农田水利学4-(3)灌水方法-微灌 92页

灌水方法第四章（三）、微灌技术n第四节微灌技术1、滴灌2、微喷灌3、地下渗灌4、脉冲灌溉n微灌技术一、微灌概述：1、定义：微灌是按照作物生长所需的水分和养分，利用专门的设备或自然水头加压，通过低压管道系统末级毛管上的孔口或灌水器，将水分和养分直接送到作物根区附近，均匀、适量的施于作物根层的部分土壤的灌水方法。n微灌是当今世界上最省水的、灌溉质量最好的现代化的灌水技术。20世纪70年代微灌技术形成一种完整的技术体系,得到广泛的应用,到1991年世界微灌面积达18万hm2,1992年我国为3.4万hm2,目前达20多万hm2。微灌技术主要应用于果树、保护地蔬菜、花卉和其他经济作物的灌溉。微灌技术n我国微灌技术的发展自1974年由墨西哥政府赠送三套滴灌设备开始引进滴灌技术以来，已近40年的发展历程，大体经历了以下三个阶段：第一阶段（1974－1980年）：引进滴灌设备、消化吸收、设备研制和应用试验与试点阶段。1980年研制生产了我国第一代成套滴灌设备，从此我国有了自行设计生产的滴灌设备产品。微灌技术n第二阶段（1980－1986年）：设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段。由滴灌设备产品改进配套扩展到微喷灌设备产品的开发，微灌设备研制与生产厂由一家发展到多家，微灌试验研究取得了丰硕成果，从应用试点发展到较大面积推广应用。第三阶段（1987年至今）：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。国家轻工总局在“八五”和“九五”期间都把微灌作为攻关项目正式立项，加大了开发研制投资力度，制定了微灌产品和微灌工程技术规范行业标准，使微灌工程建设与运行管理逐步走向规范，我国的微灌技术已趋于成熟。微灌技术n微观产品以系列化，形成完成产业支撑n滴灌和微喷灌微灌技术n2、特点：（1）局部湿润土壤:以浇灌作物为主。（2）灌水量小、灌水周期短，属微量精细灌溉范畴（3）灌水质量高（4）工作压力低，节约能源微灌技术n具体讲优缺点：优点：（1）省水：比地面灌溉省水1/3-1/2；比喷灌省水15%-25%。（2）节能：工作压力为50-150kPa（3）灌水均匀：可达80%-90%。（4）增产：可达30%（5）对土壤和地形的适应性强：（6）在一定的条件下可利用微咸水：在含盐量为2-4g/L时作物仍能正常生长，并获得好的产量。（7）省力省地微灌技术n缺点：（1）易堵塞：物理因素、生物因素、化学因素（2）会引起盐分积累：（3）可能限制根系发展：（4）造价一般较高微灌技术n3、分类微灌一般按灌水器进行分类。常见的有以下几种方法：1、滴灌3、脉冲灌溉2、微喷灌4、地下渗灌微灌技术n微灌技术多种微灌方式的组合系统n滴灌二、滴灌（一）、概述1、概念：滴灌是利用滴头把水和肥料液一滴一滴均匀而缓慢滴入作物根部附近，借助重力渗入根区湿润土壤和保持最优的土壤含水量。n2、滴灌系统组成水源工程首部枢纽输配水管网滴头滴灌滴灌系统模型n水源：要求水质较好首部枢纽：水泵、动力、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护装置。滴灌n首部控制器系统滴灌n输配水管网：一般分为干、支、毛三级管道，干、支管通常埋入地下。滴头：是重要的灌水设备。滴灌n3、主要专用设备（1）滴头一般用塑料压注而成，工作压力为100kPa,孔径0.3-1.0mm之间，流量0.6-1.2L/h。