农田灌溉与排水技术课件.ppt

《农田灌溉与排水技术课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农田灌溉与排水技术课件.ppt（120页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第四讲 微灌技术,第一节 喷灌技术第二节 微灌技术第三节 棉花膜下滴灌技术,第一节 微灌技术Micro-Irrigation,一、微灌的种类与优缺点,1、微灌的种类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。微灌系统主要有滴灌、微喷灌、渗灌、涌泉灌等形式。下页有图,2、微灌的优缺点 与传统地面灌溉相比，微灌具有以下优点。省水。微灌属于局部灌溉，减少了土壤表面的蒸发，比地面灌可省水50%，比喷灌省水20%。灌水均匀。微灌灌水均匀度高,一般可达80%90%。 节能。比喷灌工作压力低，又比地面灌用水省，利用系数高，因此节省。

2、节省劳力。微灌便于自动控制，因而可明显节省劳力。,对土壤和地形的适应性强。适应不同地形和不同土壤质地。地温降幅很小。微灌的运行方式是采用浅灌勤灌的方式，每次灌水量很小，因而几乎不会引起地温下降。增产。土壤水、肥、热、气状况处于最佳，给作物提供更佳的生存和生长环境，使作物产量大幅度提高。一般增产幅度达30%。 微灌可以结合施肥、打药，便于农田管理。适时适量地将水和营养成分直接送到作物根部，提高了水和肥料利用率。,但是，微灌是利用压力管道输水并需要有过滤设备，其系统投资一般要远高于地面灌；一般只用于水果、蔬菜、花卉等产值高、收益高的经济作物。目前全世界微灌面积约20万hm2，只占全世界总灌溉面积的

3、1%左右，其中我国约6.7万hm2。严格地说，微灌不太适合大田粮食作物。灌水器出口很小，易被水中的矿物质或有机物质堵塞，出水不均匀，严重时会使整个系统无法正常工作，甚至报废。,二、微灌系统的组成,1、微灌系统的组成 微灌系统由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等组成。 1）水源。 河流、渠道、湖泊、水库、井、泉等均可作为微灌水源，但其水质需符合微灌要求。 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、压力表、流量表等。,3）输配水管网 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

4、灌水器。 4）灌水器 包括滴头、滴灌带、微喷头、微喷带、涌水器等。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。,滴灌系统的组成,12,水源工程,首部枢纽,输配水管网,灌水器（滴头）,三、微灌系统首部枢纽,1、动力及加压设备包括水泵、电动机或柴油机及其他动力机械，除自压系统外，这些设备是微灌系统的动力和流量源。,14,二、滴灌系统的组成,潜水泵,离心泵,电动机,柴油机,2、施肥装置微灌系统中向压力管道内注入可溶性肥料或农药溶液的设备及装置称为施肥(药)装置。化肥及农药注入装置和容器包括压差式施肥器、文丘里注入器、隔膜式或活塞式注

5、入泵，化肥或农药溶液储存罐等。它必须安装于过滤器前面，以防末溶解的化肥颗粒堵塞滴水器。化肥的注入方式有三种：一种是用小水泵将肥液压入干管；另一种是利用于管上的流量调节阀所造成的压差，使肥液注入干管；第三种是射流注入。,16,二、滴灌系统的组成,压差式施肥罐,文丘里施肥器,3、水质净化设备或设施：微灌系统中灌水器出口孔径一般都很小，灌水器极易被水源中的污物和杂质堵塞。因此对灌溉水源进行严格的净化处理是微灌中必不可少的首要步骤，是保证微灌系统正常运行、延长灌水器使用寿命和保证灌水质量的关键措施。灌溉水中所含污物及杂质分为物理、化学和生物等三类。微灌系统中对物理杂质的处理设备与设施主要有：拦污栅(筛

6、、网)、沉淀池、过滤器(水砂分离器、砂石介质过滤器、叠片过滤器、筛网式过滤器)。,有沉沙（淀）池、初级拦污栅、旋流分沙分流器、筛网过滤器和介质过滤器等。可根据水源水质条件，选用一种组合。筛网过滤器的主要作用是滤除灌溉水中的悬浮物质，以保证整个系统特别是滴头不被堵塞。一般要清除直径75微米的泥沙，需用200目的筛网。砂砾料过滤器是用洗净、分选的砂砾石和砂料，按一定的顺序填进金属圆筒内制成的，对于各种有机或有机污物、悬浮的藻类都有较好的过滤效果。旋流分沙分流器是靠离心力把比重大于水的沙粒从水中分离出来，但不能清除有机物质。,目是指每平方英吋筛网上的空眼数目,22,二、滴灌系统的组成,23,二、滴灌

