农田水利学第三章-20灌水方法 146页

第三章灌水方法（IrrigationMethods）第一节灌水方法的评价标准、分类及适用条件第二节地面灌溉第三节喷灌第四节滴灌第五节微喷灌第六节渗灌n第一节灌水方法的评价标准、分类及适用条件灌水方法及其分类灌水方法的评价标准灌水方法的适用条件√n灌水方法及其分类灌溉水进入田间并湿润根区土壤的方法灌水方法全面灌溉局部灌溉地面灌溉喷灌畦灌沟灌淹灌漫灌滴灌微喷灌渗灌n第二节地面灌溉（SURFACEIRRIGATION）水从地表面进入田间，并在重力作用下沿田面流动，借重力和毛管作用浸润土壤传统的灌水方法，可追溯到BC4000年主要的灌水方法，我国98%的灌溉面积都是地面灌溉n一、畦灌（BorderIrrigation）二、沟灌（FurrowIrrigation）三、波涌灌（SurgeIrrigation）四、淹灌（BasinIrrigation，FloodIrrigation，PondingIrrigation）主要的地面灌水方法n毛渠输水垄沟畦田畦埂用田埂将农田分成一系列小畦。灌水时，将水引入畦田后，在畦田上形成薄水层，沿畦长方向流动，主要借重力作用湿润土壤。一、畦灌（BorderIrrigation）nBorderirrigationisusedonlevelLand.TypesOfCropsOrchardsVineyardsHayPastureCerealGrainsn技术要求畦田入渗要均匀避免产生地表弃水和深层渗漏避免冲刷nnn畦田规格灌水流量及时间的控制技术要素n畦田规格（BorderLayout）畦长畦宽地面坡度土壤透水性入畦流量农业机具一般畦长30-100m，畦宽2-4mn灌水流量和时间灌水流量一般单宽流量控制在3-6L/s/m田面坡度、土壤入渗特性、畦田规格灌水时间通常通过试验确定畦田单宽流量灌水时间灌水定额畦长灌水时间内渗入土壤的水深第一个单位时间末的土壤入渗强度第一个单位时间内的土壤平均入渗强度衰减指数n灌水流量与时间的控制人工开口闸门管道阀门虹吸管n二、沟灌（FurrowIrrigation）在作物行间开挖灌水沟，灌水时水沿灌水沟流动，借重力和毛管力作用湿润土壤。nn沟灌与畦灌所不同的是除了在重力作用下沿沟长方向移动外，沿沟宽方向由于毛管作用还存在横向移动因此，在两个方向上都要注意灌水均匀，不要发生深层渗漏沟灌的特点较为省水的一种地面灌水方法nnDifferentwettingpatternsinfurrows,dependingonthesoiltypeSANDLOAMCLAYnnn沟的规格（FurrowLayout）沟长（FurrowLength）沟的间距（FurrowSpacing）地面坡度土壤透水性入沟流量作物间距n灌水流量和时间灌水定额灌水沟间距灌水沟长度灌水沟内平均蓄水深度灌水时间内的平均入渗强度灌水沟平均水面宽灌水时间内灌水沟的平均有效湿周bhb0nMostWidelyUsedMethodsForCropsWaterrunsdownthefurrowsbetweenplantsEfficientInWaterUtilization,ButHighLaborCostnn三、波涌灌（SurgeFlowIrrigation）Waterisrepeatedlycycledfromonegroupoffurrowstoanothergroupandthenback.ReducewaterinfiltrationrateMoreuniformdistributionofwatern波涌灌原理传统沟灌是一次将水从沟首推进到沟尾波涌灌则是采取间断的方式，经过几个放水和停水的周期，逐步由沟首推进到沟尾n致密层波涌灌原理由于灌水是间歇的，前一个周期灌水长度范围内的田面，存在着湿润与停水落干的交替过程，从而改变了土壤表层的性状，形成一个致密层，使这一段土壤的入渗能力和糙率下降，因而，下一个周期灌水时，这一段土壤的入渗减少，水流速度加快。