节水灌溉技术总结ppt课件.ppt

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1、1 概述,2 节水灌溉技术和灌溉机械,第五章 节水灌溉技术,一、我国水资源现状与用水结构,1 概述,按1997年人口统计，我国人均水资源量为2200m，在世界153个国家的人均水资源排位中居121位，预测到2030年我国人口达到16亿时，人均水资源量将降低到1760m。按国际上一般承认的标准，人均水资源量少于1700m的为用水紧张国家。（少于1000m为缺水国家，少于500m为严重缺水国家）。,1、我国水资源基本现状,我国水资源空间分布很不均匀，北方水资源贫乏，南方水资源相对丰富，南北相差悬殊。,长江及其以南地区流域面积占全国总面积36.5%，却拥有占全国80.9%的水资源总量；,长江以北地区

2、流域面积占全国总面积的63.5%，拥有的水资源量仅占全国的19.1%，,即使在北方地区，水资源的空间分布和土地资源也极不相配。,黄河、海河、淮河三流域的土地面积占全国的13.4%，耕地占39%，人口占35%，国民生产总值（GDP）占32%，而水资源量仅占7.7%，人均水资源量约为500 m 耕地每公顷水资源少于6000 m是我国水资源最为紧张的地区。,西北内陆河流域的土地面积占全国的35%， 耕地占5.6%，人口占2.1%，GDP占1.8%， 水资源量占4.8%，该地区属干旱区，但因人 口稀少，人均水资源量约5200m，耕地每公顷水资源量约2400m。,据统计，1997年我国水资源开发利用率平

3、均为19.9%，而黄河流域超过50%，海河流域接近80%，已经超过40%的水危机标准。,因此，我国部分地区已经进入严重的水危机状态。水的问题到了不得不引起人们高度重视的地步。,我国不但水资源紧张，而且用水效率又极其低下，用水浪费现象更是普遍存在。我国目前的用水量和美国相等，但GDP仅为美国的1/8，我国农田灌溉水利用系数仅为0.4左右，而先进国家为0.70.8。,（1）近期我国年供水量将基本维持在5600亿m， 不会有过大的增长。,纵观我国水概况，用水结构以及发展趋势，概括起来，大致有以下3个特点。,2.、我国用水结构与发展态势,（2）我国农业年用水量将基本控制在4000亿m 左右，但必须满足

4、16亿人口的食物安全问题。,目前农业用水占总用水的比重较高。但其发展趋势是不断降低，从1949年的97.1%逐步降低到目前的70%左右。尽管总用水量有所增加，而农业用水量近20年来基本稳定在4000亿m左右，但粮食总产却逐步增加。,农田灌溉用水是农业的主要用水和耗水对象，农田灌溉用水占农业用水量的比例始终保持在90%以上。,（3）农业、工业、生活用水比重在近期内将基 本维持在7：2：1的水平。,其发展态势为农业用水的比重逐渐降低，而工业、生活用水比重逐渐增加，2030年农业用水比重有可能降低到60%。,（发达国家农业用水比重一般在50%左右， 美国1989年时农业用水比重在48%）。,近期我国

5、用水构成表,二、我国节水灌溉技术的发展现状,节水农业就是以节约用水、提高农业用水效率为核心的农业，是现代化农业的重要内涵。,其核心是在有限的水资源条件下，通过采用先进的工程技术，适宜的农业技术和用水管理等综合技术措施，充分提高农业用水利用率和水的生产效率及效益，保证农业持续稳定发展。,在某种意义上讲，节水农业是节水、高产、高效、优质的农业。,节水灌溉技术是节水农业的核心技术。,节水灌溉是根据作物需水量规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称。,结合我国农业发展的特点，适宜于推广应用的节水农业技术主要有：,3、地面灌水技

6、术,1、渠道防渗技术,2、低压管道输水技术,4、喷灌技术,9、农业节水管理技术,6、雨水利用技术,7、农业节水配套技术,8、劣质水利用技术,5、微灌技术,节水灌溉体系,1、水源开发与优化利用技术,2、节水灌溉工程技术,3、农业耕作栽培节水技术,4、节水管理技术,1.水源开 发与优化利用技术, 雨水集流技术,水窖,蓄水池,塘坝, 劣质水利用技术, 灌溉回归水利用技术, 井渠结合地表水、地下水 互补技术, 储水灌溉技术,2.节水灌 溉工程 技术, 喷灌技术, 微灌技术, 渠道防渗技术, 低压管道输水技术, 膜上灌水技术, 抗旱点浇技术, 沟畦灌水技术, 土壤墒情监测与灌水预报技术, 灌区输配水系统

7、水的测量与自 动监控技术,3.农业耕作 栽培节水 技术, 耕作保墒技术, 覆盖保墒技术, 施用化学制剂节水, 优选抗旱品种,调整种植结构,4.节水管 理技术, 改进和完善灌溉制度,用节水 型的灌溉制度指导灌水, 制定适合不同地区自然和社会 经济条件的农业节水技术政策, 制定和完善有利于节水的政策、法规, 建立健全节水管理组织和节水技术推 广服务体系，完善节水管理规章制度，把节水管理责任落实到每项工程，每个干部职工，每个农民。,三、我国节水灌溉存在的问题与研究的重点,节水灌溉存在的问题有 ：,4、政策法规不健全，投资体系不妥善，节水 实施不力。,1、节水虽得到高度重视，但行业之间协调不 利，缺乏