7、系统的组成,4、控制、量测、安全设备水表和压力表，各种手动、机械操作或电动操作的闸阀，如水力自动控制阀、流量调节器等。安全保护设备如减压阀、进排气阀、逆止阀、泄排水阀等。,26,闸阀,开闭灌溉系统或单元,闸阀,球阀,逆止阀,进排气阀,27,球阀,二、滴灌系统的组成,各级管道末端，冲洗管道,逆止阀,系统首部，防止肥料或农药倒流,28,水泵开启时，防止在管道中产生气体,水泵关闭时，防止在管道中产生真空,系统首部或管道系统高处,进排气阀,29,压力表,水表,四、微灌系统灌水器,1、灌水器灌水器的作用是把末级管道中的压力水流均匀地灌到作物根区的土壤中或作物的叶片上。灌水器质量的好坏直接影响到微灌系统的

8、寿命及灌水质量的高低。,2、 灌水器要求 灌水器是滴灌系统的核心，要满足以下要求：流量相对较低而稳定。在一定的压力范围内，每个滴水器的出水口流量应在28L/h之间。微喷的灌水器一般在240L/h以下；抗堵能力强。水流通道断面最小尺寸在0310mm之间变化。由于滴头流道较小，所以很容易造成流道堵塞。水力学性能好，出水均匀，具有较好的消能功能。结构简单，坚固耐用，造价低。,3、灌水器分类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。包括滴头、滴灌带、微喷头、微喷带、涌水器等。,3.1 滴头通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细

9、流状的装置称为滴头。滴头流道直径一般在0.31.0mm，工作压力水头为510m，流量不大于12L/h。滴头按结构可分为：管间式滴头、管上式滴头、孔口式滴头、微管滴头、压力补偿式滴头。目前，滴头不再单独使用，滴头与毛管合在一起生产，形成滴灌带。,35,管上式滴头,管间式滴头,36,3.2 滴灌带 滴头与毛管制造成一个整体，兼具配水和滴水功能的毛管称为滴灌带，按结构可分为两种。 1) 内镶滴灌带内嵌式滴灌带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。内嵌滴头有两种，一种是片式，另一种是管式。,内镶式滴灌带,迷宫式滴头,41,滴灌：将具有一定压力的水经过滤后通过管道滴头均匀地滴入植物

10、根部附近的土壤，是一种局部灌溉。,RequiresLessWater DeliverySystem LightWeight CanAddFertilizersorPesticides CanUsedOnSteeperSlopes HighCost,大棚滴灌,大田滴灌,3.3 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250L/h，射程一般小于7m。微喷头主要有旋转式、折射式、离心式、缝隙式四种。,44,1. 射流式 2. 离心式 3. 折射式 4. 缝隙式,1) 旋转式微喷头。旋转式微喷头一般由三个零件构成，即折射臂、支架、喷嘴，喷嘴在水流反作用力下

11、旋转，从而进行旋转式喷洒。旋转式微喷头有效湿润半径较大，喷水强度较低。由于有运动部件加工精度要求较高，并且旋转部件容易磨损，因此使用寿命较短。,旋转式微喷头规格型号表,2) 折射式微喷头折射式微喷头的主要部件有喷嘴，折射锥和支架，。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。折射式微喷头的优点是水滴小，雾化程度高，结构简单，没有运动部件，工作可靠，价格便宜。,折射式微喷头规格型号表,温室内行走式微喷,3.4 微喷带在薄壁塑料软管（盘卷后呈扁平带状）的管壁上直接加工了以组为单位循环排列的喷孔，通过这些喷

12、孔出水进行节水灌溉的设备。（农业灌溉设备微喷带NY/T 1361-2007）微喷的喷孔采用激光打孔，精度高，出水均匀，抗堵塞性能好,对水源要求低（干净水源无需过滤）微喷带工作压力低（13m水头），节能效果明显。微喷带投资少、工作压力低（13m水头）、体积小、重量轻，安装使用方便。一般可使用25种植季节。灌溉时类似细雨滋润作物，喷洒水冲击力小，灌水均匀、不伤害作物，尤其能明显降低温棚内湿度、减少作物病害。特别适合温室、大棚、苗圃、果园、花卉和大田作物使用。,微喷带性能表,微喷带（喷水宽度可达5m。使用长度可达100m，浇灌面积0.7亩，）,五、微灌设备管道与管件,管道是微灌系统的主要组成部分，各

13、种管道与连接件按设计要求组合安装成一个滴灌系统输配水管水。管道与连接件在微灌工程中用量大、规格多、所占投资比重大，所用的管道与连接件型号规格和质量的好坏，不仅直接关系到微灌工程费用大小，而且也关系到微灌能否正常运行和寿命的长短。,微灌管道与低压管道、喷灌的管道有什么区别？,1、对微灌用管与连接件的基本要求能承受一定的内水压力耐腐蚀抗老化性能强规格尺寸与公差必须符合技术标准安装施工容易价格低廉,2、微灌常用管材微灌系统常用塑料管作为输配水管道，塑料管具有抗腐蚀、柔韧性较好、能适应较小的局部沉陷、内壁光滑、输水摩阻粗糙率小、比重小、重量轻和运输安装方便等优点，是理想的微灌用管。塑料管的主要缺点是受

