現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)噴灌規(guī)劃設(shè)計-圖文

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)噴灌規(guī)劃設(shè)計12.1.1噴灌的定義及優(yōu)缺點一、噴灌的定義噴灌(sprinklerirrigation是利用水泵加壓或自然落差將水通過壓力管道送到田間,經(jīng)噴頭噴射到空中,形成細(xì)小的水滴,近似天然降水灑落在農(nóng)田,來灌溉土地或作物的一種先進(jìn)的灌水方法。噴灌技術(shù)(sprinklerirrigationtechnique是噴灌實踐中積累起來的技能、裝備、方法及經(jīng)驗的總稱。二、噴灌的優(yōu)缺點與傳統(tǒng)的地面灌水方法相比,噴灌具有明顯的特點。1.噴灌的優(yōu)點(1灌水均勻,用水量省。灌水均勻度(irrigationuniformity;efficiencyofdistribution可達(dá)80%~90%,水的利用率(waterefficiencyofirrigation達(dá)到60%~85%,與地面灌溉相比,一般可以省水20%~40%。(2作物增產(chǎn)幅度大。噴灌能適時適量進(jìn)行灌溉,有效地調(diào)節(jié)土壤水分,使土壤中水、熱、氣、營養(yǎng)狀況良好,并能調(diào)節(jié)田間小氣候(microclimate,有利于作物的生長,一般可增產(chǎn)10%~20%。(3噴灌的適應(yīng)性強(qiáng)。噴灌對土地的平整性要求不高,在地形復(fù)雜的崗地、緩坡地及強(qiáng)透水性土壤中均可采用。(4噴灌可以用于防止或減小災(zāi)害性天氣對作物的影響。例如可以用噴灌防止霜凍(frostbite,在干熱風(fēng)時期噴灌可提高空氣濕度,降低氣溫。(5噴灌省地省工。噴灌可節(jié)省田間渠系占地,一般可提高土地利用率7%~10%。噴灌的機(jī)械化程度高,大大減輕灌水的勞動強(qiáng)度和提高作業(yè)效率,免去年年修筑田埂和田間溝渠的重復(fù)勞動。2.噴灌的缺點(1噴灌受風(fēng)的影響大。一般風(fēng)力大于3級(3.4~5.4m/s時不宜進(jìn)行噴灑作業(yè)。灌溉季節(jié)多風(fēng)的地區(qū)應(yīng)在設(shè)備選型的規(guī)劃設(shè)計上充分考慮風(fēng)的不利影響,如難以解決,則應(yīng)考慮采用其他灌溉方法。(2設(shè)備投資高。噴灌系統(tǒng)工作壓力較高,對設(shè)備的耐壓要求也高,因而設(shè)備投資一般較高。這也是當(dāng)前制約噴灌發(fā)展的主要因素。(3能耗大。噴灌需要較高的壓力,耗能大,在能源緊張的情況下,其發(fā)展受到限制。目前,噴灌正逐步向低壓化方向發(fā)展。灌水均勻度——灌溉范圍內(nèi),田間土壤濕潤的均勻程度。水的利用率——灌入田間可被作物利用的水量與渠首引進(jìn)的總水量的比值。小氣候——不同物理特性的下墊面、自然地理環(huán)境和天氣、氣候條件相互作用所形成的近地表局部氣候,也包括近地表和植物根系層以及與農(nóng)田作物之間的微氣候。自壓噴灌-利用自然水頭獲得噴頭工作壓力的噴灌。13.1.2微灌系統(tǒng)的組成及分類一、微灌系統(tǒng)的組成微灌系統(tǒng)通常由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)和灌水器四部分組成,其形式見圖13.1。圖13.1微灌系統(tǒng)組成示意圖放大瀏覽1.水源。河流、湖泊、塘堰、溝渠、井泉等,只要水質(zhì)符合微灌要求,均可作為微灌的水源,否則將使水質(zhì)凈化設(shè)備過于復(fù)雜,甚至引起微灌系統(tǒng)的堵塞。為了充分利用各種水源進(jìn)行灌溉,往往需要修建引水、蓄水和提水工程,以及相應(yīng)的輸配電工程。這些通稱為水源工程。2.首部樞紐。首部樞紐包括水泵、動力機(jī)、肥料和化學(xué)藥品注入設(shè)備、過濾設(shè)備、控制閥、進(jìn)排氣閥、壓力及流量量測儀表等。其作用是從水源取水增壓并將其處理成符合微灌要求的水流送到系統(tǒng)中去。微灌常用的水泵有潛水泵、深井泵、離心泵等。動力機(jī)可以是柴油機(jī)、電動機(jī)等,在有足夠自然水頭的地方可以不安裝水泵。對于供水量需要調(diào)蓄或含沙量很大的水源,常要修建蓄水池和沉淀池。沉淀池用于去除灌溉水源中的大固體顆粒,為了避免在沉淀池中產(chǎn)生藻類植物,應(yīng)盡可能將沉淀池或蓄水池加蓋。過濾設(shè)備的作用是將灌溉水中的固體顆粒濾去,避免污物進(jìn)入系統(tǒng),造成系統(tǒng)堵塞。過濾設(shè)備應(yīng)安裝在輸配水管道之前。肥料和化學(xué)藥品注入設(shè)備用于將肥料、除草劑、殺蟲劑等直接施入微灌系統(tǒng),注入設(shè)備應(yīng)設(shè)在過濾設(shè)備之前。流量及壓力量測儀表用于測量管線中的流量或壓力,包括水表、壓力表等。水表用于測量管線中流過的總水量,根據(jù)需要可以安裝于首部,也可以安裝于任何一條干、支管上。如安裝在首部,須設(shè)于施肥裝置之前,以防肥料腐蝕。壓力表用于測量管線中的內(nèi)水壓力,在過濾器和密封式施肥裝置的前后各安設(shè)一個壓力表,可觀測其壓力差,通過壓力差的大小能夠判定施肥量的大小和過濾器是否需要清洗?？刂破饔糜趯ο到y(tǒng)進(jìn)行自動控制,一般控制器具有定時或編程功能,根據(jù)用戶給定的指令操作電磁閥或水動閥,進(jìn)而對系統(tǒng)進(jìn)行控制。閥門是直接用來控制和調(diào)節(jié)微灌系統(tǒng)壓力流量的操縱部件,布置在需要控制的部位上,一般有閘閥、逆止閥、空氣閥、水動閥、電磁閥等。3.輸配水管網(wǎng)。輸配水管網(wǎng)的作用是將首部樞紐處理過的水按照要求輸送分配到每個灌水單元和灌水器,輸配水管網(wǎng)包括干、支管和毛管三級管道。毛管是微灌系統(tǒng)的最末一級管道,其上安裝或連接灌水器。微灌系統(tǒng)中,直徑小于或等于63mm的管道常用聚乙烯管材,大于63mm的管道常用聚氯乙烯管材。4.灌水器。灌水器是微灌設(shè)備中最關(guān)鍵的部件,是直接向作物施水的設(shè)備,其作用是消減壓力,將水流變?yōu)樗位蚣?xì)流或噴灑狀施入土壤,包括微噴頭、滴頭、涌水器和滴灌帶等多種形式。微灌的灌水器安裝在毛管上或通過連接小管與毛管連接,或置于地表,或埋入地下。灌水器大多數(shù)是用塑料注塑成型的。灌水器的結(jié)構(gòu)不同,水流的出流形式也不同,有滴水式、漫射式、噴水式和涌泉式等。13.1.2微灌系統(tǒng)的組成及分類二、微灌系統(tǒng)的分類由于組成微灌系統(tǒng)的灌水器不同,其相應(yīng)的微灌系統(tǒng)也分為滴灌系統(tǒng)、微噴灌系統(tǒng)、滲灌系統(tǒng)、涌灌系統(tǒng)以及霧灌系統(tǒng)等。根據(jù)配水管道在灌水季節(jié)中是否移動,每一類微灌系統(tǒng)可分為固定式、半固定式和移動式。固定式微灌系統(tǒng)的各個組成部分在整個灌水季節(jié)都是固定不動的,干管、支管一般埋在地下,根據(jù)條件,毛管有的埋在地下,有的放在地表或懸掛在離地面幾十厘米高的支架上。固定式微灌系統(tǒng)常用于經(jīng)濟(jì)價值較高的經(jīng)濟(jì)作物。半固定式微灌系統(tǒng)的首部樞紐及干、支管是固定的,毛管連同其上的灌水器是可以移動的。根據(jù)設(shè)計要求,一條毛管可在多個位置工作。移動式微灌系統(tǒng)各組成部分都可移動。在灌溉周期內(nèi)按計劃移動安裝在灌區(qū)內(nèi)不同的位置灌溉。半固定式和移動式微灌系統(tǒng)提高了微灌設(shè)備的利用率,降低了單位面積微灌的投資,常用于大田作物。但操作管理比較麻煩,適合在干旱缺水、經(jīng)濟(jì)條件較差的地區(qū)使用。1.滴灌滴灌即滴水灌溉,是利用塑料管道和直徑約10mm毛管上的孔口非常小的滴水器(滴頭或滴灌帶等,消減水中具有的能量,使水一滴一滴緩慢而又均勻地滴在作物根區(qū)土壤中進(jìn)行局部灌溉的灌水形式。由于滴頭流量很小,只濕潤滴頭所在位置的土壤,水主要借助土壤毛管張力入滲和擴(kuò)散。它是目前干旱缺水地區(qū)最有效的一種節(jié)水灌溉方式,在管理良好的條件下,其水的利用率可達(dá)95%。因此較噴灌具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果,同時還可以結(jié)合灌溉給作物施肥,提高肥效一倍以上。適用于果樹、蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物及溫室大棚灌溉,在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之處是滴頭出流孔口小、流程長,流速又非常緩慢,易結(jié)垢和堵塞,因此應(yīng)對水源進(jìn)行嚴(yán)格的過濾處理。目前,國產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量已基本過關(guān),有條件的地區(qū)應(yīng)積極發(fā)展。按管道的固定程度,滴灌可分固定式、半固定式和移動式三種類型。①固定式滴灌。其各級管道和滴頭的位置在灌溉是季節(jié)固定的。其優(yōu)點是操作簡便、省工、省時,滴水效率高、效果好。國產(chǎn)設(shè)備投資約為1000元(果樹~2000元(大棚蔬菜,進(jìn)口設(shè)備畝投資為2500~3500元。②半固定式滴灌。其干、支管固定,毛管由人工移動。畝投資為700~1000元。③移動式滴灌。其干、支、毛管均由人工移動,設(shè)備簡單,但用工較多。畝投資為500~700元。結(jié)合我國勞動力多、資金缺乏的具體情況而研究開發(fā)的半固定式、移動式滴灌系統(tǒng),大大降低了工程造價,為滴灌在大田作物和經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。2.