企业培训_微灌工程技术培训讲义

微灌工程技术 微灌工程技术 概述微灌设备与工作原理微灌工程规划设计参数的确定微灌工程规划微灌系统设计微灌工程设计示例 概述 微灌的定义微灌的组成和分类微灌的优缺点微灌技术的发展与展望 微灌的定义 微灌是利用微灌设备组装成微灌系统 将有压水输送分配到田间 通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术微灌是以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤 比地面灌溉节水50 70 比喷灌省水15 20 灌水均匀 均匀度达0 8 0 9 适用于所有的地形和土壤 特别适用于干旱缺水地区 微灌的分类 微灌可以按不同的方法分类 按所用的设备 主要是灌水器 及出流形式不同 分为 滴灌 地表与地下滴灌 微喷灌涌泉灌 小管出流灌 重力滴灌渗灌 微灌技术 灌水器种类 微喷灌 滴灌 重力滴灌 小管出流 渗灌 滴灌 滴灌是通过安装在毛管上的灌水器将水 均匀而又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外 其它部位的土壤水分均处于非饱和状态 土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散滴灌适合于蔬菜 果树 花卉以及垄向种植的作物 各种土壤条件都适用便于实施化学灌溉 灌溉施肥 控制灌溉 在保护地蔬菜采用滴灌技术效果最佳 大田滴灌 果树滴灌 蔬菜滴灌 大型连栋温室黄瓜滴灌 大棚蔬菜滴灌 日光温室滴灌系统 滴灌的类型 固定式地面滴灌半固定式地面滴灌膜下滴灌地下滴灌 微喷灌 微喷灌是利用直接安装在毛管上 或与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤微喷头包括固定或和旋转式微喷头的流量通常为20 250L h 微喷灌 微喷技术的特点它是通过有压管网将首部加压的水输送到田间 再经过特制的雾化喷头将水喷洒呈雾状进行灌溉微喷头孔径较滴灌灌水器大 比滴灌抗堵塞 供水快微喷适合于果树 花卉 部分露地蔬菜 各种土壤条件下都适用在设施环境中灌溉花卉 育苗效果较好容易产生堵塞问题 灌溉质量受地形影响 工程造价较高 适用于经济作物灌溉 旋转式微喷头 折射式微喷头 果树微喷灌 露地蔬菜微喷灌 温室雾喷系统 苗圃微喷灌 涌泉灌 小管出流灌 在我国使用的小管出流灌溉是利用 4的小塑料管与毛管连接作为灌水器 以细流 射流 状局部湿润作物附近土壤 小管灌水器的流量为80 250L h对于高大果树通常在围绕树杆修一渗水小沟 以分散水流 均匀湿润果树周围土壤 果树小管出流平面布置图 重力滴灌系统 重力滴灌系统是李岚清副总理1997年访问以色列同以达成的技术引进和开发由中国农业大学同以色列恩塔公司在中国共同开发 推广的一种新型节水灌溉技术重力滴灌系统以它极低的工作压力 均匀的供水方 高效的水分利用 广泛的适用条件以及明显珠产出效率 已为越来越多的用户所接受 果树重力滴灌系统 温室蔬菜重力滴灌 渗灌 渗灌与地下滴灌相似 只是用渗头代替滴头全部埋在地下渗头的水不像滴头那样一滴一滴地流出 而是慢慢的渗流出来 这样渗头不容易被土粒和根系所堵塞最近在国外引进采用废轮胎加工成的多孔渗流管 并进行小面积试点 但是微孔渗流管的堵塞是一个严重的问题 未经长时间试验检验不宜贸然推广 微灌的优点及存在的问题 微灌的优点 