节水灌溉理论与技术教案.doc

节水灌溉理论与技术教 案主讲教师：张旭贤第一章 绪论（2学时）第一节 节水灌溉的内涵及研究内容 一、节水灌溉的内涵 1、定义 2、内涵 3、表述二、节水灌溉的环节 三个环节第二节 节水灌溉的主要措施 一、水资源合理开发利用技术措施(开源节流，以供定需) 1、多种水资源联合运用技术 2、雨水汇集利用技术 3、地下水利用技术 4、劣质水资源化 5、水资源优化配置技术 二、节水灌溉的工程技术措施 1、渠道防渗技术 2、低压管道输水技术 3、喷灌技术 4、微灌技术 5、覆膜灌溉技术 6、地下灌溉技术 7、坐水种(点灌) 8、沟畦灌溉改造技术 9、调亏灌溉 10、非充灌溉 11、交替灌溉 12、精细灌溉 三、农艺节水措施 1、耕作保墒技术 2、覆盖保墒技术 3、水肥耦合技术 4、节水作物品种筛选技术 5、化控节水 6、调整农业结构 四、节水管理措施 1、节水灌溉制度设计 2、土壤墒情监测与灌溉预报技术 3、灌区配水技术 4、灌区量水技术 5、现代化灌溉管理技术 6、农业水价问题第三节 发展节水灌溉的意义 一、全球水资源概况 二、我国水资源概况 1、来水量 2、需水量 3、可供水量 4、节水灌溉潜力第二章 节水灌溉基础理论（8学时）第一节 作物需水量一、农田水分消耗途径农田水分消耗的途径主要有植株蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏。二、影响作物需水量的主要因素（一）作物因素（二）气象因素（三）土壤因素（四）农业技术三、作物需水量的计算方法现有计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类，一类是直接计算作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量。（一）直接计算需水量的方法1、以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“值法”或称蒸发皿法）2、以产量为参数的需水系数法（简称“值法”）（二）通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量的方法1、参照作物需水量的计算2、实际需水量的计算3、作物需水量等值线图第二节 作物水分生产函数一、作物水分生产函数的基本概念 1、定义 2、作物生活的基本要求 二、作物水分生产函数 1、定义 2、作物水分生产函数的特征三、作物水分生产函数的数学模型 （一）、静态模型 1、全生育阶段水分生产函数的数学模型。 2、生育阶段水分生产函数的数字模型。 (1)乘法模型 (2)加法模型 （二）、动态模型 1、机理型动态模型 2、经验型模型第三节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵（二）制定灌溉制度的方法常采用以下四种方法来确定灌溉制度：1、总结群众丰产灌水经验2、根据灌溉试验资料制定灌溉制度3、根据作物的生理指标制定灌溉制度4、按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度二、充分灌溉条件下旱作物的灌溉制度（一）水量平衡法基本原理水量平衡可表示为： （式2-10）或： （式2-11）（二）水量平衡法参数的确定1、有效降水量2、土壤计划湿润层深度3、土壤适宜含水率上、下限的确定4、地下水补给量（）5、由于计划土壤湿润层深度增加而增加的可利用水量（）（三）旱作物播前灌水定额（）的确定播前灌水是为了土壤有足够的底墒，以保证种子发芽和出苗或储水于土壤中，供作物生育期使用。播前灌水往往只进行一次，（m3/亩）一般可按下式计算： （式2-17）（四）旱作物生育期灌溉制度的拟定根据水量平衡原理，可用图解法或列表法制定全生育期的灌溉制度，旱作物的计算一般以旬为时段进行计算。第三章 地面节水灌溉理论技术（2学时）第一节 概述一、地面节水灌溉技术的发展二、地面节水灌溉技术的优缺点第二节 传统地面灌溉技术根据灌溉水向田间输送的形式和湿润土壤的方式不同，地面灌溉可分为畦灌、沟灌和淹灌三类。