農(nóng)田水利學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　節(jié)水技術(shù)與方法考核題</p><p><b>　　一、計(jì)算題</b></p><p>　　1.井灌區(qū)地下輸水管網(wǎng)的水力計(jì)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(nèi)徑100mm。水泵采用潛水電泵，井中動(dòng)水位距地

2、面18m，水泵管路長(zhǎng)22m，采用內(nèi)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(jì)算：放水口H處出水量力50m3/s時(shí)(只開(kāi)啟這一個(gè)放水口)需要的水泵總揚(yáng)程為多少？</p><p>　　解：因?yàn)楦晒?、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>　　（2）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(zhǎng)為22m</p><p>　　62500×22×501.9/905.33=0.089m</p><p>　?。?）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>　　（5）水泵總揚(yáng)程</b></p><p>　　18+8.445+0.2=26.645m</p><p>　　2.固定式噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)</p><p><b>　　基本資料：</b></p><p>　　華北某實(shí)驗(yàn)果園，面積95畝，種植蘋(píng)果樹(shù)共2544株，果樹(shù)株距4m，行距6m，正值盛

8、果期。園內(nèi)有十字交叉道路，路邊與第一排樹(shù)的距離南北向?yàn)?m，東西向?yàn)?m。果園由道路分割成為4個(gè)小區(qū)。詳見(jiàn)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(jī)井，最大供水量60m3/h，動(dòng)水位距地面20m。該地電力供應(yīng)不足，每日開(kāi)機(jī)時(shí)間不宜超過(guò)14h。為了節(jié)約用水，并保證適時(shí)適量向果樹(shù)供水，擬采用固定式噴灌系統(tǒng)。據(jù)測(cè)定，該地蘋(píng)果樹(shù)耗水高峰期平均日耗水強(qiáng)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(fēng)

9、，月平均風(fēng)速為2.5m/s，且風(fēng)向多變。該地凍土層深度0.6m。</p><p>　　要求：(1)選擇噴頭型號(hào)和確定噴頭組合形式(包括驗(yàn)核組合平均噴灌強(qiáng)度是否小于土壤允許噴灌強(qiáng)度)；</p><p>　　(2)布置干、支管道系統(tǒng)(包括驗(yàn)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(jì)算噴頭工作時(shí)間及確定系統(tǒng)輪灌工作

10、制度；</p><p>　　(4)確定干、支管管道直徑，計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量和總揚(yáng)程。</p><p><b>　　解：</b></p><p>　?。ㄒ唬?、 選擇噴頭型號(hào)并確定噴頭組合形式</p><p>　?。?） 選擇噴頭及其參數(shù)</p><p>　　選擇PY120噴頭，該噴頭的參數(shù)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(qiáng)度：=3.13 mm/h</p><p>　　于是Wh=

12、hp/d=300×100/8=3750>3000，滿足霧化指標(biāo)要求</p><p>　　已知風(fēng)速為2.5m/s風(fēng)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(jì)算組合間距</p><p>　　因?yàn)樵缕骄L(fēng)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(jù)噴頭參數(shù)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(zhǎng)的管為固定干、支管的基本單元，亦正好為18m，a、b不需調(diào)整，可以滿足Cu≥75%的要求</p><p>　?。?）驗(yàn)算設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度</p><p

14、>　　已知地面平坦，則查得砂壤土的允許噴灌強(qiáng)度為15mm/h，</p><p>　　此設(shè)計(jì)采用多支管多噴頭同時(shí)全圓噴灑，查得風(fēng)系數(shù)Kw=1，</p><p>　　組合系數(shù)==3.14×20×20/（18×18）=3.87</p><p>　　月平均風(fēng)速為2.5m/s的多噴頭設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)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>　?。ǘ?、布置干、支管道系統(tǒng)</p><p>　?。?）干、支管道系統(tǒng)布置</p><p>　　系統(tǒng)分四個(gè)區(qū)，東側(cè)為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)，西區(qū)為

16、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)。</p><p>　?。?）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?yàn)楦晒堋⒅Ч芫鶠橛菜芰瞎?，查的f=94800，m=1.77，b=4.77，</p><p>　?、?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(gè)噴頭到末端的支管管段長(zhǎng)為m</p><p>　　相應(yīng)管段的入口流量為</p><p><b>　　多口系數(shù)</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(zhǎng)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(gè)噴頭到末端的支管管段長(zhǎng)為m</p><p>　　相應(yīng)管段的入口流量為</p><p><

19、b>　　多口系數(shù)</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(zhǎng)度6m，工作壓力600kpa。</p><p>　　③ 支管選用硬聚氯乙烯管，定尺長(zhǎng)