nn1978年美国犹他州立大学首先提出1986年开始大面积使用1987年我国开始理论研究1996年开始研制波涌阀装置目前仍未大面积推广优点：1）省水，比传统沟灌节水30%左右2）均匀，比传统方法提高10-15%3）省时，灌水时间缩短30%以上4）省力，实现了地面灌溉自动化n用田埂将农田分成许多格田。灌水时，使格田内保持一定深度的水层，土壤经常处于饱和状态。主要用于水稻。四、淹灌（FloodIrrigation）n水稻移栽n水稻水直播水稻旱直播n水稻大规模机械化种植n水稻节水灌溉的几种典型模式8060402000.85饱和含水率0.75饱和含水率浅水层无水层落干8060402000.85饱和含水率0.75饱和含水率落干浅水层间歇淹水晒田8060402000.85饱和含水率0.75饱和含水率浅水层浅水层落干晒田湿润湿润插秧返青分蘖前期分蘖后期拔节孕穗抽穗开花乳熟黄熟水层深度（mm）雨后水深极限（c）半旱栽培模式（b）间歇淹水模式（a）浅湿晒模式n水稻灌水技术的进步n在田间不做任何沟埂，灌水时任其在地面漫流，借重力湿润土壤。四、漫灌（WildFlood）n第三节喷灌（SprinklerIrrigation）喷灌系统的组成和分类喷头的种类及其基本参数喷灌系统的规划设计喷灌的主要灌水质量指标nSPRINKLERIRRIGATION利用专门设备将有压水送到灌溉地段，并喷射到空中形成细小水滴，象天然降雨一样进行灌溉。n1.Moreuniformwettingofthesurface2.Slowerrateofapplication3.Whenfloodorfurrowareimpractical4.Levelingisnotneeded5.Usedforfrostcontrol6.Reducesrunoff7.Costsarehigherthanfloodorfurrow喷灌的特点n一、喷灌系统的组成和分类（一）喷灌系统的组成水源管道系统水泵及动力喷头n（二）喷灌系统的分类管道式喷灌系统固定式半固定式人工移动支管机械移动支管机组式喷灌系统小机组定喷式时针式喷灌机系统平移式喷灌系统n1.固定式喷灌系统除喷头外，所有管道常年固定运行管理方便工程占地少劳动强度低单位面积投资大灌水频繁的蔬菜及经济作物地面坡度陡、地形复杂的地区优点缺点适用条件n2.半固定式喷灌系统干管固定，支管及喷头可移动干管上有许多给水栓，可供连接支管支管灌好一个地方后，移至另一个给水栓人工移动式机械移动式绞盘式滚移式n2.半固定式喷灌系统喷头车PE软管PE软管卷盘车绞盘式喷灌机组nn2.半固定式喷灌系统投资省、设备利用率高机械移动操作容易，可完全自动化人工移动工作条件差，劳动强度大绞盘式喷灌机要求工作压力高，喷灌强度大优点缺点n3.小机组定喷式喷灌系统将水泵、动力、竖管和喷头装配在一个整体移动的喷灌机上；喷灌机放在手推车上，或与拖拉机、手扶拖拉机等配套；以渠道为水源或每隔一定的距离设置工作池作为水源n3.小机组定喷式喷灌系统投资省移动方便移动频繁渠路占地多喷灌质量难保证小块农田的喷灌优点缺点适用条件n4.时针式喷灌系统水源和水泵位于喷灌地块中心，支管支承在可自动行走的小车或支承架上；工作时支管象时针一样围绕中心点旋转nThesecirclesinNebraskaareduetoarevolutionarydevelopmentinfarmingcalledcenter-pivotirrigation.Center-pivotirrigationhasmadeitpossibletofarmlandthatotherwisecouldnotbefarmed,buthasalsodramaticallyincreasedthepressureonaquifersnAcenterpivotrig.Eachsetofwheelsisindependentlydriven.Linkagesbetweenwheelsturnthemotorsonandoffandkeeptheoverallrigstraight.InWisconsinacenter-pivotrigmeansthedifferencebetweenapoorcropandagoodone.IntheHighPlainsitmeansthedifferencebetweenfarmingandnotfarming.n4.