第四章-设施水环境因素综述.ppt

1、第四章 设施水环境及调控,第一节 设施水环境的特点,1、高空气湿度： 表现： 湿度90%左右； 夜间湿度高，白 天湿度低； 与天气、温度、 通风换气量、土 壤含水量、设施 大小、设施结构 等有关。,封闭系统，室内外空气交换度低；,室内外温差大，围护结构内表面 易结露；,作物本身从土壤中吸水；,室内易发生雾霭。,出现原因：,一、设施内部的湿度特点,2、土壤湿度较大 原因：温室内空气湿度更接近饱和，蒸发量、蒸腾 量仅为露地的70%左右。,设施内水份收支决定土壤湿度， 土壤湿度直接影响作物的产量、品质。,1、通风和强制通风 2、加热提高空气含水量 3、采用节水灌溉措施 4、采用吸湿材料,二、设施湿度

2、的调节方法,三、湿度对作物生长的影响,种子发芽期：需要大量水分 水分不足胚轴不能伸长,幼苗生长期：土壤需要保持湿润 土壤湿度过高导致幼苗徒长或烂根,营养生长期：作物抗旱，但需水量大 土壤湿度过高容易引起土传病害,生殖生长期：对空气、土壤湿度要求严格 土壤不得缺水，空气湿度应当较低,空气湿度是设施水分多少的反映： 水分不足：影响细胞分裂及伸长，影响产量品质。 水分严重不足：蒸腾受阻，气孔关闭，光合下降。 湿度过大：茎叶徒长、影响花果；甚至导致病害多发。,第二节 作物对设施内水环境的要求,一、蔬菜,二、花卉,三、果树,第三节 设施水环境的调节技术及设备,一、设施灌溉系统的组成,（一）滴灌 （二）微

3、喷灌 （三）地面灌溉节水技术 （四）地膜覆盖灌溉技术 （五）农艺节水技术,二、设施灌溉系统的主要类型及技术设备,（一）滴灌：将水通过输送管路，利用安装在末级管道上的灌水器，或与管道制成一体的滴管带，将压力水以水滴状湿润土壤的一种微灌方式。,1、滴灌水量分布 2、滴灌灌水器的种类及其性能特点 3、滴灌系统的设计,1、滴灌水量分布,黏性土壤：形成浅而宽的湿润球；沙性土壤：形成窄而深的湿润球,不同土壤条件下单滴头最大湿润直径,2、滴灌灌水器的种类及其性能特点,1）滴灌带 2）内镶式滴头 3）管上式滴头 4）多出口滴头 5）管间式滴头 6）微管滴头 7）滴箭型滴头,（1）滴 灌 带,定义 滴头与毛管制

4、造成一整体，兼具配水和滴水功能的滴灌管称为滴灌带是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。 滴灌带的分类 滴灌带有单翼迷宫式与虎头式滴灌带两种,单翼迷宫式滴灌带,迷宫式滴灌带是在制造薄壁管的同时，在管的一侧或中间部位热合出各种形状减压流道的滴水出口。 特点：1、加大了滴灌带直径，通水量提高明显； 2、改变流道形状，抗堵塞能力加强；,迷 宫 稳 流,（2）内镶式滴头滴头镶嵌在管带内部，对软管的厚度要求较高，使用寿命比滴灌带长。,圆柱形滴头 条形

5、滴头,（3）管上式滴头,在毛管上直接打孔，然后将计划使用的滴头安插在毛管上。滴头的间距可以根据实际需要任意调整，滴头在安装时间上也较随意。 根据滴头是否补偿压力情况，管上式滴头分： 压力补偿型 可使滴头流量自动保持在一个变化幅度很小的范围 内，流量随压力变化不大； 非压力补偿型 流量随压力增大而增大。 常见的压力补偿型滴头有： 孔口滴头 纽扣管上式滴头,压 力 补 偿 滴 头,利用水流压力对滴头内的弹性体的作用，使流道形状改变或过水断面面积发生变化。 即当压力减小时，增大过水断面积；压力增大时，减小过水断面积，从而使滴头出流量自动保持稳定，同时还具有自清洗功能。,孔口消能型滴头,靠孔口出流造成

6、的局部水头损失消能来调节出水量的大小。,纽扣管上式滴头,（4）多出口滴头,滴头的每个滴孔连接一根管线，水从各分流管线直接流向作物根部。 多出口滴头一般为压力补偿式,（5）管间式滴头,管间式滴头：连接、安装在2段输水毛管之间，内有迷宫式涡流流道，滴水孔为单出口狭缝。当出现堵塞时便于拆卸清洗。,（6）微管滴头,把一种直径为0.8mm1.5mm的塑料管插入毛管，水在微管中流动消能，并以滴流状出流，主要形式有缠绕式和直线散放式,（7）滴箭型滴头,滴箭可以与压力补偿式接头相连，保证灌溉量不受水流压力和安装位置的影响；滴箭还可以多头出水，多用于盆栽作物和无土栽培。 消能方式有： 通过微管流道内壁的 阻力消