14、阳光照射时易老化。塑料管埋入地下时，塑料管的老化问题将会得到较大程度的克服，使用寿命可达20年以上。聚乙烯管(PE管)聚氯乙烯管(PVC管),62,二、滴灌系统的组成,输配水管网,干管,支管,毛管,U-PVC管,U-PVC管件,波纹管,PVC管材,PVC管材（继）,3、 微灌管道连接件连接件是连接管道的部件，亦称管件。管道种类及连接方式不同，连接件也不同。微灌系统中常用的管件有接头、三通、弯头、堵头、旁通、插杆、密封紧固件等。,67,接头,弯头,三通,堵头,旁通,等径接头,变径接头,螺纹接头,等径三通,异径三通,管件,内承插式,外箍式,螺纹连接,连接方式,68,PE管件,PVC管件,PVC管件

15、（继）,3、 微灌管道连接件的种类连接件是连接管道的部件，亦称管件。管道种类及连接方式不同，连接件也不同。微灌系统中常用的管件有接头、三通、弯头、堵头、旁通、插杆、密封紧固件等。,六、微灌系统规划布置,1、资料的收集与整理 包括地形资料、土壤资料、气象资料、水源资料、作物种植资料、环境资料（路、电等情况）。2、首部枢纽位置的布置 结合水源工程，以管理方便，投资少为原则。3、灌水器的选择 灌水器应满足：1）流量符合设计要求；2）工作可靠，不易堵塞；3）性能规格整齐，制造误差小；4）结构简单，价格便宜。,4、毛管和灌水器的布置及极限长度 4.1 滴灌带的布置形式如下：单行直线布置双行直线布置单行环

16、状布置单行带微管布置 微喷微与微喷头的布置形式与滴灌不同，微喷带要根据喷射半程确定布置间距，微喷头布置形式与喷头布置相似。,1、布置形式1）单行直线布置2）双行直线布置3）单行环状布置4）单行带微管布置,五、滴灌毛管的布置形式与最大毛管长度的计算,76,1）单行直线布置,（三）滴头的布置,三、滴头,77,2）双行直线布置,3）单行带环状布置,（三）滴头的布置,三、滴头,78,4）单行带微管布置,（三）滴头的布置,三、滴头,1、灌溉制度,六、滴灌灌溉制度与工作制度设计,1）土壤水分参数,2）滴灌土壤湿润比地面下有效湿润面积与作物种植区面积之比。单行布置：滴头湿润范围互不重叠。,湿润范围有重叠,微

17、灌设计土壤湿润比,（3）灌水周期T,设计耗水强度(mm/d),一、设计耗水强度(mm/d),微灌水利用系数应不低于下列数值 滴灌 0.90 微喷灌 0.85,2、滴灌系统工作制度（1）一次灌水，滴头的工作时间（t头）单行布置：,（3）一条毛管控制面积A毛=0.0015s毛L（亩）（1平方公里=1500亩）L毛管控制田块长度s毛毛管间距对于移动式滴灌系统，一条毛管控制的灌溉面积为,（4）滴灌系统控制面积滴灌系统控制灌溉面积大小取决灌溉水源和管道的输水能力。对于水源流量不能满足整个区域需要时，滴灌面积为,4.2 微灌的主要灌水质量指标 1）微灌系统灌水小区内灌水器流量的平均值，应等于灌水器的设计流

18、量。 2）灌水小区的流量或水头偏差应满足如下条件：,3）微灌均匀系数Cu微灌均匀系数受到滴头的制造偏差、压力偏差、水温、堵塞程度的影响。微灌均匀系数Cu公式微灌均匀系数Cu不应低于0.8。 4）微灌水利用系数应不低于下列数值：滴灌：0.90；微喷灌 0.85,5、管道系统的布置微灌系统的管道一般分干管、支管和毛管等三级，布置时要求干、支、毛三级管道尽量相互垂直，以使管道长度和水头损失最小。通常情况下，保护地内一般要求出水毛管平行于种植方向，支管垂直于种植方向。 毛管、滴灌带、微喷带均有铺设长度的限度，需要考虑。非常重要,七、微灌系统设计,1、灌溉制度 1）灌水定额式中，p为土壤湿润比； 2）灌