20、度6m，規(guī)定滿足在同一條支管上任意兩個(gè)噴頭間實(shí)際工作壓力不小于設(shè)計(jì)噴頭工作壓力的20%計(jì)算，因本地地形平坦，故實(shí)際為計(jì)算的水頭損失，1.1。</p><p>　?、?、Ⅱ、Ⅲ區(qū)支管內(nèi)徑58mm，首末端壓力差為4.04m<6m，</p><p>　?、魠^(qū)支管管徑46mm，首末端壓力差為5.73m<6m，均可滿足要求</p><p>　?。ㄈ?、計(jì)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(shù)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(gè)位置的工作時(shí)間</p><p><b>　　h</b>

22、</p><p>　?。?）每日可噴灑的工作位置數(shù)</p><p>　?。?）每次需同時(shí)工作的噴頭數(shù)</p><p><b>　　個(gè)</b></p><p>　　所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)每次工作是6個(gè)噴頭，Ⅳ區(qū)每次工作是5個(gè)噴頭,一次是3個(gè)小時(shí)，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(tǒng)輪灌組設(shè)計(jì)表</p><p>　?。ㄋ模?、確定管徑并計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量和總揚(yáng)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>　?。?）系統(tǒng)干管管徑</b></p><p>　　因設(shè)計(jì)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(zhǎng)度6m，工作壓力600kpa。</p><p><b>　?。?）水力計(jì)算</b></p><p>　　支管因已校核，故不必再算，噴頭設(shè)計(jì)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(jìn)水口水頭取34m，Ⅳ區(qū)取36m。</p><p><b>　　① 干管水力計(jì)算</b></p><p>　　，內(nèi)徑d=84mm，=2.59m，</p><p><b>　?、?水泵的揚(yáng)程計(jì)算</b></p><p>　　動(dòng)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>　?、瘛ⅱ?、Ⅲ區(qū)：</b></p><p><b>　?、魠^(qū)；</b></p><p>　?、?水泵設(shè)計(jì)流量 </p><p>　　系統(tǒng)最大輪灌組的設(shè)計(jì)流量為23.64m3/h，水泵最大揚(yáng)程為61.55m

27、，每天運(yùn)行12h，四個(gè)輪灌組，一個(gè)輪灌組為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)是1條支管上6個(gè)噴頭，Ⅳ區(qū)是1條支管上的5個(gè)噴頭。 </p><p><b>　　二、論述題</b></p><p>　　1.在我國(guó)開(kāi)展節(jié)水灌溉工作的意義及可能性（包括資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展等方面）。</p><p>　　答：（1）開(kāi)展節(jié)水灌溉工作的意義：</p><

28、p>　　水利是農(nóng)業(yè)的命脈，糧食的增產(chǎn)往往是通過(guò)灌溉面積的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前，全國(guó)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(chǎn)的糧食卻占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的80%。我國(guó)能以占世界7%的耕地養(yǎng)活占世界22%的人口，正是因?yàn)槲覀儞碛姓际澜?2%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(jié)構(gòu)變化的雙重制約。中國(guó)是水資源短缺的國(guó)家，人均占有水資源量?jī)H相當(dāng)于世界人均1/4，而且南多北少、東多西少，用水結(jié)

29、構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)用水下降，已對(duì)糧食生產(chǎn)構(gòu)成了直接威脅。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)用水矛盾日益尖銳。農(nóng)業(yè)用水逐漸被工業(yè)和城鎮(zhèn)用水?dāng)D占。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)業(yè)用水從占總量的85%下降到72%，今后還將繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)用水總量不但不可能增加，還可能減少。因此發(fā)展農(nóng)業(yè)的根本出路在于節(jié)水。節(jié)水灌溉已不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，而是直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用戰(zhàn)略和實(shí)現(xiàn)從粗放到集約經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。

30、</p><p>　　（2）可能性：資源上，我國(guó)屬嚴(yán)重缺水國(guó)家，人均占有量少，水資源的開(kāi)發(fā)難度大，這就需要開(kāi)展節(jié)水灌溉，合理分配并有效利用水資源；技術(shù)上，現(xiàn)在先進(jìn)的噴灌、微灌技術(shù)，大量采用新型材料，自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和器材設(shè)備，能夠有效控制灌水質(zhì)量、灌水時(shí)間、灌水量等，提高了灌溉的科技含量；經(jīng)濟(jì)上，采用節(jié)水灌溉技術(shù)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(guó)民經(jīng)濟(jì)快

31、速、健康、持續(xù)地發(fā)展；社會(huì)發(fā)展上，人們?cè)谟盟矫娴乃枷胗^念不斷更新，用水管理水平也在同步提高，一步步建立適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制要求的用水、節(jié)水、管水新機(jī)制。</p><p>　　2.制定非充分灌溉的灌溉制度應(yīng)如何進(jìn)行，應(yīng)注意哪些問(wèn)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(yīng)和及時(shí)調(diào)節(jié)水量的情況下，允許作物某一階段或某一生育時(shí)期水分

