用水管理理论与实践中的管灌系统设计参数

（一）设计灌水定额与流量

1.设计灌水定额

根据作物的计划湿润层深度，土壤适宜含水率上、下限等指标，按下式计算：

式中 m灌——设计灌水定额，mm；

γ——土壤干容重；

h——计划湿润土层深度，大田作物一般为40～60cm，蔬菜为20～30cm；

β1——作物的适宜土壤含水量上限（重量%），一般为田间持水量的80%～100%；

β2——作物的适宜土壤含水量下限（重量%），一般为田间持水量的60%～70%；

η——灌水利用系数，η≈0.95。

2.灌水周期

根据作物生育期最大日平均需水强度和灌水定额等参数，按下式计算：

式中 T灌——设计灌水周期，d；

W——作物需水关键时期的平均日需水量，mm/d；

η——意义同前。

3.灌溉设计流量

一般根据灌溉面积、作物组成及其灌溉制度等资料进行计算，通常以作物需水高峰期的最大一次灌水量作为灌溉设计流量，其计算式：

式中 Q——灌溉设计流量，m3/h；

m——设计灌水定额，取作物生育期最大一次灌水量，m3/亩；

A——设计灌溉面积，亩；

T——一次灌水的延续时间，d；

t——日灌水小时数；

η管——管道系数水利用系数，一般取0.90～0.97。

（二）经济管径

1.地下固定管道管径的确定

管径大小与管道内流速有直接关系，如山东省在进行地下管道设计时，流速一般控制在0.5～1.5m/s 范围，如图8-23所示。如果用的流速值大于表中上限值时，则须进行水锤计算；如小于表中下限值时，须同时满足不淤要求。

表8-23　地下管道适宜流速表

根据管道的设计流量及适宜流速，按下式可计算出经济管径：

式中 D——经济管径，m；

Q——管道设计流量，m3/s；

V——管道适宜流速，m3/s。

2.移动软管管径的选择

同上可根据设计流量和适宜流速来设计经济管径，再参照所选管材确定相应的直径，见表8-24，表中折径指圆周长的一半。灌溉软管的适宜流速一般控制在0.5～1.0m/s。

表8-24　常用软管规格表 单位：mm

（三）管道水头损失

管道水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失两部分。沿程水头损失是由于水流在运动中需要克服沿程摩擦阻力而损失的水头；局部水头损失则是克服由于水流运动过程中局部边界形状（如阀门、弯头、扩大或缩小过水断面等）发生变化而形成的局部阻力所损失的水头。一般是分别计算出其沿程水头损失和局部水头损失，二者之和即为管道水头损失。(www.xing528.com)

1.沿程水头损失的确定

沿程水头损失计算公式为

式中 hf——沿程水头损失，m；

λ——沿程阻力系数；

L——计算管道长度，m；

d——管道内径，m；

V——管道过水断面平均流速，m/s；

g——重力加速度，取9.81m/s2。

上式在实际工程计算中，由于λ的影响因素比较复杂，且选定计算较难，一般hf 的计算都采用经验公式。如关于塑料硬管，hf 计算的舍维列夫公式：

式中符号意义同前。

石棉水泥管hf 计算的阿勃拉莫夫近似公式：

式中符号意义同前。

2.局部水头损失的确定

局部水头损失计算式：

式中 hj——局部水头损失，m；

ζ——局部阻力系数或局部水头损失系数，ζ值一般由实验测定；

V——发生局部水头损失前面（或后面）的断面平均流速。

管道中有多个局部阻力点存在时，其局部水头损失为各个局部水头损失之和。由于上述计算比较复杂，尤其是ζ值的确定，所以，一般在低压管道输水系统设计中，局部水头损失按沿程水头损失的5%～10%确定。

（四）设计扬程

为使低压管道输水灌溉系统获得足够的压力进行灌溉，设计流量和设计扬程是选择水泵及配套动力设备的重要参数。设计扬程的计算式为

式中 H总——水泵设计总扬程，m；

H0——管道系统设计工作水头，取最大和最小工作水头的平均值，m；

Z0——管道系统进口高程，m；

Zd——机井动水位，m；

Σhf0、Σhj0——分别为水泵吸水管进口至管道系统进口之间的管道沿程水头损失与局部水头损失，m。

（五）水泵轴功率

出水泵的总扬程和设计流量用下式计算：

或

式中 N轴——水泵的轴功率，kW或HP；

γ——水的容重，kg/m3；

Q——水泵设计流量，m3/s；

η泵——水泵的效率，%；

H总——水泵的总场程，m。