适应性强主要表现在不要求地面平整就可进行灌溉 能够适应各种地形条件 尤其适宜在山丘坡地进行自流灌溉的地方发展兼有施化肥 喷农药等功能 微灌的优点 省水微灌全部采用管道输水 灌水均匀 减少损失 因而可以节约灌溉用水 同地面灌溉相比 一般喷灌可省水30一50 由于滴灌没有喷灌时水珠的蒸发飘移损失 因此滴灌比喷灌还要省水 与地面灌溉相比 滴灌一般可省水50一70 在透水性强 保水能力差的土地上省水效果更为显著 在干旱缺水地区 高扬程灌区和井灌区 省水就意味着节省能耗或扩大灌溉面积 微灌的优点 省工省地微灌实现了灌溉机械化和自动化的操作管理 可以减轻灌水的劳动强度 节省大量劳动力 可以减少杂草生长的环境 节省田间管理的工时据初步统计 微灌可节省用工25 40 微灌的输水管道多埋设在地下 减少了灌溉渠道所占的耕地 据统计 采用喷 微 灌后 土地利用率一般可以提高7 10 微灌的优点 保持水土和防止次生盐碱化微灌可以根据土壤的质地和透水性能来调整灌水量和灌水强度 因此不破坏土壤团粒结构 不会产生地表冲刷和土 肥流失现象 不会产生深层渗漏 而且可防止地下水位上升而引起的土壤次生盐碱化由于微灌能使作物根部的土壤经常保持在较高含水量的状态 因此还可以使用含有一定盐分的水来灌溉作物 微灌的优点 增产微灌不会导致地面板结 使土壤始终保持琉松 多孔相通气的良好状况 这种状况有利于土壤养分的分解和作物很系的发育 因此保持和提高了土壤肥力微灌还可以调节田间小气低增加近地表面的空气湿度 滴灌能把肥料直接送到作彻的根系周围 有利于作物对养分的吸收实践证明 采用喷 微灌 粮食作物一般增产10一30 经济作物 般增产20一50 蔬菜一般增产30一50 微灌技术中存在的问题 滴灌 包括重力滴灌 与微喷灌中存在的问题与其它灌溉方法相比 不具有防干热风 调节田间小气候的作用 对于粘质土壤 因灌水时间较长 根系区土壤水分长期保持高含水量状态 作物根部易生病害 另一方面土壤长期定点灌水会使土壤湿润区与干燥区的交界处盐分聚积 有可能产生土壤次生盐渍化 对作物生长不利滴头堵塞问题一直没有得到彻底的解决 应搞好设备设施的配套研制 提高滴头使用寿命 并进行滴灌水源水质分析与处理装置设施及方法的研究 进行滴灌系统施用化肥药液装置使用方法的研究以及安全装置和调压装置的研究 微灌技术中存在的问题 渗灌中存在的问题易于堵塞 不易检查和维修应加强专用渗管及配件设备研制和渗管主要技术参数及工艺攻关问题 具体说包括用塑料管打孔的孔径及工艺工具 孔距及孔径的合理组合 1 流量确定 渗灌管进口工作压力的确定 渗灌管管径及变径管组合 渗灌管间距的确定 渗灌管的适宜埋深及防止渗漏措施 渗灌管堵塞机理与防治及延长使用寿命的研究 微灌在我国的发展阶段 我自1974年由墨西哥政府赠送我国三套滴灌设备开始引进滴灌技术以来 已有20多年的发展历程 大体经历了以下三个阶段 第一阶段 1974 1980年 引进滴灌设备 消化吸收 设备研制和应用试验与试点阶段第二阶段 1981 1986年 设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段第三阶段 1987年至今 直接引进国外的先进工艺技术 高起点开发研制微灌设备产品 微灌技术的发展前景 根据国务院颁发的 九十年代中国发展纲要 的要求 2000年后要把全国农业用水的有效利用率提高10个百分点 每年将节水400亿立方米 粮食将增产800亿斤 这么宏伟的计划没有一系列的高效节水措施是不可能实现的 