8、根本思路。,2、节水虽有一定科学积累，但未形成整体优势。,3、管理水平落后，缺乏用水标准 。,近期我国科技节水重点应放在：,1、加强国家节水战略研究，理清节水思路， 制定我国节水科技发展规划。,2、加强节水工作中的科学问题的研究。,3、节水技术研究。,2 节水灌溉技术,节水灌溉技术是指灌溉水（包括降水）进入农田后，通过采用良好的灌溉方法，最大限度地提高灌溉水利用率和利用效率的灌溉技术。,好的灌水技术不仅灌水均匀，而且节水、节能、省工，使土壤保持良好的物理化学性状，提高土壤肥力，从而获得最佳效益。,节水灌溉技术主要包括地面节水灌溉技术、喷灌和微灌等新的灌溉技术。,一、 喷 灌,喷灌是利用管道将压

9、力水输送，分配到田间，再由喷头喷射到空中，形成细小的雨滴，均匀地撒在灌溉面积上，以满足作物生长地需要。压力水地形成，可以用水泵从水源取水加压或利用地形落差，形成自压水头。,我国自50年代开始研究喷灌技术，近十多年进行了大量地试验研究和应用推广，证明喷灌具有一系列的优点。,喷灌可以使灌溉水比较均匀地撒在地面，渗入到作物根系活动层，不产生深层渗漏和地面流失，因此，水的利用率大大提高。灌水均匀度可达8090，水的利用率达到6085，与地面灌溉相比，一般可以节省2030；,1、 灌水均匀，用水节省；,由于喷灌能适时适量进行灌溉，有效地调节土壤水分状况。灌溉后土壤中水，热，通气，营养状况良好，并能调节田

10、间气候，有利于作物地生长，一般可增产1020。,2、作物产量高；,喷灌地适应性强，喷灌对土地的平整要求不高，对于地形复杂的岗地，缓坡地也可采用喷灌。有些土壤，例如沙土采用地面喷灌有困难，但可采用喷灌。,3、喷灌地适应性强；,4、喷灌可以用于防止或减少灾害性天气 对作物的影响；,用喷灌可节省田间渠系占地，提高土地利用率710。喷灌比地面灌节省约一半的劳动力。,5、喷灌省时省工；,例如可以用喷灌防止春天霜冻，在干热风时期喷灌可提高空气湿度，降低气温。,喷灌也有它的缺点，主要是：,在多风的情况下，由于风的影响，使喷灌均匀度大大降低，水的飘移损失大，使水的利用系数大大降低。一般3级风（3.44.5m/

11、s）对喷灌均匀度就会有影响。,2、喷灌需要一定的动力设备和管材，需要 较大的投资。,1、喷灌受风的影响大。,3、移动式或半移动式喷灌虽可减少设备投资， 但在田间操作需要搬动管道或移动机组，比 较麻烦，又易塌伤作物，破坏土壤。,4、喷灌需要较高的压力，耗能大，在能量紧张 的情况下，受到限制，从节省能源的角度考 虑，国外趋于发展中近射程喷灌。,（一）喷灌系统的组成和类型,喷灌系统一般由水源，动力，水泵，管道，喷头及田间工程系统等部分组成， 如图所示；,1.喷灌系统的组成,一般的河流，渠道，塘库，井泉等都可作为喷灌水源。水源提供的水量，流量，水质必须满足喷灌系统的要求。,大多数情况下，水源的高程不足

12、以提供喷灌必要的水头，必须利用水泵将灌溉水汲取提加压。喷灌常用的水泵有离心泵，自吸离心泵，长轴井泵，深井潜水泵等。,（1）水源,（2）水泵,在用电方便的地区，一般用电动机带动水泵。也有使用柴油机，汽油机带动。还可用于手扶拖拉机或拖拉机上的动力机带动水泵。动力机的功率与水泵配套相适应。,（3）动力,管道系统的作用是将有压的灌溉水输送，分配到田间。喷灌管道系统一般包括干管和支管及其相应的连接，控制部件，如弯头，接头，三通，闸阀等。,（4）管道系统,喷头的作用是将灌溉水喷射到空中，形成细小的水滴。喷头是喷灌系统的专业部件，一般用竖管与支管连接。,有些喷灌系统，需要利用渠道将灌溉水从水源引到田间，以节

13、省管道长度，就必须修建田间渠道及相应的建造物。,（5）喷头,（6）田间工程系统,2.喷灌系统的分类,喷灌系统有不同的分类方法,按系统获得压力的方式分为,机压喷灌系统,自压式喷灌系统,按系统设备组成可分为,管道式喷灌系统,机组式喷灌系统,按喷灌特征可分,定喷式喷灌系统,行喷式喷灌系统,按系统总主要组成部分是否移动和移动的程度分为,固定式,移动式,半固定式,根据我国应用的实际，以下分别对固定式喷灌系统、移动式喷灌系统和半固定式喷灌系统做简要介绍。,喷灌系统的各组成部分除喷头外，在整个灌溉季节，甚至常年都是固定不动的。水泵和动力机组成固定的泵站，干管和支管埋入地下，进行轮灌，或在非灌溉季节卸下进行保

