第三章 微灌工程技術2012

1、第三章第三章微灌工程技術微灌工程技術微灌工程技術概述概述微灌設備與工作原理微灌設備與工作原理微灌工程設計參數(shù)的確定微灌工程設計參數(shù)的確定微灌工程規(guī)劃微灌工程規(guī)劃微灌系統(tǒng)設計微灌系統(tǒng)設計微灌工程設計示例微灌工程設計示例第一節(jié) 概述微灌的定義微灌的定義微灌的組成和分類微灌的組成和分類微灌的優(yōu)缺點微灌的優(yōu)缺點微灌技術的發(fā)展與展望微灌技術的發(fā)展與展望一、微灌的定義微灌是利用微灌設備組裝成微灌系統(tǒng)，將有壓水微灌是利用微灌設備組裝成微灌系統(tǒng)，將有壓水輸送分配到田間，通過灌水器以微小的流量濕潤輸送分配到田間，通過灌水器以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術作物根部附近土壤的一種局部灌水技術微灌是

2、以少量的水濕潤作物根區(qū)附近的部分土壤，微灌是以少量的水濕潤作物根區(qū)附近的部分土壤，比地面灌溉節(jié)水比地面灌溉節(jié)水505070 %70 %，比噴灌省水，比噴灌省水15%15%20 20 % %，灌水均勻，均勻度達，灌水均勻，均勻度達 0.80.8 0.9,0.9,適用于所有適用于所有的地形和土壤的地形和土壤 , ,特別適用于干旱缺水地區(qū)特別適用于干旱缺水地區(qū)固定式微灌系統(tǒng)固定式微灌系統(tǒng)地面固定式地下固定式移動式微灌系統(tǒng)移動式微灌系統(tǒng)按管道可移動程度分按管道可移動程度分按灌水器出流方式分按灌水器出流方式分滴灌滴灌微噴灌微噴灌滲灌滲灌涌泉灌溉涌泉灌溉小管出流小管出流二、微灌的類型二、微灌的類型大田滴灌

3、果樹滴灌蔬菜滴灌大型連棟溫室黃瓜滴灌大棚蔬菜滴灌日光溫室滴灌系統(tǒng)旋轉式微噴頭折射式微噴頭果樹微噴灌露地蔬菜微噴灌溫室霧噴系統(tǒng)苗圃微噴灌 涌泉灌（小管出流灌）在我國使用的小管出流灌溉是利用4的小塑料管與毛管連接作為灌水器，以細流 (射流) 狀局部濕潤作物附近土壤，小管灌水器的流量為80250L/h對于高大果樹通常在圍繞樹桿修一滲水小溝，以分散水流，均勻濕潤果樹周圍土壤果樹小管出流平面布置圖重力滴灌系統(tǒng)重力滴灌系統(tǒng)是李嵐清副總理重力滴灌系統(tǒng)是李嵐清副總理1997年訪問以年訪問以色列同以達成的技術引進和開發(fā)由中國農(nóng)業(yè)色列同以達成的技術引進和開發(fā)由中國農(nóng)業(yè)大學同以色列恩塔公司在中國共同開發(fā)、推大學同以

4、色列恩塔公司在中國共同開發(fā)、推廣的一種新型節(jié)水灌溉技術廣的一種新型節(jié)水灌溉技術重力滴灌系統(tǒng)以它極低的工作壓力、均勻的重力滴灌系統(tǒng)以它極低的工作壓力、均勻的供水、高效的水分利用、廣泛的適用條件以供水、高效的水分利用、廣泛的適用條件以及明顯珠產(chǎn)出效率，已為越來越多的用戶所及明顯珠產(chǎn)出效率，已為越來越多的用戶所接受接受果樹重力滴灌系統(tǒng)溫室蔬菜重力滴灌滲 灌滲灌與地下滴灌相似，只是用滲頭代替滴頭滲灌與地下滴灌相似，只是用滲頭代替滴頭全部埋在地下全部埋在地下滲頭的水不像滴頭那樣一滴一滴地流出，而滲頭的水不像滴頭那樣一滴一滴地流出，而是慢慢的滲流出來，這樣滲頭不容易被土粒是慢慢的滲流出來，這樣滲頭不容易被

