喷头的组合与布置.docx

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喷头的组合与布置

第七章喷头的组合与布置

如前所述，单喷头水量分布是分布不均的，在灌溉较大的面积单靠一个喷头是不行的，系统设计时需要经过分析单个喷头的水量分布，通过喷头组合，获得一定的水量重叠，才能满足植物需求和提高水利用效率。

第一节喷灌系统的灌水均匀性

图7－1表示4个喷头以喷头射程为间距、正方形布置时理论上的水量分布，图中的数据为无风条件下221个位置处的降雨深度。

从图中可以看出，不同位置的降雨深度不尽相同，在正方形的中间，降雨量最小，也就是说，整个灌溉面积上灌水不是十分均匀。

1、喷灌均匀度

喷灌均匀度表示喷灌面积上水量分布的均匀程度，它是衡量喷灌灌水质量的主要技术指标之一，一般常用克里斯琴（christiensen）公式来表示：

％7－1

式中，X——喷灌面积上每一个喷灌强度观侧值与平均值之差的绝对值。

n——观测值总数

m——喷灌强度观测值的平均值

Cu——均匀系数，以百分数表示

Cu值越大表示喷洒面积上的水量分布越均匀，Cu值越小表示喷灌越不均匀，对于草坪来讲，一般要求Cu值范围在75%以上。

2、喷灌系统灌水均匀性的测定与度量

在田间等间距布置一定数量的雨量桶（布置方法可参阅相关技术规范），如图7－2所示，喷洒一段时间后，测定每个雨量桶中水量。

然后利用公式7－1来计算。

第二节喷头的组合方式与喷灌强度

一、喷头的组合方式

有三种主要的喷头布置方式：

1、正方形：

这种方式中相邻四个喷头组成的四条边距离相等，用于灌溉正方形的区域或有90度角的区域。

尽管该方式有时均匀度欠佳，但四周有围栏的地区常使用这种方式。

正方形布置方式灌水覆盖度较差，其原因是因为对角线上两个喷头间距比边线上的要长。

当边线上两个喷头间距为喷头的射程时（即50%法），对角线上两个喷头间距则为射程的70%，使得正方形中心喷水量偏少（图7－3）。

在风速小和没风的情况下可以使用55%的间距，有风时建议用更小的间距，

这取决于风的大小，下面给出风速和最大间距的对照表：

灌溉地点的风速（km/h）使用的最大间距（%直径）

0——555

6——1050

11——2045

2、三角形：

该模式常用于边界不规则的地区。

正三角形布置是指三个相邻喷头之间间距相等。

与正方形布置方式相比，三角形布置不存在象正方形布置中的水量偏少地带。

因此工程设计多数使用三角形布置（图7－4）。

图7－4中，S代表喷头间距,RS代表支管间距。

在一个正三角形布置时，RS是S的0.866倍。

例如喷头间距为24m,支管间距则为20.8m。

可以看出，这种模式没有正方形模式中对角线间距比边线间距大的问题。

由于这个原因,在有风的情况下,允许喷头之间有更大的间距（如下表）:

灌溉地点的风速（km/h）最大间距（直径的%）

0——560

6——1155

11——2050

3、矩形:

矩形布置方式具有抗风的优点,并且适合灌溉有直线边界和角落的地区。

其喷头和支管间距如下表：

灌溉地点风速（km/h）最大间距（直径的%）

0——5RS=60,S=50

6——11RS=60,S=45

11——20RS=60,S=40

为适应特殊的工程条件，同一地域可以用上述几种模式的组合，例如,如果一块较大绿地中，既有草坪又有树和灌木丛,就需交错使用不同的模式。

遇到树或灌木丛我们可以交错使用正方形或矩形、平行四边形或三角形模式，绕过或穿过障碍物后,其它地方仍可以使用原来的喷头间距模式（图7－5）。

对于曲线边界,可采用从正方形或矩形模式变到平行四边形或三角形模式来布置喷头（如图7－6），还可以再变到原来的布置模式。

这样既灌溉整个区域，同时避免在曲线边界以内喷头过于集中和灌溉区域超出边界。

二、喷灌强度

喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。

我们一般考虑的是组合喷灌强度，因为灌溉系统基本上都是由多个喷头组合起来同时工作。

组合喷灌强度的计算公式为：

ρ组合（mm/h）=1000q/A7－2

式中：

q为单喷头的流量（m3/h）；A为单喷头的有效控制面积（m2）。

对于喷灌强度的要求是，水落到地面后能立即渗入土壤而不出现积水和地面径流，即要求喷头的组合喷灌强度（ρ组合）应小于等于土壤的水入渗率。

各类土壤的允许喷灌强度（ρ允许）的参考值见表7－1：

表7－1各类土壤的允许喷灌强度（mm/h）

土壤类别

砂土

壤砂土

砂壤土

壤土

粘土

允许喷灌强度

20

15

12

10

8

另外，土壤的允许喷灌强度随着地形坡度的增加而显著减小。

如坡度大于12%时，土壤的允许喷灌强度将降低50%以上。

因此，对于地形起伏的工程，在喷头选型时需格外注意。

在地块的边角区域，因喷头往往是半圆或90度而不是全圆喷洒，若选配的喷嘴与地块中间全圆喷洒的喷头相同，则该区域内的喷灌强度势必大大超过地块中间。

所以，为保证系统良好的喷洒均匀度，一般安装在边角的喷头须配置比地块中间的喷头小2-3个级别的喷嘴。

第三节影响喷灌系统均匀性的因素

由于不同的厂家不同型号的喷头的水量分布特性有所差异，对于要求的灌水均匀度，即使射程相同，喷头的间距也可能有所不同。

喷头生产厂家在喷头样本中，一般均提供各种喷头的射程，可是如果设计人员对水量分布的影响因素缺乏了解，按照厂家提供的射程来设计喷头间距，将会有可能出错，达不到所要求的均匀度。

迄今为止，还没有一种确定的能够考虑诸多影响因素的计算喷头间距的公式，这是由于影响喷灌系统均匀性的因素比较复杂，并且有些因素具有不确定性。

1、风对喷灌系统喷洒均匀性的影响

风对单个喷头的水量分布影响很大，因而系统均匀度也将受到显著影响，图7-7表示喷头为三角形布置时的理论分析结果，图中A和B表示当风垂直于支管方向时的情形，A-1，A-2和A-3分别表示风速为5、10和15英里/时的情形，B-1，B-2，B-3表示减小喷头间距后，灌水均匀度得到了改善。

C和D表示风平行于支管方向的情况。

2、单个喷头的水量分布和喷头间距对喷灌系统均匀性的影响

对于不同的喷头，因其水力特性不相同，所要求的喷头间距也不相同。

图7-8表示了两种具有不同水量分布的喷头在不同间距时两喷头连线断面处的降雨深度。

可以看出对A型喷头，60%直径的间距要优于50%，而对于B型喷头50%直径的间距优于40%的直径间距，

单个喷头的水量分布影响着系统的喷洒均匀度，这就是为什么当采用相同的喷头布置间距时，相同射程喷头而喷头水量分布不同时，田间实测灌水均匀度不同的原因。

因此，单个喷头的水量分布是喷头组合的基础，具有不同水量分布图形的喷头，在相同的组合间距下，其喷洒均匀度不尽相同。

单个喷头的水量分布从理论上可以归纳为六种图形，如图7-9，图中SL表示喷头的间距，SM表示支管的间距，图中曲线A、B、C、D、E、F曲线表示当喷头间距SL=0.05D（D为喷洒直径）时，支管间距SM变化时的系统均匀系数。

从图中可以看出，图形B的水量分布在SM不大于喷洒直径的55%时都近于均匀。

对于水量分布图形A和C，间距不大于喷洒直径的65%都相当均匀，超过这一范围，均匀度迅速下降.图形D和E在间距等于喷洒直径的75%和80%时，水量分布相当均匀，但在间距等于喷洒直径的45%-70%时，水量分布发生显著变化。

图形F当间距为喷洒直径的50%到接近80%时水量发布不好，只有当间距为喷洒直径的80%-85%时才相当均匀。

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表7-2中列出了图形B和E在不同的SM和SL组合下的组合均匀系数.