14、养。这种喷灌系统称为固定式喷灌系统。,（1）固定式喷灌系统,固定式喷灌系统的优点式使用操作方便，易于管理和养护，生产效率高，运行费用低，工程占地少。,缺点是工程投资大，设备利用率低，同时固定在田间的竖管，对机耕有一定的妨碍。,因此，一般只在灌水频繁，经济价值高的蔬菜及经济作物采用固定式喷灌系统。,在田间仅有固定的水源（塘，井或渠道），而动力、管道及喷头都是移动的。,这样在一个灌溉季节里，一套设备可以在不同地块上轮流使用，提高设备的利用率，降低了单位面积设备的投资。将移动部分安装在一起，甚至省去干管，支管，构成一个整体称为喷灌机。,（2）移动式喷灌系统。,如图；这种形式的喷灌系统使用灵活， 但管

15、理劳动强度大，路渠占地多。,半固定式喷灌系统的动力、水泵和干管是固定的，在干管上装有许多给水栓，支管和喷头是移动的。,支管在一个位置上与给水栓连接进行喷洒，喷洒完毕，可移动至下一个位置与下一个给水栓连接。这样的喷灌系统比固定式喷灌系统设备利用率高，投资也较省，操作起来比移动式喷灌系统劳动强度低些，生产率也高些。因此，很多国家的喷灌系统多为半固定式喷灌系统。,（3）半固定式喷灌系统,人工移动支管操作比较可靠，但工作条件差，劳动强度大，国外大多采用机械移动支管。,根据支管移动的方式可分为人工移动支管和机械移动支管。,机械移动支管的形式很多，主要有以下五种：,滚动式喷灌系统，其支管在直径为12m的许

16、多大轮子上，以支管本身为轮轴，轮距一般为612m，如图48。在一个位置喷完后，由人工利用专门的杠杆或小发动机，使支管滚移至下一个位置继续喷灌。,a.滚动式喷灌系统,它适用于矮杆作物及较平的地块。,端拖式喷灌系统， 其支管布置在田块中间，支管上装有小轮或滑撬，在一个位置喷好后，由拖拉机或绞车纵向牵引越过干管到一个新的位置， 如图所示。,b.端拖式喷灌系统,支管可以式软管，也可以是有柔性接头的刚性管道，一般支管的长度不超过50m。,绞盘式喷灌系统，由田间固定干管的给水栓供水，支管是软管缠绕在绞盘上，绞盘架设在绞盘车上，与喷洒车连接组成绞盘式喷灌机。喷灌时绞盘车转动，边喷，边收管，收卷完毕，喷头停喷

17、，然后转入下一地段作业。,c.绞盘式喷灌系统,时针式喷灌系统又称中心支轴式喷灌系统。其结构如图410和411所示。在喷灌田块的中心有供水系统（给水栓或水井与泵站），其支管支承在可以自动行走的小车及塔架上，工作时支管象时针一样绕中心点旋转。,时针式喷灌系统,常用的支管长度为400500m，根据轮灌的需要，转一周要210天，可控制8001000亩，支管离地面23m。,这种系统的优点是机械化自动化程度高，可以不要人操作，连续工作，生产效率高；并且支管上可以装有很多喷头，喷洒范围相互重叠提高了灌水均匀度，受风的影响小，也可适用于起伏地形。但其最大缺点是灌溉面积是圆形的，不能充分利用耕地面积。为此，也有

18、在支管末端再安装自动喷角装置，喷洒地角面积。,平移式喷灌系统的支管和时针式系统一样，也是支承在可以自动行走的小车上，但它是平行作物行移动，由垂直于支管的干管上的给水栓通过软管供水，或由主机上的供水加压设备从渠道吸水。当行走一定距离（等于给水栓间距）后就要改由下一个给水栓供水，这样喷灌面积是矩形的，便于与耕作相配合，并可充分利用耕地面积，如图所示。,d.平移式喷灌系统。,(二)喷灌设备,喷灌设备包括喷头，管道及其附件，动力设备，水泵，组装的喷灌机等，本节对喷头和管道作简要介绍。,1.喷头,喷头是喷灌系统的主要组成部分。它的作用是把有压水流喷射到空中，散成细小的水滴并均匀地散落在所控制地灌溉面积上

19、。因此，喷头结构形式及其制造质量地好坏，直接影响到喷灌质量。,(1)喷头的种类及其工作原理,喷头的种类很多，按其工作压力及控制范围的大小，可分为低压喷头（或称近射程喷头）、中压喷头（或称中射程喷头）和高压喷头（或称远射程喷头）。各类喷头工作压力和射程范围大致如表45。,按喷头结构形式与水流形状可以分为旋转式、固定式和孔管式三种。,旋转式喷头一般由喷嘴、喷管、粉碎机构、转动机构、扇形机构、弯头、空心轴和套轴等部分组成。,a.旋转式喷头,压力水流通过喷管及喷嘴形成一股集中的水舌射出，水舌内存在涡流，在空气及粉碎机构（粉碎螺钉，粉碎针或叶轮）的作用下，使水舌粉碎成细小的水滴，由转动机构驱动喷灌和喷嘴

