微灌工程技術(shù)

1、微灌工程技術(shù) 概述 微灌設(shè)備與工作原理 微灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 微灌工程規(guī)劃 微灌系統(tǒng)設(shè)計(jì) 微灌工程設(shè)計(jì)示例 概述 微灌的定義 微灌的組成和分類 微灌的優(yōu)缺點(diǎn) 微灌技術(shù)的發(fā)展與展望 微灌的定義 微灌是利用微灌設(shè)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(rùn)作物根部附近土壤的一種局部灌水技術(shù) 微灌是以少量的水濕潤(rùn)作物根區(qū)附近的部分土 壤，比地面灌溉節(jié)水5070 %，比噴灌省水 15%20 %，灌水均勻，均勻度達(dá) 0.8 0.9, 適用于所有的地形和土壤 ,特別適用于干旱缺 水地區(qū) 微灌的分類 微灌可以按不同的方法分類，按所用的 設(shè)備(主要是灌水器)及出流形式不同，

2、分為： 滴灌（地表與地下滴灌） 微噴灌 涌泉灌（小管出流灌） 重力滴灌 滲灌 微灌技術(shù) 灌水器種類 微 噴 灌 滴 灌 重力滴灌 小管出流 滲 灌 滴 灌 滴灌是通過安裝在毛管上的灌水器將水、均勻而 又緩慢地滴入作物根區(qū)附近土壤中的灌水形式 除緊靠滴頭下面的土壤水分處于飽和狀態(tài)外，其 它部位的土壤水分均處于非飽和狀態(tài)，土壤水分 主要借助毛管張力作用入滲和擴(kuò)散 滴灌適合于蔬菜、果樹、花卉以及壟向種植的作 物，各種土壤條件都適用 便于實(shí)施化學(xué)灌溉（灌溉施肥），控制灌溉，在 保護(hù)地蔬菜采用滴灌技術(shù)效果最佳 大田滴灌 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) 滴灌的類型

3、 固定式地面滴灌 半固定式地面滴灌 膜下滴灌 地下滴灌 微噴灌微噴灌 微噴灌是利用直接安裝在毛管上，或與 毛管連接的微噴頭將壓力水以噴灑狀濕 潤(rùn)土壤 微噴頭包括固定或和旋轉(zhuǎn)式 微噴頭的流量通常為20250L/h 微噴灌 微噴技術(shù)的特點(diǎn)它是通過有壓管網(wǎng)將首部加壓 的水輸送到田間，再經(jīng)過特制的霧化噴頭將水 噴灑呈霧狀進(jìn)行灌溉 微噴頭孔徑較滴灌灌水器大，比滴灌抗堵塞， 供水快 微噴適合于果樹、花卉、部分露地蔬菜，各種 土壤條件下都適用 在設(shè)施環(huán)境中灌溉花卉、育苗效果較好 容易產(chǎn)生堵塞問題，灌溉質(zhì)量受地形影響，工 程造價(jià)較高，適用于經(jīng)濟(jì)作物灌溉 旋轉(zhuǎn)式微噴頭 折射式微噴頭 果樹微噴灌 露地蔬菜微噴灌

4、溫室霧噴系統(tǒng) 苗圃微噴灌 涌泉灌（小管出流灌） 在我國(guó)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(xì)流 (射流) 狀局 部濕潤(rùn)作物附近土壤，小管灌水器的流量為 80250L/h 對(duì)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(rùn)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1997年訪問 以色列同以達(dá)成的技術(shù)引進(jìn)和開發(fā)由中國(guó) 農(nóng)業(yè)大學(xué)同以色列恩塔公司在中國(guó)共同開 發(fā)、推廣的一種新型節(jié)水灌溉技術(shù) 重力滴灌系統(tǒng)以它極低的工作壓力、均勻 的供水方、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 的用戶所接受 果樹重力滴灌

5、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全 部埋在地下 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和根 系所堵塞 最近在國(guó)外引進(jìn)采用廢輪胎加工成的多孔滲流 管，并進(jìn)行小面積試點(diǎn)，但是微孔滲流管的堵 塞是一個(gè)嚴(yán)重的問題，未經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)檢驗(yàn)不 宜貿(mào)然推廣 微灌的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題微灌的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題 微灌的優(yōu)點(diǎn) 適應(yīng)性強(qiáng) v主要表現(xiàn)在不要求地面平整就可進(jìn)行灌溉，能 夠適應(yīng)各種地形條件，尤其適宜在山丘坡地進(jìn) 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(diǎn) 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

