4-(3)灌水方法-噴灌-2

灌水方法第四章（三）噴灌一、噴灌概述噴灌是當今世界上最主要的節(jié)水灌溉技術之一，美國、前蘇聯(lián)的噴灌面積均占其總灌溉面積的40％以上；隨著科學技術的進步，上百萬畝的大型噴灌工程的建設已成為現(xiàn)實；噴灌技術和農(nóng)業(yè)技術的結合顯著提高了水的利用率和利用效率，提高了土地生產(chǎn)率和勞動生產(chǎn)率。由于噴灌面積迅速擴大，世界上已形成了相當規(guī)模的支撐產(chǎn)業(yè)，出現(xiàn)了一批名牌產(chǎn)品和著名企業(yè)，成為發(fā)展噴灌必不可少的產(chǎn)業(yè)基礎和技術進步的主力軍。噴灌技術我國雖早在50年代就已建設了一些噴灌試驗工程，但形成一定規(guī)模地進行研究、開發(fā)和生產(chǎn)應用則是進入70年代以后的事情。茶園噴灌噴灌技術1976年噴灌列入國家科研計劃，1977～1978年國家計委將噴灌列為重點推廣項目，原水利電力部正式將噴灌列入水利建設計劃。噴灌技術當前,我國研制出了輕小型噴灌機、中心支軸式噴灌機、平移式噴灌機、軟管牽引卷盤式噴灌機、滾移式噴灌機等設備，已形成較大的生產(chǎn)能力。噴灌技術自行開發(fā)了塑料管等多種地埋管材和配套管件，開發(fā)了薄壁鋁管、鍍鋅薄壁鋼管等移動管材，并已形成批量生產(chǎn)能力。噴頭以水平搖臂式噴頭為主體，先后開發(fā)了PYl、PY2及ZY1、ZY2四個系列的金屬搖臂式噴頭以及PYS系列塑料搖臂式噴頭，此外，還有我國獨創(chuàng)的步進式全射流噴頭。噴灌技術1985年我國頒布了國家標準GBJ85—85《噴灌工程技術規(guī)范》和部標準SDl48—85《噴灌工程技術管理規(guī)程》，2007年進行了修訂完善，這些規(guī)范對規(guī)劃設計的標準化和規(guī)范化發(fā)揮了重要作用。此外，還針對噴灌使用專用設備多的特點，我國頒布了國家標準或行業(yè)標準，如噴頭、管材、自吸泵等等，這些標準是噴灌設備生產(chǎn)制造必須遵守的準則和依據(jù)。

噴灌技術經(jīng)過40多年的努力，全國絕大部分縣開展了噴灌的試點、示范和推廣工作。1996年國務院決定在全國建設300個節(jié)水增產(chǎn)重點縣，以點代面，推動全國節(jié)水灌溉的普及。這種形勢有力地促進了噴灌事業(yè)的發(fā)展，全國噴灌面積從1992年的1250萬畝發(fā)展到1997年的1900萬畝，年平均增長率超過10％。噴灌技術得到廣泛的應用。噴灌噴灌系統(tǒng)示意圖（一）、組成水源：井、渠、河等動力：電力、機械水泵：提水設備管道系統(tǒng)：干、支管等噴頭：灌水設備附件：閥門、壓力表、肥料灌等二、噴灌組成和類型噴灌就是通過壓力管道將水體噴射到空中，并利用專門的裝置將水流打碎，然后像降雨一樣降落到地面進行灌溉的一種灌溉方式。（二）、噴灌類型

根據(jù)整個系統(tǒng)的移動情況，噴灌系統(tǒng)可分為：1、固定式：除噴頭可移動外，其它都固定；2、移動式：除水源外其它部分都可移動；3、半固定式：首部和干管固定，支管及噴頭可移動。

