现代农业园区喷灌规划设计滴灌微喷灌等设计与施工事例.docx
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现代农业园区喷灌规划设计滴灌微喷灌等设计与施工事例
现代农业园区喷灌规划设计（滴灌、微喷灌等设计与施工事例）
现代农业园区喷灌规划设计
com喷灌的定义及优缺点
一喷灌的定义
喷灌sprinklerirrigation是利用水泵加压或自然落差将水通过压力管道送到田间经喷头喷射到空
中形成细小的水滴近似天然降水洒落在农田来灌溉土地或作物的一种先进的灌水方法
喷灌技术sprinklerirrigationtechnique是喷灌实践中积累起来的技能装备方法及经验的总称
二喷灌的优缺点
与传统的地面灌水方法相比喷灌具有明显的特点
1．喷灌的优点
1灌水均匀用水量省灌水均匀度irrigationuniformityefficiencyofdistribution可达80～
90水的利用率waterefficiencyofirrigation达到60～85与地面灌溉相比一般可以省水20～
40
2作物增产幅度大喷灌能适时适量进行灌溉有效地调节土壤水分使土壤中水热气
营养状况良好并能调节田间小气候microclimate有利于作物的生长一般可增产10～20
3喷灌的适应性强喷灌对土地的平整性要求不高在地形复杂的岗地缓坡地及强透水性土
壤中均可采用
4喷灌可以用于防止或减小灾害性天气对作物的影响例如可以用喷灌防止霜冻frostbite
在干热风时期喷灌可提高空气湿度降低气温
5喷灌省地省工喷灌可节省田间渠系占地一般可提高土地利用率7～10喷灌的机械化
程度高大大减轻灌水的劳动强度和提高作业效率免去年年修筑田埂和田间沟渠的重复劳动
2．喷灌的缺点
1喷灌受风的影响大一般风力大于3级34～54ms时不宜进行喷洒作业灌溉季节多风的
地区应在设备选型的规划设计上充分考虑风的不利影响如难以解决则应考虑采用其他灌溉方法
2设备投资高喷灌系统工作压力较高对设备的耐压要求也高因而设备投资一般较高这
也是当前制约喷灌发展的主要因素
3能耗大喷灌需要较高的压力耗能大在能源紧张的情况下其发展受到限制目前喷
灌正逐步向低压化方向发展
灌水均匀度灌溉范围内田间土壤湿润的均匀程度
水的利用率灌入田间可被作物利用的水量与渠首引进的总水量的比值
小气候不同物理特性的下垫面自然地理环境和天气气候条件相互作用所形成的近地表局部气
候也包括近地表和植物根系层以及与农田作物之间的微气候
自压喷灌-利用自然水头获得喷头工作压力的喷灌
com微灌系统的组成及分类
一微灌系统的组成
微灌系统通常由水源工程首部枢纽输配水管网和灌水器四部分组成其形式见图131
图131微灌系统组成示意图
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1水源河流湖泊塘堰沟渠井泉等只要水质符合微灌要求均可作为微灌的水源否则
将使水质净化设备过于复杂甚至引起微灌系统的堵塞为了充分利用各种水源进行灌溉往往需要
修建引水蓄水和提水工程以及相应的输配电工程这些通称为水源工程
2．首部枢纽首部枢纽包括水泵动力机肥料和化学药品注入设备过滤设备控制阀进排
气阀压力及流量量测仪表等其作用是从水源取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统
中去
微灌常用的水泵有潜水泵深井泵离心泵等动力机可以是柴油机电动机等在有足够自然
水头的地方可以不安装水泵
对于供水量需要调蓄或含沙量很大的水源常要修建蓄水池和沉淀池沉淀池用于去除灌溉水源
中的大固体颗粒为了避免在沉淀池中产生藻类植物应尽可能将沉淀池或蓄水池加盖
过滤设备的作用是将灌溉水中的固体颗粒滤去避免污物进入系统造成系统堵塞过滤设备应
安装在输配水管道之前
肥料和化学药品注入设备用于将肥料除草剂杀虫剂等直接施入微灌系统注入设备应设在过
滤设备之前
流量及压力量测仪表用于测量管线中的流量或压力包括水表压力表等水表用于测量管线中
流过的总水量根据需要可以安装于首部也可以安装于任何一条干支管上如安装在首部须设
于施肥装置之前以防肥料腐蚀压力表用于测量管线中的内水压力在过滤器和密封式施肥装置的
前后各安设一个压力表可观测其压力差通过压力差的大小能够判定施肥量的大小和过滤器是否需
要清洗
控制器用于对系统进行自动控制一般控制器具有定时或编程功能根据用户给定的指令操作电
