节水灌溉技术-3 喷灌技术

节水灌溉技术目录CONTENTS节水灌溉技术现状分析地面灌溉节水技术喷灌技术微灌工程技术02010304低压管道输水灌溉工程渠道防渗工程技术水稻节水灌溉技术050607节水灌溉管理技术08喷灌技术0303喷灌技术3.1喷灌工程概述3.2喷灌设备3.3喷灌质量控制参数3.4管道式喷灌系统规划设计3.5喷灌工程施工组织设计3.6运行管理3.1喷灌工程概述03一、喷灌的概念及特点利用加压设备将灌溉水源加压或利用地形落差将灌溉水通过管网输送到灌溉地段，经喷头喷射到空中，分散成细小的水滴，均匀喷洒在农田或作物叶面，为作物正常生长提供必要水分条件的一种先进灌水方法。1.概念2.特点节水、增产、改善农产品品质、适应性强、少占耕地和节省劳力等优点。如受风的影响大，设备投资高，耗能和运行成本高。3.1喷灌工程概述03二、喷灌系统的组成1.水源工程

喷灌系统的水源一般采用地表水，在地表水缺乏的情况下也可采用地下水。2.水泵和动力设备

加压水泵常用的有离心泵、长轴井泵、潜水电泵等。配套的动力设备一般采用电动机，缺乏电源时可采用柴油机或汽油机。轻小型喷灌机组为移动方便通常采用喷灌专用自吸泵并以柴油机、汽油机等带动。3.输配水管道系统包括干管、支管和竖管以及管道附件。4.喷头

作用是将管道内的有压集中水流喷射到空中。5.附属设备与附属建筑物进排气阀、调压阀、减压阀、安全阀、泄水阀、压力表、伸缩节等，常用的附属建筑物有镇墩、支墩、减压池等。固定式喷灌水泵、动力设备、干管和支管都是固定的。移动式喷灌除水源工程外，水泵、动力设备、各级管道、喷头均可拆卸移动。半固定式喷灌喷头和支管是可以动的，其他部分都是固定的，干管埋入地下。3.1喷灌工程概述03三、喷灌系统的类型根据喷灌压力获得的方式，可以分为机压喷灌系统和自压喷灌系统。根据管道可移动程度，可以分为固定式喷灌、移动式喷灌和半固定式喷灌。根据喷灌机组的喷洒特征，喷灌系统可分成定喷机组式喷灌系统和行喷机组式喷灌系统。3.2喷灌设备03一、喷头（1）按工作压力（或射程）分类。（2）按结构形式分类。旋转式喷头固定式喷喷头喷洒孔管1.喷头的种类喷头的工作压力和喷嘴压力流量射程喷头的工作压力是指喷头前20cm处测取的静水压力，单位为kPa。喷嘴压力是指喷嘴出口处的流速水头。两者差值大小，反映了喷头设计和制造水平，是评价喷头好坏的指标，应小于49kPa。喷头流量大小主要决定于工作压力和喷嘴直径。单位为（m3/h或L/min）指在无风时喷头的喷洒湿润半径，单位为m。在测试时，以喷洒湿润边缘上喷灌强度等于平均喷灌强度5%的点至圆心的水平距即为射程。它主要受喷头工作压力、旋转速度和风速的影响。3.2喷灌设备03一、喷头2.喷头的主要水力参数管材管件竖管和支架

金属管固定：钢管、铸铁管；移动：薄壁铝管、铝合金管、镀锌薄壁钢管。脆硬性管钢筋混凝土管可地面、地下；石棉水泥管只在地面铺设。塑料管硬塑料管如寨氯乙烯管，聚乙烯管，改性聚丙烯管等，主要用于地下埋管；涂塑料软管如维塑软管和锦塑软管等，可作为移动管道使用。三通和四通