也可按系統(tǒng)特點分為：管道式機組式噴灌技術固定式系統(tǒng)噴灌技術移動噴灌系統(tǒng)噴灌技術移動噴灌系統(tǒng)噴灌技術類型優(yōu)點缺點應用固定式操作方便生產(chǎn)效率高占地少設備利用率低投資大灌水頻率高經(jīng)濟效益大地形復雜坡度大移動式設備利用率高單位面積投資低操作靈活田間所需渠道多、路多、占地多、勞動強度大灌水頻率不高的作物水源方便半固定式設備利用率較高投資較省勞動強度一般工作條件較差勞動強度較大多種條件下均可應用，是目前主要發(fā)展類型各類噴灌系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較噴灌技術三、噴頭種類及工作原理（一）、按工作方式分類1、旋轉式噴頭噴灌技術噴灌技術單嘴搖臂噴頭噴灌技術2、固定式噴頭折射式噴頭噴灌技術縫隙式噴頭噴灌技術離心式噴頭噴灌技術3、孔管式噴頭噴灌技術類型優(yōu)點缺點應用旋轉式射程遠結構簡單易于推廣安裝不平或有風時旋轉不勻中遠程噴灑、田邊地角、大田作物固定式工作可靠造價便宜射程?。?-10m）噴灌強度大（15-20mm/h）水量分布不均易堵塞果園、菜地、苗圃、溫室孔管式要求壓力低噴灌強度大水舌受風影響大果園、菜地、苗圃、溫室不同噴頭的優(yōu)缺點比較噴灌技術（二）、按工作壓力分類1、低壓近射程：200kpa以下的壓力，15m以內(nèi)的射程；2、中壓中射程：200-500kpa的壓力，15-40m的射程；3、高壓遠射程：大于500kpa的壓力，40m以上的射程。噴灌技術項目高壓遠射程中壓中射程低壓近射程工作壓力（kPa)>500200-500100-200射程（m）>4015-405-15流量（m3/h）>310.8-310.3-1.2噴頭按工作壓力和射程分類噴灌技術（三）噴頭的技術參數(shù)1、工作壓力：進水口前20cm的內(nèi)壓力為工作壓力；出水口的壓力為噴嘴壓力。兩者的差值反映噴頭的設計制造水平，其值應小于49kpa；2、流量：單位時間噴出的水量，與工作壓力和噴嘴直徑成正比。3、射程：噴灑有效水所達到的距離，即噴灑半徑。與噴嘴壓力、流量、仰角、噴嘴形狀、噴灌結構等有關。實際測量時，以噴灌強度等于平均強度5%的點至圓心的距離為準。

為流量系數(shù)；A為噴嘴過水面積，hp為噴頭工作壓力。噴灌技術在一定范圍內(nèi)，壓力增加射程增加，超出之后壓力增加只能增加霧化程度。噴頭的技術參數(shù)是選擇噴頭的主要依據(jù)。一般生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出廠前都已將參數(shù)標定。噴灌技術四、噴灌技術要素噴灌的主要技術指標有噴灌強度、噴灌均勻度、水滴打擊強度等幾項，他們是衡量噴灌質量的重要標準和設計噴灌系統(tǒng)的重要依據(jù)。噴灌技術（一）、噴灌強度噴灌強度就是單位時間內(nèi)噴灑在單位面積上的水量，或單位時間噴灑在地上的水深。單位：mm/min或mm/h噴灌時水量并不十分均勻，因此有點強度和平均強度之分。噴灌技術1、點噴灌強度：地面某一點處單位時間內(nèi)噴灑的水深

ρi=△h/△t2、平均噴灌強度：地表上平均單位面積單位時間內(nèi)噴灑的水深

ρ=h/t噴灌技術3、單噴頭噴灌強度：單個噴頭工作時的噴灑強度。

ρ=1000qη/s=1000qη/

(

R2)噴灌技術4、多噴頭組合噴灌強度：多個噴頭組合時的噴灌強度。由多個噴頭共同噴灑合成，可以用圖中陰影面積除噴頭流量計算。

ρ組合=1000qη/s=1000qη/(

l*b)S為噴頭平均控制面積，它小于噴灑面積。噴灌技術噴灌強度應小于土壤的入滲強度，以避免產(chǎn)生地表積水或徑流，造成土壤沖刷，因此設計時必須掌握土壤、地形、坡度等資料。噴灌技術土壤類別允許噴灌強度（mm/h）

砂土20

砂壤土15

壤土12

壤粘土10

粘土8（二）、噴灌均勻度噴灌均勻度指噴灌面積上水量分布的均勻程度，是衡量噴灌質量的重要指標。表征指標有均勻度系數(shù)和雨量圖。噴灌技術1、均勻度系數(shù)國際上多采用美國克里斯琴森均勻系數(shù)。計算式為：