20、绕竖轴缓慢旋转，使水滴均匀喷洒在喷头的四周，形成一个半径等于喷头射程的圆形或扇形湿润面积。,旋转式喷头由于水流集中，所以射程远（可达30m以上），中、远射程喷头基本上都是这种形式。,按转动机构的特点，旋转式喷头又有摇臂式、叶轮式、反作用式等几种。, 摇臂式喷头,图413是摇臂式喷头的一种形式。喷头的转动机构是一个装有弹簧的摇臂。,在摇臂前端有一个偏流板和一个勺形导水片，喷水前偏流板和导水片置于喷嘴的正前方。,当开始喷水时水舌通过偏流板冲到导水片上，并从侧面喷出，冲击力使摇臂转60o120o ，并把摇臂弹簧扭紧，然后在弹簧力作用下摇臂又回位使偏流板和导水片进入水舌，在摇臂惯性力和水舌对偏流板的切

21、向附加力作用下，摇臂敲击喷体（即由喷嘴，弯头等组成的一个可以转动的整体），使喷头转动3o5o，于是又进入第二个循环（每个循环周期0.22min）,如此周而复始，使喷头不断地旋转。,摇臂式喷头的缺点是：在有风或安装不平的情况下旋转速度不均匀。此外，这种喷头如直接装在手扶拖拉机上，受振动影响后，转动不正常，甚至不转，但它的结构简单，便于推广。,为了控制喷洒面积成扇形，在这类喷头上装有扇形机构（或称换向机构），使喷头不断往返成扇形旋转。, 叶轮式喷头,叶轮式喷头又称涡轮蜗杆式喷头，是靠水冲击叶轮，由叶轮带动传动机构使喷头旋转。,由于水舌流速高，叶轮的速度可达10002000r/min以上，而喷头要求

22、每转35min的转速。,因此，必须通过涡轮蜗杆变速。这种喷头结构复杂，使用较少。, 反作用式喷头,反作用式喷头是利用水舌离开喷嘴时对喷头的反作用力推动喷管旋转。其方式很多，可以将喷管弯成一定的角度，使得主喷嘴水舌的反作用力不通过喷头的垂直轴，而形成一转动力矩带动喷嘴管旋转，也可以在喷嘴的左侧或右侧开小孔，小水舌朝与主喷嘴垂直方向喷出，带动喷管旋转。也有的是在喷嘴前装有一挡片使水舌转弯，利用水舌偏转后的力矩比较大，转动太快，射程大大降低。,如果反作用力矩比较接近于喷头转动的阻力力矩，工作就很不可靠，尤其是在刚开始喷灌时更难以起动。因此，为了使转速不要太快，就要装置专门的限速器，但是限速器比较复杂

23、，推广受限制。,反作用式喷头结构一般比较简单，但其共同的缺点是，如果作用力矩比较大，转动太快，射程大大降低。,b.固定式喷头,固定式喷头又叫慢射喷头。,它的特点是：,在整个喷灌过程中，喷头的所有部件都是固定不动的，喷洒时水流以全圆或扇形同时向外散开。,它的优点是：结构简单，工作可靠；,缺点是：射程小（510m）， 喷灌强度大（1520mm/h以上）， 水量分布不均，喷孔易被堵塞。,因此，使用受到限制，多用于公园、苗圃、菜地、温室等。, 折射式喷头, 缝隙式喷头, 离心式喷头,固定式喷头按结构形式可分为三类。, 折射式喷头,折射式喷头一般由喷嘴，散水锥和支架等部分组成。水流由喷嘴垂直喷出，遇散水

24、锥阻挡，形成薄水层向外射出，在空气阻力作用下分散成为细小雨滴在地面上；,图414是全圆喷洒的折射喷头，喷嘴直径一般为515mm的圆孔，散水锥高613mm，锥角为120o的圆锥体。, 缝隙式喷头,缝隙式喷头是在封闭的管端开出一定形状的缝隙（一般为36mm），水流由缝隙射出分散为细小水滴落在地面，缝隙与水平面多成30o夹角， 如图415所示。, 离心式喷头,离心式喷头由喷管，锥形轴和蜗形外壳组成。水流沿蜗壳内壁的切线方向进入蜗壳，并绕垂直轴旋转，这样，经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，水膜分散成细小水滴，落在喷头四周地面上。,这种喷头用的较少。,c. 孔管式喷头,孔管

25、式喷头由一根或几根直径较小的管子组成，在管子的顶部分布有一些小的喷水孔，喷水孔直径一般为12mm。喷水孔的分布形式有单列的和多列的。,如图416所示。,它适用于菜地，苗圃和低秆作物的喷灌。,(2)喷头的主要水力参数,喷头的主要水力参数主要有：工作压力，喷水量，射程等，它是选择喷头的主要依据。,喷头的工作压力是指喷头进水口前的内水压力，,一般用P表示表示，单位为kPa或mH2O。,喷嘴压力（P嘴）：,喷头工作压力减去喷头内的水头损失等于喷嘴出口处的压力，简称喷嘴压力，以P嘴表示。,喷水量:单位时间内喷头喷出的水体积称为喷水量， 以q表示，单位是 m3/h、 (m3/s) 或 L/s 。,按水力学