微噴灌微噴灌又稱微型噴灑灌溉,是利用塑料管道輸水,通過很小的噴頭(微噴頭將水噴灑在土壤或作物表面進(jìn)行局部灌溉。它是新發(fā)展起來的一種噴灌形式,與一般的噴灌相比,微噴頭的工作壓力明顯下降,有利于節(jié)約能源、節(jié)省設(shè)備投資,同時具有調(diào)節(jié)田間小氣候的優(yōu)點,又可結(jié)合灌溉為作物施肥,提高肥效,可使作物增產(chǎn)30%。微噴灌與滴灌相比,微噴頭的工作壓力與滴頭相近,不同的是微噴頭可以充分利用水中能量,將水噴到空中,在空氣中消殺能量;且微噴頭不僅比滴頭濕潤面積大,流量和出流孔口都較大,水流速度也明顯加快,大大減小了堵塞的可能性?？梢哉f微噴灌是揚(yáng)噴灌和滴灌之所長,避其所短的一種理想灌水形式。微噴灌主要用于果樹、經(jīng)濟(jì)作物、花卉、草坪、溫室大棚等灌溉。3.滲灌滲灌又稱土表下灌溉或土表下滴灌,是通過埋在地下作物根系活動層(約20~50cm的滴灌帶上的滴頭或滲灌孔將水灌入土中的灌水方式。它具有蒸發(fā)損失少、省水、省電、省肥、省工和增產(chǎn)效益顯著等優(yōu)點,且不會妨礙耕作。果樹、棉花、糧食作物等均可采用。其缺點為:一是堵塞不易發(fā)現(xiàn),也不便于維護(hù);二是當(dāng)管道間距較大時灌水不夠均勻,在土壤滲透性很大或地面坡度較陡的地方不宜使用。畝投資為400~1000元。其效益為:節(jié)水50%~60%,省電40%~50%,省工95%,增產(chǎn)30%左右。4.涌灌涌灌又稱為涌泉灌溉、小管灌溉,是通過從開口小管涌出的小水流將水灌入土壤的灌水方式。由于灌水流量較大(但一般不大于220L/h,有時需筑溝埂在地表來控制灌水。此灌水方式的工作壓力很低,不易堵塞,但田間工程量較大,適合地形較平坦地區(qū)果樹等灌溉。為克服滴灌堵塞,將滴灌系統(tǒng)的滴頭取下,稱作小管出流灌溉的灌水方法,也隸屬于涌灌。5.霧灌霧灌又稱彌霧灌溉,與微灌很相似,只是工作壓力較高(可達(dá)到200~400kPa,噴出的水滴極細(xì),灌水時形成水霧以調(diào)節(jié)田間空氣濕度,如全日照噴霧育苗就要采用霧灌。13.1.3微灌的優(yōu)缺點及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一、優(yōu)點1、省水。微灌系統(tǒng)全部由管道輸水,很少有沿程滲漏和蒸發(fā)損失;屬局部灌溉,灌水時一般只濕潤作物根部附近的部分土壤,灌水流量小,不易發(fā)生地表徑流和深層滲漏;另外,微灌能適時適量地按作物生長需要供水,較其他灌水方法,水的利用率高。因此,一般比地面灌溉省水1/3~1/2,比噴灌省水15%~25%。2、節(jié)能。微灌的灌水器在低壓條件下運行,一般工作壓力為50~150kPa,比噴灌低;又因微灌比地面灌溉省水,灌水利用率高,對提水灌溉來說就意味著減少了能耗。3、灌水均勻。微灌系統(tǒng)能夠做到有效地控制每個灌水器的出水量,灌水均勻度高,一般可達(dá)80%~90%。4、增產(chǎn)。微灌能適時適量地向作物根區(qū)供水供肥,有的還可調(diào)節(jié)棵間的溫度和濕度,不會造成土壤板結(jié),為作物生長提供了良好的條件,因而有利于實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),提高產(chǎn)品質(zhì)量。許多地方的實踐證明,微灌較其他灌水方法一般可增產(chǎn)30%左右。5、對土壤和地形適應(yīng)性強(qiáng)。微灌系統(tǒng)的灌水速度可快可慢,對于入滲率很低的粘性土壤,灌水速度可以放慢,使其不產(chǎn)生地面徑流;對于入滲率很高的沙質(zhì)土,灌水速度可以提高,灌水時間可以縮短或進(jìn)行間歇灌水,這樣做既能使作物根系層經(jīng)常保持適宜的土壤水分,又不至于產(chǎn)生深層滲漏。由于微灌是壓力管道輸水,適應(yīng)性強(qiáng),不一定要求地形平坦。6、在一定條件下可以利用咸水資源。微灌可以使作物根系層土壤經(jīng)常保持較高含水狀態(tài),因而局部的土壤溶液濃度較低,滲透壓比較低,作物根系可以正常吸收水分和養(yǎng)分而不受鹽堿危害。實踐證明,使用咸水滴灌,灌溉水中含鹽量在2~4g/L時作物仍能正常生長,并能獲得較高產(chǎn)量。但是利用咸水滴灌會使滴水濕潤區(qū)外圍形成鹽斑,長期使用會使土質(zhì)惡化,因此,在干旱和半干旱地區(qū),在灌溉季節(jié)末期應(yīng)用淡水進(jìn)行洗鹽。7.節(jié)省勞動力和耕地。微灌系統(tǒng)不需平整土地、筑渠和開溝打畦,還可實行自動控制,大大減少了田間灌水的勞動量和勞動強(qiáng)度。灌水均勻度(irrigationuniformity;efficiencyofwaterdistribution:灌溉范圍內(nèi),田間土壤濕潤的均勻程度。二、缺點1.易于堵塞。灌水器的堵塞是當(dāng)前微灌應(yīng)用中最主要的問題,嚴(yán)重時會使整個系統(tǒng)無法正常工作,甚至報廢。引起堵塞的原因有物理因素、生物因素或化學(xué)因素。如水中的泥沙、有機(jī)物質(zhì)或是微生物以及化學(xué)沉淀物等。因此,微灌對水質(zhì)要求較嚴(yán),一般均應(yīng)經(jīng)過過濾,必要時還需經(jīng)過沉淀和化學(xué)處理。2.會引起鹽分積累。當(dāng)在含鹽量高的土壤上進(jìn)行微灌或是利用咸水微灌時,鹽分會積累在濕潤區(qū)的邊緣。若遇到小雨,這些鹽分可能會被沖到作物根區(qū)而引起鹽害,這時應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行微灌。在沒有充分沖洗條件的地方或是秋季無充足降雨的地方,不要在高含鹽量的土壤上進(jìn)行微灌或利用咸水微灌。3.可能限制根系的發(fā)展。由于微灌只濕潤部分土壤,加之作物的根系有向水性,這樣就會引起作物根系集中向濕潤區(qū)生長。另外,在沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)的地區(qū),如我國西北干旱地區(qū),應(yīng)用微灌時,應(yīng)正確地布置灌水器;在平面上要布置均勻,在深度上最好采用深埋方式。4.造價一般較高。微灌需要大量設(shè)備、管材、灌水器,所以造價較高?？傊?微灌的適應(yīng)性較強(qiáng),使用范圍較廣,各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、作物種類等因地制宜地選用。13.1.3微灌的優(yōu)缺點及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)三、微灌的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(一水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分類目前,盡管國內(nèi)外均未見到正規(guī)頒布的微灌系統(tǒng)專用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但一些學(xué)者做了大量研究工作,其中Bucks和Nakayama于1980年提出的表明微灌系統(tǒng)中水質(zhì)與堵塞狀況的分類方法被普遍參考采用,見表13.1。表13.1在微灌系統(tǒng)中表明堵塞程度的水質(zhì)指標(biāo)表堵塞程度堵塞原因輕中嚴(yán)重物理因素懸浮固形物<5050~100>100化學(xué)因素pH值<7.07.0~8.0>8.0溶解物(mg/L<500500~2000>2000錳(mg/L<0.10.1~1.5>1.5全部鐵(mg/L<0.20.2~1.5>1.5硫化氫(mg/L<0.20.2~2.0>2.0生物因素細(xì)菌含量(個/mL<1000010000~50000>50000國外還提出了另一種表示水質(zhì)狀況的方法,稱為分級法。即將水的物理、化學(xué)、生物特性化分成10個不同等級,如表13.2所示,0-0-0級表示水質(zhì)非常好,10-10-10級表示水質(zhì)非常差,水質(zhì)分級的例子見表13.3。表13.2滴灌水質(zhì)分級表化學(xué)物質(zhì)含量水質(zhì)級別無機(jī)懸浮固形物含量(mg/L溶解物(mg/L鐵和/或錳(mg/L細(xì)菌含量(個/mL0-0-0<10<100<0.1<1021-1-110~20100~2000.1~0.2102~1032-2-220~30200~3000.2~0.3103~2×1033-3-330~40300~4000.3~0.42×103~3×1034-4-440~50400~5000.4~0.53×103~4×1035-5-550~60500~6000.5~0.64×103~5×1036-6-660~80600~8000.6~0.75×103~1047-7-780~100800~10000.7~0.8104~2×1048-8-8100~1201000~12000.8~0.92×104~3×1049-9-9120~1401200~14000.9~1.03×104~4×10410-10-10>140>1400>1.0>4×104注:1.對于化學(xué)物質(zhì)而言,這種分類是指溶解固形物、鐵、錳等的最大濃度。2.若水中的pH值超過7.5,化學(xué)作用加劇,分級應(yīng)被加倍。3.如水中包含大量田螺,引起繁殖及排泄的增加,分級應(yīng)被四倍化;另外由于水質(zhì)經(jīng)常變化,應(yīng)經(jīng)常測定。表13.3自然水質(zhì)分類示例表水源最大懸浮固形物(mg/L最大溶解固形物(mg/L最大細(xì)菌個數(shù)(個/mL水質(zhì)等級飲用水1500100-4-0地表徑流300501000010-0-6河流7090040006-7-4井水11650400000-10-9(二對碳酸鹽沉積的評價碳酸鹽沉積量與下述因素有關(guān):(1鈣和鎂的濃度:濃度超過50mg/L時,肯定會出現(xiàn)沉積。(2水的pH值:當(dāng)pH值高于8.0時,即便當(dāng)鈣和鎂的濃度只有20~30mg/L時,也將發(fā)生沉積。