有微管式、管式、涡流式和孔口式几种形式。滴灌n微管滴头发丝滴头滴灌n内螺纹管式滴头滴灌n孔口型滴头滴灌n涡流型滴头滴灌n滴头参数标注法滴灌n（2）过滤设备初级处理水质的设备有拦污栅、沉淀池和离心式泥沙分离器在此基础上采用沙石过滤器、筛网过滤器、碟片过滤器进行过滤。滴灌n离心过滤器结构原理图滴灌n沙石过滤器结构原理图滴灌n筛网过滤器结构原理图滴灌n碟片式过滤器n组合式过滤器结构原理图滴灌离心与筛网组合沙石与筛网组合n滴灌（3）肥料装置压差式肥料罐：利用压差将肥料罐内的肥料输入管网中施肥。2、4为进出调节阀n肥料灌n（二）、滴灌工程的规划设计如右图所示，规划设计就是将灌溉系统进行布置和参数设定。分工程规划和设计两部分。滴灌n1、滴灌工程规划（1）规划任务：勘探和收集资料、论证工程的可行性、确定工程规模、成果整理和工程概算（2）规划原则：与其他灌溉工程统一安排、考虑多目标综合应用、重视经济效益、因地制宜、近期发展与远期规划结合（3）基本资料收集：地理地形、土壤地质、农业与灌溉、水文与气象、其他（4）水源分析与用水计算：水量、水位、水质（5）管网布置：初步布置灌溉系统的输水管网滴灌n滴灌支管布置图滴灌n滴灌2、滴灌工程设计（1）设计参数的确定A、作物需水量：因滴灌属局部灌溉，不考虑棵间蒸发。因此，只要计算出湿润部分的耗水量即可。即：ETc=ET*P式中：p为湿润比，%n滴灌土壤湿润部分按湿润比计算，如右图示湿润土体占计划湿润层总土体的百分比，通常以地面以下20-30cm处湿润面积计算。滴灌20-30cmn滴灌滴灌的土壤湿润比是重要设计参数，对工程投资影响很大，应慎重选取。规范要求，一般的宽行作物及果树取20%-30%，蔬菜和密植作物取70%-90%。设计时先将滴头进行布置，然后计算湿润比，计算值要稍大于设计土壤湿润比典型布置湿润比计算如下：n(a)果树滴头毛管DwSLSe湿润面积滴头控制面积n(b)果树毛管滴头S2S1SrP1、P2计算图n(c)以n作物滴灌微喷灌果树25-4040-60葡萄、瓜类30-5040-70蔬菜60-9070-100棉、粮、油等60-90100常用设计土壤湿润比（参考）nB、设计耗水强度：采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值。由当地试验资料确定，无资料时可参考下表或通过计算确定。日耗水强度：e=m/TTmθminθmaxn作物微喷灌滴灌耗水强度（mm/d）果树4-63-5葡萄、瓜类4-73-6蔬菜（保护地）2-3蔬菜（露地）5-84-7粮棉油等作物5-84-6作物设计耗水强度参考值（a）、选用参考值确定设计耗水强度滴灌n（b）、计算法确定设计耗水强度滴灌作物耗水主要用于生理消耗,因此耗水量仅与作物对地面的遮荫率有关，即植物冠越大耗水越多,反之越小：Ea=Kr*EcKr=Gc/0.85Ec为非微灌的耗水强度（mm/d）Ea为设计耗水强度（mm/d）Kr为遮荫率对耗水强度的影响系数，当Gc/0.85大于1时，取1；Gc为遮荫率，作物覆盖面积与种植面积的比值，大田作物和蔬菜可取0.8-0.9，果树可按树冠和占地面积计算。n(2)、系统设计A、系统布置在1/2000-1/500地形图上进行初步设计，然后进行现场修正。毛管和滴头的布置见图示。滴灌n滴灌布置滴灌nB、灌溉制度的确定ZCm;nTmOEθmaxθminnn16342578910如图，设有10个相等地块，T=10d。