灌溉管道系统课件.pptx

1、灌溉排水工程学灌溉排水工程学本章的教学目的本章的教学目的 讲述管道灌溉系统的组成和分类，输水管网的规划布讲述管道灌溉系统的组成和分类，输水管网的规划布置；输配水管道及管网优化设计；输水管网建筑物、管置；输配水管道及管网优化设计；输水管网建筑物、管材及管料；管道灌溉系统的运行管理。材及管料；管道灌溉系统的运行管理。要求具备灌溉管道系统运行管理及维护的一般知识，要求具备灌溉管道系统运行管理及维护的一般知识，掌握灌溉管道系统规划设计方法。掌握灌溉管道系统规划设计方法。1 1灌溉管道系统的特点灌溉管道系统的特点一、一、概述概述 灌溉排水工程学灌溉排水工程学优点：优点：1)减少输水损失，提高灌溉水减少输

2、水损失，提高灌溉水利用系数利用系数,节水效益显著；节水效益显著；2）减少占地减少占地7%-13%,土地利用率高；土地利用率高；3）适应性强；）适应性强；4）输水速度快、效率高；）输水速度快、效率高；5）维修养护省工、省时、管理方便；）维修养护省工、省时、管理方便；6）灌水及时。）灌水及时。1 1灌溉管道系统的特点灌溉管道系统的特点一、一、概述概述 灌溉排水工程学灌溉排水工程学缺点：缺点：1)1)需要的材料和设备较多；需要的材料和设备较多；2)2)投资较高；投资较高；3)3)规划设计内容较复杂；规划设计内容较复杂；4)4)对水源的水质要求较高，尤其对水源的水质要求较高，尤其是微灌系统，对水质的要

3、求更高。是微灌系统，对水质的要求更高。一、概述国内外现状国内外现状美国：美国：1亿亩，地面灌溉的亿亩，地面灌溉的50%前苏联：前苏联：1.66亿亩亿亩,63%以色列：以色列：300万亩万亩,90%以上以上中国：中国：5000万亩万亩,主要在北方地区主要在北方地区首部枢纽首部枢纽输配水管网输配水管网灌水器灌水器引水建筑物引水建筑物泵站泵站沉沙沉沙过滤设备过滤设备肥料化学药剂注入设备肥料化学药剂注入设备控制器控制器 压力、流量调节器压力、流量调节器量测设备量测设备加压加压水质处理水质处理取水取水总干管、干管、分干管、支管、毛管总干管、干管、分干管、支管、毛管按结构形式按结构形式开敞式开敞式封闭式封

4、闭式半封闭式半封闭式按工作压力按工作压力无压无压有压有压低压：低压：200kPa中压：中压：200400kPa高压：高压：400kPa按可移动程度按可移动程度固定式固定式移动式移动式半固定式半固定式按压力来源按压力来源自压自压机压机压 1.1.水源引取水枢纽工程布置水源引取水枢纽工程布置 水源引取水枢纽工程布置灌溉管道系统的水源选择及水源引取水枢纽工程布置灌溉管道系统的水源选择及其引取水枢纽的工程布置基本上与灌溉渠道系统的相同。其引取水枢纽的工程布置基本上与灌溉渠道系统的相同。2 2首部枢纽首部枢纽(head work)(head work)首部枢纽的组成及其布置主要取决于灌水方法。不同首部枢

5、纽的组成及其布置主要取决于灌水方法。不同的灌水方法对首部枢纽内部需要设置的各种设备和装置不的灌水方法对首部枢纽内部需要设置的各种设备和装置不完全相同。例如，水质符合农田灌溉标准的水源，喷灌系完全相同。例如，水质符合农田灌溉标准的水源，喷灌系统可不设置首部枢纽；但是，对于微灌系统，无论何种水统可不设置首部枢纽；但是，对于微灌系统，无论何种水质的水源，都必须设置首部枢纽，而其位置的选定则主要质的水源，都必须设置首部枢纽，而其位置的选定则主要取决于水源的种类和位置以及管网的布局。详见第二章第取决于水源的种类和位置以及管网的布局。详见第二章第四节。四节。二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置

