噴灌系統(tǒng)水力計算PPT課件.ppt

第一節(jié)園林給水工程 噴灌系統(tǒng)設(shè)計 第二章園林給排水工程 1 上節(jié)課內(nèi)容回顧 1 水頭損失概念及其分類 2 樹枝狀管網(wǎng)的計算目的 2 五 噴灌系統(tǒng)的設(shè)計 噴灌是噴灑灌溉的簡稱 是借助一套專門的設(shè)備將具有壓力的水噴灑到空中 散成水滴降落到地面 供給植物水分的一種灌溉方法 一 噴灌系統(tǒng)簡介 3 4 5 6 7 噴灌的優(yōu)點 近似于天然降水 對植物全面進行澆灌 可以洗去樹葉上的塵土 增加空氣的濕度 節(jié)約用水 節(jié)省空間 投資較高 受風和空氣溫度影響大 技術(shù)要求高 高 中壓灌耗能較大 噴灌的缺點 噴灌系統(tǒng)的特點 8 噴灌系統(tǒng)的分類 依噴灌方式 噴灌系統(tǒng)可分為 1 移動式噴灌系統(tǒng) 3 固定式噴灌系統(tǒng) 2 半固定式噴灌系統(tǒng) 9 水源 管道 噴頭 壓力水 干 支 立 固定式噴頭旋轉(zhuǎn)式噴頭 泵 高位水池 噴灌系統(tǒng)的組成 外露式噴頭地埋式噴頭 或 10 噴頭1 按非工作狀態(tài)分類 1 外露式噴頭 指非工作狀態(tài)下暴露在地面以上的噴頭 這類噴頭構(gòu)造簡單 價格便宜使用方便 對供水壓力要求不高 但其射程 射角及覆蓋角度不便調(diào)節(jié) 且有礙園林景觀 因此般用在資金不足或噴灌技術(shù)要求不高的場合 11 2 地理式噴頭 是指非工作狀態(tài)下埋藏在地面以下的噴頭 工作時 這類噴頭的噴芯部分在水壓的作用下伸出地面 然后按照一定的方式噴灑 當關(guān)閉水源 水壓消失 噴芯在彈簧的作用下又縮回地面 地埋式噴頭構(gòu)造復(fù)雜 工作壓力較高 其最大優(yōu)點是不影響園林景觀效果 不妨礙活動 射程 射角及覆蓋角度等噴灑性能易于調(diào)節(jié) 霧化效果好 適合于不規(guī)則區(qū)域的噴灌 能夠更好地滿足園林綠地和運動場草坪的專業(yè)化噴灌要求 12 管材和管件管材和管件在綠地噴灌系統(tǒng)中起著紐帶的作用 它將噴頭 閘閥 水泵等設(shè)備按照特定的方式連接在一起 構(gòu)成噴灌管網(wǎng)系統(tǒng) 以保證噴灌的水量供給 在噴灌行業(yè)里 常用的管材有聚氯乙烯 PVC 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 13 PVC等塑料管正在逐漸取代其他材質(zhì)的管道 成為噴灌系統(tǒng)主要的管材 種類有管材 接頭 彎頭 異徑 堵頭 法蘭等 14 二 固定式噴灌系統(tǒng)設(shè)計 1 地形圖 比例尺為1 1000 1 500的地形圖 了解設(shè)計區(qū)域的形狀 面積 位置 地勢等2 氣象資料 包括氣溫 雨量 濕度 風向風速等 其中風對噴灌影響最大 3 土壤資料 主要是土壤的物理性能 包括土壤的質(zhì)地 持水能力 土層厚度 吸水能力等 主要用以確定噴灌強度和灌水定額的依據(jù) 4 植被情況 植被的種類 種植面積 根系情況等 5 水源條件 城市自來水或天然水源 6 動力來源 重力還是外力 1 設(shè)計基礎(chǔ)資料的收集 15 噴灌的缺點之一就是受風影響大 所以做噴灌工程設(shè)計應(yīng)特別注意此問題 風速風向是確定噴頭布置形式和管道布置方式的重要依據(jù) 風向 一般可分為8個方位 即東 南 西 北 東北 西北 東南 西北八個方向 設(shè)計風向是指灌區(qū)主要農(nóng)作物灌水時期內(nèi)灌水日的主風向 如此季節(jié)沒有時顯的主風向 應(yīng)按多風向設(shè)計 風速 指噴灌工作日的平均風速 16 風向圖 17 2 灌溉制度的設(shè)計 1 設(shè)計灌水定額 2 設(shè)計灌溉周期 3 噴灑方式和噴頭組合形式 4 噴灌強度與噴灌時間 18 1 設(shè)計灌水定額 灌水定額 