5、土粒和根系所堵塞和根系所堵塞最近在國外引進采用廢輪胎加工成的多孔滲最近在國外引進采用廢輪胎加工成的多孔滲流管，并進行小面積試點，但是微孔滲流管流管，并進行小面積試點，但是微孔滲流管的堵塞是一個嚴重的問題，未經(jīng)長時間試驗的堵塞是一個嚴重的問題，未經(jīng)長時間試驗檢驗不宜貿(mào)然推廣檢驗不宜貿(mào)然推廣 三、微灌的優(yōu)點及存在的問題三、微灌的優(yōu)點及存在的問題微灌的優(yōu)點1、適應性強v主要表現(xiàn)在不要求地面平整就可進行灌溉，能夠適應各種地形條件，尤其適宜在山丘坡地進行自流灌溉的地方發(fā)展v兼有施化肥、噴農(nóng)藥等功能微灌的優(yōu)點 2、省水v微灌全部采用管道輸水，灌水均勻，減少損失，因而可以節(jié)約灌溉用水。同地面灌溉相比，一般噴

6、灌可省水30一50。由于滴灌沒有噴灌時水珠的蒸發(fā)飄移損失，因此滴灌比噴灌還要省水。與地面灌溉相比，滴灌一般可省水50一70v在透水性強、保水能力差的土地上省水效果更為顯著。在干旱缺水地區(qū)，高揚程灌區(qū)和井灌區(qū)，省水就意味著節(jié)省能耗或擴大灌溉面積微灌的優(yōu)點3、省工省地v微灌實現(xiàn)了灌溉機械化和自動化的操作管理，可以減輕灌水的勞動強度，節(jié)省大量勞動力?？梢詼p少雜草生長的環(huán)境，節(jié)省田間管理的工時v據(jù)初步統(tǒng)計，微灌可節(jié)省用工2540。微灌的輸水管道多埋設在地下，減少了灌溉渠道所占的耕地。據(jù)統(tǒng)計，采用噴(微)灌后，土地利用率一般可以提高710微灌的優(yōu)點4、增產(chǎn)v微灌不會導致地面板結，使土壤始終保持琉松、多孔

7、相通氣的良好狀況，這種狀況有利于土壤養(yǎng)分的分解和作物很系的發(fā)育，因此保持和提高了土壤肥力v微灌還可以調節(jié)田間小氣低增加近地表面的空氣濕度，滴灌能把肥料直接送到作徹的根系周圍，有利于作物對養(yǎng)分的吸收v實踐證明：采用噴、微灌，糧食作物一般增產(chǎn)10一30%，經(jīng)濟作物般增產(chǎn)20一50%，蔬菜一般增產(chǎn)30一50%5、工作壓力低、節(jié)能6、灌水均勻7、可用微咸水灌溉微灌的優(yōu)點微灌的優(yōu)點微灌技術中存在的問題滴灌（包括重力滴灌）與微噴灌中存在的問題滴灌（包括重力滴灌）與微噴灌中存在的問題v不具有防干熱風、調節(jié)田間小氣候的作用不具有防干熱風、調節(jié)田間小氣候的作用對于粘質土壤，因灌水時間較長，根系區(qū)土壤水分對于粘質

8、土壤，因灌水時間較長，根系區(qū)土壤水分長期保持高含水量狀態(tài)，作物根部易生病害；另一方面土長期保持高含水量狀態(tài)，作物根部易生病害；另一方面土壤長期定點灌水會使土壤濕潤區(qū)與干燥區(qū)的交界處鹽分聚壤長期定點灌水會使土壤濕潤區(qū)與干燥區(qū)的交界處鹽分聚積，有可能產(chǎn)生土壤次生鹽漬化，對作物生長不利積，有可能產(chǎn)生土壤次生鹽漬化，對作物生長不利v滴頭堵塞問題滴頭堵塞問題一直沒有得到徹底的解決。應搞好設備設施的配套一直沒有得到徹底的解決。應搞好設備設施的配套研制，提高滴頭使用壽命。并進行滴灌水源水質分析與處研制，提高滴頭使用壽命。并進行滴灌水源水質分析與處理裝置設施及方法的研究；進行滴灌系統(tǒng)施用化肥藥液裝理裝置設施及