若每个地块一次灌水需要灌1天，则10个地块灌一遍需10天，可分为10个轮灌区，N=10；若每个地块需2天，10天灌一遍，则N=10/2=5，即分为5个轮灌区。轮灌区示意图nnn(3)、系统水力计算——确定管径、选择水泵、动力A、管径计算:(a)沿程水头损失:(b)局部水头损失:B、水头损失计算:式中:Q为流量,V为设计流速式中:Q为流量,V为流速L为管长f、m、b为系数式中:V为流速，为系数C、选择水泵n(4)运行管理组织管理：管理机构、管理章程用水管理：灌水制度、灌溉水量工程管理：操作规程、维修养护n滴灌设计实例——大棚菜地滴灌n设计任务某大棚蔬菜滴灌示范区，南北宽145m、东西长350m，面积约73亩。区内地势平坦，田间最大高差一般在20cm以内。区内计划布置6m(宽)*30m(长)塑料大棚180栋。单栋大棚南北向布设，为了避免棚群间的相互遮荫，设计大棚侧壁间，东西向间距为1.5m，南北向间距为10m。具体布置情况，详见图。n间距1.5m侧壁间间距10m间距15m间距5mn基本资料1、气象条件当地属半湿润气候区，气候温和，干燥度K=1.05。多年资料统计年降雨量约910mm，年际间变化很大。最大年降雨量为1559.5mm(1956年)；最小年降雨量为442.1mm(1978年)。且年内降雨分配极不均衡，降雨主要集中在6～9月，约占全年降雨量的70%左右。n多年平均气温15.1℃，年蒸发量1300mm。年日照时数为2167.5h，太阳辐射总量498.7*103J／cm2，无霜期217d。相对湿度多年平均值为73%，大于、等于10℃积温为4891℃。平均地温为17.6℃。最大冻土层深度小于15cm。年平均风速3m/s。春、秋易旱，夏季易涝。n2、土壤及种植情况区内土壤为潮土(沙壤土)，质地偏轻。耕层容重约为1.27g／cm3，田间持水量约27%（占干土重）；有机质含量1.2%左右。区内目前主要以种植麦、豆、水稻等大田作物为主，也种植一些蔬菜。大棚计划种植主要以早春或秋延茄果类蔬菜(如番茄、甜椒)为主。夏季主要以速生叶莱栽培居多。茄果类蔬菜一般采用地膜加棚膜覆盖栽培，株行距大多为30～50cm。n3、地下水资源示范区所在的区域内，含水层的分布主要有三层，分别在8～1lm、15～18m、26～31m。一般农用机井(井径50cm，井深35m)每昼夜涌水量在1000～1100m3（41m3/h)。稳定动水位在8—9m。机井抽水影响半径约在150～170m。区内地下水埋深在1.0～1.5m之间。通过分析，本区灌溉水源能满足试区轮灌要求。n4、供电条件整个示范片内现已布有10kV高压输电线路，井灌所用电力可就近接线，仅需配置部分变压器和低压输电线路即可。5、交通示范区位于城市北郊，距市区2km，铁路、公路运输都十分方便。n6、社会经济状况示范区地处近郊，人均收入高，劳动力资源相对紧张，乡镇工业发达，农民经济承受能力较高，自筹资金能落实。7、生产现状水源十分紧缺，灌溉水利用率低（0.5-0.55），节水潜力大；城市蔬菜需求量大，供应不足，名优蔬菜市场前景好；当地农民有一定种菜经验。n技术设计1、管网总体布设根据大棚群的走向,初步规划机井位于示范区南部中点,输水干管南北向布置；分干管沿棚群走向自干管分别向东西方向布置。每条分干管控制两排大棚,分干管间距75m。从分干管上用配水支管将压力水流引入棚内,再通过旁通将毛管与支管连接，把灌溉水流送至畦中,毛管沿南北方向布置（长边）。见图。