(3水溫度:冷水中比熱水中含有更多的二氧化碳,高的二氧化碳溶解水平對碳酸鹽沉積有利。(4水的飽和指標(biāo):飽和指標(biāo)可反映發(fā)生碳酸鹽沉積的趨勢,因此對評價碳酸鹽沉積很有意義。水樣飽和指標(biāo)的計算需要測量碳酸度、鈣含量、懸浮固形物的總濃度和測量與計算的pH值之差等試驗結(jié)果。飽和指標(biāo)的正值表明將發(fā)生碳酸鈣鹽沉積,采取降低水的pH值的措施,飽和指標(biāo)可轉(zhuǎn)化成負(fù)值,這樣可防止沉積的形成。13.2微灌設(shè)備微灌設(shè)備大致由首部加壓機(jī)泵、過濾器、施肥裝置以及控制、量測、保護(hù)裝置,輸配水管道和管件、灌水器等組成。微灌用管道和管件雖與噴灌用管道和管件基本相同,但對防堵塞的要求較高,同時工作壓力也較低,所以多采用黑色塑料材質(zhì)的管道和管件。通常干、支管多用聚氯乙烯硬管,末級毛管多用聚乙烯半軟管。國產(chǎn)的微灌設(shè)備系列如圖13.2所示。圖13.2國產(chǎn)微灌設(shè)備種類13.2.1微灌灌水器一、微灌灌水器的性能要求灌水器又稱配水器,其作用是消減或分散有壓管道輸送來的集中水流中的能量,均勻而穩(wěn)定地向作物的根區(qū)土壤配水,以滿足作物生長的需要。灌水器的質(zhì)量好壞直接影響到微灌系統(tǒng)是否工作可靠及灌水質(zhì)量。對其要求如下:1.出水量小。灌水器出水量的大小取決于工作水頭高低、過水流道斷面大小和出流受阻的情況。微灌用的灌水器的工作水頭一般為5~15m,過水流道直徑或孔徑一般在0.3~2.0mm之間,出水流量在2~200L/h范圍內(nèi)。2.出水均勻、穩(wěn)定。一般情況下灌水器的出流量隨工作水頭大小而變化。因此,要求灌水器本身具有一定的調(diào)節(jié)能力,使得在水頭變化時流量的變化較小。3.抗堵塞性能好。灌溉水中總會含有一定的污物和雜質(zhì),由于灌水器流道和孔口較小,在設(shè)計和制造灌水器時要盡量采取措施,提高它的抗堵塞性能。4.制造精度高。灌水器的流量大小除受工作水頭影響外,還受設(shè)備制造精度的影響。如果制造偏差過大,每個灌水器的過水?dāng)嗝娲笮〔顒e就會很大,無論采取哪種補(bǔ)救措施,都很難提高灌水器的出水均勻度。因此,為了保證微灌灌水質(zhì)量,要求灌水器的制造偏差系數(shù)Cv值一般應(yīng)控制在0.03~0.07之間。5.結(jié)構(gòu)簡單,便于制造安裝。6.堅固耐用,價格低廉。實際上,絕大多數(shù)灌水器不能同時滿足上述所有要求。因此,在選用灌水器時,應(yīng)根據(jù)具體使用條件,只滿足某些主要要求即可。例如,使用水質(zhì)不好的地面水源時,要求灌水器的抗堵塞性能較高,而在使用相對較干凈的井水時,對灌水器的抗堵塞性能的要求就可以低一些。國內(nèi)生產(chǎn)制造灌水器的主要單位是中國農(nóng)科院灌溉研究所,山東萊蕪塑料制品(集團(tuán)總廠,北京綠源塑料聯(lián)合公司,華潤噴灌噴泉有限公司和北京燕山滴灌技術(shù)研究所等。目前在國內(nèi)有代理業(yè)務(wù)的國外灌溉公司有以色列的普拉斯多(Plasto公司、雷歐(Lego公司、耐特菲姆(Netafim公司、美國雨鳥RaimBird公司和澳大利亞哈迪(Hardie公司等。二、微灌灌水器的分類微灌灌水器種類很多,按結(jié)構(gòu)和出流形式可分為滴頭、滴灌帶、微噴頭、滲頭、涌水器等五類。1.滴頭通過流道或孔口將毛管中的壓力水流變成滴狀或細(xì)流狀的裝置稱為滴頭。其流量一般不大于12L/h。滴頭的作用是消殺經(jīng)毛管輸送來的有壓水流中的能量,使其以穩(wěn)定的速度一滴一滴地滴入土壤。滴頭常用塑料壓注而成,工作壓力約為100kPa,流道最小孔徑在0.3~1.0mm之間,流量在0.6~1.2L/h范圍內(nèi)。基本形式有微管式、管式、渦流式和孔口式,前三種是通過立面或平面呈螺旋狀的長流道來消能,以管式滴頭應(yīng)用最普遍,按其在毛管上的安裝方式又分管間式和管上式滴頭?？卓谑降晤^流量稍大,水流呈紊流,它是通過令水流折射來消能的。為了減少滴頭堵塞,管上式滴頭和孔口式滴頭還可做成具有自動清洗功能的補(bǔ)償式滴頭。滴頭名稱代號表示方法如下:為了方便安裝,提高安裝質(zhì)量,各類管上式和孔口式滴頭均有和毛管組成一體出廠的產(chǎn)品。另外,還有帶脈沖裝置、間隔一定時間呈噴射狀出水的脈沖式滴頭。按結(jié)構(gòu)來分,滴頭有以下幾種(1長流道型滴頭?？克髋c流道壁之間的摩阻消能來調(diào)節(jié)出水量的大小,如微管滴頭(圖13.3、內(nèi)螺紋管式滴頭等。圖13.3微管滴頭放大瀏覽圖13.4孔口型滴頭放大瀏覽(2孔口型滴頭。靠孔口出流造成的局部水頭損失來消能和調(diào)節(jié)出水量的大小,如圖13.4所示。(3渦流型滴頭?？克鬟M(jìn)入灌水器的渦室內(nèi)形成渦流來消能和調(diào)節(jié)出水量的大小。水流進(jìn)入渦室內(nèi),由于水流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力迫使水漢趨向渦室的邊緣,在渦流中心產(chǎn)生一低壓區(qū),使中心的出水口處壓力較低,因而調(diào)節(jié)出流量。如圖13.5所示。圖13.5渦流型滴頭放大瀏覽(4壓力補(bǔ)償型滴頭。利用水流壓力壓迫滴頭內(nèi)的彈性體(片使流道(或孔口形狀改或過水?dāng)嗝婷娣e發(fā)生變化,從而使出流量自動保持穩(wěn)定,同時還具有自清洗功能。2.滴灌帶滴灌帶有壓力補(bǔ)償式與非壓力補(bǔ)償式。其名稱代號表示方法如下:滴頭與毛管制造成一整體,兼具配水和滴水功能的管稱為滴灌管(帶。按結(jié)構(gòu)可分為:(1內(nèi)鑲式滴灌帶在毛管制造過程中,將預(yù)先制造好的滴頭鑲嵌在毛管內(nèi)的滴灌管稱為內(nèi)鑲式滴灌管。內(nèi)鑲滴頭有兩種,一種是片式,如圖13.6a。另一種是管式,如圖13.6b所示。圖13.6內(nèi)鑲式滴灌管(帶放大瀏覽圖13.7薄壁滴灌帶放大瀏覽(2薄壁滴灌帶目前國內(nèi)使用的薄壁滴灌帶有兩種。一種是在0.2~1.0mm厚的薄壁軟管上按一定間距打孔,灌溉水由孔口噴出濕潤土壤;另一種是在薄壁管的一側(cè)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(圖13.7。3.微噴頭微噴頭是將壓力水流以細(xì)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,射程一般小于7m。微噴頭也即微型噴頭,作用與噴灌的噴頭基本相同。只是微噴頭一般工作壓力較低,濕潤范圍較小,對單噴頭射程范圍的水量分布要求不如噴灌高。其外形尺寸大致在0.5~10cm之間,噴嘴直徑小于2.5mm,單噴頭流量不大于300L/h,工作壓力小于300kPa。多數(shù)用塑料壓注而成,有的也有部分金屬部件。其種類繁多,據(jù)統(tǒng)計達(dá)數(shù)千種之多。微噴頭名稱代號表示方法如下:按噴射水流濕潤范圍的形狀有全圓和扇形之分,按結(jié)構(gòu)形式有固定式和移動式之分。固定式微噴頭與固定式噴頭相近,有射流旋轉(zhuǎn)式、折射式、離心式和縫隙式等,其構(gòu)造都比較簡單。射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭則是由不同形狀的旋臂來驅(qū)動的。(1射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭。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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸形成一個力矩,從而使噴射出來的水舌隨著折射臂作快速旋轉(zhuǎn)。故它又稱為旋轉(zhuǎn)式微噴頭。旋轉(zhuǎn)式微噴頭一般由旋轉(zhuǎn)折射臂、支架、噴嘴構(gòu)成,見圖13.8。其特點是有效濕潤半徑較大,噴水強(qiáng)度較低,水滴細(xì)小。其缺點是旋轉(zhuǎn)部件易磨損,使用壽命較短。圖13.8射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭放大瀏覽圖13.9折射式(霧化微噴頭放大瀏覽(2折射式(霧化微噴頭。其主要部件有噴嘴、折射錐和支架,如圖13.9所示。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(xì)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。折射式微噴頭的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,沒有運動部件,工作可靠,價格便宜。其缺點是由于水滴太微細(xì),在空氣干燥、溫度高、風(fēng)力大的地區(qū),蒸發(fā)漂移損失大。(3離心式微噴頭。結(jié)構(gòu)外形如圖13.10所示。它的主體是一個離心室,水流從切線方向進(jìn)入離心室,繞垂直軸旋轉(zhuǎn),通過處于離心式中心的噴嘴射出的水膜同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。這種微噴頭的特點是工作壓力低,霧化程度高,一般形成全圓的濕潤面積,由于在離心室內(nèi)能消散大量能量,所以在同樣流量的條件下,孔口較大,從而大大減少了堵塞的可能性。圖13.10離心式微噴頭放大瀏覽圖13.11縫隙式微噴頭放大瀏覽(4縫隙式微噴頭。如圖13.11所示,水流經(jīng)過縫隙噴出,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.滲頭作為地表下滲灌的灌水器,其作用是使水直接滲入作物根區(qū)土壤,有多孔瓦管(罐、海綿滲頭等。5.涌水器壓力水流經(jīng)消能后以連續(xù)水流的形式緩緩涌出,灌入根區(qū)灌水溝(坑內(nèi)。