只有微灌技术才有可能有效地落实这个目标我国发展微灌技术 社会条件 技术条件和农民的承受能力都已具备 微溉事业一定会蒸蒸日上飞速发展 微灌设备与工作原理 微灌系统简介 一个完整的微灌工程 从灌溉受水点到水源 一般由灌水器 各级输水管道和管件 各种控制和量测设备 过滤器 施肥 施药 装置和水泵电机安装组成上述所属的微灌设备如灌水器 施肥装置 过滤器等 本章将做较详细的介绍 对与灌溉工程常见的闸阀 水泵 电机这里则不进行介绍 灌水器 对灌水器的基本要求灌水器的分类灌水器的结构参数和水力学特征灌水器的制造偏差 对灌水器的基本要求 制造偏差越小越好出水量小而稳定 受水头变化的影响较小流道大 抗堵塞性能强结构简单 便于制造 安装 清洗坚固耐用 价格低廉 灌水器的分类与结构特点 按结构和出流形式可将灌水器分为 滴头滴灌带微喷头涌水器 滴头定义及分类 定义通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流状的装置称为滴头 其流量一般不大于12L h滴头的分类 长流道型滴头孔口型滴头迷宫紊流滴头压力补偿型滴头 长流道滴头 孔口滴头 迷宫稳流滴头 压力补偿滴头 滴灌带 定义滴头与毛管制造成一整体 兼具配水和滴水功能的滴灌管称为滴灌带滴灌带的分类 内镶式滴灌带 薄壁滴灌带 滴灌带有压力补偿式与非压力补偿式两种 微喷头 定义微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌水器 单个微喷头的喷水量一般不超过250L h 射程一般小于7m 微喷头的分类 射流式离心式折射式缝隙式 射流式微喷头 工作原理水流从喷水嘴喷出后 集中成一束向上喷射到一个可以旋转的单向折射臂上 折射臂上的流道形状不仅可以使水流按一定喷射仰角喷出 而且还可以使喷射出的水舌反作用力对旋转轴形成一个力矩 从而使喷射出来的水舌随着折射臂作快速旋转 故它又移为旋转式微喷头 特点有效湿润半径较大喷水强度较低水滴细小寿命较短 组成折射臂支架喷嘴 射流旋转式微喷头 折射式微喷头 工作原理水流由喷嘴垂直向上喷出 遇到折射锥即被击散成薄水膜沿四周射出 在空气阻力作用下形成细微水滴散落在四周地面上 折射式微喷头又称为雾化微喷头 组成喷嘴折射锥支架 特点结构简单没有运动部件 工作可靠价格便宜 缺点 水滴太微细 在空气十分干燥 温度高 风大的地区 蒸发漂移损失大 折射式微喷头 离心式微喷头 工作原理 水流从切线方向进入离心室 绕垂直轴旋转 通过处于离心式中心的喷嘴射出的水膜同时具有离心速度和圆周速度 在空气阻力的作用下水膜被粉碎成水滴散落在微喷头四周 特点 工作压力低雾化程度高孔口较大 缝隙式微喷头 工作原理 水流经过缝隙喷出水舌 在空气阻力作用下 裂散成水滴的微喷头 一般由两部分组成 下部是底座 上部是带有缝隙的盖 小管灌水器 组成 它是由 4塑料小管和接头连接插入毛管壁而成特点 工作水头低孔口大 不易被堵塞 灌水器的流量与压力关系 微灌灌水器的流量与压力关系用下式表示 q khx 式中 q 灌水器流量 h 工作水头 k 流量系数 x 流态指数 流态指数x反映了灌水器的流量对压力变化的敏感程度 当滴头内水流为全层流时 流态指数x等于1 即流量与工作水头成正比 当滴头内水流为全紊流时 流态指数x等于0 5 全压力补偿器的流态指数x等于0 即出水流量不受压力变化的影响其它各种形式的灌水器的流态指数在0 1 0之间变化 制造偏差系数 