磁阀或水动阀进而对系统进行控制
阀门是直接用来控制和调节微灌系统压力流量的操纵部件布置在需要控制的部位上一般有闸
阀逆止阀空气阀水动阀电磁阀等
3．输配水管网输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元
和灌水器输配水管网包括干支管和毛管三级管道毛管是微灌系统的最末一级管道其上安装或
连接灌水器微灌系统中直径小于或等于63mm的管道常用聚乙烯管材大于63mm的管道常用聚
氯乙烯管材
4．灌水器灌水器是微灌设备中最关键的部件是直接向作物施水的设备其作用是消减压力
将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤包括微喷头滴头涌水器和滴灌带等多种形式微灌的
灌水器安装在毛管上或通过连接小管与毛管连接或置于地表或埋入地下灌水器大多数是用塑料
注塑成型的
灌水器的结构不同水流的出流形式也不同有滴水式漫射式喷水式和涌泉式等
com微灌系统的组成及分类
二微灌系统的分类
由于组成微灌系统的灌水器不同其相应的微灌系统也分为滴灌系统微喷灌系统渗灌系统
涌灌系统以及雾灌系统等
根据配水管道在灌水季节中是否移动每一类微灌系统可分为固定式半固定式和移动式
固定式微灌系统的各个组成部分在整个灌水季节都是固定不动的干管支管一般埋在地下根
据条件毛管有的埋在地下有的放在地表或悬挂在离地面几十厘米高的支架上固定式微灌系统常
用于经济价值较高的经济作物
半固定式微灌系统的首部枢纽及干支管是固定的毛管连同其上的灌水器是可以移动的根据
设计要求一条毛管可在多个位置工作移动式微灌系统各组成部分都可移动在灌溉周期内按计划
移动安装在灌区内不同的位置灌溉半固定式和移动式微灌系统提高了微灌设备的利用率降低了单
位面积微灌的投资常用于大田作物但操作管理比较麻烦适合在干旱缺水经济条件较差的地区
使用
1滴灌
滴灌即滴水灌溉是利用塑料管道和直径约10mm毛管上的孔口非常小的滴水器滴头或滴灌带
等消减水中具有的能量使水一滴一滴缓慢而又均匀地滴在作物根区土壤中进行局部灌溉的灌水形
式
由于滴头流量很小只湿润滴头所在位置的土壤水主要借助土壤毛管张力入渗和扩散它是目
前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式在管理良好的条件下其水的利用率可达95因此较
喷灌具有更高的节水增产效果同时还可以结合灌溉给作物施肥提高肥效一倍以上适用于果树
蔬菜经济作物及温室大棚灌溉在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉其不足之处是滴头出流
孔口小流程长流速又非常缓慢易结垢和堵塞因此应对水源进行严格的过滤处理目前国产
设备的质量已基本过关有条件的地区应积极发展
按管道的固定程度滴灌可分固定式半固定式和移动式三种类型
①固定式滴灌其各级管道和滴头的位置在灌溉是季节固定的其优点是操作简便省工省时
滴水效率高效果好国产设备投资约为1000元果树～2000元大棚蔬菜进口设备亩投资为
2500～3500元
②半固定式滴灌其干支管固定毛管由人工移动亩投资为700～1000元
③移动式滴灌其干支毛管均由人工移动设备简单但用工较多亩投资为500～700元
结合我国劳动力多资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定式移动式滴灌系统大大降低了
工程造价为滴灌在大田作物和经济欠发达地区的推广应用创造了条件
2．微喷灌
微喷灌又称微型喷洒灌溉是利用塑料管道输水通过很小的喷头微喷头将水喷洒在土壤或
作物表面进行局部灌溉它是新发展起来的一种喷灌形式与一般的喷灌相比微喷头的工作压力明
显下降有利于节约能源节省设备投资同时具有调节田间小气候的优点又可结合灌溉为作物施
肥提高肥效可使作物增产30微喷灌与滴灌相比微喷头的工作压力与滴头相近不同的是微
喷头可以充分利用水中能量将水喷到空中在空气中消杀能量且微喷头不仅比滴头湿润面积大
流量和出流孔口都较大水流速度也明显加快大大减小了堵塞的可能性可以说微喷灌是扬喷灌和
滴灌之所长避其所短的一种理想灌水形式微喷灌主要用于果树经济作物花卉草坪温室大
棚等灌溉
3．渗灌
渗灌又称土表下灌溉或土表下滴灌是通过埋在地下作物根系活动层约20～50cm的滴灌带上
的滴头或渗灌孔将水灌入土中的灌水方式它具有蒸发损失少省水省电省肥省工和增产效益