单向分水用三通，双向分水用四通。

弯头

一般按转弯的中心角大小分类，常用的有90º、45º等。

异径管

又称大小头。用于连接不同管径的直管段。堵头

用于封闭管道的末端。

竖管是连接喷头的短管，可调整。支架是为稳定竖管因喷头工作而产生的晃动而设置的。3.2喷灌设备03二、管材与管件3.2喷灌设备03三、附属设备1.控制件作用是根据灌溉需要来控制系统的流量和工作压力。常用的控制件有闸阀、球阀、喷灌专用阀等。2.安全件阀门

阀门是控制管道启闭和调节流量的附件。逆止阀

（止回阀）使水流只能沿一个方向流动，喷灌系统中常在水泵出口处安装逆止阀，以避免水泵突然停机时回水引起的水泵高速倒转。

安全阀

用于减少管道内超过规定的压力值，它可以防护关闭水锤和充水水锤。喷灌系统常用的是A49X-10型开放式安全阀。

空气阀

常用KQ42X-10型快速空气阀，安装在系统最高部位和管道隆起顶部，在系统充水时将空气排出，管道内充满水后自动关闭。

减压阀

作用是管道系统中的水压力超过工作压力时，自动减低到所需压力。适用于喷灌系统的有薄膜式、弹簧薄膜式和波纹管式等。

3.3喷灌质量控制参数03一、喷灌强度1.设计喷灌强度指单位时间内喷洒在单位面积上的水量，或单位时间内喷洒在田面上的水深，一般用mm/h表示。计算公式：2.允许喷灌强度定喷式喷灌系统：喷灌设计强度≯土壤的允许喷灌强度。行喷式喷灌系统的设计喷灌强度可略大于土壤的允许喷灌强度。3.3喷灌质量控制参数03三、喷灌雾化指标定喷式喷灌系统喷灌均匀系数不应低于75%；行喷式喷灌系统不应低于85%。在喷灌系统设计中，一般只要按照规范规定的方法（下表）确定组合间距，一般即可满足均匀度要求。喷头布置组合形式一般有矩形、正方形、等腰三角形和正三角形四种。一般采用矩形或正方形布置形式。计算公式在喷灌系统规划设计中，初选喷头后，首先要进行雾化指标校核。计算公式对于主喷嘴为圆形且不带碎水装置的喷头，设计雾化指标应符合下表。二、喷灌均匀度3.4管道式喷灌系统规划设计03二、管道系统总体布置地形资料作物资料气象资料土壤资料水源资料电力设施情况社会经济条件一、规划设计资料收集1.布置原则应符合喷灌工程规划的要求。喷洒支管应尽量与耕作和作物种植方向一致。喷洒支管最好平行等高线布置，如果条件限制，至少也应尽量避免逆坡布置。在风向比较稳定的喷灌区，支管最好垂直于主风向布置。喷洒支管与上一级管道的连接，应尽量平行或垂直连接，支管铺设应力求平顺减少折点。3.4管道式喷灌系统规划设计03二、管道系统总体布置2.管道布置的影响因素地形条件地块形状耕作与种植方向水源位置风向和风速坡度：管径大、土质差时管坡应缓；从土壤稳定性和便于施工考虑，管坡不宜大于1：1。镇墩：管径D较大且有一定坡度或者转弯处。支墩：管道过长或基础较差。对于固定管道，应设置一定的柔性接头。竖管高度视作物高度而定，以植株不阻碍喷头喷洒为最低限度。干、支管首端应安装闸阀、压力表，以便调节流量和压力。管道最高处设进排气阀。管道最低处安泄水阀。3、管道布置的结构要求固定管道一般应埋设在地下，以减少占地和有利于耕作，埋深应大于最大耕作深度。3.4管道式喷灌系统规划设计03三、喷头选型与组合间距的确定1.喷头的选型包括喷嘴直径、工作压力、喷头流量和射程的选择。一般大田作物宜选择中压喷头，部分蔬菜及其他幼嫩作物宜选择低压喷头。对黏性土壤要选用喷灌强度较小的喷头，砂性土壤可选用喷灌强度较大的喷头。在喷头选定之后，应对喷灌雾化指标进行校核，若其结果不在作物适宜的雾化指标范围内，则应调整性能参数，或改选其他喷头。2.喷头组合形式与组合间距的确定喷头的基本布置形式有四种：正方形、正三角形、矩形、等腰三角形等，见下表。确定喷头型号后，可以根据喷灌质量控制参数反推计算喷头组合间距。在喷头选型、确定喷头组合形式和组合间距过程中，喷灌的雾化指标和均匀度已经满足要求，但还应校核设计喷灌强度（利用式（3-1））是否满足要求。3.4管道式喷灌系统规划设计四、灌溉制度的拟定喷灌灌溉制度主要包括灌水定额、灌水周期和灌溉定额。设计灌水定额是指作物生育期内最大净灌水定额，可按式（３－４）计算。设计灌水周期指两次喷灌之间的最短间隔天数，用式（3-5）计算大田作物的喷灌周期常用5～10d，蔬菜2～3d。灌溉定额