一、畦灌（一）畦灌的含义与分类（二）畦田规格与畦田灌水要素二、沟灌（一）沟灌的含义与分类（二）灌水沟的规格三、淹灌第三节 改进型地面节水灌溉技术一、节水型畦灌技术（一）小畦灌水技术（二）长畦分段短灌技术（三）宽浅式畦沟结合灌水技术二、节水型沟灌技术（一）加长垄沟灌水技术（二）细流沟灌技术（三）沟垄灌灌水技术（四）沟畦灌灌水技术（五）播种沟灌水技术（六）沟浸灌田字形沟灌水技术（七）隔沟灌技术（八）果园节水型沟灌技术三、膜上灌灌水技术（一）开沟扶埂膜上灌（二）打埂膜上灌（四）膜孔灌溉（五）膜缝灌（六）温室波涌膜孔灌溉（七）格田膜上灌四、波涌灌溉技术第四章 喷灌理论与技术（8学时）第一节 喷灌及其特点 一、喷灌的定义： 二、喷灌的优缺点 一)优点：1、节水(1)喷洒质量高；(2)水利用系数高；(3)水分生产率高 2、省工 (1)机械化作业 (2)减少田间劳动量 (3)综合利用 3、省地 4、保土 5、适应性强 (1)各种作物；(2)各个地方与场所；(3)适应于各种土壤和地形； 6、增加产量 (1)定额灌溉 (2)保土 (3)调节田间小气候 7、机械化程度高 二)缺点 1、投资高 (1)机械设备 (2)管道 (3)土建 2、风影响大 3、能耗大 三、喷灌发展展望 四、喷灌的其它用途 1、防霜冻 2、施肥 3、灭火 4、防治病虫害 5、城市园林 6、水果工程第二节 喷灌系统组成及分类 一、喷灌设备 1、喷洒设备 2、增压设备 3、输水设备 4、行走设备 5、量测设备 6、控制设备 二、喷灌系统组成 1、定义：水源、喷灌设备、田间工程 2、组成 水源、输水系统、喷灌设备 (1)水源 水源种类、对水源的要求 (2)水泵 (3)动力 (4)田间工程 (5)管道工程 (6)喷灌机 三、喷灌机第三节 喷灌的主要技术要素 一、喷灌强度 (一)定义 (二)喷灌强度的表示方法 1、点喷灌强度 2、平均喷灌强度 t 一段时间 1)点平均喷灌强度 2)单喷头点平均喷灌强度 (1)计算值 (2)实验值 a计算值 b加权值 3、组合喷灌强度 1)平均喷灌强度 2)风系数 Kw 3)布置系数 Cp 4、允许喷灌强度 1)定义 2)要求 3)修正值 二、喷灌均匀度 1、定义 影响因素：布置方式、组合间距、喷头水力性能、地面平整度、风。 2、喷灌均匀度的表示法 3、喷灌均匀度的实验与计算 三、水滴打击强度 1、定义 2、表示方法第四节 喷头 一、喷头的分类 1、按压力分类：低压喷头、中压喷头、高压喷头 2、按喷洒特征分类：散水式与射流式 二、喷头的基本参数和性能 1、喷头的基本参数 (1)进口直径D 10、15、20、30、40、50、60、80、100 (2)喷嘴直径d 主喷咀 (3)压力 喷头工作压力HP 喷嘴压力H (4)喷水量q q=3600 A/m2，H/m水柱 (5)喷头水力性能参数 2、喷头水力性能参数 HP q R 3、喷头型号 PY1系列、PY2系列、PYS系列第五节 喷灌泵 一、我国目前喷灌泵的种类 1、离心泵 2、自吸离心泵 3、离心泵加自吸装置 4、各种井泵 二、喷灌泵系列第六节 喷灌机 1、定义： 2、分类按行走特征分为：定位喷洒式(定喷机)，行走喷洒式(行喷机)； 按移动方式可分为：人工移动、机械移动式、自动行走式；第七节 喷灌管材及附件 一、喷灌管材 铸铁管、钢管、塑料管、铝管、混凝土管 1、铸铁管分类：承插管、法兰管、高压管、普压管、低压管 安装：法兰、承插管、刚性连接、柔性连接 要求：工作压力 2、钢管分类 水煤气钢管、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、电焊钢管 安装 法兰、螺纹、焊接 要求 工作压力 3、塑料管 1)硬管分类 聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管 安装 焊接、软化粘结或连接 要求 工作压力 2)软管 规格型号 规格有：1、2、3英寸四种。 分类：软管和半软管。 