总体布置n2、系统设计标准由于示范区内，耕层土壤为沙壤土，根据SLl03—95《微灌工程技术规范》，取滴灌的允许灌水强度：ρ允＝15mm／h。由于滴灌系统既要考虑到春、秋季果莱类的灌溉，又要兼顾夏季速生叶菜的灌水，故取滴灌的设计湿润比：P=90％。n3、毛管与滴头间距的确定——典型设计因各棚的面积均为6m*30m＝0.27亩，故取一栋大棚进行典型毛管布置设计。蔬菜密植根浅，一次滴灌定额很小。在种植品种方面，既可能有株行距较大的茄果类蔬菜,又可能有密植的叶菜类蔬菜。结合本地大棚内畦田宽度为1.5m的具体情况,初步拟定滴灌毛管的间距(Sl)为0.5m，滴头间距(Se)为0.3m（与株距和行距相应适用）。则，单棚畦田数6/1.5=4个，畦田毛管数为1.5/0.5=3根，单根毛管滴头数30/0.3=100个n畦田规格:畦宽1.3m，间距0.4m，长30m，垄宽0.43m。单棚畦田数:6/(1.3+0.2)=4每畦垄数:1.3/0.43=3每垄毛管数：0.5/0.5=1根单根毛管滴头数：30/0.3=100个则每棚：4畦12垄12条毛管1200个滴头a、单棚典型布置畦宽畦间距垄宽nb、滴头选择：选择某公司生产的Φ16mm迷宫式滴灌管。其滴头已在出厂前按要求间距安装于管内，主要性能参数见表。类型规格（mm）制造偏差系数（%）耐水压、拉拔工作压力（kPa）流量（L/h）迷宫式滴灌管Φ16X1.153.62符合SL/T6.72-94100kPa（10m）（1kg）2.0n强度和湿润比校核：采用上述滴灌管，其滴灌强度ρ为：ρ=qd/SlSe=2/（0.3*0.5）=13.3(mm／h)<ρ允=15(mm／h)根据生产厂商提供的资料,滴头的湿润带宽度Dw=0.42m,按上述布置的滴灌管,其实际湿润比p为：p=0.785Dw2/(SeSl)*100%=0.785*0.422/(0.3*0.5)*100％=92．3％>90%均符合要求。n4、大棚滴灌制度的拟定(1)灌水定额。取计划湿润层深度H=0.3m，滴灌土壤含水率上、下限分别为田间持水量的90%和70%，即θmax=0.243，θmin=0.189，滴灌水的利用系数取0.9，土壤湿润比P=92.3%，耕层土壤容重γ=1.27g／cm3，则每亩灌水定额m滴为：m滴=667HPγ(θmax-θmin)*1／η=667*1.27*0.3*92.3%*(0.243-0.189)*1／0.9=14.1(m3／亩）取m滴=14.0(m3／亩)=21.0mm每个标准大棚的面积为6m*30m＝0.27亩，其灌水定额应为：m棚=14.0*0.27＝3.78(m3／棚)n(2)灌水周期根据SLl03—95《微灌工程技术规范》，取大棚蔬菜日耗水量e＝3.0mm／d，则蔬菜要求的灌水周期T为：T=（m滴/e）*η=21mm/3mm/d*0.9=6.3(d)(3)大棚一次灌水延续时间(即滴头一次灌水时间）t为：t=(m滴*SeSl)/qd=(21mm*0.3m*0.5m)/2=1.58(h)=94.8分钟n(4)轮灌区的划分根据棚内布置的毛管及滴头数量，可以计算出单棚设计流量：Q棚=4（畦/棚）*3（毛/畦）*100（头/毛）*2.0（L/h/头）=2400(L／h)＝2.4(m3／h)根据机井出水量Q井=40m3／h，则同时可以进行滴灌的大棚数量N同棚为：N同棚=Q井/Q棚=40/2.4=16(个)轮灌区数：N轮=180/16=11.25，取为12个轮灌区（即16个棚为一组进行灌水，共分为12组，其中部分组不足16个棚）考虑到蔬菜灌水次数多，水源是关键。