第三章 微灌工程技术2012

1、第三章第三章微灌工程技术微灌工程技术微灌工程技术概述概述微灌设备与工作原理微灌设备与工作原理微灌工程设计参数的确定微灌工程设计参数的确定微灌工程规划微灌工程规划微灌系统设计微灌系统设计微灌工程设计示例微灌工程设计示例第一节 概述微灌的定义微灌的定义微灌的组成和分类微灌的组成和分类微灌的优缺点微灌的优缺点微灌技术的发展与展望微灌技术的发展与展望一、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作物根部附近土壤的一种局部灌水技术微灌是

2、以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤，微灌是以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤，比地面灌溉节水比地面灌溉节水505070 %70 %，比喷灌省水，比喷灌省水15%15%20 20 % %，灌水均匀，均匀度达，灌水均匀，均匀度达 0.80.8 0.9,0.9,适用于所有适用于所有的地形和土壤的地形和土壤 , ,特别适用于干旱缺水地区特别适用于干旱缺水地区固定式微灌系统固定式微灌系统地面固定式地下固定式移动式微灌系统移动式微灌系统按管道可移动程度分按管道可移动程度分按灌水器出流方式分按灌水器出流方式分滴灌滴灌微喷灌微喷灌渗灌渗灌涌泉灌溉涌泉灌溉小管出流小管出流二、微灌的类型二、微灌的类型大田滴灌

3、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 (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重力滴灌系统是李岚清副总理1997年访问以年访问以色列同以达成的技术引进和开发由中国农业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、推大学同以

4、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、均匀的重力滴灌系统以它极低的工作压力、均匀的供水、高效的水分利用、广泛的适用条件以供水、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及明显珠产出效率，已为越来越多的用户所接受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渗灌与地下滴灌相似，只是用渗头代替滴头全部埋在地下全部埋在地下渗头的水不像滴头那样一滴一滴地流出，而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是慢慢的渗流出来，这样渗头不容易被

5、土粒和根系所堵塞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检验不宜贸然推广 三、微灌的优点及存在的问题三、微灌的优点及存在的问题微灌的优点1、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 2、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

6、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3、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4、增产v微灌不会导致地面板结，使土壤始终保持琉松、多孔

7、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%5、工作压力低、节能6、灌水均匀7、可用微咸水灌溉微灌的优点微灌的优点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滴灌（包括重力滴灌）与微喷灌中存在的问题v不具有防干热风、调节田间小气候的作用不具有防干热风、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对于

8、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，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置设施

9、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渗灌中存在的问题v易于堵塞易于堵塞 , ,不易检查和维修不易检查和维修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、工艺工具、孔距及孔径的合理组合、1 1流量确定、渗流量确定、渗灌管进口工作压力的确定、渗灌管管径及变径管组合、灌管进口工作压力的确定、渗灌管管径及变径

10、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施，渗灌管堵塞机理与防治及延长使用寿命的研究 限制根系的发展限制根系的发展成本高成本高盐分积累盐分积累微灌技术中存在的问题四、微灌在我国的发展阶段自1976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第一阶段第一阶段 (1974(197419801980年年) )：引进滴灌设备、消化吸收、设：引进滴灌设备、消化吸收、设备研制和应用试验与试点阶段备研制和应用试验与试点阶段v第二阶段第二阶段 (

11、1981(198119861986年年) )：设备产品改进和应用试验研究：设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段与扩大试点推广阶段v第三阶段第三阶段 (1987(1987年至今年至今) )：直接引进国外的先进工艺技术，：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高起点开发研制微灌设备产品第二节第二节 微灌系统组成微灌系统组成（一）灌水器（一）灌水器（二）管道（二）管道（三）首部枢纽（过滤器、施肥装置）（三）首部枢纽（过滤器、施肥装置）（四）水源及压力装置（四）水源及压力装置一、灌 水 器1、对灌水器的基本要求2、灌水器的分类3、灌水器的结构参数和水力学特征4、灌水器的制造偏差

12、1、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2、灌水器的分类 （1）滴头定义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 （2）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：（按滴灌带（管）的结构）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

13、式两种（1）内镶式滴灌带（管）内镶式滴灌带（管）内镶式滴灌带（管）是在毛管制造过程中，将预先制造好内镶式滴灌带（管）是在毛管制造过程中，将预先制造好的滴头镶嵌在毛管内的滴灌带（管）。内镶滴头有两种，的滴头镶嵌在毛管内的滴灌带（管）。内镶滴头有两种，一种是片式，另一种是管式。一种是片式，另一种是管式。（2）薄壁滴灌带）薄壁滴灌带 薄壁滴灌带为在制造薄壁管的同时，在管的一侧热合出各薄壁滴灌带为在制造薄壁管的同时，在管的一侧热合出各种形状的流道，灌溉水通过流道以滴流的形式湿润土壤。种形状的流道，灌溉水通过流道以滴流的形式湿润土壤。滴灌带也有压力补偿式与非压力补偿式两种。滴灌带也有压力补偿式与非压力补