6、溉用水。同地面灌溉相比，一般噴灌可省 水30一50。由于滴灌沒有噴灌時(shí)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50一70 v在透水性強(qiáng)、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(yáng)程灌區(qū)和井灌區(qū)，省水就意味 著節(jié)省能耗或擴(kuò)大灌溉面積 微灌的優(yōu)點(diǎn) 省工省地 v微灌實(shí)現(xiàn)了灌溉機(jī)械化和自動(dòng)化的操作管理， 可以減輕灌水的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省大量勞動(dòng)力。 可以減少雜草生長(zhǎng)的環(huán)境，節(jié)省田間管理的工 時(shí) v據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，微灌可節(jié)省用工2540。微灌 的輸水管道多埋設(shè)在地下，減少了灌溉渠道所 占的耕地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用噴(微)灌后，土地利 用率一般可以提高710 微灌的

7、優(yōu)點(diǎn) 保持水土和防止次生鹽堿化 v微灌可以根據(jù)土壤的質(zhì)地和透水性能來調(diào)整灌水量和 灌水強(qiáng)度，因此不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生地表 沖刷和土、肥流失現(xiàn)象，不會(huì)產(chǎn)生深層滲漏，而且可 防止地下水位上升而引起的土壤次生鹽堿化 v由于微灌能使作物根部的土壤經(jīng)常保持在較高含水量 的狀態(tài)，因此還可以使用含有一定鹽分的水來灌溉作 物 微灌的優(yōu)點(diǎn) 增產(chǎn) v微灌不會(huì)導(dǎo)致地面板結(jié)，使土壤始終保持琉松、多孔 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(diào)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(duì)養(yǎng)分的吸收 v實(shí)踐

8、證明：采用噴、微灌，糧食作物一般增產(chǎn)10一30%， 經(jīng)濟(jì)作物般增產(chǎn)20一50%，蔬菜一般增產(chǎn)30一50% 微灌技術(shù)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與其它灌溉方法相比 ,不具有防干熱風(fēng) ,調(diào)節(jié)田間小 氣候的作用，對(duì)于粘質(zhì)土壤，因灌水時(shí)間較長(zhǎng)，根系 區(qū)土壤水分長(zhǎng)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(zhǎng)期定點(diǎn)灌水會(huì)使土壤濕潤(rùn)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(duì)作物生長(zhǎng)不利 v滴頭堵塞問題一直沒有得到徹底的解決。應(yīng)搞好設(shè)備 設(shè)施的配套研制，提高滴頭使用壽命。并進(jìn)行滴灌水 源水質(zhì)分析與處理裝置設(shè)施及方法的研究；進(jìn)行滴灌 系統(tǒng)施用化肥藥液裝置

9、使用方法的研究以及安全裝置 和調(diào)壓裝置的研究 微灌技術(shù)中存在的問題 滲灌中存在的問題 v易于堵塞 ,不易檢查和維修 v應(yīng)加強(qiáng)專用滲管及配件設(shè)備研制和滲管主要技術(shù)參數(shù) 及工藝攻關(guān)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、1流量確定、滲 灌管進(jìn)口工作壓力的確定、滲灌管管徑及變徑管組合、 滲灌管間距的確定、滲灌管的適宜埋深及防止?jié)B漏措 施，滲灌管堵塞機(jī)理與防治及延長(zhǎng)使用壽命的研究 微灌在我國(guó)的發(fā)展階段 我自1974年由墨西哥政府贈(zèng)送我國(guó)三套滴灌設(shè) 備開始引進(jìn)滴灌技術(shù)以來，已有20多年的發(fā)展 歷程，大體經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： v第一階段 (19741980年)：引進(jìn)滴灌設(shè)備、

10、消 化吸收、設(shè)備研制和應(yīng)用試驗(yàn)與試點(diǎn)階段 v第二階段 (19811986年)：設(shè)備產(chǎn)品改進(jìn)和應(yīng) 用試驗(yàn)研究與擴(kuò)大試點(diǎn)推廣階段 v第三階段 (1987年至今)：直接引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn) 工藝技術(shù)，高起點(diǎn)開發(fā)研制微灌設(shè)備產(chǎn)品 微灌技術(shù)的發(fā)展前景 根據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的九十年代中國(guó)發(fā)展綱要 的要求，2000年后要把全國(guó)農(nóng)業(yè)用水的有效利 用率提高10個(gè)百分點(diǎn)，每年將節(jié)水400億立方 米，糧食將增產(chǎn)800億斤。這么宏偉的計(jì)劃沒 有一系列的高效節(jié)水措施是不可能實(shí)現(xiàn)的，只 有微灌技術(shù)才有可能有效地落實(shí)這個(gè)目標(biāo) 我國(guó)發(fā)展微灌技術(shù)，社會(huì)條件、技術(shù)條件和農(nóng) 民的承受能力都已具備，微溉事業(yè)一定會(huì)蒸蒸 日上飛速發(fā)展 微灌設(shè)備與工

