微灌工程技术

1、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，

2、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

3、 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

4、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 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

5、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

6、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 v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 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

7、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

8、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，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

9、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、

10、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

11、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

12、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：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

13、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

14、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

15、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0.5 v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： 灌水器的流量与流道直径的2.5

16、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 q S Cv q q n i i n 1 S n qq i i n 1 1 2 1 () 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

17、喷头 滴灌带 好 Cv0.05 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(Q A 3 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

18、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： )q x x1 12. 01 (q x 1 h hh H vv d minmax v 19. 0) 1 . 0 524. 0 524. 01 12. 01 ( 1 . 0 524. 0 1 h hh H d minmax v 将有关数据代入上式得： 根据公式 d x 1 max h)q62. 01 (h d x 1 max h)q38. 01 (h 计算得 hmax11.2m，hmin 9.3m 小区内滴头最大水头差11.2-9.

19、3=1.9米 根据支毛管水头差分配比： dvh H55. 0H 毛 dvH H45. 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 . 81 . 1h 1.771.774 f v当L=150米时，hd =1.51m v当L=140米时，hd =1.25m v当L=130米时，hd =1.02m v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0.23

20、m3h 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，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 400m 324m 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2 100m 27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

21、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： Q13D mmD65242.1213 初选管径D=75mm（内径70mm） 干管水头损失 hf 4.42m (四)首部枢纽水头损失计算 首部枢纽水头损失包括：闸阀、

22、过滤器、 施肥器、管件和泵管等 查阅设备样本，确定各部件的水头损失 总水头损失考虑hf首部15m (五)水泵扬程确定与水泵选型 水泵扬程滴头允许最小工作水头+毛管 水头损失+支管水头损失十分干管水头损 失+干管水头损失+首部水头损失+动水位 f9.3+0.5+1.4+4.42+6.27+15+2056.89m 水泵流量Q49.68m3h 选定水泵型号 (六)计算其他轮灌分干管直径 第二轮灌组中分干管-2管径计算 利用水泵性能曲线确定系统流量时的实际扬程，假定 与汁算的扬程没有变化，可由水泵扬程推算出第2分干 管入口压力 h2分干管水泵扬程一动水位一首部水头损失分干管进 口至第2分干管入口处的水头损失56.89-20-15-2.4 19.49m 由前面计算可知，