6、灌溉排水工程学灌溉排水工程学 3 3输配水管网的规划布置输配水管网的规划布置 输水管道：输水管道：输水管道通常是指从水源输送灌溉水到配输水管道通常是指从水源输送灌溉水到配水管道的管道，其主要任务是输水，一般为主管或干管水管道的管道，其主要任务是输水，一般为主管或干管上无配水管道分出的管道或管段。上无配水管道分出的管道或管段。配水管道配水管道：配水管道是将输水管道输送的灌溉水分配：配水管道是将输水管道输送的灌溉水分配到下一级配水管道或灌溉农田的管道，其主要任务是分到下一级配水管道或灌溉农田的管道，其主要任务是分配流量和水量。配水管道又可分为配水干管、配水支管配流量和水量。配水管道又可分为配水干管

7、、配水支管和配水毛管等级别。和配水毛管等级别。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置(1)(1)输配水管网规划布置的原则与要求输配水管网规划布置的原则与要求 1)1)总长度最短、水头损失小、总造价低而管理运用方便。总长度最短、水头损失小、总造价低而管理运用方便。2)2)尽量避开填方区以及可能发生滑坡或受山洪威胁的地尽量避开填方区以及可能发生滑坡或受山洪威胁的地带。带。3)3)根据水源和灌溉田块情况，确定输配水管网的形式。根据水源和灌溉田块情况，确定输配水管网的形式。平原地区多采用环状管网或树枝状管网，其各级管道应尽量平原地区多采用环状管网或树枝状管网，其各

8、级管道应尽量采取两侧分水的布置形式；山区丘陵地区宜采用树枝状管网，采取两侧分水的布置形式；山区丘陵地区宜采用树枝状管网，其主要管道应尽量沿山脊布置，以尽量减少管道起伏。其主要管道应尽量沿山脊布置，以尽量减少管道起伏。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置(1)(1)输配水管网规划布置的原则与要求输配水管网规划布置的原则与要求 4)4)正确确定正确确定输配水管网的进口设计流量和设计压力。输配水管网的进口设计流量和设计压力。5)5)输配水管网各级管道进口必须设置节制阀；管道最低输配水管网各级管道进口必须设置节制阀；管道最低处应设置退水泄水阀，各用水单位都应安设

9、独立的配水口和处应设置退水泄水阀，各用水单位都应安设独立的配水口和闸阀，并应装设压力和流量的计量装置。闸阀，并应装设压力和流量的计量装置。6)6)应尽可能发挥输配水管网综合利用的功能，把农田灌应尽可能发挥输配水管网综合利用的功能，把农田灌溉与农村供水以及水产、环境美化等相结合。溉与农村供水以及水产、环境美化等相结合。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 （2 2）输配水管网的布置类型）输配水管网的布置类型 根据水源位置、控制范围、地形条件、田块形状和作物种根据水源位置、控制范围、地形条件、田块形状和作物种植情况等，输配水管网可布设成树枝状、环状和混合状植

10、情况等，输配水管网可布设成树枝状、环状和混合状3 3种种类型类型:1)1)树枝状管网树枝状管网：一般由于、支、毛管组成，并逐级向一般由于、支、毛管组成，并逐级向下级管道配水，其管线如同树枝状的布置形式。特点是，下级管道配水，其管线如同树枝状的布置形式。特点是，管线总长度较短，构造简单，投资较低，所以目前大多数管线总长度较短，构造简单，投资较低，所以目前大多数农田灌溉输配水管网均采用这种形式。但管网内的压力不农田灌溉输配水管网均采用这种形式。但管网内的压力不均匀，各条管道问的水量不能互相调济，任一级管线损坏均匀，各条管道问的水量不能互相调济，任一级管线损坏时，其以下管线就会断水而得不到可靠的供水

11、。时，其以下管线就会断水而得不到可靠的供水。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 1)1)树枝状管网树枝状管网 灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置灌溉排水工程学灌溉排水工程学 二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 2)2)环状管网环状管网：一般指干、支管或干、支、毛管各管线：一般指干、支管或干、支、毛管各管线互相连接成环形的管网形式。其突出特点是，供水安全可互相连接成环形的管网形式。其突出特点是，供水安全可靠，管网内水压力较均匀，管道内的水流条件好，供水保靠，管网内水压力较均匀，管道内的水流条件好，供