式中：為平均水深，△h為平均離差。GBJ85-85《噴灌工程技術規(guī)范》規(guī)定：在設計風速下，噴灌均勻系數(shù)不應低于75%，對行噴式噴灌系統(tǒng)，不應低于85%。噴灌技術2、水量分布圖噴灑范圍內(nèi)的等水量圖。噴灌技術單個噴頭的均勻系數(shù)是沒有什么意義的，因為噴灌都是多噴頭的組合；實際生產(chǎn)中可用四個或三個噴頭組合進行測定，即噴頭圍著的范圍內(nèi)的均勻系數(shù)可代表噴灌的實際均勻度，如圖中黃色部分。噴灌技術（三）、水滴打擊強度是指受水面積內(nèi)，水滴對作物或土壤的打擊動能。與水滴大小、降落速度和密度有關。用霧化指標或水滴直徑表示。噴灌技術1、霧化指標

Pd=Hp/dHp--為噴頭工作壓力；d--為噴嘴直徑。Pd越大，霧化程度越高；水滴直徑越小，打擊強度越小。噴灌技術作物種類Hp/d蔬菜及花卉4000-5000果樹、糧食作物、經(jīng)濟作物3000-4000牧草、飼料作物、草坪及綠化林木2000-3000各種作物要求的噴頭霧化指標噴灌技術噴灌技術2、水滴直徑指落在地面或作物葉面上的水滴直徑。直徑過大打傷幼苗、板結土壤；直徑過小，在空中損失大、易受風的影響。一般要求平均在1-3mm以內(nèi)。噴灌技術五、噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃、布置與設計噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設計是一個反復的過程，不可能一次就完全確定下來，但可以遵循一定的步驟。通常分為規(guī)劃和設計兩個階段進行。噴灌技術（一）、收集資料1、自然條件地形、土壤、氣象、水源、作物等2、生產(chǎn)條件水利現(xiàn)狀、生產(chǎn)現(xiàn)狀、動力現(xiàn)狀、材料及供應情況、生產(chǎn)組織和用水管理狀況3、經(jīng)濟社會條件行政區(qū)劃、經(jīng)濟條件、交通條件、發(fā)展規(guī)劃噴灌技術（二）、系統(tǒng)選型根據(jù)地形、土壤、氣象、水源、作物、經(jīng)濟及設備條件，考慮各種系統(tǒng)形式的優(yōu)缺點，選定系統(tǒng)形式。1、噴灌次數(shù)多、經(jīng)濟價值高的作物可選固定式；在地形太陡，移動困難時也可選固定式；2、大田作物可選移動或半固定式，提高設備利用率；3、自然水頭好時可選自壓式系統(tǒng)，降低運行費。噴灌技術（三）、選擇適宜的噴灌強度噴頭的噴灌強度在出廠時已標定。根據(jù)土壤和坡度等選定噴灌強度。噴灌技術土壤類別允許噴灌強度（mm/h）砂土20砂壤土15壤土12壤粘土10粘土8各類土壤允許的噴灌強度噴灌技術地面坡度(%)允許強度的降低數(shù)(%)<5105-8209-124013-2060>2075坡地噴灌強度降低值（四）、確定噴灑方式和噴頭組合1、噴灑方式有全園噴灑和扇型噴灑兩種。生產(chǎn)中全園噴灑是主要的，扇形噴灑在特殊的場合適用：（1）田邊地角（2）坡度較大（3）風力較大（4）單噴頭機組噴灌技術噴灌時是多噴頭同時工作。噴頭組合的原則是不留空白，并有較高的均勻度。常用的噴頭組合有四種形式：如下圖示噴灌技術2、噴頭組合形式確定噴頭組合形式噴灌技術3、一般情況下噴頭組合間距的確定噴頭間距受射程、噴灌均勻度和噴灌強度等的影響，一般把噴頭間距和選型一起考慮，即確定作業(yè)方式和質量，然后選定噴頭和確定間距。常用經(jīng)驗系數(shù)法確定。噴灌技術噴頭組合形式支管間距b噴頭間距L有效控制面積正方形1.42R1.42R2.0R2正三角形1.5R1.73R2.6R2矩形1.73R1.0R1.73R2三角形1.87R1.0R1.87R2噴頭組合的支管間距、噴頭間距和控制面積的關系噴灌技術4、有風情況下噴頭與支管間距確定在多風的地區(qū)和季節(jié)進行噴管，要考慮風的影響。一般用經(jīng)驗系數(shù)法進行支管和噴頭間距調整。

b=Cm*RL=Cp*RCm為支管調整系數(shù)；Cp為噴頭調整系數(shù)，干管支管風向噴頭風力等級風速（km/h）Cm（支管）Cp（噴頭）11.11-5.41.31.025.8-11.91.3-1.21.0-0.8312.2-19.41.1-1.00.8-0.6風速對噴頭和支管間距的影響系數(shù)干管支管風向噴頭式中：ρ——組合噴灌強度(mm/h)Kw——風系數(shù)