意义 灌水器的流量与流道直径的2 5 4次幂成正比 制造上的微小编差将会引起较大的流量偏差 在灌水器制造中 由于制造工艺和材料收缩变形等的影响 不可避免地会产生制造偏差 实践中 一般用制造偏差系数来衡量产品的制造精度表示方法 式中 Cv 灌水器的流量偏差系数 S 流量标准偏差 qi 所测每个滴头的流量L h n 所测灌水器的个数 ASAE标准EP405 1灌水器制造偏差系数分类 Classificationofemitercoefficientofmanufacturingvariation 质量分类滴头或微喷头滴灌带好Cv 0 05Cv 0 1一般0 05 Cv 0 070 1 Cv 0 2较差0 07 Cv 0 11差0 11 Cv 0 150 2 Cv 0 3不能接受0 15 Cv0 3 Cv 净化设备与设施 微灌系统中灌水器出口孔径一般都很小 灌水器极易被水源中的污物和杂质堵塞对灌溉水源进行严格的净化处理是微灌中必不可少的步骤 是保证微灌系统正常运行 延长灌水器使用寿命和保证灌水质量的关键措施选择净化设备和设施时 要考虑灌溉水源的水质 水中污物种类 杂质含量 同时还要考虑系统所选用灌水器种类规格 抗堵塞性能等 微灌系统主要过滤设备与设施 拦污栅 筛 网 沉淀池过滤器 水砂分离器 砂石介质过滤器 筛网式过滤器 这里只介绍微灌常用过滤器的结构 工作原理 水砂分离器 优点水砂分离器能连续过滤高含砂量的灌溉水缺点不能除去与水比重相近或比水轻的有机质等杂物 特别是水泵起动和停机时过滤效果下降 会有较多的砂粒进入系统 另外 水头损失也较大水砂分离器只能作为初级过滤器 然后使用筛网过滤器进行第二次处理 这样可减轻网式过滤器的负担 增长冲洗周期 水砂分离器 砂过滤器 砂过滤器又称砂介质过滤器 它是利用砂石作为过滤介质的砂过滤器主要由进 出水口 过滤罐体 砂床和排污孔等部分组成 为了使微灌系统在反冲洗过程中也能同时向系统供水 在首部枢纽往往安装两个以上过滤罐 反冲洗过滤器 筛网过滤器 筛网过滤器是一种简单而有效的过滤设备 这种过滤器的造价较为便宜 在国内外微灌系统中使用最为广泛筛网过滤器的种类繁多 按安装方式分类 有立式与卧式两种 按制造材料分类 有塑料和金属两种 按清洗方式分类又有人工清洗和自动清洗两种类型 按封闭与否分类则有封闭式和开敞式 又称自流式 两种筛网过滤器由筛网 壳体 顶盖等部分组成 叠片式过滤器 叠片式过滤器是用数量众多的带沟槽的薄塑料圆片作为过滤介质工作时水流通过叠片 泥沙被拦截在叠片沟槽中 清水通过叠片的沟槽进入下游 叠片过滤器 视频文件 施肥 施药 装置 向微灌灌系统注入可溶性肥料溶液的装置称为施肥装置 自压 压差 式施肥罐文丘里注入器注射泵活塞式施肥器自动灌溉施肥器 自压式施肥罐 自压式施肥罐应用于自压灌溉系统中 使用储液箱 池 可以很方便地对作物进行施肥施药 压差式施肥罐 压差式施肥罐一般由储液罐 进水管 供肥液管 调压阀等组成工作原理是使进水管口和出水管口之间产生压差 并利用这个压力差使部分灌溉水从进水管进入肥料罐化肥罐应选用耐腐蚀 抗压能力强的材料制造 罐内容积应根据系统控制面积大小及单位面积施肥量和化肥溶液浓度等因素确定 压差式施肥罐 文丘里注入器 文丘里注入器与储液箱配套组成一套施肥装置 利用文丘里管或射流器产生的局部负压 将肥料原液或pH值调节液吸入灌溉水管中构造简单 造价低廉 使用方便主要适用于小型灌溉系统向管道中注入肥料或农药 文丘里注肥器 注射泵 