其工作壓力比其它灌水器都低,按結(jié)構(gòu)形式有微管式和孔口式兩種三、灌水器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力性能參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力性能參數(shù)是微灌灌水器的兩項主要技術(shù)參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要指流道或孔口的尺寸,對于滴灌帶還包括管帶的直徑和壁厚。水力性能參數(shù)主要指流態(tài)指數(shù)、制造偏差系數(shù)、工作壓力、流量,對于微噴頭還包括射程、噴灌強(qiáng)度、水量分布等。表13.4列出各類灌水器的結(jié)構(gòu)與水力性能指標(biāo),可供參考。其中Cv值是我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL/T67.1~3-94的規(guī)定。表13.4微灌灌水器技術(shù)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)水力性能參數(shù)灌水器種類流道或孔口直徑(mm流道長度(cm滴頭或孔口間距(cm帶管直徑(mm帶管壁厚(mm工作壓力(kPa出流量(L/hak[L/(h×m]XCv射程(m灌水強(qiáng)度(mm/h滴頭0.5~1.230~5050~1001.5~120.5~1.0<0.07滴灌帶0.5~0.930~5030~10010~160.2~1.050~1001.5~3.00.5~1.0<0.07微噴頭0.6~2.070~20020~2500.5<0.07涌水器2.0~4.040~10080~2500.5~0.7<0.07滲灌管(帶10~200.9~1.340~1002~40.5<0.07壓力補(bǔ)償型0~0.5<0.150.5~0.4注:滲灌管(帶的出流量以L/(h×m計,其余流量以L/h計;各種灌水器都有壓力補(bǔ)償型,其參數(shù)均適用,通常X<0.3為全補(bǔ)償,其余為部分補(bǔ)償。(一流量與壓力關(guān)系微灌灌水器的流量與壓力關(guān)系式為q=khx(13.1式中:q為灌水器流量;h為工作水頭;k為流量指數(shù);x為流態(tài)指數(shù)。式(13.1中,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。當(dāng)?shù)晤^內(nèi)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;當(dāng)?shù)晤^內(nèi)水流為全紊流時,流態(tài)指數(shù)x等于0.5;全壓力補(bǔ)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0~1.0之間變化,圖4表示流態(tài)指數(shù)的不同時,滴頭的流量變化與壓力變化之間的關(guān)系。圖13.12灌水器流量與壓力關(guān)系曲線放大瀏覽(二制造偏差系數(shù)灌水器的流量與流道直徑的2.5~4次冪成正比,制造上的微小偏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變形的影響,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。它的表示方法如公式(13.2。(13.2(13.3(13.4式中:Cv為灌水器的制造偏差系數(shù);S為流量標(biāo)準(zhǔn)偏差;qi為所測每個滴頭的流量,L/h;n為所測灌水器的個數(shù)。通常滴頭質(zhì)量等級是按其制造偏差來劃分的,參見表13.5滴頭制造質(zhì)量等級表。表13.5滴頭制造質(zhì)量等級表13.2.2微灌用管道及主要設(shè)備一、管道與連接件管道是微灌系統(tǒng)的主要組成部分。各種管道與連接件按設(shè)計要求組合安裝成一個微灌輸配水管網(wǎng),按作物需水要求向田間和作物輸水和配水。管道與連接件在微灌工程中用量大、規(guī)格多、所占投資比重大,其型號規(guī)格和質(zhì)量的好壞,不僅直接關(guān)系到微灌工程費用大小,而且也關(guān)系到微灌能否正常運行和管道壽命的長短。微灌用的管道與管件基本上與噴灌用的管道與管件相同,基本上可參看第十二章的內(nèi)容,只是微灌對防堵塞要求較高,要求水流通過管道時不會有碎屑脫落,不會生銹,加之工作壓力較低,因此一般不宜采用鋼管和鑄鐵管,而較多采用塑料管且為黑色管以避免藻類和微生物在管內(nèi)生長。干管和支管多用硬管,而末級管道--毛管則多用半軟塑料管,其接頭多采用倒鉤承插聯(lián)接。下面著重介紹各種微灌用管道和連接件的種類、技術(shù)性能及規(guī)格。(一對微灌用管與連接件的基本要求1.能承受一定的內(nèi)水壓力。2.耐腐蝕抗老化性能強(qiáng)。3.規(guī)格尺寸與公差必須符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。4.價格低廉。安裝施工容易。(二微灌管道的種類微灌工程應(yīng)采用塑料管。塑料管具有抗腐蝕、柔韌性較好、能適應(yīng)較小的局部沉陷、內(nèi)壁光滑、輸水摩阻小、比重小、重量輕和運輸安裝方便等優(yōu)點,是理想的微灌用管。塑料管的主要缺點是受陽光照射易老化,但埋入地下時,塑料管的老化問題將會得到較大程度的緩解,使用壽命可達(dá)20年以上。對于大型微灌工程的骨干輸水管道(如上、下山干管,輸水總干管等,當(dāng)塑料管不能滿足設(shè)計要求時,也可采用其它材質(zhì)的管道,但要防止因銹蝕而堵塞灌水器。微灌系統(tǒng)常用的塑料管主要有兩種:聚乙烯管(PE和聚氯乙烯管(PVC,φ63mm以下的管采用聚乙烯管,φ63mm以上的管采用聚氯乙烯管(三微灌管道連接件的種類連接件是連接管道的部件,亦稱管件。管道種類及連接方式不同,連接件也不同。鑒于微灌工程中大多用聚乙烯管,因此這里僅介紹聚乙烯管連接件。目前,國內(nèi)微灌用聚乙烯塑料管的連接方式和連接件有兩大類:一是以北京綠源公司為代表的外接管件(φ20mm以下的管也采用內(nèi)接式管件;二是以山東萊蕪塑料制品總廠為代表的內(nèi)接式管件。兩者的規(guī)格尺寸相異,用戶在選用時,一定要了解所連接管道的規(guī)格尺寸,選用與其相匹配的管件。1.接頭。接頭的作用是連接管道。根據(jù)兩個被連接管道的管徑大小,分為同徑和異徑連接接頭。根據(jù)連接方式不同,聚乙烯接頭分為螺紋式接頭、內(nèi)插式接頭和外接式接頭三種。2.三通。三通是用于管道分叉時的連接件。與接頭一樣,三通有同徑和異徑兩種。,每種型號又有內(nèi)插式和螺紋式兩種。3.彎頭。在管道轉(zhuǎn)變和地形坡度變化較大之處就需要使用彎頭連接。其結(jié)構(gòu)也有內(nèi)插式和螺紋式兩種。4.堵頭。堵頭是用來封閉管道末端的管件,有內(nèi)插式、螺紋式。5.旁通。用于支管與毛管間的連接。6.插桿。用于支撐微噴頭,使微噴頭置于規(guī)定高度,有不同的形式和高度。7.密封緊固件。用于內(nèi)接式管件與管連接時的緊固。二、微灌用主要設(shè)備(一水泵與動力設(shè)備微灌用水泵與動力設(shè)備與噴灌所用的沒有什么區(qū)別,可參看第十二章有關(guān)內(nèi)容。(二過濾設(shè)備微灌要求灌溉水中不含有造成灌水器堵塞的污物和雜質(zhì),而任何水源(包括水質(zhì)良好的井水都不同程度地含有污物和雜質(zhì)。這些污物和雜質(zhì)可區(qū)分為物理、化學(xué)和生物類,諸如塵土、砂粒、微生物及生物體的殘渣等有機(jī)物質(zhì),碳酸鈣易產(chǎn)生沉淀的化學(xué)物質(zhì),以及菌類、藻類等水生動植物。在進(jìn)行微灌工程規(guī)劃設(shè)計前,一定要對水源水質(zhì)進(jìn)行化驗分析,并根據(jù)選用的灌水器類型和抗堵塞性能,可參照表13.6進(jìn)行設(shè)計,選定水質(zhì)凈化設(shè)備。微灌系統(tǒng)的初級水質(zhì)凈化設(shè)備有攔污柵、沉淀池和離心式泥沙分離器(又稱離心過濾器等。常用的微灌用過濾器還有砂石過濾器和篩網(wǎng)過濾器。表13.6過濾設(shè)備選擇參考表過濾器類型雜質(zhì)含雜質(zhì)的程度量化指標(biāo)(mg/L離心砂石網(wǎng)式迭片式低<50123-泥土顆粒高>50123-懸浮固體物低<50-122高>50-132低--221藻類高--132低<0.5-211氧化鐵和鎂高>0.5-1221.離心過濾器圖13.13離心過濾器放大瀏覽(1用途。主要用于含沙水流的初級過濾。(2過濾原理。水由進(jìn)水管切向進(jìn)入離心體內(nèi),由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力推動泥沙及其它密度較高的固體顆粒向管壁移動,形成旋流,促使泥沙進(jìn)入集沙罐。清水則順流進(jìn)入出水口,即完成水沙分離。被分離的大量泥沙停留在集沙罐中。集沙罐設(shè)有排沙口和清洗口,可不間斷排沙和停止工作后進(jìn)行徹底清洗。(3除沙效果。泥沙顆粒在60~150目時,清除效果為98%~92%。(4技術(shù)要求。①在開泵與停泵瞬間,由于水流失穩(wěn),過濾效果欠佳。因此,與網(wǎng)式過濾器同時使用效果更好。②在進(jìn)水口前應(yīng)安裝一段與進(jìn)水口同徑的直管,長度是進(jìn)水口直徑的10~15倍,以保證進(jìn)水水流平穩(wěn)。(5型號含義。型號含義表示如下:2.砂石過濾器圖13.14砂石過濾器放大瀏覽砂石過濾器又稱介質(zhì)過濾器,是利用經(jīng)過篩分并分層填裝在容器內(nèi)的砂石為介質(zhì)來進(jìn)行過濾。這種過濾器有利于清除水中的細(xì)沙和有機(jī)質(zhì),常將它與篩網(wǎng)過濾組合安裝在微灌系統(tǒng)的首部,組成過濾站。(1用途。主要用于水庫、塘壩、溝渠、河流及其它敞開水面水源中含有機(jī)物及泥沙的水質(zhì)過濾。(2過濾原理。水從殼體上部的進(jìn)水管流入,通過在介質(zhì)層孔隙中的運動向下滲漏,雜質(zhì)被隔離在介質(zhì)層上部。過濾后的凈水經(jīng)過過濾器里的過濾原件進(jìn)入出水管,即完成水的過濾過程。(3技術(shù)要求。①介質(zhì)是分級的顆粒層。