32、虧缺（或者說(shuō)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(jié)當(dāng)?shù)厝罕姽喔冉?jīng)驗(yàn)，群眾積累了當(dāng)?shù)毓喔壬a(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這些生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)查分析總結(jié)，可以得到符合當(dāng)?shù)貙?shí)際、具有實(shí)用意義的灌溉制度。二是根據(jù)灌溉試驗(yàn)制定灌溉制度，開(kāi)展田間作物灌溉試驗(yàn)研究工作，積累一定灌溉制度、灌水方法、灌溉效益等技術(shù)資料，可作為制定作物灌溉制度的依據(jù)。但是，在選用試驗(yàn)資料確定灌溉制度時(shí)，需注意原試驗(yàn)的條件，不可生搬硬套。三是水量平衡分析計(jì)算確定

33、，根據(jù)農(nóng)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(shí)際利于運(yùn)用，還需要參考群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)或灌溉試驗(yàn)成果。</p><p>　　應(yīng)注意的問(wèn)題：在對(duì)非充分灌溉的理解上，不應(yīng)把非充分灌溉定位于干旱半干旱的缺水地區(qū)，在半濕潤(rùn)，甚至濕潤(rùn)地區(qū)也可以根據(jù)際情況而利用；非充分灌溉的核心問(wèn)題是作物一水模型，應(yīng)加強(qiáng)不同地區(qū)、不同水文年型、主要農(nóng)作物水分生產(chǎn)函數(shù)的研究。</p><p>　　3.舉例

34、說(shuō)明一種節(jié)水灌溉工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)步驟及各過(guò)程的主要內(nèi)容。</p><p>　　答：噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)步驟及各過(guò)程的主要內(nèi)容：</p><p>　?。ㄒ唬┛睖y(cè)、收集基本資料</p><p>　　通過(guò)勘測(cè)、調(diào)查和試驗(yàn)等手段，收集灌區(qū)地形與水源、氣象、土壤、灌溉資料、現(xiàn)有設(shè)備情況等方面的基本資料，作為噴灌規(guī)劃的依據(jù)。</p><p>　　（二）噴灌可

35、行性分析</p><p>　　根據(jù)灌區(qū)基本資料，對(duì)發(fā)展噴灌在技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性做出論證，應(yīng)把水源可靠，能源有保證，材料和資金能落實(shí)，有較好質(zhì)量的設(shè)備，以及能獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益作為可行性分析的主要內(nèi)容。</p><p><b>　?。ㄈ┧垂こ桃?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(diǎn)考慮取水點(diǎn)至灌區(qū)的距離。噴灌系統(tǒng)的取水方式有自河道取水的無(wú)壩引水、有壩引水、提水取水和水庫(kù)取水等，取水方式和取水位置需根據(jù)水源類(lèi)型、流量、水量及地形、地質(zhì)等具體條件選擇。</p><p>　　2. 選擇蓄水工程的類(lèi)型、數(shù)量與位置</p><p>　　蓄水工程的形式、數(shù)量與位置應(yīng)綜合考慮水源類(lèi)型、地塊分布、地形地貌等因素合理規(guī)劃，做到經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。</

37、p><p>　　3. 蓄水工程容積的確定</p><p>　　通過(guò)來(lái)水和用水的水量平衡計(jì)算。</p><p><b>　?。ㄋ模﹪姽嘞到y(tǒng)選型</b></p><p>　　根據(jù)灌區(qū)自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，因地制宜地選擇最優(yōu)的噴灌系統(tǒng)類(lèi)型。</p><p><b>　?。ㄎ澹毫σ?guī)劃</b

38、></p><p>　　以力求系統(tǒng)壓力均衡，確保噴灌質(zhì)量和節(jié)約能源為目標(biāo)，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(shè)備規(guī)格等因素，對(duì)全灌區(qū)進(jìn)行壓力規(guī)劃，必要時(shí)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(duì)管網(wǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃

39、。</p><p>　?。?）選擇噴頭，確定噴頭的組合間距。應(yīng)滿足對(duì)噴灌強(qiáng)度、噴灌 均勻度和噴灌霧化程度的要求。</p><p>　?。?）繪出管網(wǎng)布置詳圖。</p><p>　?。?）計(jì)算噴灌灌溉制度。計(jì)算灌水定額、灌水時(shí)間和灌水周期。</p><p>　?。?）確定噴灌工作制度。</p><p>　?。?）管道設(shè)

40、計(jì)。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(jī)，確定水泵的安裝高程。</p><p>　　（8）繪出管網(wǎng)施工圖。</p><p>　　（9）列出材料及設(shè)備明細(xì)表。</p><p>　?。ㄆ撸┩顿Y概算及效益分析</p><p>　　對(duì)主要材料和設(shè)備的用量和投資造價(jià)以及工程運(yùn)