时针式喷灌系统机械化、自动化程度高受风影响小喷灌均匀度高喷灌面积为圆形地角喷不上水优点缺点n5.平移式喷灌系统支管支承在可以自动行走的小车上，小车沿直线行走；支管通过软管接在干管给水栓上，行走一定距离后改由下一个给水栓供水n（三）喷灌系统的其他分类方法按压力方式机压式自压式按移动程度固定式半固定式移动式n二、喷灌的主要灌水质量指标喷灌强度喷灌均匀度水滴直径n喷灌强度单位时间内喷洒在单位面积土地上水量点喷灌强度平均喷灌强度单喷头全圆喷洒平均喷灌强度某一点土壤表面的水深喷灌面积上各点的平均灌水深喷头的喷水量喷头的湿润面积喷灌水的有效利用系数n喷灌均匀度喷灌面积上水量分布的均匀程度喷洒均匀系数水量分布图整个喷灌面积上的平均喷灌灌水深点喷灌水深平均离差n水滴打击强度单位喷洒面积内水滴对作物和土壤的打击动能，一般用水滴直径表示水滴直径的测定：滤纸法面粉法水滴直径水痕色斑直径n三、喷头的种类及其基本参数孔管式（一）喷头的种类旋转式（射流式）摇臂式叶轮式反作用式固定式（散水式、漫射式）折射式缝隙式离心式n1.旋转式喷头1)摇臂式n2)叶轮式1.旋转式喷头n3)反作用式1.旋转式喷头n2.固定式喷头喷灌过程中，所有构件固定不动，水流在全圆周或部分圆周（扇形）向四周喷洒工作压力低雾化效果好控制面积小喷灌强度高结构简单工作可靠价格便宜适用条件：苗圃、草坪、公园、行走式喷灌系统特点优点n2.固定式喷头1)折射式2)缝隙式n3.孔管式n（二）喷头的结构参数（几何参数）进水口直径D喷头空心轴或进水口管道的内径喷嘴直径d喷头出水口最小截面直径喷射仰角α射流刚离开喷嘴时水流轴线与水平面的夹角n（三）旋转式喷头的主要水力参数工作压力喷头正常运转的水压力,以喷头进口处的压力为准,单位:Pa,mH2O单个喷头单位时间内喷洒的水量,单位:m3/h量雨筒收集的水深为0.3mm/h的那一点至喷头中心的距离喷头流量射程n1.影响喷头射程的因素1)工作压力2)喷嘴直径工作压力与喷嘴直径的配合（四）影响喷灌灌水质量的因素n2.影响喷头射程的因素3)喷射仰角4)转速转速大，射程减小转速小，喷灌强度大n2.影响喷头射程的因素5)水舌性状水舌密实，射程大，水滴直径也大n3.影响喷灌水量分布的因素1)工作压力工作压力大，水滴直径小，近处水量多2)喷头的布置形式和间距3)风向风力n4.影响水滴直径的因素1)工作压力2)喷嘴直径3)粉碎机构n四、喷灌系统的规划设计给你一块农田，你如何规划一个喷灌系统？n主要内容（一）选择喷灌系统形式（二）确定喷洒方式和喷头组合方式（三）选择喷头（四）布置管道系统（五）确定管材管径（六）选择水泵和动力n（一）选择喷灌系统形式考虑因素：地形水源作物种类经济条件n（二）喷洒方式和喷头组合方式1.喷洒方式全圆喷洒:管道式喷灌系统扇形喷洒:单喷头移动式机组n2.喷头的组合方式及其选择正方形正三角形矩形三角形n2.喷头的组合方式及其选择选择组合方式的原则保证喷灌质量(组合均匀系数大,不漏喷,组合喷灌强度不超过土壤允许喷灌强度)节省投资影响因素喷头射程风向风力n3.喷头组合间距的确定1)几何组合法2)修正几何组合法3)经验系数法4)模拟特征曲面法内容:支管间距喷头间距方法:nbLRbLR正方形正三角形支管间距b=1.42R喷头间距L=1.42R有效控制面积=2R2支管间距b=1.5R喷头间距L=1.73R有效控制面积=2.6R23.