注射泵同文丘里注入器相同是将开敞式肥料罐的肥料溶液注入灌溉系统中优点 是肥液浓度稳定不变 施肥质量好 效率高 可以实现灌溉液EC P 值实时自动控制的施肥灌溉 即可严格控制混合比 缺点 其吸入量不易调节且调节范围有限 另外还存在工作稳定性较差 系统压力损失较大 注射泵 活塞式施肥器 活塞式施肥器是目前国际上较先进的一种施肥器优点 注入比例由外部调整并很精确 有多种规格选用 混合液直接经出水口注出 内设滤网自行过滤 工作压力低 运转噪声小缺点 压损大 价格高 自动灌溉施肥器 工作原理 当水流过施肥泵时 驱动主活塞 与之相联的注入器活塞跟随上下运动 吸入待注的肥料液并注入混合室 混合液直接进入出口端管路中 实现精确的肥料液比例控制自动灌溉施肥可编程控制器实现对灌溉施肥过程的全程控制 保证作物及时 精确的水份和营养供应系统组成 灌溉首部 自动控制装置 施肥系统 自动灌溉施肥器 微灌系统规划设计参数 作物需水量的计算 利用参考作物需水量的计算ETC KC E0根据蒸发皿蒸发量估算 根据灌溉试验经验确定具体计算已经在第二章中给予介绍 微灌耗水强度 微灌耗水强度 日耗水量 灌溉补充强度 在干旱地区降雨量很少 地下水很深 作物生长所消耗的水量全部由微灌提供 此种情况灌溉补充强度至少要等于作物的耗水强度 即 当有其它来源补充作物耗水量时 微灌只是补充作物耗水不足部分 此时微灌补充强度为 式中Ia 微灌的灌溉补充强度 mm d 式中Po 有效降雨量 mm d S 根层土壤或地下水补给的水量 mm d 微灌的灌溉补充强度取决于作物耗水量 降雨量和土壤含水量条件 通常有以下两种情况 微灌土壤湿润模式 微灌土壤湿润比 定义 微灌时被土壤湿润的土体占计划湿润层深度土体的百分比影响湿润比的因素 毛管的布置方式 灌水器的类型和布置方式 灌水器的流量和大小 土壤的种类和结构 计算土壤湿润比的方法 根据毛管和灌水器布置方式 计算公式如下 单行直线毛管布置 土壤湿润比 水分扩散直径或湿润带 m 的大小取决于土壤质地 滴头流量和灌水量的大小 灌水器或出水点间距 m 毛管间距 m 双行直线毛管布置 对毛管的窄间距 m 对毛管宽间距 m 与对应土壤湿润比 与对应土壤湿润比 作物行距 m 设计土壤湿润比的确定 在实际工程中不仅要考虑到作物对水分的需求 还要考虑到工程投资的合理性 湿润比过小 投资和运行费用小 不能满足作物水量需求 湿润比过大 易满足作物需求但投资和运行费用高一般 对于果树 北方干旱和半干旱地区 设计土壤湿润比可取20 30 南方 可取25 35 对于蔬菜和大田密植作物可取70 90 设计灌水均匀度 灌水均匀度的表示 式中 设计灌水均匀度的确定灌水均匀度高 灌水质量好 水利用率高 但投资和运行费高 应根据作物 经济价值 水源 地形 和气候等综合确定一般建议 取Cv 0 90 0 98或qv 10 30 均匀度与流量偏差的关系Cv 989592qv 102030 流量偏差与工作水头偏差的关系 均匀度要求 水头偏差的分配 水头偏差分配方法式中 毛管允许的水头差 支管允许的水头差 允许的水头偏差 根据设计均匀度确定 灌水器工作水头 干管 支管 毛管 支管 一区 二区 灌溉小区压力水头 灌溉水利用效率的确定 常用下式表示微灌有效利用率 即 由于微灌的水量损失很小 建议微灌的灌水有效利用系数取0 9 0 95 灌水器设计工作水头的确定 灌水器的工作水头越高 灌水均匀度越高 但系统的运行费用越大灌水器的设计工作水头应根据地形和所选用的灌水器的水力性能决定 