26、孔口出流公式：,式中： q为喷头喷水流量；m3/s ，,为流量系数，可取0.850.95；,为重力加速度，,为喷嘴压力（m）。,将以上各值代入得：,由上式可以看出，对于一定的喷嘴形式来说，当喷嘴直径一定时，喷水流量与喷嘴压力的平方根成正比，而在喷嘴压力一定时，喷水流量与喷嘴直径的平方成正比。喷嘴直径越大，喷水量也越大，所以喷嘴直径的大小，也反映了流量大小。,由于喷嘴压力不易测定，故可近似用喷头工作压力来估算喷头流量。,射程是指在无风条件下，喷射水流所能达到的最大距离，也即喷洒湿润半径。一般以R（m）表示。,喷头射程主要取决于喷嘴压力和喷水流量（或喷嘴直径）、喷射仰角、喷嘴形状、喷管结构；整流器

27、、旋转速度等也不同程度的影响射程。 在设计喷头时，对这些因素应作正确的选择，才能设计出高质量的喷头。,2. 管道,喷灌用的管道按其使用条件分为固定管道和移动管道两类；即,喷灌用的管道按其使用条件分为,固定管道,移动管道,管道是喷灌系统的基本组成部分。,对喷灌用管道的要求是：,能承受设计要求的工作压力，能通过设计要求的流量，而不造成过大的水头损失，经济耐用，耐腐蚀，便于运输和施工安装。,对于移动式管道还要求轻便耐撞击，耐磨和经受风吹日晒。,以下对各类管道作简单的介绍。,(1)固定管道,常用的固定管道有：铸铁管、钢管、预应力和自应力钢筋混凝土管、塑料管、石棉水泥管道等，管径一般为50300mm左右

28、。,(2)移动式管道,移动式管道多用于半固定式喷灌式系统，人工移动管道有软管、半软管和硬管三种。,软管用完后可以卷起来移动后收藏，体积小， 运输方便，一般每节长1050m，各节之间用快 速接头连接； 半软管在水放空后，断面基本能保持圆形，也可 以卷成盘状，但盘的直径较大（14m），多用 于绞盘式喷灌机。,硬管每节长69m，需要较多的快速接头连接。,3.快速接头,为了节省时间、加速喷灌进程、减轻劳动强度，在半固定式和移动式喷灌系统中的各节移动管道之间常用快速接头连接，有的固定式喷灌系统中在喷头和竖管之间也用快速接头连接，对这样的快速接头的要求有如下几点：,a.工作可靠，在工作压力作用下能承受一定

29、的 轴向推力不会脱开而且密封好，对于支管在工 作结束后要能迅速排除管中积水；,b.结构简单，加工容易，造价低廉；,c.装卸简单迅速，最好能自动锁紧和自动脱扣；,d.有一定的挠性，即两管在接头处可转一定的锥 角，以适应地形的变化的要求；,e.应具有足够的刚度，接头可以承受一节以上 的管重而不需另加支撑，也便于23根管子同时 移动。,f.接头内壁过渡要圆滑，使水流流线光滑以减 少局部水头损失。,快速接头的材料有镀锌扁钢、铝合金、工程塑料等，为了减少制造、运输、使用麻烦，常在工厂中就把快速接头的承口和插口固定在移动管道的两端构成快速接头管，快速接头可用于软管也可用于硬管，但是现在多用于硬管。,快速接

30、头一般有：,这种接头类似消防软管上用的接头，广泛用于软管的连接，这是我国当前在喷灌中使用最多的一中快速接头。,(1)旋扣式接头,(6 )偏心扣式快速接头,（上述快速接头的详细结构参考喷灌工程学）,(2)杠杆紧扣式快速接头,(3)搭扣式快速接头,(4)弹簧锁紧式快速接头,(5)暗销式快速接头,4.管道附件,在喷灌管道系统中除开直管和接头外还要有一些特殊的部件，这些部件可以分为两大类：,控制件的作用是根据喷灌的需要来控制管道系统中水流的流量和压力，如阀门、水锤消除器、流量调节器、压力调节器等。,一是控制件，二是连接件。,这些附件大部分可以利用现有标准件，但有时也设计一些喷灌专用的附件，如轻便阀、弯

31、头阀、专用堵头等，使之更符合喷灌系统的需要。,连接件的作用是根据需要将管道连接成一定形状的管网，也称为管件，如弯头、三通、四通、异径管、堵头等。,5.喷灌的动力设备,在机压式喷灌系统中，需要由水泵给灌溉水增压，使喷灌系统获得足够的工作压力，以保证喷洒质量。水泵是工作机，需要有动力带动。,行喷式喷灌机是边行走边喷洒的，驱动行走机构也需要动力。此外，如自控的喷灌系统，各类自动阀门也都需要动力，而这些动力都是由不同类型的动力设备提供的。,因此，动力设备在喷灌中占有很重要的地位。,可用于喷灌的动力设备很多，如柴油机、电动机、汽油机、煤气机、水轮机、水压缸及其它液力机等。,其中最常用的是高速柴油机和交流