显着等优点且不会妨碍耕作果树棉花粮食作物等均可采用其缺点为一是堵塞不易发现
也不便于维护二是当管道间距较大时灌水不够均匀在土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方不宜
使用亩投资为400～1000元其效益为节水50～60省电40～50省工95增产30
左右
4涌灌
涌灌又称为涌泉灌溉小管灌溉是通过从开口小管涌出的小水流将水灌入土壤的灌水方式由
于灌水流量较大但一般不大于220Lh有时需筑沟埂在地表来控制灌水此灌水方式的工作压力很
低不易堵塞但田间工程量较大适合地形较平坦地区果树等灌溉
为克服滴灌堵塞将滴灌系统的滴头取下称作小管出流灌溉的灌水方法也隶属于涌灌
5雾灌
雾灌又称弥雾灌溉与微灌很相似只是工作压力较高可达到200～400kPa喷出的水滴极细
灌水时形成水雾以调节田间空气湿度如全日照喷雾育苗就要采用雾灌
com微灌的优缺点及水质标准
一优点
1省水微灌系统全部由管道输水很少有沿程渗漏和蒸发损失属局部灌溉灌水时一般只湿
润作物根部附近的部分土壤灌水流量小不易发生地表径流和深层渗漏另外微灌能适时适量地
按作物生长需要供水较其他灌水方法水的利用率高因此一般比地面灌溉省水13～12比喷灌
省水15～25
2节能微灌的灌水器在低压条件下运行一般工作压力为50～150kPa比喷灌低又因微灌比
地面灌溉省水灌水利用率高对提水灌溉来说就意味着减少了能耗
3灌水均匀微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水量灌水均匀度高一般可达80～
90
4增产微灌能适时适量地向作物根区供水供肥有的还可调节棵间的温度和湿度不会造成土
壤板结为作物生长提供了良好的条件因而有利于实现高产稳产提高产品质量许多地方的实践
证明微灌较其他灌水方法一般可增产30左右
5对土壤和地形适应性强微灌系统的灌水速度可快可慢对于入渗率很低的粘性土壤灌水速
度可以放慢使其不产生地面径流对于入渗率很高的沙质土灌水速度可以提高灌水时间可以缩
短或进行间歇灌水这样做既能使作物根系层经常保持适宜的土壤水分又不至于产生深层渗漏由
于微灌是压力管道输水适应性强不一定要求地形平坦
6在一定条件下可以利用咸水资源微灌可以使作物根系层土壤经常保持较高含水状态因而局
部的土壤溶液浓度较低渗透压比较低作物根系可以正常吸收水分和养分而不受盐碱危害实践证
明使用咸水滴灌灌溉水中含盐量在2～4gL时作物仍能正常生长并能获得较高产量但是利用咸
水滴灌会使滴水湿润区外围形成盐斑长期使用会使土质恶化因此在干旱和半干旱地区在灌溉
季节末期应用淡水进行洗盐
7．节省劳动力和耕地微灌系统不需平整土地筑渠和开沟打畦还可实行自动控制大大减少
了田间灌水的劳动量和劳动强度
灌水均匀度irrigationuniformityefficiencyofwaterdistribution灌溉范围内田间土壤湿润的均匀程
度
二缺点
1．易于堵塞灌水器的堵塞是当前微灌应用中最主要的问题严重时会使整个系统无法正常工作
甚至报废引起堵塞的原因有物理因素生物因素或化学因素如水中的泥沙有机物质或是微生物
以及化学沉淀物等因此微灌对水质要求较严一般均应经过过滤必要时还需经过沉淀和化学处
理
2会引起盐分积累当在含盐量高的土壤上进行微灌或是利用咸水微灌时盐分会积累在湿润区
的边缘若遇到小雨这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害这时应继续进行微灌在没有充
分冲洗条件的地方或是秋季无充足降雨的地方不要在高含盐量的土壤上进行微灌或利用咸水微灌
3可能限制根系的发展由于微灌只湿润部分土壤加之作物的根系有向水性这样就会引起作
物根系集中向湿润区生长另外在没有灌溉就没有农业的地区如我国西北干旱地区应用微灌时
应正确地布置灌水器在平面上要布置均匀在深度上最好采用深埋方式
4造价一般较高微灌需要大量设备管材灌水器所以造价较高
总之微灌的适应性较强使用范围较广各地应根据当地自然条件作物种类等因地制宜地选用
com微灌的优缺点及水质标准
三微灌的水质标准
一水质标准分类
目前尽管国内外均未见到正规颁布的微灌系统专用水质标准但一些学者做了大量研究工作
其中Bucks和Nakayama于1980年提出的表明微灌系统中水质与堵塞状况的分类方法被普遍参考采用
见表131