12、水保证率高，各条管道间水量调配灵活，有利于随机用水。但证率高，各条管道间水量调配灵活，有利于随机用水。但管线总长度较长，管材和管件等用量大，投资一般高于树管线总长度较长，管材和管件等用量大，投资一般高于树枝状管网。枝状管网。3)3)混合状管网：混合状管网：混合状管网是由树枝状管网和环状管混合状管网是由树枝状管网和环状管网混合组成的管网形式。其特点介于树枝状管网和环状管网混合组成的管网形式。其特点介于树枝状管网和环状管网。通常对于配水干管和供水要求可靠程度稍低的支、毛网。通常对于配水干管和供水要求可靠程度稍低的支、毛管可采用树枝状管网；而对于供水要求压力均匀、可靠性管可采用树枝状管网；而对于供水

13、要求压力均匀、可靠性大的支、毛管则应采用环状管网，并共同组成为混合状管大的支、毛管则应采用环状管网，并共同组成为混合状管网。这种管网结构较复杂，管理运用不方便。网。这种管网结构较复杂，管理运用不方便。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置当控制面积较大，地块近似成方形，作物种植方向与灌水方向当控制面积较大，地块近似成方形，作物种植方向与灌水方向相同或不相同时树枝状管网可布置成梳齿形或丰字形。相同或不相同时树枝状管网可布置成梳齿形或丰字形。灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统

14、规划布置二、灌溉管道系统规划布置（3 3）低压管灌系统输配水管网的布置形式）低压管灌系统输配水管网的布置形式 低压管灌系统输配水管网依其结构可分为地埋固定式和地面移动低压管灌系统输配水管网依其结构可分为地埋固定式和地面移动式两种类型式两种类型:1)1)地埋固定式管网的布置形式地埋固定式管网的布置形式:a.a.树枝状管网树枝状管网:依水源的种类和位置以及管网类型不同，其依水源的种类和位置以及管网类型不同，其布置形式有如下几种布置形式有如下几种:水源位于田块一侧，树枝状管网呈水源位于田块一侧，树枝状管网呈“一一”形、形、“T T”形和形和“L L”形。形。“T T”形形“L L”形形灌溉排水工程学

15、灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置“工工”字形字形“一一”字形字形灌溉排水工程学灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 水源位于田块中心，常采用水源位于田块中心，常采用“工工”字形和长字形和长“一一”字形树字形树枝状管网布置形式枝状管网布置形式:b.b.环状管网环状管网:水源位于田块中心，控制面积约水源位于田块中心，控制面积约6.76.710 10 hmhm2 2，田块长宽比，田块长宽比2 2的环状管网布置形式见下图的环状管网布置形式见下图a。水源位水源位于田块一侧、控制面积较大的环状管网布置形式于田块一侧、控制面积较大的环状管网布置形式(图

16、图b)。灌溉排水工程学灌溉排水工程学第一篇第一篇 灌溉工程灌溉工程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置井灌管网井灌管网布置录像布置录像（3 3）低压管灌系统输配水管网的布置形式）低压管灌系统输配水管网的布置形式 2)2)地面移动管网的布设和使用地面移动管网的布设和使用 地面移动管网一般只有一级或两级，其管材通常有移地面移动管网一般只有一级或两级，其管材通常有移动软管、移动硬管和软管硬管联合运用动软管、移动硬管和软管硬管联合运用3 3种。种。对于渠灌区，常采用多级半固定式或固定式低压对于渠灌区，常采用多级半固定式或固定式低压管管灌灌系统，系统，并多并多主要采用树主要采用树枝状管网。枝

17、状管网。灌溉排水工程学灌溉排水工程学第一篇第一篇 灌溉工程灌溉工程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 灌溉排水工程学灌溉排水工程学第一篇第一篇 灌溉工程灌溉工程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置下图为梯田管灌系统树枝状管网的布置形式。由于管灌区地形下图为梯田管灌系统树枝状管网的布置形式。由于管灌区地形坡度陡，因此布置干管沿地形坡度走向，即干管垂直等高线布坡度陡，因此布置干管沿地形坡度走向，即干管垂直等高线布置。这样干管可双向布置支置。这样干管可双向布置支管。支管均沿梯田地块方向，平行管。支管均沿梯田地块方向，平行等高线布置。等高线布置。灌溉排水工程学灌溉排水工程学第