9、方法的研究；進行滴灌系統(tǒng)施用化肥藥液裝置使用方法的研究以及安全裝置和調壓裝置的研究置使用方法的研究以及安全裝置和調壓裝置的研究微灌技術中存在的問題滲灌中存在的問題滲灌中存在的問題v易于堵塞易于堵塞 , ,不易檢查和維修不易檢查和維修v應加強專用滲管及配件設備研制和滲管主要技術參數(shù)應加強專用滲管及配件設備研制和滲管主要技術參數(shù)及工藝攻關問題。具體說包括用塑料管打孔的孔徑及及工藝攻關問題。具體說包括用塑料管打孔的孔徑及工藝工具、孔距及孔徑的合理組合、工藝工具、孔距及孔徑的合理組合、1 1流量確定、滲流量確定、滲灌管進口工作壓力的確定、滲灌管管徑及變徑管組合、灌管進口工作壓力的確定、滲灌管管徑及變徑

10、管組合、滲灌管間距的確定、滲灌管的適宜埋深及防止?jié)B漏措滲灌管間距的確定、滲灌管的適宜埋深及防止?jié)B漏措施，滲灌管堵塞機理與防治及延長使用壽命的研究施，滲灌管堵塞機理與防治及延長使用壽命的研究 限制根系的發(fā)展限制根系的發(fā)展成本高成本高鹽分積累鹽分積累微灌技術中存在的問題四、微灌在我國的發(fā)展階段自1976年由墨西哥政府贈送我國三套滴灌設備開始引進滴灌技術以來，已有20多年的發(fā)展歷程，大體經(jīng)歷了以下三個階段：v第一階段第一階段 (1974(197419801980年年) )：引進滴灌設備、消化吸收、設：引進滴灌設備、消化吸收、設備研制和應用試驗與試點階段備研制和應用試驗與試點階段v第二階段第二階段 (

11、1981(198119861986年年) )：設備產(chǎn)品改進和應用試驗研究：設備產(chǎn)品改進和應用試驗研究與擴大試點推廣階段與擴大試點推廣階段v第三階段第三階段 (1987(1987年至今年至今) )：直接引進國外的先進工藝技術，：直接引進國外的先進工藝技術，高起點開發(fā)研制微灌設備產(chǎn)品高起點開發(fā)研制微灌設備產(chǎn)品第二節(jié)第二節(jié) 微灌系統(tǒng)組成微灌系統(tǒng)組成（一）灌水器（一）灌水器（二）管道（二）管道（三）首部樞紐（過濾器、施肥裝置）（三）首部樞紐（過濾器、施肥裝置）（四）水源及壓力裝置（四）水源及壓力裝置一、灌 水 器1、對灌水器的基本要求2、灌水器的分類3、灌水器的結構參數(shù)和水力學特征4、灌水器的制造偏差

12、1、對灌水器的基本要求制造偏差越小越好出水量小而穩(wěn)定，受水頭變化的影響較小 流道大，抗堵塞性能強 結構簡單，便于制造、安裝、清洗 堅固耐用，價格低廉2、灌水器的分類 （1）滴頭定義v通過流道或孔口將毛管中的壓力水流變成滴狀或細流狀的裝置稱為滴頭。其流量一般不大于12 L/h滴頭的分類： v長流道型滴頭v孔口型滴頭v迷宮紊流滴頭v壓力補償型滴頭長流道滴頭孔口滴頭迷 宮 穩(wěn) 流 滴 頭壓 力 補 償 滴 頭 （2）滴 灌 帶定義定義滴頭與毛管制造成一整體，兼具配水和滴水功能的滴灌管稱為滴灌帶滴灌帶的分類：滴灌帶的分類：（按滴灌帶（管）的結構）v內鑲式滴灌帶v薄壁滴灌帶滴灌帶有壓力補償式與非壓力補償