软管有：麻布水龙带、锦沦塑料、维塑软管 半软管有：胶管、高压聚乙烯管 安装：快速接头、承插 4、铝管 5、混凝土管 二、管道附件 1、控制件1)阀门(闸阀、截止阀、球阀) 2)排气阀 3)泄水阀 2、连接件(也称管件)三通、四通、弯头、堵头。 三、管道辅助件 1、支墩 2、镇墩 3、仪表、压力表、流量计、水表及电工仪表等。 四、快速接头 给水栓思考题第八节 喷灌系统的规划设计 喷灌系统设计类型 一、喷灌工程规划设计的原则和内容 (一)原则 1、管道分级 两级干支，三级干、分干支、四级、总干、分干、干、支。 2、管道布置原则 (二)喷灌工程规划设计的程序 1、项目建议书：依据国家政策，地方实际情况提出立项建议。 2、项目可行性报告：勘测、收集资料、确定喷灌工程类型和规模，进行喷灌工程初步规划设计，投资估算。 3、项目技术设计：工程设计、施工设计(详细)，工程度计划、工程概预算。 4、项目验收 (三)主要设计成果 1、喷灌工程规划设计说明书 2、喷灌工程规划设计图纸 (四)喷灌工程规划设计依据(标准) 1、国家标准喷灌工程工程技术规范GBJ85-85 2、喷灌工程设计手册水电出版社 二、喷灌工程规划的基本资料 (一)地形资料 地形图 (二)土壤资料 1、土壤质地 砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、粘土等。 2、土壤容量 3、田间持水率 4、土壤入渗能力 5、土壤化学性质 6、土壤最大冻土层 (三)气象资料(长系列和典型年) 降雨量、蒸发量、气量、温度、日照、无霜期 风向：一般分8个方位 风力：风力等级和风速 (四)水源条件(同灌排设计) (五)农作物 作物种类、面积、种植方式、作用布局、复种指数、作物需水资料 (六)农业经济概况 1、农业发展规划 2、水利区划 3、农业经济情况 4、交通条件 5、行政区划 6、动力设备情况 三、喷灌工程类型选择 1、管道式喷灌工程 2、自压喷灌工程 四、喷灌制度确定 喷灌制度包括：灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水周期等。 (一)设计灌水定额m=0.1H(max-min)/ (二)设计灌水周期 T= (三)喷灌制度确定方法 1、水量平衡法1)播前灌 2)生育期内 3)全生育期 2、彭曼公式 1)参照作物需水量计算 ET0 2)实际需水量计算 ET=Kc(ET0) 五、喷灌工作制度 定义： 1、喷头在一个位置(工作点)的喷灌时间t= 2、同时工作的喷头数和支管数Nt= Nz= 3、轮灌方案 1)轮灌组划分要点： 2)支管轮灌方式 六、喷灌工程组合间距的确定 (一)喷头选择 1、喷灌方式 全园喷洒、扇形喷洒 2、喷头的选择 1)工作压力 2)喷头型号 3)喷咀直径 4)射程 5)喷水量 3、计算和校核 (二)喷头的组合形式 1、支管布置方向(1)受风影响时 (2)山丘区坡耕地 2、喷头的组合形式 1)定义 2)表示法3)喷头组合形式 长方形、正方形、三角形(正三角形和等腰三角形)。 六、喷灌工程组合间距确定 (三)确定喷头的组合间距 1、定系数法a=CR设 b=CR设 R设=KR 2、变系数法a=KaR b=KbR 3、验算设计喷灌强度和组合均匀度是否满足要求。 七、喷灌管道水力计算 (一)管道选择 1、分级 最末一级管道为支管，支管上安装喷头。 2、管网布置：树状网、环状网、混合网。 3、管材选择 (二)喷灌支管设计 1、竖管设计 1)管径 2)高度 H竖=H作+h 2、支管设计hw+z0.2Hp (三)输水管道优化设计 1、经验公式法 2、经济流速法 3、非线性规划法 4、微分法 (四)管道水力计算 1、沿程水头损失计算hf=f 2、局部水头损失 3、水击验算 1)直接水击h= 2)直接水击Ts40 时为间接水击 (五)管道系统结构设计 参照民用建筑供排水管道设计标准进行，提供管道安装图。 