滴灌时通常为10m水头涌泉灌时 工作水头可为5 7m微喷时工作水头一般以10 15m为宜 微灌系统规划 规划任务规划原则基本资料收集水利计算微灌工程总体布置 规划的任务 勘测和收集基本资料根据当地的自然条件 社会和经济状况等 论证工程的必要性和可行性确定工程的规模和微灌系统的控制范围根据水源位置 地形和作物种植情况 合理布置引 蓄 提水源工程 微灌枢纽位置和骨干输配水管网提出工程概算 规划原则 微灌工程的规划 应与其它的灌溉工程统一安排微灌工程规划应考虑多目标综合利用微灌工程规划要重视经济效益因地制宜地合理地选择微灌形式近期发展与远景规划相结合 资料收集 形地资料土壤资料 土壤质地 田持 渗透系数等作物分区 果树应搜集树种 树龄 密度 走向等 产量与农业措施 灌溉方法 施肥方法 灌溉情况 现有灌水方法 灌水经验等水文资料 取水点来水系列及年内月分配资料 泥沙含量 水井位置 供电保证率 水井出水量 PH值气象资料 逐月降雨 蒸发 平均温度 湿度 风速 日照 冻土深其它社会经济情况 行政单位人口 土地面积 耕地面积 管理体制等 水利计算 灌溉用水量灌灌毛供水强度为Ig Ia 水灌溉供水量为W 0 667Ig A 用水分析 式中Ig 微灌毛用水强度 mm dIa 微灌补充强度 mm d 水 灌溉水利用系数 水 0 9 0 95W 每日灌溉供水量 m3 dA 灌溉面积 亩 人畜生活及村乡工副业用水量 供水分析的任务是研究水源在不同设计保证率年份的供水量 水位和水质 为工程规划设计提供依据 微灌工程水源通常有以下几种类型 供水分析 井 泉类水源河渠类水源塘 坝类水源 微灌水量平衡计算 已知来水量确定灌溉面积 式中 A 井水可灌面积 亩 Q 微灌有水井可供水量 m3 dI 微灌作物耗水强度 mm d 水量平衡计算 水量平衡计算 微灌工程总体规划 灌区范围的确定水源工程的布置系统首部枢纽和输水干管的布置 微灌系统设计 微灌系统布置 毛管与作物种植方向一致支管垂直于等高线布置毛管沿支管两侧布置固定式 果树 移动式 大田 首部枢纽 井 果园 毛管和灌水田的布置 灌水器布置 滴灌 滴灌时毛管与灌水器的布置 a 单行毛管直线布置 b 单行毛管带环状布置 c 双行毛管平衡布置1 灌水器 2 绕树环状管 3 双行毛管平行布置 微喷灌时毛管与灌水器的布置 a 单向微喷局部喷洒 b 双向微喷头局部喷洒 c 全圆微喷头全面喷洒 d 全圆微喷头局部喷洒1 毛管 2 灌水器 微喷头 3 喷洒湿润区 4 果树 灌溉制度的确定 灌水定额 灌水定额 是指作为微灌系统设计的单位面积上的一次灌水量 如果用灌水深度表示 可用下式计算 即式中 设计灌水定额 允许消耗的水量占田间持水量的比例 对于需水敏感性植物 20 40 对于耐旱作物或控水生生育阶段 30 40 土壤田间 体积百分率持水量 凋萎含水量 体积百分率持水量 计划湿润层深度 m 一般蔬菜0 20 0 30m 果树0 3 1 0m 土壤湿润比 70 90 设计湿润比 耗水强度 设计灌水周期 设计灌水周期 滴灌设计灌水周期是指按一定的灌水定额灌水后 在作物适宜土壤含水率的条件下 保障作物正常生长的可能延续时间T 用下式计算 即 式中 T 灌水日期 d e 作物需水旺盛日平均耗水量 mm d 一次灌水延续时间 一次灌水延续时间 一次灌水延续时间是指把设计灌水定额水量 在不产生径流的条件下 均匀分布于保护地田间所用的灌水时间 用下式计算 即式中 t 次灌水延续时间 