7、能； 依靠滴箭头部的迷宫 型流道消能。,3、滴头的选择,滴头的选择直接影响灌水质量和工程成本 选择滴头时应考虑： 作物种类及种植模式：线源滴头 点源滴头 土壤性质：沙土 黏土 工作压力及范围：选用工作压力小、范围大的滴头； 流量压力关系：选用流态指数小的滴头 成本与价格 使用寿命,滴头水流量与水压间的关系,q滴头流量,k流量指数,h工作水头，流动中水流的压力在水力学中用水头来表示,x流态指数,流态指数反映了灌水器流量与水管压力之间的关系。当采用非压力补偿灌水器时，x=1。流量与工作水头成正比；当采用理想的压力补偿灌水器时，x=0。说明灌水器流量不受水管压力影响。x取值范围在01之间。,4、滴头

8、的布置,（1）单行毛管直线布置：,毛管沿作物行向布置，一行作物布置一条毛管。适用于窄行密植作物和幼树。,（2）双行毛管平行布置：,（3）单行毛管环状布置：,用于滴灌较为高大的树木。,每棵成龄果树都围绕布置一条环状灌水管。,（二）微喷灌,微喷灌：通过管道系统将有压水送到田间，用微喷头或多孔管将灌溉水喷洒出去的灌溉方式。,1、微喷灌系统,水源,首部枢纽: 水泵、过滤设备、施肥设备、测控设备等,供水管网,微喷头,折射式微喷头,旋转式微喷头,离心式微喷头,缝隙式微喷头,折射式微喷头,结 构,原 理,特 点,进水口,喷嘴,折射锥,支架,优点：简单可靠、价格便宜，雾化度高。,缺点：射程小、水滴大小不一，喷

9、水力度大，喷水不均 匀；雾化度过高，干旱地区水雾易蒸发。,旋转式微喷头,结 构,原 理,特 点,进水口,喷嘴,分流器,支架,优点：射程远，喷灌强度低，喷洒均匀度较高。,缺点：水滴尺寸大、雾化度低，分流器精密易磨 损，使用寿命短。,离心式微喷头,结 构,原 理：利用离心力来喷洒的微喷头，主体是一个离心室，水流从切线方向进入离心室，使水流绕垂直轴旋转，这样经过处于离心室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的四周。,特 点,进水口,喷嘴,离心室,优点：所需工作水压低；水滴尺寸小，雾化度、均匀 度高；喷嘴孔口大，不易堵塞。,缺点：射程小。,缝隙

10、式微喷头,结 构,原 理：缝隙式微喷头水流经过缝隙喷出，在空气阻力作用下，裂散成水滴的微喷头 。,特 点,进水口,喷嘴,缓冲室,优点：水滴尺寸小，喷洒均匀度很高；喷洒效 果可调节。,缺点：射程小。,微喷头的技术参数,工作压力,流量,射程,雾化效果,喷灌强度,水量分布,工作压力,微喷头的工作压力是指微喷头入口处的压力，由于此处距喷嘴距离很短，实用中往往可以反映喷嘴处的压力大小。微喷头可在一定的压力范围内工作，其工作压力上限、下限虽不能固定在某一具体数值上，但也有较为明确的界定。,（1）最小工作压力 是指水量分布能达到一定均匀度的最低压力，在此压力下，水滴相对较大。（2）额定工作压力 是指微喷头的

11、最优运行压力，微喷头普遍采用的额定压力为0.2MPa，有些折射式微喷头的额定压力为0.15 MPa。（3）最大工作压力 是指在保持有效的水滴尺寸和湿润直径条件下的最大压力，不同类型的微喷头，可以有不同的最大压力。,额定压力是影响微喷头性能的一个关键参数，当额定压力变化时，微喷头的射程和雾化度将发生变化。当微喷头低于额定压力工作时，喷头雾化度较低，喷洒直径随压力增加而增大；而当超过额定压力工作时，因雾化度增大，水滴直径变小，受到的空气阻力增大，喷洒直径随压力增大而降低。,额定压力低，能量消耗少，运行成本低，但射程小使得管道用量增加，设备成本高；额定压力高则相反。,流 量,常见微喷头流量一般在20

12、250L/h之间。 流量较小时，输水管道尺寸小，设备成本低。但喷嘴流道直径小，易堵塞，对过滤设备性能要求高，增加了过滤设备的投资和管理费用。 流量较大时正好相反，流量过大时会造成喷灌强度过高。,单位时间内流经喷头的灌溉水体积。,射 程,包括湿润半径和有效湿润半径。,有效湿润半径：单位面积上的受水量高于 平均受水量10%处与喷头之间的距离。,湿润半径：喷洒水能够到达的最大距离。,射程大小主要取决于喷头种类；,同种喷头的射程与喷嘴直径、 工作压力大小呈正相关。,喷头射程与成本间的关系,雾化效果,反映了微喷头喷洒水被粉碎的程度。,水滴直径：喷洒出的水珠大小，常用水滴平均直径 或中数直径表示。,雾化指标： 微喷头的工作压力和喷嘴直径的比值。,H：喷头的工作压力（kPa） d：喷嘴直径（mm）,雾化效果与成本间的关系。,喷灌强度,单位时间内微喷头喷洒在土壤表面上的水层厚度。,q:单个喷头的流量（L/h） r:喷头的射程（m）,水量分布,水量分布取决于喷头的喷洒形状，也会受到工作压力、风力等条件影响。,3.微喷灌系统的设计,设计耗水强度：每天作物生长需要消耗水层的深度。 设计时选择作物全生育期