喷头组合间距的确定1)几何组合法nbLRbLR矩形三角形支管间距b=1.73R喷头间距L=R有效控制面积=1.73R2支管间距b=1.865R喷头间距L=R有效控制面积=1.865R23.喷头组合间距的确定n2)修正几何组合法R设=KR3.喷头组合间距的确定最大射程修正系数喷灌系统形式、风速、动力可靠程度取0.7-0.9n3)经验系数法3.喷头组合间距的确定L=CRL=ClRb=CmRn4)模拟特性曲面法以支管间距、喷头间距为X轴和Y轴，分别以组合均匀系数、漏喷百分数、组合喷灌强度和投资成本为Z轴绘制空间特性曲面图，按设计要求选取相应的支管间距和喷头间距3.喷头组合间距的确定n(三)喷头的选择考虑因素:作物、土壤、市场、经济原则：1）组合喷灌强度不超过土壤允许喷灌强度；2）组合均匀系数不低于规范要求;3)雾化指标应满足作物要求；4）总费用少n(三)喷头的选择n(四)布置管道系统1.原则:保证喷灌质量，经济，方便1）管道总长度短，造价低2）考虑各用水单位的需要，管理方便3）支管布置与作物种植方向一致：与等高线平行，与主风向垂直4）纵剖面力求平顺，减少折点5）支管上各点压力应力求一致，首尾工作压力应小于20%6）泵站尽量布置在系统中心，以减少水头损失n2.管道布置形式树状丰字形树叉形梳子形泵站泵站n2.管道布置形式环状混合式n（五）拟定喷灌工作制度目的:内容:灌水定额灌水周期同时工作的喷头数和支管数为确定管道设计流量、选定管径、水泵选型及动力配套提供依据n1.设计灌水定额M设=0.1H(θmax-θmin)(mm)（五）拟定喷灌工作制度2.设计灌水周期T设=m设/en3.一次灌水所需时间（五）拟定喷灌工作制度n4.同时工作的喷头数5.同时工作的支管数（五）拟定喷灌工作制度一天中有效工作小时n（六）支管轮灌方式和管道设计流量轮灌和续灌轮灌编组原则：1）各轮灌组的喷头数尽量相同2）多条支管同时工作时，应适当分散水流，以减少干管流量和输水损失nQ支=nqQ干，OB=2Q支1）2根支管从地块的一头齐头并进支管轮灌方式和管道设计流量（例）泵站泵站n支管轮灌方式和管道设计流量（例）2）2根支管由地块两端向中间行进Q支=nqQ干，OA=2Q支Q干，AB=Q支3）2根支管由地块中间向两端交叉行进泵站泵站n第四节滴灌(DripIrrigation)概述滴头的种类及其工作原理滴灌系统的规划设计滴灌系统的组成n一、概述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根部附近的土壤，是一种局部灌溉RequiresLessWaterDeliverySystemLightWeightCanAddFertilizersorPesticidesCanUsedOnSteeperSlopesHighCostn1920德国首先采用穿孔管进行灌溉1923前苏联和法国也进行了类似试验50年代后期以色列研制成功长流道管式滴头70年代各国开始重视滴灌的发展1974全球滴灌面积87万亩1983全球滴灌面积640万亩我国1974年从墨西哥引进，首先在辽宁应用历史和现状n二、滴灌系统的组成水源工程首部枢纽输配水管网灌水器（滴头）n二、滴灌系统的组成水泵加压设备施肥施药设备水质净化设备（过滤器）控制量测与保护设备首部枢纽n二、滴灌系统的组成潜水泵离心泵电动机柴油机n二、滴灌系统的组成压差式施肥罐文丘里施肥器n二、滴灌系统的组成n二、滴灌系统的组成闸阀开闭灌溉系统或单元闸阀球阀逆止阀进排气阀n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n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二、滴灌系统的组成进排气阀n二、滴灌系统的组成压力表水表n二、滴灌系统的组成输配水管网干管支管毛管n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二、滴灌系统的组成管件内承插式外箍式螺纹连接连接方式n三、滴头n三、滴头滴头的作用1）将压力水消能对滴头的要求1）出流流量小，均匀而稳定，受外界因素影响小2）灌水2）结构简单3）不易堵塞n1.