以水源供水能力为限制条件确定同时可灌水的大棚数n灌水周期校核：系统每天按工作t天＝8h计，则整个灌区内大棚轮灌一次水所需的天数（即整个灌区轮灌期）为：T’=[n轮灌区数*t]/t天=N轮*t棚/t天式中：n轮灌区数=N/N同棚N——灌区大棚总数，为180栋，t——单棚一次灌水延续时间，也就是一个轮灌组的一次灌水延续时间，为1.58h则：T’=[（180/16）*1.58]/8=12*1.58/8=2.4(d)200水泵性能表n8、管网结构设计因塑料管的线胀系数很大，为使管线在温度变化时可自由伸缩，据GB85—85及有关研究成果，初步拟定干、支管上每30m设置一个伸缩节。各级管道分叉、转弯处需砌筑镇墩，以防管线充水时发生位移。镇墩的尺寸为0.5mX0.5mX0.5m(长X宽X高)。另外，为防止停机后管网水流回灌入井，引起水泵倒转而损坏，故应在水泵出口处安装逆止阀。n由于当地的最大冻土层深度小于0.15m，考虑到机耕对管道的影响，设计干、支管的埋设深度(管顶以上)为0.5m。为控制各分干管的运行，分干管首部设控制闸阀，尾部设泄水阀。各闸阀均砌阀门井保护。为了防止因阀门启闭过快，使管道内产生水锤引起爆管，经计算，支管阀门启闭时间不得小于7s。因此，在运行管理时，应控制阀门的启闭时间在10s以上，即可防止水锤的产生。n项目名称规格单位数量单价（元）复价（万元）1、枢纽控制室10m2座12、机井建设Φ500mmx35m眼13、潜水泵QS40-40/2-7.5台14、水泵安装套15、沙石过滤器80LS40-800套26、筛网过滤器WS80x120台27、施肥灌1”只1808、枢纽控制阀及管路套19、压力表2.5级只310、逆止阀3”只111、泄水阀2”只412、全塑球阀1”只18013、PVC干管Φ110x3.4/0.63M4014、PVC干管Φ75x2.3/0.63M7515、PE分干管Φ63x4.7/0.40M68016、PE配水支管Φ32x2.4/0.40M110017、滴灌管Φ16M6500018、PVC变径接头Φ110xΦ75只119、PVC弯头Φ110只2投资概算表n项目名称规格单位数量单价（元）复价（万元）20、PVC三通内螺纹变接头Φ110x2.5”只221、PVC三通内螺纹变接头Φ75x2.5”只222、阳螺纹直通Φ63x2.5”只1623、中心阴螺纹三通Φ63x1”x63只18024、阳螺纹直通Φ32x1”只54025、全塑球阀2”只826、弯头Φ32xΦ32只18027、旁通Φ16套216028、堵头Φ32只18029、堵头Φ16只216030、伸缩接头Φ75只131、中心阴螺纹三通Φ32x1”xΦ32只36032、粘合剂Kg233、干、支管挖填土方0.5x0.4M316534、干、支安装费Φ110、Φ75、Φ63M80035、毛管安装费16棚18036、镇墩及阀门井0.5mx0.5m处19537、系统调试38、工程设计费3%39、不可预见费用5%续表n9、工程经济效益分析（1）、工程年增效益（2）、工程年费用：能耗费、维修费、折旧费、管理费（3）、效益费用比（4）、内部回收率（5）、还本年限10、工程技术指标计算（1）、亩投资（2）、亩管道用量n都江堰鸟瞰n传统灌溉工具——水车Classover！n思考题1、名词解释：滴灌计划湿润比、滴头、滴灌过滤器2、简述滴灌的优缺点3、简述滴灌的系统组成以及每部分的作用4、简述滴灌规划设计的步骤n欢迎提问！？