②過濾器的清洗通過反沖洗的方式來進(jìn)行,常采用兩個砂石過濾器并聯(lián)運行,當(dāng)進(jìn)、出水口壓力差超過0.7kg/cm2時就應(yīng)進(jìn)行反沖洗。③對懸浮在表面的污染層,應(yīng)用干凈顆粒代替,視水質(zhì)通常一年更換1~4次。(4型號含義。型號含義表示如下:3.篩網(wǎng)過濾器圖13.15篩網(wǎng)過濾器放大瀏覽(1用途。主要用于灌溉水質(zhì)較好,或當(dāng)水質(zhì)較差時與其它類型的過濾器單級或組合使用,做為末級水過濾設(shè)備。其形式有多種,按安裝方式有立式和臥式,按材質(zhì)有塑料和金屬,按清洗方式有人工清洗和自動清洗,按濾網(wǎng)形狀有網(wǎng)式和迭片式之分,應(yīng)根據(jù)需要和設(shè)備供應(yīng)情況合理選用。(2過濾原理。水由進(jìn)水口進(jìn)入罐內(nèi),通過不銹鋼網(wǎng)芯外表面,將大于網(wǎng)芯孔徑的懸浮物截留在外表面,過濾后的凈水進(jìn)入網(wǎng)芯流入出水口,即完成了水的過濾過程。(3技術(shù)要求。①當(dāng)過濾網(wǎng)上積聚了一定污物后,過濾器進(jìn)出水口之間就會產(chǎn)生壓力降,當(dāng)進(jìn)、出水口壓力降超過0.7kg/cm2時需進(jìn)行反沖洗。②過濾器規(guī)定進(jìn)水方向必須由網(wǎng)芯外表面進(jìn)入網(wǎng)芯內(nèi)表面,切不可反向使用。③如發(fā)現(xiàn)網(wǎng)芯、密封圈損壞,必須及時更換。否則,將失去對水的過濾作用。(4型號含義。型號含義表示如下4.組合式過濾器(1類型。根據(jù)水質(zhì)處理的需要對常用的過濾器(離心過濾器、砂石過濾器、網(wǎng)式或迭片式過濾器按表13-2進(jìn)行組合使用。(2型號選擇。當(dāng)過濾器用于低雜質(zhì)含量的水過濾時,其設(shè)計流量可以采用樣本標(biāo)明的流量;當(dāng)用于雜質(zhì)含量較高的水過濾時,其設(shè)計流量應(yīng)為樣本標(biāo)準(zhǔn)流量的80%~60%.(3型號含義。型號含義表示如下:(三壓差式施肥裝置圖13.16壓差式施肥裝置放大瀏覽1.用途。主要用于田間、果園及蔬菜大棚的施肥灌溉。2.施肥原理。本裝置是由施肥專用閥和施肥罐及聯(lián)接管組成,是根據(jù)壓力差的工作原理進(jìn)行施肥的。首先將稀釋過的無機(jī)肥料裝入施肥罐內(nèi),然后開啟施肥專用閥上的兩個調(diào)節(jié)閥,使之形成一定的壓力差,將罐體內(nèi)的肥料壓入輸水管網(wǎng)中進(jìn)行施肥。3.技術(shù)要求。①使用時應(yīng)緩慢啟閉施肥專用閥兩側(cè)的調(diào)節(jié)閥。②10L/h的施肥裝置正常工作時,浮球定在有機(jī)玻璃管中間位置。③每次施完肥后應(yīng)將兩個調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,并將罐體沖洗干凈,不得將肥料留在罐內(nèi),以免對罐體造成腐蝕,影響使用壽命。④在施肥裝置后面應(yīng)再加一級網(wǎng)式或迭片過濾器。以避免將未完全溶解的肥料帶入管道系統(tǒng),造成灌水器的堵塞。4.型號含義。型號含義表示如下:(四控制、量測與保護(hù)裝置為了控制微灌系統(tǒng)或確保系統(tǒng)正常運行,系統(tǒng)中必須安裝必要的控制、量測與保護(hù)裝置,如閥門、流量和壓力調(diào)節(jié)器、流量表或水表、壓力表、安全閥、進(jìn)排氣閥等。1.進(jìn)排氣閥進(jìn)排氣閥能夠自動排氣和進(jìn)氣,壓力水來時又能自動關(guān)閉。在微灌系統(tǒng)中主要安裝在管網(wǎng)中最高位置和局部高地。微灌系統(tǒng)中經(jīng)常使用的進(jìn)、排氣閥有塑料和鋁合金材料兩種,國內(nèi)山東萊蕪塑料制品總廠、山東省水科所等單位研制了一種適合微灌系統(tǒng)使用的簡易,進(jìn)排氣閥。圖13.17所示的是一種浮球式空氣閥在不同狀態(tài)時的工作情況。其中,該圖(a為管網(wǎng)開始供水時,進(jìn)排氣閥排除管內(nèi)空氣;圖(b為排完空氣后,浮球在水的頂托作用下,自動封閉排氣孔,圖(c為管網(wǎng)停止供水后,浮球下落,管網(wǎng)與大氣再次連通,防止管道產(chǎn)生負(fù)壓。圖13.17放大瀏覽根據(jù)規(guī)定,管網(wǎng)中安裝的進(jìn)排氣閥的口徑應(yīng)不小于被排氣管道口徑的1/4,且閥體必須豎直安裝。常用的進(jìn)排氣閥型號詳見表13.7。表13.7進(jìn)排氣閥規(guī)格、型號表13.7進(jìn)排氣閥規(guī)格、型號型號規(guī)格適用管徑(mm允許使用壓力生產(chǎn)廠KQ42X-8100KQ42X-13200KQ42X-20300KQ42XKQ42X-28400湖北云夢縣噴灌機(jī)廠RB-2AV2''2000.1~1.03MPa美國雨鳥灌溉公司2.流量與壓力調(diào)節(jié)裝置流量與壓力調(diào)節(jié)裝置是用于自動調(diào)節(jié)管道中的壓力和流量的設(shè)備。(1流量調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器是通過自動改變過水?dāng)嗝娴拇笮碚{(diào)節(jié)流量的,見圖13.18。限制水流通過,使流量保持穩(wěn)定不變,從而保證了微灌系統(tǒng)各級管道流量的穩(wěn)定。圖13.18放大瀏覽(2壓力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)器是用來調(diào)節(jié)微灌管道中的水壓力,使之保持穩(wěn)定的裝置。安全閥實際上是一種特殊的壓力調(diào)節(jié)器。用于微灌支管或毛管進(jìn)口處的壓力調(diào)節(jié),其工作原理是利用彈簧受力變形,改變過水?dāng)嗝娑{(diào)節(jié)管內(nèi)壓力,使壓力調(diào)節(jié)器出口處的壓力保持穩(wěn)定(實際上也是一種流量調(diào)節(jié)器,如圖13.19所示。圖13.19放大瀏覽由于壓力調(diào)節(jié)器價格較高,在我國微灌工程中很少使用。而國外各微灌設(shè)備公司幾乎都有產(chǎn)品。表13.8列出的即為美國和以色列的部分壓力調(diào)節(jié)器規(guī)格性能,供使用時參考。表13.8國外微灌用壓力調(diào)節(jié)器性能參數(shù)。表13.8國外微灌用壓力調(diào)節(jié)器性能參數(shù)型號規(guī)格輸出壓力流量范圍生產(chǎn)R3300<5.0m3/h以色列LEGO灌溉公司M40、70、100、140、170、210、240、280共8種0.5~5.0m3/hPSIL40、70、100、140共4種0.02~1.1m3/h美國雨鳥灌溉公司3/4''0.8~5.011/2''1.6~10.02''×43.2~20.02''×660、85、1104.8~30.0PR3''×6140、180、200、250、300、350、400、4508.0~50.0以色列NETAFIM灌溉設(shè)備公司(3調(diào)壓管調(diào)壓管又稱為水阻管、消能管。通常是在毛管進(jìn)口處安裝一段直徑為4mm的塑料管調(diào)節(jié)毛管進(jìn)口壓力。其工作原理是利用一定長度細(xì)管的沿程摩阻來消除毛管進(jìn)口處的多余壓力,使進(jìn)入毛管的水流保持在設(shè)計允許的壓力狀態(tài),利用調(diào)壓管調(diào)節(jié)流量和壓力,要比用專門的流量或壓力調(diào)節(jié)器節(jié)省投資。當(dāng)采用φ4mm聚乙烯塑料管作為調(diào)壓管時,所需長度的計算公式為:(13.5式中:L―直徑為4mm的聚乙烯塑料管長度,m;△h―毛管進(jìn)口處支管水頭和毛管要求的工作水頭之差,m;Q毛―毛管進(jìn)口流量,L/h。需要指出的是,當(dāng)通過消能管的流量較大時,用上式算得的長度可能為負(fù)值,這時應(yīng)選用較大直徑的塑料管(如φ6mm、φ8mm塑料管作為消能管或使用其它形式的壓力調(diào)節(jié)裝置。(4量測裝置①壓力表:是微灌系統(tǒng)中必不可少的量測儀器,它可以反映系統(tǒng)是否按設(shè)計壓力正常運行,特別是過濾前后的壓力表,它們實際上是反映過濾器堵塞程度及何時需要清洗過濾器的指示器。管的一端固定在插座上并與外接頭相通,另一端封閉并與連桿和扇形齒輪連接,可以自由移動。當(dāng)被測液體進(jìn)入彈簧管內(nèi),在壓力作用下彈簧管的自由端產(chǎn)生位移,這個位移使指針偏轉(zhuǎn),其在度盤上的指示讀數(shù)就是被測液體的壓力值。②水表:微灌系統(tǒng)中利用水表來計量一段時間內(nèi)通過管道的水流總量或灌溉用水量。水表一般安裝在首部樞紐中過濾器之后的干管上,也可根據(jù)管理體制將水表安裝在各用水單位相應(yīng)的支管上。13.3.1微灌工程的規(guī)劃微灌工程規(guī)劃與設(shè)計除應(yīng)符合《微灌工程技術(shù)規(guī)范》SL103-95的技術(shù)規(guī)范外,還應(yīng)符合現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。一、規(guī)劃任務(wù)1.勘測和收集基本資料,包括水源、氣象、地形、土壤、作物、灌溉試驗、能源與設(shè)備、社會經(jīng)濟(jì)狀況與發(fā)展規(guī)劃等。2.論證工程的可行性。規(guī)劃要符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)區(qū)劃和農(nóng)田水利規(guī)劃的要求,并與農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)。3.根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源狀況和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、人畜飲水等用水的要求,確定工程的規(guī)模。