CP——布置系數(shù)V——設計風速(m/s)

ρS——無風情況下單噴頭

設計噴灌強度(mm/h)式中：Qp——噴頭設計流量(m3/h)R——單噴頭噴灑半徑（m）a（L）——噴頭間距（m）b——支管間距（m）5、組合噴灌強度計算風系數(shù)計算式組合系數(shù)計算式從前面學習知道，單支管多噴頭布置系數(shù)CP計算公式復雜繁瑣，可通過查曲線圖得到噴頭間距a（即L）。設計中如何確定的支管及噴頭間距：通常是先確定系統(tǒng)控制參數(shù)，然后選擇噴頭及噴頭參數(shù)，最后計算并校核組合間距并調整——即參數(shù)控制法。6、組合噴灌支管及噴頭間距的確定步驟（1）系統(tǒng)參數(shù)確定：土壤入滲強度、作物要求的霧化指數(shù)、設計風速、系統(tǒng)均勻度（2）選擇噴頭并確定參數(shù)。用公式進行計算確定組合噴灌強度，然后校核噴灌強度是否滿足要求，同時計算霧化指數(shù)并校核。（3）在校核各種參數(shù)之后，可以按照組合系數(shù)計算噴頭間距和支管間距。為了降低工程成本，噴頭間距越大越好，但間距擴大均勻度下降。因此《噴管工程技術規(guī)范》要求，在設計風速下，均勻系數(shù)不低于75%，據(jù)此設計的噴頭間距即最大可行噴頭間距。（五）、管道系統(tǒng)的布置及布置原則1、干管沿主坡方向布置，支管與干管垂直，支管沿等高線布置；2、平坦地區(qū)，支管盡量與作物耕作方向一致，與田間工程配合，減少豎管對耕作的影響；3、在經(jīng)常刮風地區(qū)，支管與主風向垂直，便于有風時加密噴頭，補償風對橫向射程的影響；噴灌技術4、支管上各噴頭的壓力要求接近一致，否則影響各噴頭得出水量；5、水源盡量布置在系統(tǒng)中心，減少管徑，減少水頭損失；6、每根支管均應安裝閘閥。7、一般支管間距大于噴頭間距，減少只管用量，節(jié)省投資，減輕勞動強度。噴灌技術（六）、結構計算——以半固定系統(tǒng)、正方形組合為例1、灌溉制度設計（1）設計灌水定額

m=0.1rh(B1-B2)/η=0.1

h

(B’1-B’2)/ηm設計毛灌水定額,mm；r土壤容重,kg/cm3B1、B2適宜土壤含水量(重量)；η水利用系數(shù),0.7-0.9B’1、B’2適宜土壤含水量(體積)；h計劃濕潤深度,cm,20-60cmhr（2）設計灌水周期兩次灌水間隔時間:

T=m

η/em設計毛灌水定額,mmT設計灌水周期，de日耗水強度,mm/dη水利用系數(shù)，0.7-0.9噴灌技術Tm土壤含水量B1B2時間（3）噴頭在工作點一次灌水所需時間

t=m/ρ系統(tǒng)

ρ系統(tǒng)=1000q/blq——單噴頭流量,m3/hb——支管間距，ml——噴頭間距，m

ρ系統(tǒng)——系統(tǒng)平均噴灌強度,mm/h噴灌技術干管支管噴頭b2、確定支管的輪灌方式及計算輪灌組數(shù)支管輪灌方式也就是支管的移動方式。不同的輪管方式影響干管的直徑，影響投資。在工作中，有兩種灌溉工作方式：

一是續(xù)灌：上級管道向下級管道連續(xù)不斷地供水。

二是輪灌：上級管道向下級管道分組輪流供水。噴灌技術兩根支管的輪灌方式示意。后兩種方式可使后半截干管流量減少一半。（1）輪灌方式確定

n=(T*C)÷tT——為作物灌水周期,dC——為噴灌系統(tǒng)每天有效工作的時間,h/dt——一次灌水所需時間,h輪灌的基礎是作物灌水周期長,系統(tǒng)灌水時間短,可以把作物分組進行灌溉，從而減少工作規(guī)模，節(jié)省投資。（2）輪灌組數(shù)計算（1）噴頭數(shù)：