一次灌水的水層深度 mm 或一次灌水單位面積的用水量 m3 畝 設(shè)計灌水定額 作為設(shè)計依據(jù)的最大灌水定額 注 若以m0表示m3 畝的灌水定額 以m表示mm的灌水定額 則兩者之間的關(guān)系為m0 2 3m即10mm水深相當于6 67m3 畝的灌水量 19 其求解方法 利用土壤田間持水量資料計算 利用土壤有效持水量資料計算設(shè)計灌水定額 略 20 利用土壤田間持水量資料計算 式中 m 設(shè)計灌水定額 mm r 土壤容重 g cm3 h 計算土層深度 即植物主要根系活動層深度 cm 草坪 花卉可取h 20 30cm P1 適宜的土壤含水率上限 重量 可取田間持水量的80 100 P2 適宜的土壤含水率下限 重量 可取田間持水量的60 70 21 田間持水量 是指排水良好的土壤中 排水后不受重力影響而保持在土壤中的水分含量 通常以占干土重量的百分比表示 是確定灌水時間和灌水水量的一個重要指標 幾種常見土壤的容重和P P 可參照教材1表2 1 8 22 2 設(shè)計灌溉周期 灌水周期 也叫輪灌期 即植物耗水最旺時期的允許最大灌水間隔時間 式中 T 灌水周期 d m 灌水定額 mm W 作物日平均耗水量或土壤水分消耗速率 mm d 噴灌水利用系數(shù) 取0 7 0 9 23 一般大田作物設(shè)計噴灌周期常取5 10日 蔬菜1 3日 綠地灌溉周期可參考以上數(shù)據(jù) 24 噴嘴噴灑的形狀有圓形和扇形 一般扇形只用在場地的邊角上 其他用圓形 a 噴灑方式 3 噴灑方式和噴頭組合形式 25 也叫噴頭的組合形式 指各噴頭的相對位置的安排 在噴頭射程相同的情況下 不同的布置形式 其支管和噴頭的間距也不相同 教材1表2 1 11是常用的幾種噴頭布置形式和有效控制面積及使用范圍 常用三角形布局 b 噴頭布置形式 26 在確定噴頭的布置形式后 選擇合適的噴嘴 每個正規(guī)廠家的產(chǎn)品都標明了噴嘴的型號 射程 噴嘴流量 直徑 工作壓力等 然后根據(jù)風速和噴嘴的射程R確定噴頭的間距和支管間距 c 噴頭及支管間距 27 表1噴頭組合間距 28 4 噴灌強度與噴灌時間 噴灌強度 單位時間噴灑于田間的水層深度 mm h 式中 噴灌強度 mm h QP 噴頭噴水量 m3 h S 噴頭控制面積 m2 其單噴頭控制面積為S R2 29 相鄰多行支管上的多個噴頭使用時作全圓形噴灑 其單噴頭實際控制面積為S ab 故其噴灌強度可直接按公式計算而不必采用換算系數(shù) 式中 a 噴頭布置間距 m b 相鄰支管的間距 m 多行多噴頭噴灑 30 表2各類土壤的允許噴灌強度 31 噴灌時間 為了達到既定的灌水定額 噴頭在每個位置上所需的噴灑時間 式中 t 噴灌時間 h m 設(shè)計灌水定額 mm S 噴頭有效控制面積 m2 QP 噴頭噴水量 m3 h 32 3 噴灌系統(tǒng)管道的水力計算 水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失 沿程水頭損失計算公式 式中 hf 沿程水頭損失 m L 管道長度 m v 管中水流平均流速 m s R 水力半徑 m C 謝才系數(shù) m1 2 s 常用曼寧公式計算 33 曼寧公式 式中 n 粗糙系數(shù) 可查表2 1 14 R 水力半徑 m 對于圓管R d 4 d為管半徑 m 34 表3 各種管材的粗糙系數(shù)n值 35 將有關(guān)數(shù)值代入公式并化簡 則 令 Sof稱為單位 或每米 管長沿程阻力參數(shù) 則 式中 Q 管中流量 注意單位是m3 s 36 表4 單位管長沿程阻力系數(shù)S0f值 37 局部水頭損失 可按沿程水頭損失值的10 計算 38 求多孔口管道的水頭損失時 可引入 多口系數(shù) 即假定孔口流量相同 依孔口數(shù)目求得的一個折算系數(shù) 可據(jù)孔口數(shù)查教材1表2 1 16 其中X按第一個噴頭至支管進口的距離與噴頭間距是否相等分別取1或1 2 多口系數(shù)的引入 