節(jié)水、管水新機制。</p><p>　　2.制定非充分灌溉的灌溉制度應如何進行，應注意哪些問題？</p><p>　　答：非充分灌溉制度指在灌溉水資源不足或由于工程性缺水不能滿足作物充足用水供應和及時調節(jié)水量的情況下，允許作物某一階段或某一生育時期水分

32、虧缺（或者說作物一定程度受旱）灌溉。制定非充分灌溉制度通常采用以下3種方法：一是總結當地群眾灌溉經驗，群眾積累了當地灌溉生產經驗，對這些生產經驗加以調查分析總結，可以得到符合當地實際、具有實用意義的灌溉制度。二是根據灌溉試驗制定灌溉制度，開展田間作物灌溉試驗研究工作，積累一定灌溉制度、灌水方法、灌溉效益等技術資料，可作為制定作物灌溉制度的依據。但是，在選用試驗資料確定灌溉制度時，需注意原試驗的條件，不可生搬硬套。三是水量平衡分析計算確定

33、，根據農田水量平衡原理確定作物灌溉制度。為使制定灌溉制度符合實際利于運用，還需要參考群眾豐產灌水經驗或灌溉試驗成果。</p><p>　　應注意的問題：在對非充分灌溉的理解上，不應把非充分灌溉定位于干旱半干旱的缺水地區(qū)，在半濕潤，甚至濕潤地區(qū)也可以根據際情況而利用；非充分灌溉的核心問題是作物一水模型，應加強不同地區(qū)、不同水文年型、主要農作物水分生產函數的研究。</p><p>　　3.舉例

34、說明一種節(jié)水灌溉工程的規(guī)劃設計步驟及各過程的主要內容。</p><p>　　答：噴灌系統的規(guī)劃設計步驟及各過程的主要內容：</p><p>　?。ㄒ唬┛睖y、收集基本資料</p><p>　　通過勘測、調查和試驗等手段，收集灌區(qū)地形與水源、氣象、土壤、灌溉資料、現有設備情況等方面的基本資料，作為噴灌規(guī)劃的依據。</p><p>　?。ǘ﹪姽嗫?/p>

35、行性分析</p><p>　　根據灌區(qū)基本資料，對發(fā)展噴灌在技術上的可行性和經濟上的合理性做出論證，應把水源可靠，能源有保證，材料和資金能落實，有較好質量的設備，以及能獲得明顯的經濟效益作為可行性分析的主要內容。</p><p><b>　　（三）水源工程規(guī)劃</b></p><p>　　1. 選擇取水方式和取水位置</p>&l

36、t;p>　　取水位置重點考慮取水點至灌區(qū)的距離。噴灌系統的取水方式有自河道取水的無壩引水、有壩引水、提水取水和水庫取水等，取水方式和取水位置需根據水源類型、流量、水量及地形、地質等具體條件選擇。</p><p>　　2. 選擇蓄水工程的類型、數量與位置</p><p>　　蓄水工程的形式、數量與位置應綜合考慮水源類型、地塊分布、地形地貌等因素合理規(guī)劃，做到經濟、安全、可靠。</

37、p><p>　　3. 蓄水工程容積的確定</p><p>　　通過來水和用水的水量平衡計算。</p><p><b>　　（四）噴灌系統選型</b></p><p>　　根據灌區(qū)自然條件和社會經濟條件，因地制宜地選擇最優(yōu)的噴灌系統類型。</p><p><b>　?。ㄎ澹毫σ?guī)劃</b

38、></p><p>　　以力求系統壓力均衡，確保噴灌質量和節(jié)約能源為目標，綜合考慮水源水位、灌區(qū)地面高程變化、地塊分布、輸水距離以及可供選擇的設備規(guī)格等因素，對全灌區(qū)進行壓力規(guī)劃，必要時做出壓力分區(qū)。</p><p><b>　?。┕こ桃?guī)劃布置</b></p><p>　?。?）工程規(guī)劃。選擇泵站位置，確定干管位置，對管網進行總體規(guī)劃

39、。</p><p>　?。?）選擇噴頭，確定噴頭的組合間距。應滿足對噴灌強度、噴灌 均勻度和噴灌霧化程度的要求。</p><p>　?。?）繪出管網布置詳圖。</p><p>　　（4）計算噴灌灌溉制度。計算灌水定額、灌水時間和灌水周期。</p><p>　?。?）確定噴灌工作制度。</p><p>　?。?）管道設

40、計。選擇管材，確定管徑，推算管道沿程損失和局部損失。</p><p>　　（7）選擇水泵和電機，確定水泵的安裝高程。</p><p>　?。?）繪出管網施工圖。</p><p>　　（9）列出材料及設備明細表。</p><p>　　（七）投資概算及效益分析</p><p>　　對主要材料和設備的用量和投資造價以及工程運