灌溉管道系统ppt课件

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讲述述管管道道灌灌溉溉系系统统的的组组成成和和分分类类，输输水水管管网网的的规规划划布布置置；输输配配水水管管道道及及管管网网优优化化设设计计；输输水水管管网网建建筑筑物物、管管材及管料；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。要要求求具具备备灌灌溉溉管管道道系系统统运运行行管管理理及及维维护护的的一一般般知知识识，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。灌溉排水工程学本章的教学目的11 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优点点：1)减减少少输水水损失失，提提高高灌灌溉水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灌溉管道系统的特点一、概述灌溉排水工程学优点：1)减少21 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)对对水水源源的的水水质质要要求求较较高高，尤尤其其是微灌系统，对水质的要求更高。是微灌系统，对水质的要求更高。1灌溉管道系统的特点一、概述灌溉排水工程学缺点：3一、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一、概述国内外现状美国：1亿亩，地面灌溉的50%前苏联：1.4二、管道系统的组成二、管道系统的组成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、毛管二、管道系统的组成首部枢纽输配水管网灌水器引水建筑物泵站沉沙5三、管道系统的分类三、管道系统的分类按结构形式按结构形式开敞式开敞式封闭式封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三、管道系统的分类按结构形式开敞式封闭式半封闭式按工作压力无6 1.1.水源引取水枢纽工程布置水源引取水枢纽工程布置 水水源源引引取取水水枢枢纽纽工工程程布布置置灌灌溉溉管管道道系系统统的的水水源源选选择择及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)首首部部枢枢纽的的组成成及及其其布布置置主主要要取取决决于于灌灌水水方方法法。不不同同的的灌灌水水方方法法对首首部部枢枢纽内内部部需需要要设置置的的各各种种设备和和装装置置不不完完全全相相同同。例例如如，水水质符符合合农田田灌灌溉标准准的的水水源源，喷灌灌系系统可可不不设置置首首部部枢枢纽；但但是是，对于于微微灌灌系系统，无无论何何种种水水质的的水水源源，都都必必须设置置首首部部枢枢纽，而而其其位位置置的的选定定则主主要要取取决决于于水水源的种源的种类和位置以及管网的布局。和位置以及管网的布局。详见第二章第四第二章第四节。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1.水源引取水枢纽工程布置二、灌溉管道系统7 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、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3输配水管网的规划布置灌溉排水工程学二、灌溉8(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)尽尽量量避避开开填填方方区区以以及及可可能能发发生生滑滑坡坡或或受受山山洪洪威威胁胁的的地地带。带。3)3)根根据据水水源源和和灌灌溉溉田田块块情情况况，确确定定输输配配水水管管网网的的形形式式。平平原原地地区区多多采采用用环环状状管管网网或或树树枝枝状状管管网网，其其各各级级管管道道应应尽尽量量采采取取两两侧侧分分水水的的布布置置形形式式；山山区区丘丘陵陵地地区区宜宜采采用用树树枝枝状状管管网网，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)输配水管网规划布置的原则与要求灌溉排水工程学二9(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)输输配配水水管管网网各各级级管管道道进进口口必必须须设设置置节节制制阀阀；管管道道最最低低处处应应设设置置退退水水泄泄水水阀阀，各各用用水水单单位位都都应应安安设设独独立立的的配配水水口口和和闸阀，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)应尽尽可可能能发挥输配配水水管管网网综合合利利用用的的功功能能，把把农田田灌灌溉与与农村供水以及水村供水以及水产、环境美化等相境美化等相结合。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(1)输配水管网规划布置的原则与要求灌溉排水工程学二10 （2 2）输配水管网的布置类型）输配水管网的布置类型 根根据据水水源源位位置置、控控制制范范围围、地地形形条条件件、田田块块形形状状和和作作物物种种植植情情况况等等，输输配配水水管管网网可可布布设设成成树树枝枝状状、环环状状和和混混合合状状3 3种种类型类型:1)1)树树枝枝状状管管网网：一一般般由由于于、支支、毛毛管管组组成成，并并逐逐级级向向下下级级管管道道配配水水，其其管管线线如如同同树树枝枝状状的的布布置置形形式式。特特点点是是，管管线线总总长长度度较较短短，构构造造简简单单，投投资资较较低低，所所以以目目前前大大多多数数农农田田灌灌溉溉输输配配水水管管网网均均采采用用这这种种形形式式。但但管管网网内内的的压压力力不不均均匀匀，各各条条管管道道问问的的水水量量不不能能互互相相调调济济，任任一一级级管管线线损损坏坏时，其以下管线就会断水而得不到可靠的供水。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（2）输配水管网的布置类型灌溉排水工程学二、灌溉管道系统11 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1)树枝状管网灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布12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。灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置2)环状管网：13 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3)混合状管网：混合状管网是由树枝状管网和环状管网混14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。灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置当控制面积较大，地15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（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 低低压压管管灌灌系系统统输输配配水水管管网网依依其其结结构构可可分分为为地地埋埋固固定定式式和和地地面面移移动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.树树枝枝状状管管网网:依依水水源源的的种种类类和和位位置置以以及及管管网网类类型型不不同同，其其布置形式有如下几种布置形式有如下几种:水水源源位位于于田田块块一一侧侧，树树枝枝状状管管网网呈呈“一一”形形、“T T”形形和和“L L”形。