平原區(qū)灌溉面積大于100hm2,山丘區(qū)灌溉面積大于50hm2的微灌工程,應(yīng)分為規(guī)劃、設(shè)計兩個階段進(jìn)行,面積小的可合為一個階段進(jìn)行。4.根據(jù)水源、氣象、地形、土壤、作物種植、社會經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)管理水平等條件,因地制宜選用滴灌、微噴灌、涌泉灌等微灌方式。5.微灌工程規(guī)劃包括水源工程、首部樞紐和管網(wǎng)布置。規(guī)劃布置成果應(yīng)繪制在不小于1/5000的地形圖上,并提出工程概算。二、規(guī)劃原則1.微灌工程的規(guī)劃,應(yīng)與其它的灌溉工程統(tǒng)一安排。如噴灌和管道輸水灌溉,都是節(jié)水、節(jié)能灌水新技術(shù),各有其特點和適用條件。在規(guī)劃時應(yīng)結(jié)合各種灌水技術(shù)的特點,因地制宜地統(tǒng)籌安排,使各種灌水技術(shù)都能發(fā)揮各自的優(yōu)勢。2.微灌工程規(guī)劃應(yīng)考慮多目標(biāo)綜合利用。目前微灌大多用于干旱缺水的地區(qū),規(guī)劃微灌工程時應(yīng)與當(dāng)?shù)厝诵箫嬎c鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)用水統(tǒng)一考慮,以求達(dá)到一水多用。這樣不僅可以解決微灌工程投資問題,而且還可以促進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)的發(fā)展。3.微灌工程規(guī)劃要重視經(jīng)濟(jì)效益。盡管微灌具有節(jié)水、節(jié)能、增產(chǎn)等優(yōu)點,但一次性畝投資較高。興建微灌工程應(yīng)力求獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。為此,在進(jìn)行微灌工程規(guī)劃時,要先考慮在經(jīng)濟(jì)收入高的經(jīng)濟(jì)作物區(qū)、水果產(chǎn)區(qū)和城郊蔬菜區(qū)發(fā)展微灌。4.因地制宜、合理地選擇微灌形式。我國地域遼闊,各地自然條件差異很大,山區(qū)、丘陵、平原、高原、南方、北方、氣候、土壤、作物等都各不相同。加之微灌形式多樣,又各有其適用條件,因此在規(guī)劃和選擇微灌形式時,應(yīng)貫徹因地制宜的原則,切忌不顧條件盲目照搬外地經(jīng)驗。5.近期發(fā)展與遠(yuǎn)景規(guī)劃相結(jié)合。微灌系統(tǒng)規(guī)劃要將近期安排與遠(yuǎn)景發(fā)展結(jié)合起來,既要著眼長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃,又要根據(jù)現(xiàn)實情況,講求實效,量力而行。根據(jù)人力、物力和財力,作出分期開發(fā)計劃。在初次發(fā)展微灌的地方,應(yīng)先搞試點,待取得經(jīng)驗并為群眾接受后,再大面積推廣,使微灌工程建成一處,用好一處,盡快發(fā)揮工程效益。6.微灌工程設(shè)計保證率應(yīng)根據(jù)自然條件和經(jīng)濟(jì)條件確定。灌溉水的利用系數(shù);滴灌不低于0.90,微噴灌不低于0.85。三、基本資料的收集1.地理位置與地形資料。2.土壤與工程地質(zhì)資料。3.農(nóng)業(yè)與灌溉資料。4.水文與氣象資料。5.其它資料:社會經(jīng)濟(jì)狀況,現(xiàn)有水利設(shè)施等。四、水源分析與用水計算1.規(guī)劃必須對水源的水量、水位和水質(zhì)進(jìn)行分析。利用現(xiàn)有水源工程供水的微灌系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)工程原設(shè)計和運用情況,確定設(shè)計水文年的供水狀況;新建水源工程,供水狀況應(yīng)根據(jù)來水條件通過計算確定。2.以水量豐富的江、河、水庫、湖泊為水源時,可不作供水量計算,但必須進(jìn)行年內(nèi)水位變化和水質(zhì)分析。3.以小河、山溪、塘壩為水源時,應(yīng)根據(jù)調(diào)查資料并能考地區(qū)性水文手冊或圖集,分析計算設(shè)計水文年的徑流量和年內(nèi)分配過程線。4.以井、泉為水源時,應(yīng)根據(jù)已有資料分析確定可供水量。無資料時,應(yīng)對水井作抽水試驗,對泉水進(jìn)行調(diào)查,實測出流量來確定可供水量。5.微灌水質(zhì)除必須符合GB5084-92《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定外,還應(yīng)滿足:(1進(jìn)入微灌管網(wǎng)的水應(yīng)經(jīng)過凈化處理,不應(yīng)含有泥沙、雜草、魚卵、藻類等物質(zhì)。(2水質(zhì)的pH值一般應(yīng)在5.5~8.0范圍內(nèi)。(3水的總含鹽量不應(yīng)大于2000ppm。(4水的含鐵量不應(yīng)大于0.4ppm。(5水的總硫化物含量不應(yīng)大于0.2ppm。6.微灌用水量應(yīng)根據(jù)設(shè)計水文年的降雨、蒸發(fā)、作物種類及種類及種植面積等因素計算確定:(1有微灌試驗資料時,應(yīng)由試驗資料計算確定。(2無試驗資料時,可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料,按照彭曼或蒸發(fā)皿法求得需水量,然后再計算出微灌的用水量。也可參照鄰近相似的灌溉試驗資料計算確定。五、水量平衡計算1.在水源供水流量穩(wěn)定且無調(diào)蓄時,用下式確定微灌面積:(13.6式中:A―可灌面積,hm2;Q―可供流量,m3/h;Ia―設(shè)計供水強(qiáng)度,mm/d;Ea―設(shè)計耗水強(qiáng)度,mm/d;P0―有效降雨量,mm/d;t―水源每日供水時數(shù),h/d;η-灌溉水利用系數(shù)。2.在水源有調(diào)蓄能力且調(diào)蓄容積已定時,可按下式確定微灌面積。(13.7式中:K―塘壩復(fù)蓄系數(shù),K=1.0~1.4;η―蓄水利用系數(shù),η=0.6~0.7;V―蓄水工程容積,m3;Ii―灌溉季節(jié)各月的毛供水強(qiáng)度,mm/d;Ti―灌溉季節(jié)各月的供水天數(shù),d。3.在灌溉面積已定,需修建調(diào)蓄工程時,可用式(13.7確定調(diào)蓄容積V,需要確定設(shè)計流量時可用式(13.6計算流量Q。六、管網(wǎng)布置微灌管網(wǎng)布置應(yīng)遵循下列原則:(1符合微灌工程總體要求。(2使管道總長度最短,盡量少穿越其它障礙物。(3滿足各用水單位需要,能迅速分配水流,管理維護(hù)方便。(4輸配水管道沿地勢較高位置布置,支管垂直于作物種植行布置,毛管順作物種植行布置。(5管道的縱剖面應(yīng)力求平順。13.3.2微灌工程設(shè)計參數(shù)的確定一、作物需水量微灌屬局部灌溉,故作物需水量Ec可不考慮棵間蒸發(fā)量。二、設(shè)計耗水強(qiáng)度設(shè)計耗水強(qiáng)度采用設(shè)計年灌溉季節(jié)月平均耗水強(qiáng)度峰值,并由當(dāng)?shù)卦囼炠Y料確定,在無實測資料時可通過計算或按表13.9選取。表13.9設(shè)計耗水強(qiáng)度(mm/d作物滴灌微噴灌果樹3~54~6葡萄、瓜類3~64~7蔬菜(保護(hù)地2~3-蔬菜(露地4~75~8糧、棉、油等作物4~65~8注:干旱地區(qū)宜取上限值。微灌與地面灌和噴灌相比,作物耗水量主要用于本身的生理消耗,地面蒸發(fā)損失很小。因此,作物耗水量僅與作物對地面的遮蔭率有關(guān)。Ea=KrEc(13.8Kr=Gc/0.85(13.9式中:Ea―設(shè)計耗水強(qiáng)度,mm/d;Kr―作物遮蔭率對耗水量的修正系數(shù),當(dāng)由式(13.9計算出的數(shù)值大于1時,取Kr=1;Gc―作物遮蔭率,即作物覆蓋面積與種植面積的比值。隨作物種類和生育階段而變化,對于大田和蔬菜作物,設(shè)計時可取0.8~0.9;對果樹,可根據(jù)樹冠半徑和果樹所占面積計算確定。三、微灌的土壤濕潤比微灌的土壤濕潤比,是指被濕潤土體占計劃濕潤層總土體的百分比,通常以地面以下20~30cm處濕潤面積占總灌溉面積的百分比來表示。其影響因素很多,諸如毛管和灌水器的布置、灌水器的型號、灌水量的大小及土壤類別等。規(guī)劃設(shè)計時,要根據(jù)作物的需要、工程的重要性及當(dāng)?shù)刈匀粭l件等,選定設(shè)計土壤濕潤比。因為設(shè)計土壤濕潤比越大,工程保證程度就要求越高,投資及運行費用也越大。一般寬行作物及果樹取20%~30%,蔬菜和大田密植作物為70%~90%,南方微噴灌可大于60%。設(shè)計時將選定的灌水器進(jìn)行布置,并計算土壤濕潤比,要求其計算值稍大于設(shè)計土壤濕潤比,若小于設(shè)計值就要更換灌水器或修改布置方案。常用灌水器典型布置形式的土壤濕潤比P的計算公式如下:1.滴灌(1單行直線毛管布置:(13.10式中:P―土壤濕潤比,%;Dw―土壤水分水平擴(kuò)散直徑或濕潤帶寬度(Dw的大小取決于土壤質(zhì)地、滴頭流量和灌水量大小,m;Se―灌水器或出水點間距,m;SL―毛管間距,m。(2雙行直線毛管布置:(13.11式中:S1―一對毛管的窄間距,m;P1―與S1相對應(yīng)的土壤濕潤比,%;S2―一對毛管的寬間距,m;P2―與S2相對應(yīng)的土壤濕潤比,%;Sr―作物行距,m。(3繞樹環(huán)狀多出水點布置:(13.12或(13.13式中:n―一株果樹下布置的灌水器數(shù),個;St―果樹株距,m;Sr―果樹行距,m;Se―灌水器或出水口間距,m;Sw―濕潤帶寬度,m;Dw―地表以下30cm深處的濕潤帶寬度,m。2.微噴灌(1微噴頭沿毛管均勻布置時的土壤濕潤比為:(13.14(13.15式中:Aw―微噴頭的有效濕潤面積,m2;θ―濕潤范圍平面分布夾角,當(dāng)為全圓噴灑時,θ=360°;R―微噴頭的有效噴灑半徑,m;其余符號意義同前。