灌溉定额按式（3-6）计算灌溉定额按式（3-6）计算

3.4管道式喷灌系统规划设计03五、喷灌工作制度的拟定灌溉工作制度包括：设计日喷灌时间、喷头在工作点上的喷洒时间、每日可喷洒的工作位置轮换次数、同时工作的喷头数以及轮灌方案。1.设计日喷灌时间每天所需要的最少工作时间（h）。计算公式3-7：要求：td≮12~16h，参考下表。2.喷头在工作点上的喷洒时间喷头在每个工作点上所需要喷洒的时间（h）。计算公式(3-8)：3.每日可喷洒的工作位置轮换数每日可喷洒的工作位置轮换数即一天轮灌组数。计算公式(3-9)：3.4管道式喷灌系统规划设计03五、喷灌工作制度的拟定灌溉工作制度包括：设计日喷灌时间、喷头在工作点上的喷洒时间、每日可喷洒的工作位置轮换次数、同时工作的喷头数以及轮灌方案。4.同时工作的喷头数计算公式(3-10)：5.同时工作的支管数计算公式(3-11)：若算出来不是整数，则应考虑减少同时工作的喷头数或适当调整支管的长度。6.确定轮灌分组及支管轮灌方案轮灌编组应有一定规律，可操作性强，方便运行管理各轮灌组的工作喷头总数应尽量接近，流量变化小地势较高或较远的组别喷头数略少，反之略多制定轮灌顺序时，应将流量分散到各配水管道如系统需要两根支管同时工作，支管的轮灌方式（对半固定喷灌系统也为支管的移动方式）有4种方案3.4管道式喷灌系统规划设计03六、管道设计管道系统设计主要包括管材选择、管径确定、管道纵断面设计。1.管材的选择竖管一般采用镀锌钢管，根据喷头流量大小及竖管高度等因素，选用DN25或DN32管径。对于地埋固定管道，可选用硬塑管、钢筋混凝土管或钢丝网水泥管等。对于地面移动管道，则应优先采用带有快速接头的薄壁铝合金管，最好不宜采用塑料管。2.干管管径的确定管径一般根据经济流速或经验公式确定。经济公式(3-12)：经验公式(3-13)、式(3-14)：压力能满足的情况下，选用较小的管径是经济的。验算：钢管流速应控制在2.5m/s以下，塑料管流速应控制在1.8m/s以下。3.4管道式喷灌系统规划设计03六、管道设计管道系统设计主要包括管材选择、管径确定、管道纵断面设计。3.支管管径的确定实际计算支管管径时，一般根据同一支管上任意两个喷头的工作压力差不大于喷头设计工作压力的20％的要求确定管径。支管一般应顺坡布置，避免逆坡布置，可以减小管径。由式（3-20）算支管最小管径，再根据管径规格，确定支管实际采用的管径。4.管道纵断面设计管道纵断面的主要内容是确定各级管道在立面上的位置以及各管道附件的位置。管道在立面上尽量保持顺直，在管道隆起的部位应设置进、排气阀，低谷的部位则要设置泄水阀。在较大系统的首部和上坡管道的坡脚处，应设置安全阀。通常管道坡度不得超过1：1，通常控制在1：1.5～1：3以下。管道的埋深气象条件、地面荷载和机耕要求确定。管道纵断面图包括干管、分干管和支管的纵断面图，纵断面图应绘出地面线、管底高程线，并标出阀门、镇墩、进排气阀、安全阀等管道附件的位置。3.4管道式喷灌系统规划设计03七、水泵和动力设备选型选择水泵和动力，首先要确定喷灌系统的设计流量和扬程。1.流量喷灌系统设计流量应为全部同时工作的喷头流量之和，即2.扬程选择最不利轮灌组及其最不利喷头，并以该最不利喷头为典型喷头。自典型喷头推算系统的设计扬程。