形。灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置（3）低压管灌系统输配16“T T”形形“L L”形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“T”形“L”形灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布置17“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”字形字形树枝状管网布置形式树枝状管网布置形式:“工”字形“一”字形灌溉排水工程学二、灌溉管道系统规划布18 b.b.环环状状管管网网:水水源源位位于于田田块块中中心心，控控制制面面积积约约6.76.710 10 hmhm2 2，田田块块长长宽宽比比2 2的的环环状状管管网网布布置置形形式式见见下下图图a。水水源源位位于田块一侧、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 灌溉工灌溉工程程二、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b.环状管网:水源位于田块中心，控制面积约619（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 地地面面移移动动管管网网一一般般只只有有一一级级或或两两级级，其其管管材材通通常常有有移移动软管、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。对对于于渠渠灌灌区区，常常采采用用多多级级半半固固定定式式或或固固定定式式低低压压管管灌灌系统，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 灌溉工灌溉工程程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置（3）低压管灌系统输配水管网的布置形式灌溉排水工程学第一篇20灌溉排水工程学灌溉排水工程学第一篇第一篇 灌溉工灌溉工程程二、灌溉管道系统规划布置二、灌溉管道系统规划布置下下图图为为梯梯田田管管灌灌系系统统树树枝枝状状管管网网的的布布置置形形式式。由由于于管管灌灌区区地地形形坡坡度度陡陡，因因此此布布置置干干管管沿沿地地形形坡坡度度走走向向，即即干干管管垂垂直直等等高高线线布布置置。这这样样干干管管可可双双向向布布置置支支管管。支支管管均均沿沿梯梯田田地地块块方方向向，平平行行等高线布置。等高线布置。灌溉排水工程学第一篇灌溉工程二、灌溉管道系统规划21灌溉排水工程学灌溉排水工程学第一篇第一篇 灌溉工灌溉工程程二、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 右右图图为为一一山山丘丘区区管管灌灌系系统统呈呈辐辐射射树树枝枝状状管管网网的的布布置置形形式式。该该灌灌区区地地形形起起伏伏，坡坡度度陡陡，水水源源位位置置低低，故故需需建建泵泵站站提提水水加加压压经经干干管管、支管输水。支管输水。由由于于干干管管实实际际上上是是泵泵站站的的扬扬水水压压力力管管道道，因因此此必必须须垂垂直直等等高高线线布布置置，以以使使管管线线最最短短。支支管管平平行行于于等等高高线线布布置置。同同时时，因因地地形形起起伏伏，故故布布置置辐辐射射状状分分支支管管，由由支支管管给给水水栓栓供供水水，并并沿沿山山丘丘脊脊线线垂垂直直 等高线走向。等高线走向。灌溉排水工程学第一篇灌溉工程二、灌溉管道系统规划22灌溉管道系统ppt课件23灌溉管道系统ppt课件24四、管道系统的规划布置四、管道系统的规划布置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：四、管道系统的规划布置受地形影响较小更主要的考虑使支管压力分25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部枢纽的布置首部枢纽的布置布置原则：水源远离灌区时，先用输水管道（渠道）将水引至灌区内26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管道系统的布置平原地区：管线一般为直线上下级管道一般垂直末级27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，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山丘地区：管道系统的规划布置末级管道一般沿等高线布置，避免走28五、管道的种类及其规格五、管道的种类及其规格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、施工五、管道的种类及其规格对管道的技术要求能承受设计要求的工作压29管道的种类及其规格管道的种类及其规格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管道的种类及其规格固定管道的种类及其适用范围30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管道的种类及其规格移动管道的种类及其适用范围铝合金管镀锌薄壁31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，向田间放水六、管道附件六、管道附件半固定式系统中固定管道与控制管道的启闭，调节流量排除管道内32七、管道系统的工作制度七、管道系统的工作制度续灌续灌轮灌轮灌随机取水随机取水七、管道系统的工作制度续灌轮灌随机取水33八、管道系统的流量与压力推算八、管道系统的流量与压力推算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八、管道系统的流量与压力推算选管材初定管径水头损失校核树枝状34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沿程水头损失计算摩擦系数管道长度流量管道内径流量指数管径指数35沿程水头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沿程水头损失计算等距等流量多出口管道：多口系数按首端流量计算36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总水头损失计算总水头损失计算局部水头损失计算局部阻力系数管道内水流流速总水头损失计算37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时 的干管流量的干管流量管道设计流量计算续灌时：下级管道流量之和轮灌时：同时工作的下38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 随机取水流量系数系统日运与管理工作保证率系统支管数系统运39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首部设计工作压力灌水器的典型点高程与40九、管道系统的结构设计九、管道系统的结构设计埋深：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，1/100-1/1000九、管道系统的结构设计埋深：防止农业机械损坏管道应大于最大冰41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镇墩：管道受到较大的水平力作用时设置，一般42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管道系统的结构设计柔性接头：伸缩接头：土壤不很坚实，管槽不均43