39 表6 多口系數(shù)F值 40 4 計算管徑 噴嘴選定后 據(jù)其布置形式 支管上噴嘴的數(shù)量和噴嘴流量 Qp 得出支管的水流量 Q Q Qp流量 Q 計算出來后 同給水管道系統(tǒng)一樣 查水力計算表 即可得到支管的流速 v 和管徑 DN 主管管徑 DN 的確定與主管上連接支管的數(shù)量以及設(shè)計同時工作的支管的數(shù)量有關(guān) 主管的流量 Q 隨同時工作的支管數(shù)量變化而變化 41 例2 一根噴灌主管上接有8根支管 每根支管上有四個噴嘴 已選噴嘴的流量Qp 0 9m h 噴嘴的連接管DN 20mm 設(shè)計要求至少2根支管能同時工作 求出立管 支管和主管管徑 解 已知Qp 0 9m h 每根支管的流量Q 4Qp 4 0 9 3 6m h主管的設(shè)計流量Qz 2Q 7 2m h噴灌系統(tǒng)為便于安裝和運輸 一般多用鋼管和pvc塑料管 現(xiàn)采用鍍鋅鋼管 查鋼管水力計算表得 立管DN 20mm支管DN 40mm主管DN 50mm 42 例3 設(shè)有一根長56mm的噴灌支管 管徑為50mm的PVC管 管上裝有4個噴頭 第一噴頭距干管8m 噴頭間距為16m 每個噴頭噴水量為4 5m3 h 求支管的沿程水頭損失 解 進入該支管的流量Q 4 5 4 18m3 h用謝才公式求hf 從表中查得Sof 5600s2 m6hf 5600 56 0 005m3 s 2 7 84m噴頭數(shù)為4 X 8 16 1 2查表多口系數(shù)F 0 393 故支管沿程水頭損失為hf 7 84m 0 393 3 08m 43 5 單水源管網(wǎng)噴灌管網(wǎng)布置方式 一 字型 L 字形 T 字形 狹長地帶 44 H 形 長 一 字形 狹長地帶 45 魚骨形 梳齒形 46 擴大的梳齒形 擴大的魚骨形 47 管道布置注意事項 1 坡地上 干管應(yīng)盡量沿主坡向布置 使支管沿平行于等高線方向布置 這樣干管兩側(cè)的水頭損失較均勻 2 支管適當向干管傾斜 在干管低端應(yīng)設(shè)泄水閥 便于檢修及冬季排空管內(nèi)存水 3 地面立管高 對于草坪 花卉和灌木一般取1 5m 2 0m 48 6 噴灌的工作制度 噴灌工作制度是指噴灌工程運行中 噴頭在固定位置的噴灌時間 同時工作的噴頭數(shù)以及噴頭輪灌組的劃分等內(nèi)容 噴灌的工作制度分輪灌和續(xù)灌兩種 49 確定輪灌方案時 應(yīng)考慮以下要點 1 各輪灌組的工作噴頭總數(shù)應(yīng)盡量接近 使系統(tǒng)的流量保持在較小的變動范圍 2 編組時應(yīng)使地勢較遠或路程較遠的噴頭數(shù)略少 反之略多 從而使水泵始終處于工作高效區(qū) 50 7 水泵與動力選型 1 設(shè)計揚程 式中 H 噴頭的自由水頭 典型噴頭高程與水源水位高差 m 51 2 設(shè)計流量 根據(jù)Hp和Qp 可直接由水泵樣本中選定水泵 一般樣本中同時給出了配套電機的參數(shù) 式中 Nt為同時工作噴頭數(shù) 52 噴灌系統(tǒng)水的噴灑應(yīng)該順主風向 對不同的植物 噴灌的霧化度也要求不同 霧化度取決于噴灌水滴細小程度 水滴小則霧化度高 水滴小 對作物打擊傷害小 但蒸發(fā)損失大 水滴大 對作物打擊大 但蒸發(fā)損失小 因此霧化度不宜過高 也不宜過低 8 注意問題 53 工作壓力越大 噴嘴直徑越小 則霧化度越大 因此以H d來反映霧化程度 若噴頭工作壓力為hp kpa 噴嘴直徑為d mm 則霧化指標表示為 pd越大則霧化程度越高 54 表7 不同作物對霧化度的要求 55 例4 已知噴頭性能參數(shù)如下 噴嘴直徑d 9mm 工作壓力hp 400kPa 噴頭流量q 6 09m3 h 射程R 23 4m 噴灌苗圃地形平坦 土壤為粉壤土 其允許噴灌強度為12mm h 支管間距為24m 噴頭間距為18m 多支管多噴頭同時噴灌 1 計算該噴頭霧化指標 2 計算噴灌強度 3 判斷霧化指標和噴