N噴頭=（A/bl）÷nA——灌區(qū)面積n——輪管組數(shù)其他符號同前A/bl為需要灌水的點數(shù),如圖中為15點;n為輪灌組數(shù),設以支管為輪灌組,則n=3;同時工作的噴頭數(shù)為:N噴頭=15/3=53、同時工作的噴頭數(shù)和支管數(shù)（2）支管數(shù)

N支=N噴頭/U噴頭A/bl為需要灌水的點數(shù),如圖中為15點；n為輪灌組數(shù),設以支管為輪灌組,則n=3；同時工作的噴頭數(shù)為:N噴頭=15/3=5同時工作的支管數(shù)為:N支=5/5=1

U噴頭

——一根支管上的噴頭數(shù)1、流量計算（七）流量及管徑計算（1）支管流量支管流量等于支管上噴頭流量之和：

Q支=q噴xU噴頭（2）干管流量干管流量等于同時工作支管流量之和：

Q干=Q支xN支2、管徑計算d——干管管徑，mmQ——干管流量，m3/hV——管道經(jīng)濟流速，m/s，一般為1.5m/s計算出干管管徑后，應向統(tǒng)一的管徑調整，并且要向市場規(guī)格調整。（八）、水力計算在解決實際水力學問題中，廣泛應用伯諾里方程式。水流運動現(xiàn)象多種多樣，但其實質都是在一定條件下的能量互相轉化，因此，它遵守能量守恒及其轉化規(guī)律。現(xiàn)以閘孔出流為例，圖1為閘孔出流的水流狀態(tài)。從圖中流線的疏密程度看出各個斷面(斷面1—1、2—2)的平均流速不一樣，而且在同一過水斷面上，每一點的流速v和壓強p也不一樣。因此在分析水流運動的能量轉化關系時，就不能用固體運動分析的方法，而必須首先取一微小流束進行分析得出能量方程，然后推廣到實際總體水流中，得出總流的能量方程。（A）伯諾里方程式取微小流束過水斷面1—1的面積為dw1，其形心點到某一基準面的高度為Z1，形心點的壓強為p1，流速為v1。由于流束的過水斷面積是微小的，可忽略過水斷面上壓強分布與流速分布的不均勻性而近似地認為是均勻分布。因此其形心點的壓強和流速就可看作是該微小面積上的平均值。同理，相應于斷面2—2的各值為dw2、Z2、p2和v2。作用于微小流束1—2水體上的力，有周界上的壓力、重力以及水體在流動過程中所受到的阻力。上述各力所作的功如下：1、壓力作功dAPdAP=P1dl1-P2dl2=p1dw1dl1-p2dw2dl2=p1dw1v1dt-p2dw2v2dt=(p1-p2)dQdt2、重力作功dAGdAG=ρdQdtg(Z1-Z2)=rdQdt(Z1-Z2)3、阻力作功dAr假定單位重量水體在流束1—2段上流動時所受的阻力作功為-h’w，則dt時間內(nèi)，通過整個流束的水重為dG=rdQdt，所以阻力所作功為：dAr=-rdQdth’w4、動能的增量dEu==從圖看出，1-2之間的動能的增量僅為1-1’和2-2’兩段水體動能的變化量，并且兩段水體的質量相等：dm=rdQdt因此，動能的變化表現(xiàn)為速度的變化。5、微小流束的能量方程---伯諾里方程dAP+dAG+dAr=dEu即(p1-p2)dQdt+rdQdt(Z1-Z2)-rdQdth’w=6、能量方程的應用條件（1）水流必須是恒定流。（2）作用于水體上的質量力只有重力。（3）在所選取的兩個過水斷面上，水流應符合漸變流條件，但在所取的兩個過水斷面之間，水流可以不是漸變流。（4）在所取的兩個過水斷面之間，要求流量保持不變，其間沒有流量加入或分出。（5）液體是連續(xù)的和不可壓縮的，即密度ρ=常數(shù)。（B）水頭損失計算水從水源到噴頭，沿程要有能量損失，要使水從噴頭噴射出去，必須在水源處提供足夠的能量（即壓力）才行，究竟需要多大的壓力，需要計算能量損失量。噴灌系統(tǒng)示意圖1、水頭損失的種類一類是在均勻的或漸變的水流中(圖a等直徑管流)為克服沿全部流程水流的摩擦阻力而損失的水頭，叫做沿程水頭損失，用hf表示一類是在