11、作原理微灌設(shè)備與工作原理 微灌系統(tǒng)簡(jiǎn)介 一個(gè)完整的微灌工程，從灌溉受水點(diǎn)到水源， 一般由灌水器、各級(jí)輸水管道和管件，各種控 制和量測(cè)設(shè)備，過濾器、施肥（施藥）裝置和 水泵電機(jī)安裝組成 上述所屬的微灌設(shè)備如灌水器、施肥裝置、過 濾器等，本章將做較詳細(xì)的介紹。對(duì)與灌溉工 程常見的閘閥、水泵、電機(jī)這里則不進(jìn)行介紹 灌 水 器 對(duì)灌水器的基本要求 灌水器的分類 灌水器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力學(xué)特征 灌水器的制造偏差 對(duì)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(qiáng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、安裝、清洗 堅(jiān)固耐用，價(jià)格低廉 灌水器的分類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 按結(jié)構(gòu)和出流形式可將灌

12、水器分為： v滴頭 v滴灌帶 v微噴頭 v涌水器 滴頭定義及分類 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(xì)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(zhǎng)流道型滴頭 v孔口型滴頭 v迷宮紊流滴頭 v壓力補(bǔ)償型滴頭 長(zhǎng)流道滴頭孔口滴頭 迷 宮 穩(wěn) 流 滴 頭 壓 力 補(bǔ) 償 滴 頭 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： v內(nèi)鑲式滴灌帶 v薄壁滴灌帶 滴灌帶有壓力補(bǔ)償式與非壓力補(bǔ)償式兩種 微噴頭 定義定義 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(gè)微噴頭的噴水量一般不超過

13、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 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(gè)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(duì)旋轉(zhuǎn)軸形成一個(gè) 力矩，從而使噴射出來的水舌隨著折射臂作快速 旋轉(zhuǎn)。故它又移為旋轉(zhuǎn)式微噴頭 特點(diǎn) v有效濕潤(rùn)半徑較大 v噴水強(qiáng)度較低 v水滴細(xì)小 v壽命較短 組成 v折射臂 v支架 v噴嘴 射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭 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

14、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 組成 v噴嘴 v折射錐 v支架 特點(diǎn) v結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 v沒有運(yùn)動(dòng)部件,工作可靠 v價(jià)格便宜 缺點(diǎn)： 水滴太微細(xì),在空氣十分干燥、溫度高、風(fēng)大的地 區(qū),蒸發(fā)漂移損失大 折 射 式 微 噴 頭 離心式微噴頭 工作原理： 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(shí)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(diǎn)： 工作壓力低 霧化程度高 孔口較大 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

15、是底座，上部是帶有縫隙的蓋 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(diǎn)： 工作水頭低 孔口大、不易被堵塞 灌水器的流量與壓力關(guān)系 微灌灌水器的流量與壓力關(guān)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(duì)壓力變化的敏 感程度 v當(dāng)?shù)晤^內(nèi)水流為全層流時(shí)，流態(tài)指數(shù)x等于1， 即流量與工作水頭成正比 v當(dāng)?shù)晤^內(nèi)水流為全紊流時(shí)，流態(tài)指數(shù)x等于0.5 v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01.0之間變化 制造偏差系數(shù) 意義： 灌水器的流量與流道直徑的2.5

16、4次冪成正比，制造上的微小 編差將會(huì)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等的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生制造偏差。 實(shí)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 q S Cv q q n i i n 1 S n qq i i n 1 1 2 1 () 式中： Cv灌水器的流量偏差系數(shù)； S流量標(biāo)準(zhǔn)偏差； qi所測(cè)每個(gè)滴頭的流量L/h； n所測(cè)灌水器的個(gè)數(shù)。 ASAE 標(biāo)準(zhǔn) EP405.1 灌水器制造偏差系數(shù)分類 (Classification of emiter coefficient of manufacturing variation) 質(zhì)量分類 滴頭或微