根据设计流量和设计扬程选择水泵，再根据水泵的配套功率选配动力设备。电动机运行管理比较方便，应尽量采用电动机，但在电源供应不足的地区，可考虑采用柴油机。3.4管道式喷灌系统规划设计03八、水锤压力计算1.定义有压管道中，由于流速急剧变化而引起管道中水流压力急剧升高或降低的现象，称为水锤或水击。2.种类起动水锤关闭阀门产出的水锤停泵产生的水锤3.防止水锤措施防止关闭阀门产生的水锤的措施是缓慢关闭阀门。防止停泵产生水锤的措施是在水泵出水管取消逆止阀。将关阀时间应大于一个水锤相长，使产生的水锤为间接水锤，相长计算公式(3-24)：为了管理方便及安全起见，在设计时也应保证管道有足够的抗压等级。一般管道的压力等级应比管道设计工作压力高一个等级。为防止水锤对管道造成破坏-流速尽量不要超过允许流速。3.5喷灌工程施工组织及安装03一、施工安装要求及准备1.施工要求深入现场，了解施工区情况，分析工作条件，编写施工计划。施工必须按批准的设计进行，需修改设计或变更工程材料时，应提前与设计单位协商研究，并经上级主管部门审批后实施。施工涉及工种较多，须加强协作，按工序有计划施工。全面了解专用设备结构特点及用途，严格按照技术要求安装。保证质量，按期完工。2.施工准备全面熟悉喷灌工程的设计文件。编制施工计划，包括施工人员组织、施工顺序、编制用工计划、编制材料、设备供应计划、明确进度、质量和安全措施。核查设备器材。施工与安装工具的准备。3.5喷灌工程施工组织及安装03二、工程施工与安装1.施工放线与土石方开挖施工放线根据设计图纸标定的工程部位，按照由整体到局部、先控制后细部的原则放线。首部枢纽基础开挖根据放线标桩、设计高程开挖土石方。管槽开挖依照放线中心和设计槽底高程开挖，开挖槽口宽应大于40cm，挖深上管线应低于常用农机耕作极限值深度。沟底有不易清除的块石等坚硬物体或地基为岩石，半岩石或砾石时，应铲除至设计标高以下0.15~0.2m，然后铺上砂土整平。2.首部枢纽的安装由于泵房实际空间与设计安装结构不同，故在具体确定各部件所放位置后，再进行整体安装。3.5喷灌工程施工组织及安装03二、工程施工与安装（2）镇墩施工。各级管道端点、弯头、三通及管道截面变化处均应设置混凝土镇墩，管道平面弯曲其角度大于10度的拐点两端2m以内因作混凝土镇墩；管道垂直弯曲角度大于5度的拐点两端5m以内及坡长大于30m的管道中点均应设置混凝土镇墩。各镇墩处应夯实地基，特别是在斜坡外地基应可靠，以免镇墩下沉给管道产生附加重力而破坏管道。各镇墩受力面不应小于900cm2，镇墩四周的土层必须加以夯实。排气阀、放水阀等处必须做可卸式固定。（1）管道安装。粘结作业必须在无风沙条件下进行。粘接连接的管道，在施工中被切断时，需将插口处倒角。管材或管件在粘合前，用棉纱或干布将承口内侧和插口外侧擦试干净，使被粘结面保持清洁，无尘沙和水迹。当表面粘有油污时，需用棉纱蘸丙铜等清洁剂擦净。工作暂停或休息时，一切管口均需用盖遮牢，以防不洁之物进入管内。水管装接完后尚未试压前，应将管身部分先行覆土以求保护。3.管道安装、镇墩与阀门井施工3.6运行管理03二、水泵的运行管理一、一般规定喷灌工程必须对每种设备按产品说明书规定和设计条件分别编制正确的操作规程和运行要求。喷灌工程应按设计工作压力要求运行。