(2一株樹下布置n個微噴頭時的土壤濕潤比計算公式為:(13.16式中:n-一株樹下布置的微噴頭數(shù),個;其余符號意義同前。微灌設(shè)計土壤濕潤比應(yīng)根據(jù)自然條件、作物種類、種植方式及微灌的形式確定,也可按表13.10選取。表13.10微灌設(shè)計土壤濕潤比(%作物滴灌微噴灌果樹25~4040~60葡萄、類瓜30~5040~70蔬菜60~9070~100糧、棉、油等作物60~90100注:干旱地區(qū)宜取上限值。四、微灌的灌水均勻度在田間,影響灌水均勻度的因素很多,如灌水器工作壓力的變化,灌水器的制造偏差,堵塞情況,水溫變化,微地形變化等。目前在設(shè)計微灌工程時能考慮的只有水力學(xué)(壓力變化和制造偏差兩種因素對均勻度的影響。微灌的灌水均勻度可以用克里斯琴森(Christiansen均勻系數(shù)Cu來表示,且微灌均勻系數(shù)不能低于0.8。并由下式計算:(13.17(13.18式中:Cu―微灌均勻系數(shù);―灌水器流量的平均偏差,L/h;qi―各灌水器流量,L/h;―灌水器平均流量,L/h;n―所測的灌水器數(shù)目。五、灌水器流量和工作水頭偏差率(13.19(13.20式中:qv―灌水器流量偏差率,%;其值取決于均勻系數(shù)Cu,二者關(guān)系為:當(dāng)Cu=98%、95%、92%時,qv=10%、20%、30%,微灌灌水器的設(shè)計允許流量偏差率應(yīng)不大于20%;qmax―灌水器最大流量,L/h;qmin―灌水器最小流量,L/h;qd―灌水器設(shè)計流量,L/h;hv―灌水器工作水頭偏差率,%;hmax―灌水器最大工作水頭,m;hmin―灌水器最小工作水頭,m;hd―灌水器設(shè)計工作水頭,m。灌水器工作水頭偏差率與流量偏差率之間的關(guān)系可用下式表示:(13.21式中:x-灌水器流態(tài)指數(shù)。六、灌水器設(shè)計工作水頭灌水器設(shè)計工作水頭應(yīng)取所選灌水器的額定工作水頭。沒有額定工作水頭的灌水器,應(yīng)由灌水器水頭與流量關(guān)系曲線確定,但不宜低于2m。七、過濾器設(shè)計進(jìn)口出口壓力差(13.22式中:h―過濾器設(shè)計進(jìn)口與出口水頭差,m;h0―過濾器通過潔凈水流時進(jìn)口與出口間的水頭差,m;hmax―過濾器工作時允許進(jìn)口出口增加的水頭差(此值不宜大于3.0m,m。一、微灌系統(tǒng)的布置微灌系統(tǒng)的布置通常是在地形圖上作初步布置,然后將初步布置方案帶到實地與實際地形作對照,進(jìn)行修正。微灌系統(tǒng)布置所用的地形圖比例尺一般為1/2000~1/500。1.首部樞紐位置的確定首部樞紐是整個微灌系統(tǒng)操作控制的中心,其位置的選擇主要是以投資省,便于管理為原則。一般首部樞紐與水源工程相結(jié)合。如果水源距灌區(qū)較遠(yuǎn),首部樞紐可布置在灌區(qū)旁邊,有條件時盡可能布置在灌區(qū)中心,以減少輸水干管的長度。2.毛管和灌水器的布置(圖13.20、13.21(1滴灌時毛管和灌水器的布置:①單行毛管直線布置。圖13.20(a表示毛管順作物行布置,一行作物布置一條毛管,滴頭安裝在毛管上。這種布置方式適用于幼樹和窄行密植作物(如蔬菜。圖13.20(a放大瀏覽圖13.20(b放大瀏覽②單行毛管帶環(huán)狀管布置。圖13.20(b表示當(dāng)?shù)喂喑升g果樹時,常常需要用一根分毛管繞樹布置,其上安裝4~6個單出水口滴頭,環(huán)狀管與輸水毛管相連接。這種布置形式增加了毛管總長。③雙行毛管平行布置。滴灌高大作物,可用雙行毛管平行布置,沿作物行兩邊各布置一條毛管,每株作物兩邊各安裝2~3個滴頭,見圖13.20(c。圖13.20(c放大瀏覽圖13.20(d放大瀏覽④單行毛管帶微管布置。當(dāng)使用微管滴灌果樹時,每一行布置一條毛管,再用一段分水管與毛管連接,在分水管上安裝4~6條微管,見圖13.20(d。也有將微管直接插于輸水毛管上,這種安裝方式毛管的用量少,因而降低了工程造價。上述各種布置形式滴頭的位置一般與樹干的距離約為樹冠半徑的2/3。(2微噴灌時毛管和噴水器的布置。微噴頭的結(jié)構(gòu)和性能不同,毛管和微噴頭的布置也不同。根據(jù)微噴頭噴灑直徑和作物種類,一條毛管可控制一行作物,也可控制若干行作物。圖13.21是常見的布置形式。圖13.21微噴灌時毛管和噴水器示意圖放大瀏覽二、微灌灌溉制度的確定微灌灌溉制度是指作物生育期(對于果樹等多年生植物則為全年每一次灌水量,灌水時間間隔,一次灌水延續(xù)時間,灌水次數(shù)和全生育期(或全年灌水總量的確定。1.設(shè)計灌水定額m:可根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼炠Y料按式(13.23或式(13.24計算確定。(13.23(13.24式中:m―設(shè)計灌水定額,mm;―土壤容重,g/cm3;z―計劃濕潤土層深度,m;P―微灌設(shè)計土壤濕潤比,%;max、min―適宜土壤含水上下限,占干土重量的百分比;'max、'min―適宜土壤含水率上下限,占土壤體積的百分比;―灌溉水利用系數(shù)。2.設(shè)計灌水周期T:設(shè)計灌水周期取決于作物、水源和管理情況,可根據(jù)試驗資料確定。在缺乏試驗資料的地區(qū),可參照鄰近地區(qū)的試驗資料并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況按下式計算確定:(13.25式中:T-設(shè)計灌水周期,d。3.一次灌水延續(xù)時間t:(13.26式中:t―一次灌水延續(xù)時間,h;q―灌水器流量,L/h。對于成齡果樹,一株樹安裝n個滴頭時:(13.27三、微灌系統(tǒng)工作制度的確定微灌系統(tǒng)的工作制度有續(xù)灌和輪灌兩種主要情況。不同的工作制度要求系統(tǒng)的流量不同,因而工程費用也不同,在確定工作制度時,應(yīng)根據(jù)作物種類、水源條件和經(jīng)濟(jì)狀況等因素作出合理選擇。1.續(xù)灌續(xù)灌是對系統(tǒng)內(nèi)全部管道同時供水,灌區(qū)內(nèi)全部作物同時灌水的一種工作制度。它的優(yōu)點是每株作物都能得到適時灌水,操作管理簡單。其缺點是干管流量大,工程投資和運行費用高;設(shè)備利用率低;在水源不足時,灌溉控制面積小。一般只有在小系統(tǒng),例如幾十畝的果園才采用續(xù)灌的工作制度。2.輪灌輪灌是支管分成若干組,由于管輪流向各組支管供水,而各組支管內(nèi)部同時向毛管供水。這種工作制度減少了系統(tǒng)的流量,從而可減少投資,提高設(shè)備的利用率,通常采用的是這種工作制度。在劃分輪灌組時,要考慮水源條件和作物需水要求,以使土壤水分能夠得到及時補(bǔ)充并便于管理。有條件時最好是一個輪灌組集中連片,各組控制的灌溉面積相等。按照作物的需水要求,全系統(tǒng)輪灌組的數(shù)目N系統(tǒng)為:(13.28日輪灌次數(shù)N:(13.29式中:C-系統(tǒng)日工作時間,要根據(jù)當(dāng)?shù)厮春娃r(nóng)業(yè)技術(shù)條件確定,一般不宜大于20h。13.3.4微灌管道的水力計算微灌管道水力計算,是在已知所選灌水器的工作壓力和流量以及微灌工作制度情況下確定各級管道通過的流量,通過計算輸水水頭損失,來確定各級管道合理的內(nèi)徑。一、管道流量的確定1.毛管流量計算毛管流量是毛管上灌水器流量的總和,即:(13.30當(dāng)毛管上灌水器流量相同時:(13.31式中Q毛―毛管流量,L/hn―毛管上同時工作的灌水器個數(shù);qi―第i號灌水器設(shè)計流量,L/h;qd―流量相同時單個灌水器的設(shè)計流量,L/h。2.支管流量計算支管流量是支管上各條毛管流量的總和,即:(13.32式中Q支―支管流量,L/h;Q毛i―不同毛管的流量,L/h。3.干管流量計算由于支管通常是輪灌的,有時是兩條以上支管同時運行,有時是一條支管運行。故干管流量是由干管同時供水的各條支管流量的總和,即:(13.33式中Q干―干管注量,L/h或m3/h;Q支i―不同支管的流量,L/h或m3/h。當(dāng)一條干管控制若干個輪灌區(qū),在運行時各輪灌區(qū)的流量不一定相同,為此,在計算干管流量時,對每個輪灌區(qū)要分別予以計算。二、各級管道管徑的選擇為了計算各級管道的水頭損失,必須首先確定一套管網(wǎng)各級管道的預(yù)估計算管徑。這一系列的管徑必須在滿足微灌的均勻度和工作制度的前提下確定。1.允許水頭偏差的分配(1允許水頭偏差的計算。一般在進(jìn)行微灌水力計算時,把每條支管上同時運行的毛管所控制的面積看成是一個微灌小區(qū)。為保證整個小區(qū)內(nèi)灌水的均勻性,對小區(qū)內(nèi)任意兩個灌水器的水力學(xué)特性有如下要求:①微灌系統(tǒng)灌水小區(qū)灌水器流量的平均值,應(yīng)等于灌水器設(shè)計流量。②灌水小區(qū)的流量或水頭偏差率應(yīng)滿足如下條件:q≤[qv](13.34v或hv≤[hv](13.35式中[qv]-設(shè)計允許流量偏差率,一般取[qv]=0.05~0.10;[hv]-設(shè)計允許水頭偏差率,此值可通過下式計算:(13.36式中x-灌水器流態(tài)指數(shù)。③采用補(bǔ)償式灌水器時,灌水小區(qū)內(nèi)設(shè)計允許的水頭偏差應(yīng)為該灌水器允許的工作水頭范圍;采用其它灌水器時,應(yīng)按下式計算:(13.37式中[h]-灌水小區(qū)允許水頭偏差,m;h-灌水器設(shè)計工作水頭,m。d(2允許水頭偏差的分配。由于灌水小區(qū)的水頭偏差分別是由支管和毛管兩級管道共同產(chǎn)生的,應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定其在支、毛管間的分配。①平坦地形,毛管進(jìn)口不設(shè)調(diào)壓裝置時:當(dāng)?shù)匦纹教?且支、毛管的比降均不大于1時,分配比例β1的計算較為麻煩,而美國J.Keller和D.Curmidin則認(rèn)為在平坦地形時,支毛管經(jīng)濟(jì)的水頭損失分配比例應(yīng)為0.45和0.55。