18、一篇第一篇 灌溉工程灌溉工程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置 2)2)地面移动管网的布设和使用地面移动管网的布设和使用 右图为一山丘区管灌系统呈辐右图为一山丘区管灌系统呈辐射树枝状管网的布置形式。该灌射树枝状管网的布置形式。该灌区地形起伏，坡度陡，水源位置区地形起伏，坡度陡，水源位置低，故需建泵站提水加压经干管、低，故需建泵站提水加压经干管、支管输水。支管输水。由于干管实际上是泵站的扬水由于干管实际上是泵站的扬水压力管道，因此必须垂直等高线压力管道，因此必须垂直等高线布置，以使管线最短。支管平行布置，以使管线最短。支管平行于等高线布置。同时，因地形起于等高线布置。同时，因地形起

19、伏，故布置辐射状分支管，由伏，故布置辐射状分支管，由支支管给水栓供水，并沿山丘脊线垂管给水栓供水，并沿山丘脊线垂直直 等高线走向。等高线走向。受地形影响较小受地形影响较小更主要的考虑使支管压力分布均匀，更主要的考虑使支管压力分布均匀，使管道用量最少使管道用量最少特点：特点：布置原则：布置原则：水源远离灌区时，先用输水管道（渠道）水源远离灌区时，先用输水管道（渠道）将水引至灌区内或边缘，再设首部枢纽将水引至灌区内或边缘，再设首部枢纽当采用井灌时，井和首部枢纽尽量布置在当采用井灌时，井和首部枢纽尽量布置在灌区中心位置，以减少水头损失灌区中心位置，以减少水头损失管道系统的规划布置管道系统的规划布置首

20、部枢纽的布置首部枢纽的布置管道系统的布置管道系统的布置平原地区：平原地区：管线一般为直线管线一般为直线上下级管道一般垂直上下级管道一般垂直末级管道一般与耕作方向一致末级管道一般与耕作方向一致管道系统的规划布置管道系统的规划布置山丘地区：山丘地区：管道系统的规划布置管道系统的规划布置末级管道一般沿等高线布置，避免走逆坡末级管道一般沿等高线布置，避免走逆坡管道总用量最少，管长短，管径小管道总用量最少，管长短，管径小管网内压力尽量均匀，同一根支管首尾压力差不管网内压力尽量均匀，同一根支管首尾压力差不超过工作压力的超过工作压力的20%纵断面及平面布置力求平顺，减少折点，避免负压纵断面及平面布置力求平顺

21、，减少折点，避免负压尽量减少输水水头损失，以减少能耗尽量减少输水水头损失，以减少能耗管道起伏的高处应有排气装置，低处应有泄水装置管道起伏的高处应有排气装置，低处应有泄水装置尽量沿道路和耕地边界布置尽量沿道路和耕地边界布置支管尽量与耕作方向一致支管尽量与耕作方向一致对管道的技术要求对管道的技术要求能承受设计要求的工作压力，管壁要有能承受设计要求的工作压力，管壁要有一定的厚度一定的厚度能通过设计流量，水头损失小，管径适能通过设计流量，水头损失小，管径适中，管壁光滑中，管壁光滑价格低廉，使用寿命长价格低廉，使用寿命长便于运输，易于安装、施工便于运输，易于安装、施工管道的种类及其规格管道的种类及其规格

22、固定管道的种类及其适用范围固定管道的种类及其适用范围类类 别别材材 料料工作压力（工作压力（kPa）管径（管径（cm）水泥土管水泥土管水泥、土料、水水泥、土料、水100-20020-25素混凝土管素混凝土管水泥、砂、碎石水泥、砂、碎石100-20020-25圬工涵管圬工涵管块石、砖块石、砖50石棉水泥管石棉水泥管水泥（水泥（75-85%）、石）、石棉纤维（棉纤维（15-25%）6007.5-50塑料管塑料管聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）、）、聚乙烯（聚乙烯（PE）、聚丙）、聚丙烯（烯（PP）400-10000.5-50钢筋混凝土管钢筋混凝土管400-5007-120铸铁管铸铁管400-10007

23、.5-40钢管钢管1500-6000管道的种类及其规格管道的种类及其规格移动管道的种类及其适用范围移动管道的种类及其适用范围铝合金管铝合金管镀锌薄壁钢管镀锌薄壁钢管塑料管塑料管胶管胶管薄膜塑料管薄膜塑料管控制件控制件连接件连接件快速接头快速接头给水栓给水栓三通、四通三通、四通 杠杆紧扣式杠杆紧扣式阀门阀门弯头弯头搭扣式搭扣式安全阀安全阀异径管异径管弹簧锁紧式弹簧锁紧式逆止阀逆止阀堵头堵头暗销式暗销式空气阀空气阀乙字管乙字管偏心扣式偏心扣式流量调节器流量调节器 短管短管配水井配水井放水井放水井半固定式系统中固定管道与半固定式系统中固定管道与 移动管道之间的连接部分，移动管道之间的连接部分，包括闸