13、式兩種（1）內鑲式滴灌帶（管）內鑲式滴灌帶（管）內鑲式滴灌帶（管）是在毛管制造過程中，將預先制造好內鑲式滴灌帶（管）是在毛管制造過程中，將預先制造好的滴頭鑲嵌在毛管內的滴灌帶（管）。內鑲滴頭有兩種，的滴頭鑲嵌在毛管內的滴灌帶（管）。內鑲滴頭有兩種，一種是片式，另一種是管式。一種是片式，另一種是管式。（2）薄壁滴灌帶）薄壁滴灌帶 薄壁滴灌帶為在制造薄壁管的同時，在管的一側熱合出各薄壁滴灌帶為在制造薄壁管的同時，在管的一側熱合出各種形狀的流道，灌溉水通過流道以滴流的形式濕潤土壤。種形狀的流道，灌溉水通過流道以滴流的形式濕潤土壤。滴灌帶也有壓力補償式與非壓力補償式兩種。滴灌帶也有壓力補償式與非壓力補

14、償式兩種。地面滴灌土壤水分分布地面滴灌土壤水分分布地下滴灌土壤水分分布地下滴灌土壤水分分布土壤不同，濕潤寬不同土壤不同，濕潤寬不同黏黏壤壤沙沙滴頭間距：黏土大，沙土小，壤土居中滴頭間距：黏土大，沙土小，壤土居中（3）微噴頭定義定義微噴頭是將壓力水流以細小水滴噴灑在土壤表面的灌水器。單個微噴頭的噴水量一般不超過250L/h，射程，射程一般小于一般小于7m微噴頭的分類微噴頭的分類：v射流式v離心式v折射式v縫隙式A、射流式微噴頭工作原理 水流從噴水嘴噴出后，集中成一束向上噴射到一個可以旋轉的單向折射臂上，折射臂上的流道形狀不僅可以使水流按一定噴射仰角噴出，而且還可以使噴射出的水舌反作用力對旋轉軸形

15、成一個力矩，從而使噴射出來的水舌隨著折射臂作快速旋轉。故它又移為旋轉式微噴頭特點v有效濕潤半徑較大v噴水強度較低v水滴細小v壽命較短組成v折射臂v支架v噴嘴射流旋轉式微噴頭B、折射式微噴頭工作原理 水流由噴嘴垂直向上噴出，遇到折射錐即被擊散成薄水膜沿四周射出，在空氣阻力作用下形成細微水滴散落在四周地面上。折射式微噴頭又稱為霧化微噴頭組成v噴嘴v折射錐v支架特點v結構簡單v沒有運動部件,工作可靠v價格便宜缺點：水滴太微細,在空氣十分干燥、溫度高、風大的地區(qū),蒸發(fā)漂移損失大折 射 式 微 噴 頭C、離心式微噴頭工作原理： 水流從切線方向進入離心室，繞垂直軸旋轉，通過處于離心式中心的噴嘴射出的水膜同

16、時具有離心速度和圓周速度，在空氣阻力的作用下水膜被粉碎成水滴散落在微噴頭四周。特點：工作壓力低霧化程度高孔口較大D、縫隙式微噴頭工作原理： 水流經(jīng)過縫隙噴出水舌，在空氣阻力作用下，裂散成水滴的微噴頭，一般由兩部分組成，下部是底座，上部是帶有縫隙的蓋（4）小管灌水器組成：它是由4塑料小管和接頭連接插入毛管壁而成特點：工作水頭低孔口大、不易被堵塞（5）滲）滲 灌灌 滲灌技術是繼噴灌、滴灌之后的又一節(jié)水灌溉技滲灌技術是繼噴灌、滴灌之后的又一節(jié)水灌溉技術。滲灌是一種地下微灌形式，在低壓條件下，通過術。滲灌是一種地下微灌形式，在低壓條件下，通過埋于作物根系活動層的灌水器（微孔滲灌管），根據(jù)埋于作物根系活

17、動層的灌水器（微孔滲灌管），根據(jù)作物的生長需水量定時定量地向土壤中滲水供給作物作物的生長需水量定時定量地向土壤中滲水供給作物。 無論國內還是國外，滲灌發(fā)展的技術關鍵是研制無論國內還是國外，滲灌發(fā)展的技術關鍵是研制滲灌管。近年來，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，國外的滲灌滲灌管。近年來，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，國外的滲灌技術有了很大的進展，但我國剛剛起步與發(fā)達國家的技術有了很大的進展，但我國剛剛起步與發(fā)達國家的差距很大。差距很大。 滲灌的定義滲灌的定義滲灌系統(tǒng)滲灌系統(tǒng) 滲灌系統(tǒng)全部采用管道輸水，灌溉水是通過滲灌系統(tǒng)全部采用管道輸水，灌溉水是通過滲灌管直接供給作物根部，地表及作物葉面滲灌管直接供給作物根部，地表及