17、噴頭 滴灌帶 好 Cv0.05 Cv0.1 一般 0.05Cv0.07 0.1Cv0.2 較差 0.07Cv0.11 差 0.11Cv0.15 0.2Cv0.3 不能接受 0.15Cv 0.3194畝 ） 小時(shí)） mm/d( I667. 0 ( t)h/m(Q A 3 四、選擇灌水器類型與確定毛管 布置方式 選用進(jìn)口滴灌管(以色列NaanTif)，該滴 灌管滴頭流量壓力關(guān)系為 工作水頭hd=10米時(shí)，滴頭流量為2.3升 時(shí)，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(rùn)比計(jì)算 一般，當(dāng)?shù)晤^為2升、時(shí)，在砂壤土中的 濕潤(rùn)直徑為0.8-1m（經(jīng)驗(yàn)值） 每棵果樹的濕潤(rùn)面積 每棵果樹占地面

18、積 濕潤(rùn)比 =1.03/(33) 33 五、根據(jù)設(shè)計(jì)灌水均勻度計(jì)算毛 管最大鋪設(shè)長(zhǎng)度 當(dāng)沒計(jì)灌水均勻度為98時(shí)，小區(qū)最大 流量偏差qv=0.1，則小區(qū)最大水頭偏差： )q x x1 12. 01 (q x 1 h hh H vv d minmax v 19. 0) 1 . 0 524. 0 524. 01 12. 01 ( 1 . 0 524. 0 1 h hh H d minmax v 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得： 根據(jù)公式 d x 1 max h)q62. 01 (h d x 1 max h)q38. 01 (h 計(jì)算得 hmax11.2m，hmin 9.3m 小區(qū)內(nèi)滴頭最大水頭差11.2-9.

19、3=1.9米 根據(jù)支毛管水頭差分配比： dvh H55. 0H 毛 dvH H45. 0H 毛 毛管最大允許鋪設(shè)長(zhǎng)度 (采用試算法) 毛管水頭損失 F/DLQ104 . 81 . 1h 1.771.774 f v當(dāng)L=150米時(shí)，hd =1.51m v當(dāng)L=140米時(shí)，hd =1.25m v當(dāng)L=130米時(shí)，hd =1.02m v當(dāng)L=100米時(shí)，hd =0.5 m 根據(jù)地形情況，取毛管長(zhǎng)度L=100m，此時(shí)， 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(zhǎng)度100米，每米一個(gè)滴頭，每個(gè)滴 頭流量2.3升時(shí)，則每條毛管流量 Q毛1002.3230升時(shí)0.23

20、m3h 每個(gè)輪灌組毛管條數(shù)n=500.23=217條 取為偶數(shù)條，即216條 整個(gè)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 的輪灌組劃分為 v第和第灌水小區(qū)為一個(gè)輪灌組 v第和第灌水小區(qū)為一個(gè)輪灌組 v為說明管網(wǎng)水力學(xué)計(jì)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 400m 324m 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2 100m 27條 (一)支管水力計(jì)算 由于當(dāng)毛管為100m時(shí)，毛管水頭損失為0.5m， 而小區(qū)

21、內(nèi)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 管選用D63PE管(內(nèi)徑53mm)管上毛管條數(shù)272 條，即27各出水口 管進(jìn)口總流量Q0.232272.42m3h 支管長(zhǎng)度L27381m 支管水頭損失 hf1.43m1.4米(支管允許水 頭損失) (二)分干管水力計(jì)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(jì)管徑計(jì)算公式： Q13D mmD65242.1213 初選管徑D=75mm（內(nèi)徑70mm） 干管水頭損失 hf 4.42m (四)首部樞紐水頭損失計(jì)算 首部樞紐水頭損失包括：閘閥、

22、過濾器、 施肥器、管件和泵管等 查閱設(shè)備樣本，確定各部件的水頭損失 總水頭損失考慮hf首部15m (五)水泵揚(yáng)程確定與水泵選型 水泵揚(yáng)程滴頭允許最小工作水頭+毛管 水頭損失+支管水頭損失十分干管水頭損 失+干管水頭損失+首部水頭損失+動(dòng)水位 f9.3+0.5+1.4+4.42+6.27+15+2056.89m 水泵流量Q49.68m3h 選定水泵型號(hào) (六)計(jì)算其他輪灌分干管直徑 第二輪灌組中分干管-2管徑計(jì)算 利用水泵性能曲線確定系統(tǒng)流量時(shí)的實(shí)際揚(yáng)程，假定 與汁算的揚(yáng)程沒有變化，可由水泵揚(yáng)程推算出第2分干 管入口壓力 h2分干管水泵揚(yáng)程一動(dòng)水位一首部水頭損失分干管進(jìn) 口至第2分干管入口處的水頭損失56.89-20-15-2.4 19.49m 由前面計(jì)算可知，