32、电动机。,6.喷灌用泵,水泵是机压式喷灌系统中的重要设备。其作用是给灌溉水增压，使系统获得工作压力。,目前生产上使用的水泵，大体上可分为三类，即叶片泵、容积泵和其它类型泵。在农田排灌中使用最广泛、数量最多的是叶片泵。,叶片泵，是通过泵内叶轮的旋转运动，把外来的能量传给被抽的水，使水的能量增加，以达到提升和输送目的的一种水力机械。,离心式、轴流式和混流式三种。,混流式水泵则介于上述两种泵之间， 一般说，其扬程在20米以内。,除非是多级扬水喷灌区，有时在仅仅起输水作用的水源或输水泵站中安装有轴流式水泵或混流式水泵外，一般喷灌泵站与喷灌装置，广泛采用的是离心式水泵，简称离心泵。,轴流式水泵流量较大、

33、扬程较小（一般低于10米）；,离心式水泵流量较小、扬程较高；,根据水在叶轮内的流动情况，可将叶片泵分为,(三)喷灌主要技术参数,喷灌在灌水质量方面有其特殊的要求，所以衡量其质量的指标与其他灌水方法也就不完全相同，一般喷灌强度、喷灌均匀度和水滴直径三项来表示：,1、喷灌强度,喷灌强度就是单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量，亦即单位时间内喷洒在灌溉土地上的水深。一般用mm/min或mm/h表示。,由于喷洒时，水量分布常常是不均匀的，因此喷灌强度 有点喷灌强度和平均喷灌强度(面积和时间都平均） 两种概念。,点喷灌强度 是指一定时间t内喷洒在某一点土壤表面的水深 h 与 t 的比值，即,平均喷灌强度

34、 是指在一定喷灌面积上各点在单位面积内的喷灌水深的平均值，以平均灌水深 与相应时间 t 的比值表示：,单喷头全圆喷洒时的平均喷灌强度 可用下式计算：,（mm/h）,喷灌水的有效利用系数，即扣去喷灌水滴在 空中的蒸发和漂移损失，一般为0.80.95。,（mm/h）,式中 为喷头的喷水量， ；,在全圆转动时一个喷头的湿润面积，,在喷灌系统中，各喷头的湿润面积有一定重叠，实际的喷灌强度要比上式计算的高一些，为准确起见，可以将有效湿润面积 来代替上式中的 A 值:,支管的间距。,式中 在支管上喷头的间距；,2 、喷灌均匀度,喷灌均匀度是指在喷灌面积上水量分布的均匀程度，它是衡量喷灌好坏的主要原因之一，

35、它与喷灌结构、工作压力、喷灌布置形式、喷头间距、喷头转速的均匀性、竖管的倾斜度、地面坡度和风速、风向等因素有关。 表征喷灌均匀度的方法很多，但都各有利弊，只介绍一种常用的表示方法。,喷洒均匀系数,式中 h整个喷灌面积上的平均喷灌灌水深；,如果在喷灌面积上的水量分布得到越均匀，那么 值越小，亦即 值越大。 值一般不应低于70%80%。,点喷灌水深平均离差。,喷洒均匀系数一般均指一个喷灌系统的喷洒均匀系数，单个喷头的喷洒均匀系数是没有意义的，这是因为单个喷头的控制面积是有限的，要进行大面积灌溉必然要由若干个喷头组合起来形成一个喷灌系统。单个喷头在正常压力下工作时，一般都是靠近喷头部分湿润较多，边缘

36、部分不足，这样当几个喷头在一起时，湿润面积有一定重叠，就可以使土壤湿润的比较均匀。,为了便于测定，常取四个或几个喷头布置成矩形、方形或三角形，测定它们之间所包围面积的喷洒均匀系数，这一数值基本上可以代表平坦地区无风情况下喷灌系统的喷洒均匀系数。,在工程设计中，一般要求系统的喷洒均匀系数:,3、水滴打击强度,喷头喷洒出来的水滴对作物的影响，可用水滴打击强度来衡量。水滴打击强度也就是单位喷洒面积内水滴对作物和土壤的打击动能，它与水滴的大小、降落速度及密集程度有关。,但目前尚无合适的方法来测量水滴打击强度，因此一般采用水滴直径的大小来衡量。,水滴太大，容易破坏土壤表层的团粒结构并形成板结，甚至会打伤

37、作物的幼苗，或把土溅到作物叶面上；水滴太小，在空中蒸发损失大，受风力的影响大。因此要根据灌溉作物、土壤性质选择适当的水滴直径。,水滴直径是指落在地面或作物叶面上的水滴直径。,思 考 题,1、喷灌的优缺点和适用条件是什么？,2、喷灌系统由哪些部分组成？,3、喷灌系统有哪些类型？ 各自的优缺和适用条件是什么？,4、喷灌的主要技术参数有哪些？,（一）微灌的发展及适用条件,由于水资源和能源日益紧张，所以，人们设法寻找省水、节能、高效率的灌溉方法，首先是喷灌，而后发展滴灌和微喷灌。,二、 微 灌,滴灌是靠滴头在作物周围滴水灌溉的，所以特别省水。但是由于滴头的堵塞问题限制了滴灌的应用，各国对出流部件作了大