h 设计灌水定额 mm 滴头间距 m 毛管间距 m 滴头流量 l h 轮灌区数目的确定 轮灌区数目的确定 对于固定式滴灌系统 轮灌区数目可按下式计算 式中 N 轮灌区数目 个 K 水泵每天开启时间比例 通常选0 5 0 8t 每条或每组开启的时间 h T 灌水周期 d 对于移动式微灌系统可按下式计算 一条毛管的控制灌溉面积 对于固定式微灌系统 毛管固定在一个位置上灌水 控制面积按下式计算 对于移动式微灌系统 一条毛管控制的灌溉面积按式计算 式中 f 每条毛管控制的灌溉面积 m2 L 毛管长度 m 移动式滴灌系统中为出流毛管长度 控制灌溉面积大小的计算 微灌系统控制灌溉面积大小的计算在灌溉水源能够得到充分保证的条件下 滴灌面积的大小取决于管道的输水能力 对于水源流量不能满足整个区域需要时 滴灌面积为 微灌工作制度确定 续灌轮灌 续灌 续灌是对系统内全部管道同时供水 灌溉面积内所有作物同时灌水的一种工作制度优点 每株作物都能得到适时灌水 灌溉供水时间短 有利于其他农事活动的安排缺点 干管流量大 增加工程的投资和运行费用 设备的利用率低 在水源流量小的地区 可能缩小灌溉面积 轮灌 较大的微灌系统为了减少工程投资 提高设备利用率 增加灌溉面积 通常采用轮灌的工作制度一般是将支管分成若干组 由干管轮流向各组支管供水 而支管内部则同时向毛管供水 一 划分轮灌组的原则 轮灌组的数目应满足作物需水要求 同时使水源的水量与计划灌溉的面积相协调每个轮灌组控制的面积应尽可能接近相等 以便水泵工作稳定 提高动力机和水泵的效率 减少能耗轮灌组的划分应照顾农业生产责任制和田间管理的要求为了便于运行操作和管理 通常一个轮灌组管辖的范围宜集中连片 轮灌顺序可通过协商自上面下或自下而上进行 有时 为了减少输水干管的流量 也可采用插花操作的方法划分轮灌组 二 轮灌组数目的确定 按作物需水要求 全系统轮灌组的数目划分如下对于固定式系统N CT t对于移动式系统N Ct n移t 式中N 允许的轮灌组最大数目 取整数c 一天运行的小时数 一般为12 20hT 灌水时间间隔 周期 dt 一次灌水延续时间 hn移 一条毛管在所管辖的面积内移动的次数 实践表明 轮灌组过多 会造成务农户的用水矛盾 按上式计算的N值为允许的最多轮灌组数 设计时应根据具体情况确定合理的轮灌组 管网水力计算 微灌系统各级管道布置好以后 即可从最末端或最不利毛管位置开始 逐级推算各级管道的水头损失 沿程水头损失和局部水头损失 同一条支管上的第一条毛管最前端出水孔处水头与最末一条毛管最末端出水孔处水头之间的差值 不超过滴头设计工作压力的20 流量差值不超过10 水力损失 理论和计算 沿程水头损失 沿程水头损失 当管道有多个出水口时 管道的沿程阻力应考虑多口出流对沿程阻力的折减问题 多口出流折减系数k如表7 3所示 对应计算公式为 微灌管道水头损失常用的计算公式 勃拉休斯公式 式中 hf 沿程水头损 mQ 流量 m3 hD 管道内径 mmL 管道长度 m 山西水科所公式 式中 D 管道内径 cm 表7 3多孔出流折减系数表 局部阻力损失 式中 管网局部阻力 m 管网某处局部阻力系数 管道内水流流速 m s 重力加速度工程设计中为了计算方便 局部阻力损失也常按沿程阻力损失的10 估算 管道系统设计 管道系统设计包括各级管道的管材与管径的选择 各级固定管道的纵剖面设计管道系统的结构设计 管材的选择 应该根据滴灌区的具体情况结合各种管材的特性及适用条件进行选择一般情况下 