喷灌工程应在设计风速范围内作业。应认真做好运行记录，内容应包括：设备运行时间、系统工作压力和流量、能源消耗、故障排除、收费、值班人员及其他情况。水泵启动前应进行检查，并应符合下列要求：(1)水泵各紧固件无松动。(2)泵轴转动灵活，无杂音。(3)填料压盖或机械密封弹簧的松紧度适宜。(4)采用机油润滑的水泵，油质洁净，油位适中。(5)采用真空泵充水的水泵，真空管道上的闸阀处于开启位置。(6)水泵吸水管进口和长轴深井泵、潜水电泵进水节的淹没深和悬空高达到规定要求。潜水电泵严禁用电缆吊装入水。自吸离心泵第一次启动前，泵体内应注入循环水，水位应保持在叶轮轴心线以上。若启动3min不出水，必须停机检查。长轴深井泵启动前，应注入适量的预润水，对用于静水位超过50m的长轴深井泵，应连续注入预润水，直至深井泵正常出水。相邻两次启动的时间间隔不得少于5min。离心泵应关阀启动，待转速达到额定值并稳定时，再缓慢开启闸阀。停机时应先缓慢关阀。水泵在运行中，各种仪表读数应在规定范围内。填料处的滴水宜调整在每分钟10～30滴。轴承部位温度宜在20～40℃，最高不得超过75℃。运行中如出现较大振动或异常现象，必须停机检查。03三、动力机的运行管理(8)柴油机经多次操作不能启动或启动后工作不正常，必须排除故障后再行启动。(9)对于水冷式柴油机，启动后应怠速预热，然后缓慢增加转速，宜在冷却水温度达到60℃以上、机油温度达到45℃时满负荷运转。(10)柴油机运转中，仪表显示应稳定在规定范围内，无杂音，不冒黑烟。(11)严禁取下柴油机空气滤清器启动和运行，严禁在超负荷情况下长时间运转。(12)柴油机事故停车时，除应查明事故原因和排除故障外，尚应全面检查各零部件及其联接情况，待确认无损坏、联接紧固时，方可按柴油机启动步骤重新启动。(13)柴油机正常停车时，应先去掉负荷，并逐渐降低转速。对于水冷式柴油机，宜在水温下降到70℃以下停车。当环境温度低于5℃，停车后水温降低到30~40℃时方可放净冷却水。(14)柴油机应定期检查调速器。若发生飞车，可松开减压拉杆或高压油管接头，或堵死空气滤清器，强行停车。(1)电动机启动前应进行检查，并应符合下列要求：1)电气接线正确，仪表显示正位。2)转子转动灵活，无摩擦声和其他杂音。3)电源电压正常。(2)电动机应空载(或轻载)启动，待电流表示值开始回降方可投入运行。(3)电动机正常工作电流不应超过额定电流；如遇电动机温度骤升或其他异常情况，应立即停机排除故障。(4)电动机外壳应接地良好。配电盘配线和室内线路应保持良好绝缘。电缆线的芯线不得裸露。(5)电动机运行除应符合本规程规定外，尚应执行DL499-92《农村低压电力技术规程》的有关规定。(6)柴油机启动前应进行检查，并应符合下列要求：1)零部件完整，联结紧固。2)机油油位适中，冷却水和柴油充足，水路、油路畅通。3)用辅机启动的柴油机，辅机工作可靠。(7)柴油机的用油应符合要求，严禁使用未经过滤的机油和柴油。3.6运行管理3.6运行管理03五、施肥装置的运行管理四、调压罐的运行管理(1)调压罐运行前应进行检查，并应符合下列要求：1)传感器、电接点压力表等自控仪器完好，线路正常，压力预置值正确。2)控制阀门启闭灵活，安全阀、排气阀动作可靠。3)充气装置