24、阀和快速接头包括闸阀和快速接头控制管道的启闭，调节流量控制管道的启闭，调节流量排除管道内超过规定的压力，排除管道内超过规定的压力，防止事故发生防止事故发生又叫单向阀，它使流体只能沿一个又叫单向阀，它使流体只能沿一个 方向流动，当要反方向流动时自动方向流动，当要反方向流动时自动 关闭。水泵出口处一般要安装逆止关闭。水泵出口处一般要安装逆止 阀，以防突然停机时水倒流。阀，以防突然停机时水倒流。管道开始工作时，隆起部分常积累空气，管道开始工作时，隆起部分常积累空气，影响过水面积，发生水力冲击。安装空影响过水面积，发生水力冲击。安装空 气阀在管道充水时排除空气，充满水后气阀在管道充水时排除空气，充满水

25、后 自动关闭自动关闭自动调节流量自动调节流量用于无压管网，连接上下级管道用于无压管网，连接上下级管道用于无压管网，向田间放水用于无压管网，向田间放水续灌续灌轮灌轮灌随机取水随机取水选管材选管材初定管径初定管径水头损失校核水头损失校核树枝状管网的水力计算树枝状管网的水力计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算局部水头损失计算局部水头损失计算设计流量计算设计流量计算首部设计工作压力计算首部设计工作压力计算bmfdfLQh/沿程水头损失计算沿程水头损失计算摩擦系数摩擦系数管道长度管道长度流量流量管道内径管道内径流量指数流量指数管径指数管径指数jzjzFhhXNXNFNmNm11)(2612111沿程水头

26、损失计算沿程水头损失计算等距等流量多出口管道：等距等流量多出口管道：多口系数多口系数按首端流量计算按首端流量计算 的管道沿程损失的管道沿程损失出流孔口数出流孔口数多孔管首孔位置系数多孔管首孔位置系数流量指数流量指数gvhj22局部水头损失计算局部水头损失计算局部阻力系数局部阻力系数管道内水流流速管道内水流流速jfhhh损总水头损失计算总水头损失计算0 xQQ 管道设计流量计算管道设计流量计算续灌时：下级管道流量之和续灌时：下级管道流量之和轮灌时：同时工作的下级管道流量之和的最大值轮灌时：同时工作的下级管道流量之和的最大值随机取水时：随机取水时：随机取水流量系数随机取水流量系数连续供水时连续供水

27、时 的干管流量的干管流量)1(1111nnrKx24Cr 随机取水流量系数随机取水流量系数系统日运系统日运 行小时数行小时数与管理工作保证率与管理工作保证率 有关的系数有关的系数rQQn支01系统支管数系统支管数系统运行系数系统运行系数可能同时供水可能同时供水 的支管数的支管数 jfhhHH0首部设计工作压力首部设计工作压力灌水器的灌水器的 工作水头工作水头典型点高程与典型点高程与 水源水面的高差水源水面的高差埋深：埋深：防止农业机械损坏管道防止农业机械损坏管道应大于最大冰冻层深度应大于最大冰冻层深度坡度：坡度：一般大致与地面坡度相同一般大致与地面坡度相同特别平坦地区，特别平坦地区，1/100-1/1000管道系统的结构设计管道系统的结构设计镇墩：镇墩：管道受到较大的水平力作用时设置，管道受到较大的水平力作用时设置，一般用块石混凝土或混凝土建造一般用块石混凝土或混凝土建造管道坡度较大时管道坡度较大时管道拐弯处管道拐弯处支墩：支墩：支撑管道，土质较差、管径较大、支撑管道，土质较差、管径较大、管线较长时设置管线较长时设置管道系统的结构设计管道系统的结构设计柔性接头：柔性接头：伸缩接头：伸缩接头：土壤不很坚实，管槽不均匀沉陷土壤不很坚实，管槽不均匀沉陷的情况设置，以防管道断裂的情况设置，以防管道断裂防止因温度变化而变形防止因温度变化而变形