表131在微灌系统中表明堵塞程度的水质指标表
堵塞程度
堵塞原因
轻中严重
物理因素
悬浮固形物5050～100100
化学因素
pH值7070～8080
溶解物mgL500500～20002000
锰mgL0101～1515
全部铁mgL0202～1515
硫化氢mgL0202～2020
生物因素
细菌含量个mL1000010000～5000050000
国外还提出了另一种表示水质状况的方法称为分级法即将水的物理化学生物特性化分成
10个不同等级如表132所示0-0-0级表示水质非常好10-10-10级表示水质非常差水质分级的例子
见表133
表132滴灌水质分级表
化学物质含量
无机悬浮固形物细菌含量
水质级别
溶解物铁和或锰
含量mgL个mL
mgLmgL
2
0-0-0101000110
23
1-1-110～20100～20001～0210～10
33
2-2-220～30200～30002～0310～2×10
33
3-3-330～40300～40003～042×10～3×10
33
4-4-440～50400～50004～053×10～4×10
33
5-5-550～60500～60005～064×10～5×10
34
6-6-660～80600～80006～075×10～10
44
7-7-780～100800～100007～0810～2×10
44
8-8-8100～1201000～120008～092×10～3×10
44
9-9-9120～1401200～140009～103×10～4×10
4
10-10-101401400104×10
注1对于化学物质而言这种分类是指溶解固形物铁锰等的最大浓度
2若水中的pH值超过75化学作用加剧分级应被加倍
3如水中包含大量田螺引起繁殖及排泄的增加分级应被四倍化另外由于水质经常变化应经
常测定
表133自然水质分类示例表
最大悬浮固形物最大溶解固形物最大细菌个数
水源水质等级
mgLmgL个mL
饮用水1500100-4-0
地表径流300501000010-0-6
河流7090040006-7-4
井水11650400000-10-9
二对碳酸盐沉积的评价
碳酸盐沉积量与下述因素有关
1钙和镁的浓度浓度超过50mgL时肯定会出现沉积
2水的pH值当pH值高于80时即便当钙和镁的浓度只有20～30mgL时也将发生沉积
3水温度冷水中比热水中含有更多的二氧化碳高的二氧化碳溶解水平对碳酸盐沉积有利
4水的饱和指标饱和指标可反映发生碳酸盐沉积的趋势因此对评价碳酸盐沉积很有意义
水样饱和指标的计算需要测量碳酸度钙含量悬浮固形物的总浓度和测量与计算的pH值之差等试验
结果
饱和指标的正值表明将发生碳酸钙盐沉积采取降低水的pH值的措施饱和指标可转化成负值
这样可防止沉积的形成
132微灌设备
微灌设备大致由首部加压机泵过滤器施肥装置以及控制量测保护装置输配水管道和管
件灌水器等组成微灌用管道和管件虽与喷灌用管道和管件基本相同但对防堵塞的要求较高同
时工作压力也较低所以多采用黑色塑料材质的管道和管件通常干支管多用聚氯乙烯硬管末级
毛管多用聚乙烯半软管
国产的微灌设备系列如图132所示
图132国产微灌设备种类
com微灌灌水器
一微灌灌水器的性能要求
灌水器又称配水器其作用是消减或分散有压管道输送来的集中水流中的能量均匀而稳定地向
作物的根区土壤配水以满足作物生长的需要
灌水器的质量好坏直接影响到微灌系统是否工作可靠及灌水质量对其要求如下
1出水量小
灌水器出水量的大小取决于工作水头高低过水流道断面大小和出流受阻的情况微灌用的灌水
器的工作水头一般为5～15m过水流道直径或孔径一般在03～20mm之间出水流量在2～200Lh
范围内
2．出水均匀稳定
一般情况下灌水器的出流量随工作水头大小而变化因此要求灌水器本身具有一定的调节能力
使得在水头变化时流量的变化较小
3抗堵塞性能好
灌溉水中总会含有一定的污物和杂质由于灌水器流道和孔口较小在设计和制造灌水器时要尽
量采取措施提高它的抗堵塞性能
4制造精度高
灌水器的流量大小除受工作水头影响外还受设备制造精度的影响如果制造偏差过大每个灌
水器的过水断面大小差别就会很大无论采取哪种补救措施都很难提高灌水器的出水均匀度
因此为了保证微灌灌水质量要求灌水器的制造偏差系数Cv值一般应控制在003～007之间
5结构简单便于制造安装
6坚固耐用价格低廉
实际上绝大多数灌水器不能同时满足上述所有要求因此在选用灌水器时应根据具体使用