14、偿式两种。地面滴灌土壤水分分布地面滴灌土壤水分分布地下滴灌土壤水分分布地下滴灌土壤水分分布土壤不同，湿润宽不同土壤不同，湿润宽不同黏黏壤壤沙沙滴头间距：黏土大，沙土小，壤土居中滴头间距：黏土大，沙土小，壤土居中（3）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A、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

15、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B、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C、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

16、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D、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，下部是底座，上部是带有缝隙的盖（4）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（5）渗）渗 灌灌 渗灌技术是继喷灌、滴灌之后的又一节水灌溉技渗灌技术是继喷灌、滴灌之后的又一节水灌溉技术。渗灌是一种地下微灌形式，在低压条件下，通过术。渗灌是一种地下微灌形式，在低压条件下，通过埋于作物根系活动层的灌水器（微孔渗灌管），根据埋于作物根系活

17、动层的灌水器（微孔渗灌管），根据作物的生长需水量定时定量地向土壤中渗水供给作物作物的生长需水量定时定量地向土壤中渗水供给作物。 无论国内还是国外，渗灌发展的技术关键是研制无论国内还是国外，渗灌发展的技术关键是研制渗灌管。近年来，随着工业技术的发展，国外的渗灌渗灌管。近年来，随着工业技术的发展，国外的渗灌技术有了很大的进展，但我国刚刚起步与发达国家的技术有了很大的进展，但我国刚刚起步与发达国家的差距很大。差距很大。 渗灌的定义渗灌的定义渗灌系统渗灌系统 渗灌系统全部采用管道输水，灌溉水是通过渗灌系统全部采用管道输水，灌溉水是通过渗灌管直接供给作物根部，地表及作物叶面渗灌管直接供给作物根部，地表及

18、作物叶面均保持干燥，作物棵间蒸发减至最小，计划均保持干燥，作物棵间蒸发减至最小，计划湿润层土壤含水率均低于饱和含水率，因此湿润层土壤含水率均低于饱和含水率，因此，渗灌技术水的利用率是目前所有灌溉技术，渗灌技术水的利用率是目前所有灌溉技术中最高的。中最高的。渗灌系统首部的设计和安装方法与滴灌系统渗灌系统首部的设计和安装方法与滴灌系统基本相同，所不同的是：尾部地埋渗灌管渗基本相同，所不同的是：尾部地埋渗灌管渗水量的主要制约因素是土壤质地和渗灌管的水量的主要制约因素是土壤质地和渗灌管的入口压力，所以渗灌系统运行时的主要控制入口压力，所以渗灌系统运行时的主要控制条件是流量，而滴灌系统完全是通过调节压条

19、件是流量，而滴灌系统完全是通过调节压力而控制流量的。力而控制流量的。渗灌管渗灌管渗灌管是渗灌系统的关键部件，在管壁上无渗灌管是渗灌系统的关键部件，在管壁上无规则地分布着毛细微孔，如图。目前应用的规则地分布着毛细微孔，如图。目前应用的渗灌管品种很少，只是管径和流量等规格的渗灌管品种很少，只是管径和流量等规格的不同。不同。渗灌与滴灌的区别在于出水点分散，无规律渗灌与滴灌的区别在于出水点分散，无规律，孔管大小不一。工作压力低，一般为，孔管大小不一。工作压力低，一般为1050千帕（千帕（15米水头），出流量每米管长为米水头），出流量每米管长为25升升/小时，对水质要求高，抗堵塞能力差小时，对水质要求高

20、，抗堵塞能力差。图图 渗灌管渗灌管3、灌水器的性能（1）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（2）制造偏差系数意义： 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

21、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)质量分类质量分类 滴头或微喷头滴头或微喷头 滴灌带滴灌带好好 Cv0.05 Cv0.1一般一般 0.05Cv0.07 0.1Cv0.2较差较差 0.07Cv0.11差

22、差 0.11Cv0.15 0.2Cv0.3不能接受不能接受 0.15Cv 0.31.5mm,不敏感不敏感0.71.5mm，敏感，敏感194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长度当没计灌水均匀度

23、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 (h1min(1 0.38 )xdhqh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 . 81 . 1h1.77

24、1.774fv当L=150米时，hf =1.51mv当L=140米时，hf =1.25m v当L=130米时，hf =1.02mv当L=100米时，hf =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，此题中，比较好的

25、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1、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支管选用D63PE管(内径53mm)管上毛管条数272 条，即27各出水口支管进口总流量Q0.232272.42m3h支管长度L27381m支管水头损失 hf1.43m1.4米(支

26、管允许水头损失)2、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）分干管水头损失 hf 4.42m3、干管水力计算一般，一最不利轮灌组计算确定干管直径，在确定了水泵扬程后，到推确定其他轮灌组分干管或支管的直径此题中最北面的第1和II灌水小区构成的轮灌组为最不利轮灌组干管总流量：Q24.84249.68m3h干管长度263m利用经济流速初选干管管径选D=110PVC管(内径103mm)作为干管干管水头损失=6.27m4、首部枢纽水头损失计算首部枢纽水头损失包括：闸阀、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15m5、水泵扬程确定与水泵选型水泵