38、量的研究，70年代后期出现了脉冲式滴灌，微型喷灌，涌泉喷灌。,这些灌溉方式基本特点都是流量小，灌水次数多，能精确控制水量，湿润作物根区部分土体。因此，国际灌溉排水委员会将这一类灌溉方法统称为“微灌”，并成立国际微灌工作小组，1982年国际位灌委员会在印度召开工作会议，指出： 微灌包括滴灌（Drip Irrigation）、 微喷灌（Microsprinkler Irrigation, Minisprinkler Irrigation）。,多年的实践证明，微灌具有显著的增产、省水效益，一般比地面灌溉省水1/31/2 ，比喷灌省水15%25%。,当前微灌技术存在的主要问题是设备质量差，影响微灌技术

39、的发展。随着这些问题的逐步解决，微灌将有很好的发展前景。,根据统计全世界微灌面积到1986年约达1500万亩。主要用于果树、蔬菜、花卉、温室等。,微灌有很强的适应性，不论何种作物和土壤都可微灌。特别是地形条件比较复杂的地区都可以采用。根据我国的实践经验，微灌主要是适用于果园、蔬菜、花卉、大棚作物等经济价值高的作物；适用于干旱缺水但有一定水源条件的地区；没有地面灌溉条件或很难实现地面灌溉的地区。,（二） 微灌的特点及类型,微灌是利用一套称之为微灌系统的设备，将有压水（由水泵增压或地形高差形成的压力）过滤并输送、分配到田间，以小流量，均匀，准确地直接灌于作物根部附近的土壤，使作物主要根系活动区的土

40、壤经常保持适宜的水分和营养状况。,1.微灌的特点,这种灌水技术有以下特点：,一般滴头的流量 1.512L/h， 微喷头的流量 50200L/h。 灌水时间间隔 对于蔬菜13天， 对果树作物715天。,（1）灌水量小，灌水周期短；,微喷头工作水头1015m。,（4）可以结合微灌施肥（或施农药）。,（3）工作压力低；,滴头的工作水头710m；,微灌只湿润作物的根部附近的部分土壤，不破坏土壤结构，湿润区土壤水、热、气、养分状况良好。减少土壤表面蒸发，节约用水。,（2）局部湿润土壤；,按灌水的出流方式不同，可以将微灌分为滴灌、地表下滴灌、微型喷洒灌溉和涌泉喷灌四种类型，如图所示。,2.微灌的类型,滴灌

41、是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将水一滴一滴地，均匀而又缓慢地滴入作物根部附近土壤的灌水形式，如图420中（a）。,（1） 滴灌,1、毛管,2、滴头,由于滴水流量小，水滴缓慢入土，水的入渗主要借助于毛细管力的作用。水滴进入土壤后，在滴头下形成很小的饱和区，并向下和四周扩散，形成湿润土体，湿润土体的几何形状（称为湿润模式）和尺寸取决于土壤性质、滴水流量、滴水总量和土壤前期含水量。图421是三种典型土壤滴灌湿润体的几何形状。,地表下滴灌是将毛管和灌水器埋入地表下2030cm，灌溉水从灌水器渗入湿润土壤，如图420中（c）。这种灌水方式可以减缓毛管和灌水器的老化，防止毛管损坏或丢失，同

42、时方便于田间作业。但是一旦灌水器堵塞时，不便查找和清洗。,（2）地表下滴灌,微型喷洒灌溉是灌溉水通过微喷头喷洒作物和地面或直接喷洒在树冠下的地面上。这种灌水方式简称微喷。微喷不仅可以补充土壤水分，又可提高空气湿度，调节田间小气候，如图（b）。,（3）微型喷洒灌溉,1、毛管,3、微喷头,涌泉灌溉是通过安装在毛管上的涌水器形成小股水流，以涌泉方式局部湿润土壤。涌泉灌溉的流量比滴灌和微喷灌大，一般超过土壤的渗吸速度。为防止产生地面径流，在涌泉器附近挖一小水坑暂时储水，涌泉灌可以避免灌水器堵塞，适合于水源较丰富的果园和林地灌溉，如图（d）。,（4）涌泉灌溉,4、涌水器,涌泉喷灌（小管出流灌）,小管出流

43、田间灌水系统包括干管、支管、毛管、小管灌水器及渗水沟。,如图所示。,（三）微灌系统的组成及设备,微灌系统通常由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器四部分组成，,1、微灌系统的组成。,如图所示。,河流、湖泊、沟渠、井泉等都可以作为微灌系统的水源。但是含污物过多的水不宜作微灌水源，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。,（1）水源,对于不同类型的水源常常需要修建必要的水源工程，如蓄水池，引水渠等。,微灌工程的首部通常由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护设备等组成。它是全系统的控制调度中心。,微灌系统的输配水管网一般分干、支、毛三级管道。一般干、支、管埋入地下，

44、也有将毛管埋入地下的，以延长毛管的寿命。,（2）首部枢纽,（3）输配水管网,灌水器安装在毛管上或通过连接小管与毛管连接。,（4）灌水器,微灌主要用于果园及经济作物，多数系统的各个组成部分都是固定的，即支、毛管和灌水器都固定在一个位置，称为固定式微灌系统。某些地区在大田作物，如花生、小麦采用微灌，为节省毛管的数量，在灌水期间，毛管和灌水器在一个位置灌完后移动到另一个位置进行灌水。这种系统称为移动式微灌系统。,微灌系统也可根据形成压力水的条件分为 机压系统和自压系统。,2、微灌设备,灌水器的作用是把末级管道中的压力水流均匀而又稳定的分配到田间。灌水器质量的好坏直接影响到微灌系统工作的可靠性和灌水质