条件只满足某些主要要求即可例如使用水质不好的地面水源时要求灌水器的抗堵塞性能较高
而在使用相对较干净的井水时对灌水器的抗堵塞性能的要求就可以低一些
国内生产制造灌水器的主要单位是中国农科院灌溉研究所山东莱芜塑料制品集团总厂北
京绿源塑料联合公司华润喷灌喷泉有限公司和北京燕山滴灌技术研究所等
目前在国内有代理业务的国外灌溉公司有以色列的普拉斯多Plasto公司雷欧Lego公司
耐特菲姆Netafim公司美国雨鸟RaimBird公司和澳大利亚哈迪Hardie公司等
二微灌灌水器的分类
微灌灌水器种类很多按结构和出流形式可分为滴头滴灌带微喷头渗头涌水器等五类
1．滴头
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
12Lh
滴头的作用是消杀经毛管输送来的有压水流中的能量使其以稳定的速度一滴一滴地滴入土壤
滴头常用塑料压注而成工作压力约为100kPa流道最小孔径在03～10mm之间流量在06～
12Lh范围内
基本形式有微管式管式涡流式和孔口式前三种是通过立面或平面呈螺旋状的长流道来消能
以管式滴头应用最普遍按其在毛管上的安装方式又分管间式和管上式滴头孔口式滴头流量稍大
水流呈紊流它是通过令水流折射来消能的为了减少滴头堵塞管上式滴头和孔口式滴头还可做成
具有自动清洗功能的补偿式滴头
滴头名称代号表示方法如下
为了方便安装提高安装质量各类管上式和孔口式滴头均有和毛管组成一体出厂的产品另外
还有带脉冲装置间隔一定时间呈喷射状出水的脉冲式滴头按结构来分滴头有以下几种
1长流道型滴头靠水流与流道壁之间的摩阻消能来调节出水量的大小如微管滴头图133
内螺纹管式滴头等
图133微管滴头放大浏览图134孔口型滴头放大浏览
2孔口型滴头靠孔口出流造成的局部水头损失来消能和调节出水量的大小如图134所示
3涡流型滴头靠水流进入灌水器的涡室内形成涡流来消能和调节出水量的大小水流进入涡
室内由于水流旋转产生的离心力迫使水汉趋向涡室的边缘在涡流中心产生一低压区使中心的出
水口处压力较低因而调节出流量如图135所示
图135涡流型滴头放大浏览
4压力补偿型滴头利用水流压力压迫滴头内的弹性体片使流道或孔口形状改或过水
断面面积发生变化从而使出流量自动保持稳定同时还具有自清洗功能
2．滴灌带
滴灌带有压力补偿式与非压力补偿式其名称代号表示方法如下
滴头与毛管制造成一整体兼具配水和滴水功能的管称为滴灌管带按结构可分为
1内镶式滴灌带
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管称为内镶式滴灌管
内镶滴头有两种一种是片式如图136a另一种是管式如图136b所示
图136内镶式滴灌管带
放大浏览图137薄壁滴灌带放大浏览
2薄壁滴灌带
目前国内使用的薄壁滴灌带有两种一种是在02～10mm厚的薄壁软管上按一定间距打孔灌溉
水由孔口喷出湿润土壤另一种是在薄壁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
形式湿润土壤图137
3．微喷头
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
250Lh射程一般小于7m
微喷头也即微型喷头作用与喷灌的喷头基本相同只是微喷头一般工作压力较低湿润范围较
小对单喷头射程范围的水量分布要求不如喷灌高其外形尺寸大致在05～10cm之间喷嘴直径小
于25mm单喷头流量不大于300Lh工作压力小于300kPa多数用塑料压注而成有的也有部分金
属部件其种类繁多据统计达数千种之多
微喷头名称代号表示方法如下
按喷射水流湿润范围的形状有全圆和扇形之分按结构形式有固定式和移动式之分固定式微喷
头与固定式喷头相近有射流旋转式折射式离心式和缝隙式等其构造都比较简单射流旋转式
微喷头则是由不同形状的旋臂来驱动的
1射流旋转式微喷头
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称为旋转式微喷头旋转式微喷头一般由旋转
折射臂支架喷嘴构成见图138
其特点是有效湿润半径较大喷水强度较低水滴细小其缺点是旋转部件易磨损使用寿命较
短
图138射流旋转式微喷头放大浏览图139折射式雾化微喷头放
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