八、水泵与动力选型 1、设计杨程 H=HP+hfi+hji+ 2、设计流量 Q=Ntq 第五章 微灌理论与技术（8学时）第一节 微灌 一、微灌(定义) 二、微灌的特点 1、局部灌溉 2、灌水量小 3、灌水质量高 4、工作压力低，节能 5、适应性强 6、综合利用 三、微灌分类 (一)按灌水器出流方式分类 1、滴灌 2、地下滴灌 3、微喷灌 4、涌泉灌 (二)按管道固定程度分类，以滴灌为例 1、固定式 1000-2000 2500-3500 2、半固定式 700-1000 3、移动式 500-700 四、微灌组成 1、水源工程 2、道部枢纽 3、输配水管网 4、灌水器第二节 微灌设备 微灌设备有：灌水器、管道及连接件、过滤器、施肥罐、控制、测量和保护设备。 一、灌水器 滴头、微喷头、涌水器和滴灌带 1、滴头 P234 1)按与毛管连接方式分：管间式、管上式 2)按灌水器出水方式：滴水式、涌泉式、渗水式、间歇式 3)按灌水器消能方式：长流道式、孔口消能式、涡流消能式、压力补偿式。 2、滴灌带 内镶式、薄壁式 3、微喷头 1)折射式微喷头 2)射流旋转式微喷头 二、微灌管道与连接件 1、管道 多用塑料管材 2、连接件1)外接式管件 北京绿源公司 2)内接式管件 山东莱芜塑料制品总厂 三、微灌用过滤设备 初级过滤 水泵站进水池前设拦污栅，沉淀池设施。 主要过滤器有： 1、旋转式水砂分离过滤器，又称离心式过滤器。 1)用途 含沙水流的初级过滤 2)原理 离心力 2、砂石过滤器，又称介质过滤器 用途 库水、塘坝、沟渠等敞开水面水源有机物或泥沙。 3、筛网式过滤器 用途 水质较好的水源。 4、混合式过滤器 四、压差式施肥罐 用途 向微灌系统注入化肥、农药等。 五、控制、量测与保护装置 1、进排气阀 2、流量调节器 3、压力调节器 4、压力表 5、水表第三节 微灌工程规划设计 一、微灌工程规划设计的类型 1、微喷灌工程规划的类型 2、滴灌工程规划设计 二、微灌工程规划设计的主要内容 (一)微灌工程的布置 1/5001/2000 1、首部枢纽位置确定 2、毛管和灌水器的布置 (1)滴灌时毛管和灌水器的布置 1)单行毛管直线布置 2)单行毛管带、环状布置 3)双行毛管平行布置 (2)微喷灌时毛管和灌水器的布置 平行作物种植方式，一行或多行布置一条毛管 三、干支管布置 1、平原区 干管平行于作物种植方向，支管垂直于作物种植方向。 2、山丘区 干管平行于等高线，支管垂于等高线。 (二)微灌灌溉制度设计 1、灌水定额 m=0.1rzp(Qmax-Qmin) 2、设计灌水周期 T= 3、一次灌水延续时间 (三)微灌系统工作制的确定 1、续灌 2、轮灌 (四)微灌工程流量确定 1、毛管进口流量 Qm=Nmq 2、支管进口流量 Qz=Nzq 3、干管流量 Q干=Q支i (五)微灌工程水力计算 1、微灌管道水头损失 (1) (2)局部水头损失 2、灌水小区内允许水头偏差率 灌水小区内要求灌水均匀 (1)灌水器流量偏差率不应大于20%。 (2)灌水小区内允许水头偏差率。hhvhdhv= (六)首部枢纽设计 1、过滤器 hz=h0+hmax 2、选择施肥罐 (七)管道工程结构设计 (八)水泵与动力选型 设计扬程 H设=h1+h2+zp-zb+h0+ 设计流量 Q设=Q支i (九)工程概预算 设备、土建和其它三部分编制 (十)工程施工计划第六章 低压管道输水技术（4学时）第一节 概述一、管道输水特点（一）节水节能（二）省地、省工（三）投资小、效益高（四)适应性强二、管道输水系统的组成管道输水灌溉系统由水源与取水工程部分、输水配水管网系统和田间灌水系统3部分组成。三、管道输水系统的分类管道输水系统按其压力获取方式、管网形式、管网可移动程度的不同等可分为以下类型。（一）按压力获取方式分类按压力获取方式不同可分为机压输水系统和自压输水系统。（二）按管网形式分类按管网形式不同可分为树状网和环状网两种类型。（三）按固定方式分类低压管道输水灌溉系统按固定方式可分为移动式、半固定式和固定式。第二节 低压管道灌溉工程管材及附件一、管材（一）技术要求（二）选择方法（三）井灌区管材的选择目前井灌区低压管道输水工程所用管材，主要有塑料管、预制素混凝土管以及现场连续浇筑混凝土管等。（四）渠灌区大口径管材的选择渠灌区由于具有控制面积大、输水流量大、输配水系统层次多、地形复杂、线路长、管网水压力分布复杂等特点，因此在管材选择上要充分考虑其特点。（五）地面移动管道的选择地面移动管道通常采用轻便柔软易于盘卷