45、量。对灌水器的要求是：出流量小；出水均匀，稳定；抗堵塞性能好；制造精度高；结构简单；便于制造安装；以及坚固耐用、价格低等。这些要求往往不能同时满足。世界各国制造了各式各样的灌水器，以满足不同条件的微灌使用。,（1）灌水器,这种灌水器串接于两端毛管之间，成为毛管的一部分，简称管式滴头。图423和图424是两种管间式滴头。这种灌水器的流道较长，水在流道的流动过程中消除多余的能量，在出口一滴水式出流。这种滴头又称为长流道滴头。工作水头710m，流量为1.54L/h。迷宫型管式滴头由于流道内的迷宫结构增加了消能效果，流道比内螺纹管式滴头宽些、短些。,灌水器的种类很多，现将几种常见的灌水器介绍如下：,

46、管间式滴头。,微管滴头是把一种直径为0.81.5mm的塑料微管插入毛管，水在微管的流动过程中消能，以滴流状态出流，它也是一种长流道型的滴头。微管可以缠绕也可以散放，如图425。流量随水头和微管直径增加而增加，随微管长度而减小。, 微管滴头,工作水头57m，流量28L/h，长度0.51.5m，可以通过计算选定。,微管滴头的优点是可以根据工作水头的高低调节微管的长度，达到均匀灌水，且价格低。缺点是流量易受温度变化的影响，安装质量不易保证，微管易脱落丢失。,图426是一种孔口式滴头，结构简单，价格低廉，水流通过孔口时断面突然收缩和扩张进行消能，形成滴流状出流。, 孔口式滴头。,为减小工作压力变化对滴

47、头出流量的影响，有些孔口式滴头在孔口装有弹性胶片或橡胶块，使孔口随压力的增大而变小，以保持出流量的稳定，称为孔口式压力补偿滴头， 如图427。,4,图428是一种螺旋流道式压力补偿滴头。 它是水压力使弹性橡皮垫改变流道的形状和过水断面的大小，保持出流量平稳。, 螺旋流道式压力补偿滴头,1、底座,2、螺旋流盘,3、弹性橡皮垫,4、罩盖,5、出水口,一般配水孔的数目为出水孔数410倍， 孔径为0.50.75mm。, 双腔毛管,双腔毛管又称为滴灌带，它是由内、外两个腔组成。,内腔器输水作用，外腔器配水作用，如图429。,2,图430时水利部农田灌溉研究所研制的两种折射式微喷头，当压力水从孔口喷出并碰

48、到孔顶部的折射椎时，水流改变方向向四周喷出。, 折射式微喷头,这种微喷头的结构简单，价格便宜， 工作水头1020 m， 流量4060 L/h， 射程1.53 m。,射流旋转式微喷头由支架、旋转臂、喷水口和接头四部分组成，如图431。毛管中的压力水通过一根直径为4mm的连接管与微喷头进口连接，水流经过喷孔射进一个可以旋转的单向或双向折射摇臂的导流槽内，摇臂带着水舌快速旋转，把水均匀地洒在地面上。工作水头1020m，流量4570L/h，射程34m。, 射流旋转式微喷头,各种灌水器出流量和工作水头的关系可用下式表示：,x流态指数；取决于灌水器内水流状态， 一般为0.51.0，对压力补偿灌水器 x0.

49、5，当完全补偿时x=0。,式中 q灌水器的出流量（L/h）；,K系数；,H工作水头（m）；,微灌用的管道必须能承受一定的内水压力，并具有较好的抗老化性，便于安装。,（2）管道及附件,我国微灌管材用高压聚乙烯管，规格有内径10、12、15、20、25、32、40、50、65、80mm。 一般内径1015mm 用作毛管。内径大的可用作支管、干管，支、干管也可用其它管材代替。,管件（附件）是用于连接组装管网的部件，管件的结构应该达到连接牢固，密封性好，便于安装的要求。管件主要有接头、弯头、三通、堵头等。,由于灌水器的流道（或孔口）的直径很小（一般只有0.51.5mm），如果灌溉水中含有固体污物，就可

50、能引起堵塞。必须对灌溉水进行净化处理，最常用的方法是在首部安装过滤器。主要有下面几种：,（3）过滤器。,筛网过滤器（又称滤网过滤器）是一种简单而有效的过滤设备，造价也较为便宜。,砂过滤器是一种介质过滤器，具有较强的截获污物的能力。砂过滤器主要有进水口、出水口、过滤罐体、砂床和排污孔等部分组成。,旋流式水砂分离器又称离心式或涡流式水砂分离器。它由进口、出口、漩涡室、分离室、储污室和排污口等部分组成。, 筛网过滤器, 砂过滤器, 旋流式水砂分离器,向微灌系统注入可溶性肥料或农药的设备称为施肥（农药）装置。,（4）施肥（农药）装置,常用的施肥装置有压差式施肥罐、文丘里注入器、注入泵等。,操作方法是首