19、水周期 3）一次灌水延续时间,作物日设计耗水强度(mm/d),一、设计耗水强度(mm/d),微灌设计土壤湿润比,2、工作制度 1）轮灌组划分原则控制面积相近；田间便于管理；投资少，运行费用低。 2）轮灌组确定,4、管径确定与水力计算 1）管径确定 采用经济流速，根据流量确定。,5、微灌系统的总流量与扬程公式,八、滴灌系统的连接安装,微灌工程布置图,1.控制器 2.水泵 3.反冲洗阀 4.施肥器 5.首部一级过滤器 6.阀门 7.压力表 8.主控电磁阀 9.主管 10.流量表 11.排气阀 12.减压阀 13.田间控制阀 14.支管二级过滤器 15.压力调节器 16.支管 17.滴灌带接头 18

20、.滴灌带 19.排污管 20.排污阀,田间滴灌系统安装示意图,101,小管出流灌溉分流管安装模式,压力式流量稳定器的安装,102,小管出流的基本安装模式,重力滴灌管的安装模式,大棚滴灌,大田滴灌,八、滴灌系统维护,1、滴灌系统的堵塞原因悬浮固体物质堵塞如由河、湖、水池等水中含有泥沙及有机物引起的堵塞。化学沉淀堵塞水流由于温度、流速、pH的变化，常引起一些不易溶于水的化学物质沉淀于管道或滴头上，按化学组分主要有铁化合物沉淀、碳酸钙沉淀和磷酸盐沉淀等。有机物堵塞胶体形态的有机质、微生物等一般不容易被过滤器排除所引起的堵塞。,2、堵塞的处理方法酸液冲洗法对于碳酸钙沉淀，可用052的盐酸溶液，用1m水

21、头压力输入滴灌系统，溶液滞留515分钟。当被钙质黏土堵塞时，可用砂酸冲洗液冲洗。压力疏通法用510105帕的压缩空气或压力水冲洗滴灌系统，对疏通有机物堵塞效果好。此法对碳酸盐堵塞无效。,3、滴灌系统管理水源水质预先处理；过滤器设备定期维护；水质定期监测；加炭黑的聚乙烯软管，不透光，或用氯气、高锰酸钾处理灌溉水。采用活动式滴头。,第二节棉花膜下滴灌技术,一、棉花膜下滴灌的发展历程,1500-2000元/亩进口滴灌管,400500元/亩国产滴灌带管生产线改进、管道0.4Mpa级，系统设计优化,600元/亩滴灌带管国产化0.6Mpa管,新疆：550万亩（棉花）河北：10万亩（邢台南宫等县）黑龙江：1

22、2万亩（大庆棉花）内蒙、宁夏、甘肃、陕西,二、系统设备组成,水源工程首部枢纽输水管道滴灌带压力流量调节设备,系统设备组成,图2-1 棉花种植与滴灌带布置,三、技术组成,膜下滴灌技术集机械、机电、自动化、模具、塑料、作物栽培和管理于一体的综合高新技术。具体包括：水质处理技术（河水、井水）作物需水规律和灌溉制度田间水分、养分、盐分调节技术铺膜、铺管（带）、播种一体化作业滴灌管（带）回收技术低成本滴灌带等滴灌设备生产工艺与技术相应的农业配套技术（如种植结构）适应不同管理体制和土地规模的滴灌系统设计方法和模式滴灌系统管理运行机制,四、效益分析,投入（每亩）一次性投资：井水400多元；河水500多元折旧

23、(包括每年一次的滴灌带)：180200元运行费(电、人工、管理)：3040元合计210240元,产出（每亩）增产：中低产田可由80kg提高到100110kg皮棉；高产田可由100120kg提高到140150kg皮棉。增收：按平均增产20kg皮棉计算，皮棉价格1214元/kg，按照12元/kg计算，增收合计240元,四、效益分析,直接效益体现在节约了生产成本：节约水费：150m3(0.150.2元)(22.5-25元)/亩节约肥料：1315元/亩节约劳力：2030元/亩节约机耕作业费：地面沟灌中耕45次，膜下滴灌2次；节约了开沟费。按15元/亩计算合计5085元/亩每亩增加20元棉籽的费用与由于棉花增产增加的采摘棉花费用持平，不予考虑。间接效益：节约的水扩大了水浇地（规模效益）,五、设计模式问题,一个好的设计模式，不仅要投资和运行费用要低，还应管理方便，工作稳定可靠。设计模式受市场产品（滴灌带流量、工作压力及压力调节装置）和经济水平（采用一次性的设备与长寿命设备）及效益的制约。 土地承包条件下的设计模式还没有成熟。各农户土地大小形状大小各异，作物也不同，系统如何设计使压力均衡，如何划分轮灌组，如何施肥等问题需要开发某些必要的设备，如压力调节设备。,目前的系统设计模式1,目前的系统设计模式2,119,120,