18、作物葉面均保持干燥，作物棵間蒸發(fā)減至最小，計劃均保持干燥，作物棵間蒸發(fā)減至最小，計劃濕潤層土壤含水率均低于飽和含水率，因此濕潤層土壤含水率均低于飽和含水率，因此，滲灌技術水的利用率是目前所有灌溉技術，滲灌技術水的利用率是目前所有灌溉技術中最高的。中最高的。滲灌系統(tǒng)首部的設計和安裝方法與滴灌系統(tǒng)滲灌系統(tǒng)首部的設計和安裝方法與滴灌系統(tǒng)基本相同，所不同的是：尾部地埋滲灌管滲基本相同，所不同的是：尾部地埋滲灌管滲水量的主要制約因素是土壤質地和滲灌管的水量的主要制約因素是土壤質地和滲灌管的入口壓力，所以滲灌系統(tǒng)運行時的主要控制入口壓力，所以滲灌系統(tǒng)運行時的主要控制條件是流量，而滴灌系統(tǒng)完全是通過調節(jié)壓條

19、件是流量，而滴灌系統(tǒng)完全是通過調節(jié)壓力而控制流量的。力而控制流量的。滲灌管滲灌管滲灌管是滲灌系統(tǒng)的關鍵部件，在管壁上無滲灌管是滲灌系統(tǒng)的關鍵部件，在管壁上無規(guī)則地分布著毛細微孔，如圖。目前應用的規(guī)則地分布著毛細微孔，如圖。目前應用的滲灌管品種很少，只是管徑和流量等規(guī)格的滲灌管品種很少，只是管徑和流量等規(guī)格的不同。不同。滲灌與滴灌的區(qū)別在于出水點分散，無規(guī)律滲灌與滴灌的區(qū)別在于出水點分散，無規(guī)律，孔管大小不一。工作壓力低，一般為，孔管大小不一。工作壓力低，一般為1050千帕（千帕（15米水頭），出流量每米管長為米水頭），出流量每米管長為25升升/小時，對水質要求高，抗堵塞能力差小時，對水質要求高

20、，抗堵塞能力差。圖圖 滲灌管滲灌管3、灌水器的性能（1）灌水器的流量與壓力關系微灌灌水器的流量與壓力關系用下式表示 q=khx式中： q灌水器流量 h工作水頭 k流量指數(shù) x流態(tài)指數(shù)流態(tài)指數(shù)x反映了灌水器的流量對壓力變化的敏感程度v當?shù)晤^內水流為全層流時，流態(tài)指數(shù)x等于1，即流量與工作水頭成正比v當?shù)晤^內水流為全紊流時，流態(tài)指數(shù)x等于0.5v全壓力補償器的流態(tài)指數(shù)x等于0，即出水流量不受壓力變化的影響其它各種形式的灌水器的流態(tài)指數(shù)在01.0之間變化（2）制造偏差系數(shù)意義： 灌水器的流量與流道直徑的2.54次冪成正比，制造上的微小編差將會引起較大的流量偏差。在灌水器制造中，由于制造工藝和材料收縮

21、變形等的影響，不可避免地會產(chǎn)生制造偏差。實踐中，一般用制造偏差系數(shù)來衡量產(chǎn)品的制造精度表示方法qSCv qqniin1Snqqiin1121()式中： Cv灌水器的流量偏差系數(shù)； S流量標準偏差； qi所測每個滴頭的流量L/h； n所測灌水器的個數(shù)。ASAE 標準 EP405.1 灌水器制造偏差系數(shù)分類(Classification of emiter coefficient of manufacturing variation)質量分類質量分類 滴頭或微噴頭滴頭或微噴頭 滴灌帶滴灌帶好好 Cv0.05 Cv0.1一般一般 0.05Cv0.07 0.1Cv0.2較差較差 0.07Cv0.11差