中、小型微灌工程在設(shè)計時,如缺乏資料,可按此法進(jìn)行分配。②坡地毛管進(jìn)口設(shè)置調(diào)壓裝置時:山區(qū)坡地毛管布置時,一般均在毛管進(jìn)口安裝水阻管、壓力調(diào)節(jié)器等,以使各毛管進(jìn)口壓力值相等。此時小區(qū)設(shè)計允許的水頭偏差應(yīng)全部分配給毛管,即:[Δh]毛=[hy]hd(13.38式中[h]毛-允許的毛管水頭偏差,m。2.毛管管徑的初選按毛管的允許水頭損失值,初步估算毛管的內(nèi)徑d毛:(13.39式中d毛―初選毛管內(nèi)徑,mm;K―考慮到毛管上管件或灌水器產(chǎn)生的局部水頭損失而加大的系數(shù),其取值范圍一般在1.1~1.2之間;F―多口系數(shù),;N―多孔管總孔數(shù);f―摩阻系數(shù);Q毛―毛管流量,L/h;L―毛管長度,m;m―流量指數(shù);b―管徑指數(shù)由于毛管的直徑一般均大于8mm,上式中,各種管材的f、m、b值,可按表13.11選用。表13.11各種塑料管材的f、m、b值管材fmb硬塑料管0.4641.774.77d>8mm0.5051.754.75Re>23200.5951.694.60微灌用聚乙烯管d≤8mmRe≤23201.7514注:1.Re為雷諾數(shù)2.微灌用聚乙烯管的f值相應(yīng)于水溫10℃,其它溫度時應(yīng)修正。3.支管管徑的初選(1平坦地形。毛管進(jìn)口未設(shè)調(diào)壓裝置時,支管管徑的初選:按上述分配給支管的允許水頭差,用下式初估支管管徑d支::(13.40式中K―考慮到支管管件產(chǎn)生的局部水頭損失而加大的系數(shù),K通常的取值范圍在1.05~1.1之間;L―支管長度,m;其余符號意義同前。且f、b、m值仍從表13-6中選取,需注意的是,應(yīng)按支管的管材種類正確選用表中系數(shù)。(2坡地。毛管進(jìn)口采用調(diào)壓裝置時,支管管徑的初選:由于此時設(shè)計允許的水頭差,均分配給了毛管,支管應(yīng)按經(jīng)濟(jì)的水力比降來初選其管徑d支:(13.41式中ifc―支管的經(jīng)濟(jì)水力比降,一般為0.01~0.03;L―支管長度,m。另外,支管管徑也可按管道經(jīng)濟(jì)流速確定:(13.42式中d支―支管內(nèi)徑,mm;Q支―支管進(jìn)口流量,m3/h;v―塑料管經(jīng)濟(jì)流速,m/s,一般取v=1.2~1.8m/s。4.干管管徑的初選干管管徑可按毛管進(jìn)口安裝調(diào)壓裝置時,支管管徑的確定方法進(jìn)行計算確定。在上述三級管道管徑均計算出后,還應(yīng)根據(jù)塑料管的規(guī)格,最后確定實際各級管道的管徑。必要時還需根據(jù)管道的規(guī)格,進(jìn)一步調(diào)整管網(wǎng)的布局。微灌系統(tǒng)使用的管材與管件,必須選擇其公稱壓力符合微灌系統(tǒng)設(shè)計要求的產(chǎn)品,地面鋪設(shè)的管道并應(yīng)不透光、抗老化、施工方便、連接牢固可靠。一般情況下,直徑50mm以上各級管道和管件可選用聚氯乙烯產(chǎn)品;直徑50mm以下各級管道和管件應(yīng)選用微灌用聚乙烯產(chǎn)品。嚴(yán)禁使用由廢舊塑料制造的管材和管件。三、管網(wǎng)水頭損失的計算水流在管道中流動時,有一部分機(jī)械能量由于克服水流在管道中的水流阻力而轉(zhuǎn)化為熱能,表現(xiàn)為水頭損失。水頭損失分為兩種:一種是均勻的或漸變的水流,由于沿全流程的摩擦阻力而損失的水頭,叫沿程水頭損失;另一種則是在流道的局部地方,如管道擴(kuò)大、縮小、轉(zhuǎn)變等處,由于邊界形狀的急劇變化,使水流運動狀態(tài)發(fā)生急劇改變消耗能量而造成的,叫局部水頭損失。1.沿程水頭損失計算以往國內(nèi)外都采用哈贊(Hazen一威謙姆(Williams公式計算沿程水頭損失。近十余年來,國內(nèi)一些單位用國產(chǎn)微灌管道進(jìn)行水力試驗,發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與該式計算的結(jié)果有較大誤差,對于直徑小的管道誤差更大,如內(nèi)徑為10mm的毛管,哈威公式計算結(jié)果比試驗值偏小達(dá)20%,而采用勃拉林斯(Blasius公式計算的結(jié)果與國產(chǎn)管道試驗資料基本吻合。所以對于直徑大于8mm的微灌用塑料管道,應(yīng)采用勃氏公式計算沿程水頭損失。即::(13.43式中hf―沿程水頭損失,m;f―摩阻系數(shù);Q―流量,L/h;d―管道內(nèi)徑,mm;L―管長,m;m―流量指數(shù);b―管徑指數(shù)。式(13.43中各種塑料管材的f、m、b值,可從表13.11中選取。直徑大于8mm的聚乙烯管道,主要用作支、毛管,屬多孔出流管,管內(nèi)水流狀態(tài)除末端管道可能處于層流外,其余均處于紊流過渡區(qū)。層流區(qū)流速小且管段短,其沿程水頭損失僅占全管長水頭損失的5%左右,用紊流過渡區(qū)的公式計算全管長的沿程水頭損失,層流段所造成的誤差占整個管段的1%左右。因此,對于直徑大于8mm的管道,不分流態(tài),統(tǒng)一用式(13.43計算已有足夠的精度。對于直徑小于8mm的細(xì)管道,主要用作消能調(diào)壓和微管滴頭,全管道內(nèi)為同一流態(tài),必須區(qū)分流態(tài)才能得到滿意的結(jié)果。因此表13.11中對于直徑等于或小于8mm的管道,按雷諾數(shù)劃分為兩種流態(tài)。微灌系統(tǒng)中的支、毛管出流孔口較多,一般可視為等間距、等流量分流管,其沿程水頭損失可按下式計算(當(dāng)N≥3時:(13.44式中h'f―等距多孔管沿程水頭損失,m;S0―多孔管進(jìn)口至首孔的間距,m;N―分流孔總數(shù);qd―毛管上單孔或灌水器的設(shè)計流量,L/h;其余符號意義同前。2.局部水頭損失計算局部水頭損失的計算公式為:(13.45式中hw―局部水頭損失,m;ξ―局部水頭損失系數(shù);v―管中流速,m/s;g-重力加速度,m/s2。當(dāng)參數(shù)缺乏時,局部水頭損失也可按沿程水頭損失的一定比例估算。支管為0.05~0.1;毛管為0.1~0.2。3.毛管極限孔數(shù)的確定水平毛管的極限孔數(shù),應(yīng)按下式計算:(13.46式中Nm―毛管的極限分流孔數(shù);INT―將括號內(nèi)實數(shù)舍去小數(shù)成整數(shù);[h2]―毛管的允許水頭偏差,m;d―毛管內(nèi)徑,mm;k―水頭損失擴(kuò)大系數(shù),為毛管總水頭損失與沿程水頭損失的比值,k=1.1~1.2;S―毛管上分流孔間距,m;qd―毛管上單孔或灌水器的設(shè)計流量,L/h。設(shè)計采用的毛管分流孔數(shù),不得大于極限孔數(shù)。13.3.4微灌管道的水力計算四、均勻坡毛管水力計算1.一般規(guī)定(1地形比降以順流下坡為正,順流逆坡為負(fù)。(2毛管上分流孔編號,以最上游為1號,順流向排序,末孔以N號表示。2.參數(shù)(1降比r為沿毛管的地形比降與毛管最下游管段水力比降的比值,應(yīng)由下式計算:(13.47式中J―沿毛管地形比降;k―水頭損失擴(kuò)大系數(shù);f―摩阻系數(shù);qd―單孔設(shè)計流量,L/h。(2壓比G為毛管最下游管段總水頭損失與孔口設(shè)計水頭的比值,應(yīng)由下式計算:(13.48式中hd―孔口設(shè)計水頭,與qd相應(yīng)對,m;S―毛管上分流孔間距,m。3.毛管水力特征值(1最小壓力孔號pn:毛管上壓力最小的分流孔編號pn,應(yīng)根據(jù)r值選用下式之一計算:當(dāng)r≤1,則qd=N(13.49當(dāng)r>1,則pn=N-INT(r0.571(13.50式中N-毛管最下游孔號。當(dāng)按式(13-46計算得pn<1時,應(yīng)取pn=1。(2最大壓力孔號pm:毛管上的壓力最大的孔口編號pm,應(yīng)按下列條件判定:(13.51(13.52(3最大水頭偏差Δhmax:①一條毛管的最大水頭偏差應(yīng)由下式之一計算:當(dāng)r≤1,則(13.53當(dāng)r>1且pm=N,則(13.54當(dāng)r>1且pm=1,則(13.55②灌水小區(qū)的最大水頭偏差,為小區(qū)內(nèi)所有灌水器的工作水頭中最大工作水頭與最小工作水頭的差值,這兩個灌水器一般分布在不同毛管上,應(yīng)通過比較分析確定。小區(qū)的水頭偏差率應(yīng)滿足式(13.54或式(13.55。4.毛管極限孔數(shù)Nm(1當(dāng)降比r≤1時,應(yīng)按下式試算極限孔數(shù):(13.56式中[h2]-毛管允許的水頭偏差。(2當(dāng)降比r>1時,應(yīng)按下述方法確定極限孔數(shù):①計算p'n=INT(1+r0.571。②按下式計算Φ:(13.57③按Φ值選擇下式之一試算Nm:當(dāng)≥1時,(13.58當(dāng)Φ<1時,(13.5913.3.4微灌管道的水力計算5.毛管進(jìn)口水頭h01計算步驟:①應(yīng)選擇下列兩種方法之一,核算毛管是否滿足允許水頭偏差要求:a.計算極限孔數(shù)Nm,使N≤Nm。,使hmax≤[h2]。b.計算毛管最大水頭偏差h②對滿足允許水頭偏差的毛管,按平均水頭法或中孔水頭法,計算首孔水頭h1。③毛管進(jìn)口水頭h0,應(yīng)按下式計算::(13.60式中S0-毛管進(jìn)口至首孔之管長,m。(2平均水頭法求h1:①平均水頭法是根據(jù)流態(tài)指數(shù)和允許水頭偏差率在常用范圍情況下,毛管各灌水器工作水頭的平均值(平均水頭與各灌水器流量的平均值(平均流量所對應(yīng)的工作水頭近似相等的原理,以平均水頭替代平均流量所對應(yīng)的工作水頭而導(dǎo)出的毛管水力設(shè)計方法。②毛管上首孔的水頭h1應(yīng)按下式計算:h1=hd+RΔH-0.5(N-1JS(13.61(13.62式中H―首孔與最末孔之間毛管的總水頭損失,m;