对于地理固定管道 可选用钢筋混凝土管 钢丝网水泥管 石棉水泥管 铸铁管和硬塑料管 塑料管易老化 应尽量避免经常暴露在阳光下使用 缩短使用寿命 管径的选择 通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的最大流量 作为本级管道的设计流量 依据这个设计流量来确定管道的管径若某一级管道 其最大流量通过的时间占管道总过水时间的比例甚小 也可选取一个出现次数较多的次大流量 作为管道的设计流量来确定管径 支管管径的确定 考虑地形高差 Z的影响时上述规定可表示为 两滴头进水口高程差 实际上就是两滴头所在地的地面高差 可以从系统平面布置图中查取 则即可求出 利用公式 在其他参数已知的情况下反求管径 就是该支管可选用的最小管径的计算值管材的管径已标准化 系列化 因此 还需按管材的标准管径将计算出的管径规范取整 支管以上各级管道管径的确定 一般情况下 经验公式估算管道的直径 当Q 120m3 h时 式中 D 管径 mm Q 管道流量 m3 h 管道纵剖面设计 管道纵剖面设计应在系统平面市置图绘制后进行设计的主要内容是确定各级固定管道在平面上的位置及各种管道附件的位置管道的纵剖面应力求平顺 减少折点 有起伏时应避免产生负压 埋深及坡度 埋深指管顶距地面的垂直距离 理深应根据当地的气候条件 地面荷载和机耕要求确定在公路下埋深应为0 7 1 2m在农村机耕道下埋深为0 5 0 9m寒冷地区 埋深应在最大冻土层深以下一般在地形条件许可的情况下 管径小 基础稳定性好的管道坡度可陡一点 反之应缓些 总的来说 管道坡度不得超过1 1 通常控制在1 1 5 1 3以下 微灌设计实例 一 设计基本资料 西北某苹果园面积194亩 株行距为3X3米 地形平坦 土层厚度1 5米 1 0米土层平均干容重1 32t m3 田持 占土体体积 为21 多年平均降雨量250mm 多年平均蒸发量1500mm 果园南边有一水井 出水量为50m3 h 动水位为20米 按田间试验 该地苹果最大耗水量为5mm d 果园平面布置图 二 滴灌系统规划设计参数确定 滴灌设计日耗水强度I 5mm d滴灌土壤湿润比不得小于30 设计供水均匀度98 灌溉水利用系数95 三 水量平衡计算 用水分析 选取设计典型年 计算典型年的灌溉用水量和用水过程降雨频率50 一中等年降雨频率75 一中等干旱年降雨频率85 90 干早年微灌工程一般采用降雨频率75 90 的水文年作为典型年 来用水平衡计算确定过程规模 如灌溉面积 蓄水工程规模本例水泵开机时间取15小时 A 50 15 0 667 5 224亩可控制微灌面杉224亩 194亩 四 选择灌水器类型与确定毛管布置方式 选用进口滴灌管 以色列NaanTif 该滴灌管滴头流量压力关系为工作水头hd 10米时 滴头流量为2 3升 时 选择滴头间距为1米的滴灌管 每行果树布置一条滴灌管 湿润比计算 一般 当滴头为2升 时 在砂壤土中的湿润直径为0 8 1m 经验值 五 根据设计灌水均匀度计算毛管最大铺设长度 当没计灌水均匀度为98 时 小区最大流量偏差qv 0 1 则小区最大水头偏差 将有关数据代入上式得 根据公式 计算得hmax 11 2m hmin 9 3m小区内滴头最大水头差11 2 9 3 1 9米根据支毛管水头差分配比 毛管最大允许铺设长度 采用试算法 毛管水头损失 当L 150米时 hd 1 51m当L 140米时 hd 1 25m当L 130米时 hd