22、差 0.11Cv0.15 0.2Cv0.3不能接受不能接受 0.15Cv 0.31.5mm,不敏感不敏感0.71.5mm，敏感，敏感194畝）小時）mm/d( I667. 0( t)h/m(QA3（四）選擇灌水器類型與確定毛管布置方式選用進口滴灌管(以色列NaanTif)，該滴灌管滴頭流量壓力關系為 工作水頭hd=10米時，滴頭流量為2.3升時，選擇滴頭間距為1米的滴灌管，每行果樹布置一條滴灌管濕潤比計算一般，當?shù)晤^為2升/時，在砂壤土中的濕潤直徑為0.8-1m（經(jīng)驗值）每棵果樹的濕潤面積每棵果樹占地面積濕潤比=1.03/(33)33（五）根據(jù)設計灌水均勻度計算毛管最大鋪設長度當沒計灌水均勻度

23、為98時，小區(qū)最大流量偏差qv=0.1，則小區(qū)最大水頭偏差： )qxx112. 01 (qx1hhhHvvdminmaxv19. 0) 1 . 0524. 0524. 0112. 01 ( 1 . 0524. 01hhhHdminmaxv將有關數(shù)據(jù)代入上式得：根據(jù)公式dx1maxh)q62. 01 (h1min(1 0.38 )xdhqh計算得 hmax11.2m，hmin 9.3m小區(qū)內滴頭最大水頭差11.2-9.3=1.9米 根據(jù)支毛管水頭差分配比： dvhH55. 0H毛dvHH45. 0H 毛毛管最大允許鋪設長度(采用試算法) 毛管水頭損失 F/DLQ104 . 81 . 1h1.77

24、1.774fv當L=150米時，hf =1.51mv當L=140米時，hf =1.25m v當L=130米時，hf =1.02mv當L=100米時，hf =0.5 m 根據(jù)地形情況，取毛管長度L=100m，此時，毛管水頭損失為 hf0.5m（六）布置管網(wǎng)系統(tǒng)水井出水量50m3/h單條毛管長度100米，每米一個滴頭，每個滴頭流量2.3升時，則每條毛管流量 Q毛1002.3230升時0.23m3h每個輪灌組毛管條數(shù)n=500.23=217條 取為偶數(shù)條，即216條整個灌區(qū)毛管總條數(shù)(3米一條毛)為： 324m34432條輪灌組數(shù)為4322162（七）輪灌組劃分根據(jù)輪灌組劃分的原則，此題中，比較好的

25、輪灌組劃分為v第和第灌水小區(qū)為一個輪灌組v第和第灌水小區(qū)為一個輪灌組v為說明管網(wǎng)水力學計算過程，我們將第1和n灌水小區(qū)劃分為第一輪灌組v第和第灌水小區(qū)劃分為第二輪灌組400m324m井支管1-1支管1-2分干管1分干管2支管1-3支管1-4干管1干管2100m27條1、支管水力計算 由于當毛管為100m時，毛管水頭損失為0.5m，而小區(qū)內滴頭最大水頭差為1.9m，則支管最大允許水頭差或水頭損失為1.9-0.51.4m支管選用D63PE管(內徑53mm)管上毛管條數(shù)272 條，即27各出水口支管進口總流量Q0.232272.42m3h支管長度L27381m支管水頭損失 hf1.43m1.4米(支

26、管允許水頭損失)2、分干管水力計算分 干 管 選 用 P V C 管 ， 分 干 管 流 量Q=27220.23=24.84m3/h利用經(jīng)濟管徑計算公式：Q13D mmD65242.1213初選管徑D=75mm（內徑70mm）分干管水頭損失 hf 4.42m3、干管水力計算一般，一最不利輪灌組計算確定干管直徑，在確定了水泵揚程后，到推確定其他輪灌組分干管或支管的直徑此題中最北面的第1和II灌水小區(qū)構成的輪灌組為最不利輪灌組干管總流量：Q24.84249.68m3h干管長度263m利用經(jīng)濟流速初選干管管徑選D=110PVC管(內徑103mm)作為干管干管水頭損失=6.27m4、首部樞紐水頭損失計算首部樞紐水頭損失包括：閘閥、過濾器、施肥器、管件和泵管等查閱設備樣本，確定各部件的水頭損失總水頭損失考慮hf首部15m5、水泵揚程確定與水泵選型水泵