微管式滴头消能:长流道摩擦损失优点:结构简单,可根据情况任意改变微管长度缺点:精度较低（一）滴头的种类及其工作原理三、滴头n2.管式滴头消能:长流道压力冲击弹簧片优点:结构紧凑,成本低缺点:局部水头损失大三、滴头n3.孔口式滴头消能:冲击孔盖优点:简单,价廉,易更换缺点:均匀性差,易堵塞三、滴头n4.涡流式滴头消能:水流切入涡室形成强烈的旋转运动优点:抗堵塞性能较好缺点:流量较大，价格较贵三、滴头n5.双壁毛管消能:双壁间缓冲优点:经济、抗堵塞性能较好缺点:在坡地上流量不均匀三、滴头n（二）滴头的选择原则：1）流量应满足要求2）工作可靠、不易堵塞3）制造误差小，不超过10%4）结构简单、价格便宜三、滴头n1）单行直线布置（三）滴头的布置SpSrSl=SrSpSwSe三、滴头n2）双行直线布置SpSr3）单行带环状布置（三）滴头的布置三、滴头n4）单行带微管布置（三）滴头的布置三、滴头n四、滴灌的主要灌水质量指标1.灌水均匀系数2.灌溉效率(灌溉水利用系数)与最小压力对应的滴头流量每株作物最少的滴头数目所有滴头的平均流量滴头的制造偏差蒸腾灌水比n五、滴灌系统的布置和设计(一)滴灌系统的布置(二)滴灌灌溉制度的设计(三)滴灌系统控制灌溉面积的计算(四）滴灌水力计算n(一)滴灌系统的布置原则:干、支、毛三级管道尽量相互垂直毛管沿等高线或垄沟布置形式:固定式移动式五、滴灌系统的布置和设计n(二)滴灌灌溉制度的设计1.灌水定额θaθmaxθmin允许消耗的水量占土壤有效持水量的比例30cm五、滴灌系统的布置和设计土壤湿润比n2.设计灌水周期(二)滴灌灌溉制度的设计3.一次灌水延续时间滴灌灌水定额作物需水旺盛期日平均耗水量滴头间距毛管间距滴头流量五、滴灌系统的布置和设计n4.轮灌区数目的确定(二)滴灌灌溉制度的设计固定式移动式一条毛管控制范围内毛管移动次数五、滴灌系统的布置和设计n5.一条毛管控制的灌溉面积(二)滴灌灌溉制度的设计固定式毛管间距毛管长度五、滴灌系统的布置和设计n(三)滴灌系统控制灌溉面积的计算A=mfNm=Q/Q毛m:同时工作的毛管条数;Q:水源流量;Q毛:一条毛管的输水流量.五、滴灌系统的布置和设计n(四）滴灌水力计算目的:确定各级管道的管长和管径要求:同一支管上所有滴头的水头差≤20%方法:采用威廉-哈森公式计算五、滴灌系统的布置和设计n六、滴灌系统的堵塞及其处理堵塞的原因:1)悬浮固体2)化学沉淀3)有机物处理方法:1)酸液冲洗2)压力疏通n第五节微喷灌（MicroSprinklerIrrigation）微型喷灌。用很小的喷头（微喷头）将水喷洒在土壤表面。工作压力低，喷洒范围较滴灌大，但比喷灌小，一般只湿润局部土壤。n介于喷灌和滴灌之间的灌水方法局部灌溉水滴比喷灌小特点受风的影响小需要的工作压力低、节能比喷灌节水15-25%优点n一、微喷灌的主要灌水质量指标灌水均匀系数灌水效率单喷头喷灌强度n二、微头的种类及其工作原理1.射流式2.离心式3.折射式4.缝隙式n利用修筑在地下的专门设施（地下管道系统）将灌溉水引入作物根系层下部，借毛管作用自下而上湿润土壤。第六节渗灌（Subirrigation）n渗灌、浸润灌地下滴灌分类:适用条件地下水位较浅，或在适当的深度有不透水层；地面平坦n一、地下灌溉的分类地下浸润灌溉n一、地下灌溉的分类渗灌n地下滴灌一、地下灌溉的分类nn优点蒸发损失小土壤处于非饱和状态，有利于水、气、热协调节省劳力缺点灌溉水或土壤中含盐较多时，容易造成盐碱化地下滴灌容易堵塞地下管道不易检修优缺点n二、地下灌溉的技术要素管道埋深管道间距管道长度和坡度灌水定额n表3-2各种灌水方法优缺点比较简表n表3-1各种灌水方法适用条件简表