第五章微灌工程技术

1、第五章第五章微灌工程技术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5070 %，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（

2、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 微喷灌微喷灌微喷灌

3、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20250L/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

4、 (射流) 状局部湿润作物附近土壤，小管灌水器的流量为80250L/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

5、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及存在的问题微灌的优点适应性强v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v兼有施化肥、喷农药等功能微灌的优点 省水v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50一70v在透水性强、保水能力差的土地上省水效

6、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v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v据初步统计，微灌可节省用工2540。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710微灌的优点保持水土和防止次生盐碱化v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v由于微灌能使作物

7、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v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v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v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v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，

8、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v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v易于堵塞 ,不易检查和维修v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

9、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：v第一阶段 (19741980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v第二阶段 (19811986年)：设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段v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、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

11、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：v滴头v滴灌带v微喷头v涌水器滴头定义及分类定义v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12 L/h滴头的分类： v长流道型滴头v孔口型滴头v迷宫紊流滴头v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

12、：滴灌带的分类：v内镶式滴灌带v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，射程一般小于一般小于7m微喷头的分类微喷头的分类：v射流式v离心式v折射式v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v有效湿润半径较大v喷水强度较低v水滴细小v寿命较短组成v折射

13、臂v支架v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v喷嘴v折射锥v支架特点v结构简单v没有运动部件,工作可靠v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

14、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流量指数 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v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v当滴头内水流为全紊流时，流态指数x等于0.5v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01.0之间变化制造偏差系数意义：

15、灌水器的流量与流道直径的2.54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qSCv qqniin1Snqqiin1121()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(Classification of emiter coefficient of manufacturing variation)质量分类 滴头或微喷头 滴灌带好 Cv0.0

16、5 Cv0.1一般 0.05Cv0.07 0.1Cv0.2较差 0.07Cv0.11差 0.11Cv0.15 0.2Cv0.3不能接受 0.15Cv 0.3194亩）小时）mm/d( I667. 0( t)h/m(QA3四、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）每棵果树的湿润面积每棵果树占地面积湿润比=1.03/(33)33五、根据设计灌水均匀度计算毛管最大铺设

17、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： )qxx112. 01 (qx1hhhHvvdminmaxv19. 0) 1 . 0524. 0524. 0112. 01 ( 1 . 0524. 01hhhHdminmaxv将有关数据代入上式得：根据公式dx1maxh)q62. 01 (hdx1maxh)q38. 01 (h计算得 hmax11.2m，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： dvhH55. 0H毛dvHH45. 0H 毛毛管最大允许铺设长度(采用试算法) 毛管水头损失 F/DLQ104 . 8

18、1 . 1h1.771.774fv当L=150米时，hd =1.51mv当L=140米时，hd =1.25m v当L=130米时，hd =1.02mv当L=100米时，hd =0.5 m 根据地形情况，取毛管长度L=100m，此时，毛管水头损失为 hf0.5m六、布置管网系统水井出水量50m3/h单条毛管长度100米，每米一个滴头，每个滴头流量2.3升时，则每条毛管流量 Q毛1002.3230升时0.23m3h每个轮灌组毛管条数n=500.23=217条 取为偶数条，即216条整个灌区毛管总条数(3米一条毛)为： 324m34432条轮灌组数为4322162七、轮灌组划分根据轮灌组划分的原则，

19、此题中，比较好的轮灌组划分为v第和第灌水小区为一个轮灌组v第和第灌水小区为一个轮灌组v为说明管网水力学计算过程，我们将第1和n灌水小区划分为第一轮灌组v第和第灌水小区划分为第二轮灌组400m324m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2100m27条(一)支管水力计算 由于当毛管为100m时，毛管水头损失为0.5m，而小区内滴头最大水头差为1.9m，则支管最大允许水头差或水头损失为1.9-0.51.4m管选用D63PE管(内径53mm)管上毛管条数272 条，即27各出水口管进口总流量Q0.232272.42m3h支管长度L27381m支管水头损失 hf1.43m1.4米(支管允许水头损失)(二)分干管水力计算分 干 管 选 用 P V C 管 ， 分 干 管 流 量Q=27220.23=24.84m3/h利用经济管径计算公式：Q13DmmD65242.1213初选管径D=75mm（内径70mm）干管水头损失 hf 4.42m