第二章 喷灌工程技术

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1、第二章喷灌工程技术 ChapterTwoSprinklerIrrigationEngineering 烟草固定式喷灌 Tobacco Permanentsprinkler 草坪喷灌 lawn Sprinklerirrigation 头喷 喷灌的主要技术参数 射流式喷头的水力学原理 喷灌系统 概述与喷灌技术要求 喷灌的主要内容 摇臂式喷头的结构 喷灌系统的类型 喷灌系统的规划设计 喷灌技术的主要内容 喷灌系统的分类与组成 概述 喷头性能 喷头的种类和工作原理 喷灌系统自动化 Technicalparameter Hydraulicsprincipleofjetsprinkler Sprinkle

2、rirrigationsystem SummaryandTechnicalRequirementofsprinklerirrigation ThePrimaryContentofSprinklerIrrigation Thestructureofimpactdrivensprinkler Species Plananddesign Primarycontent Classificationandcomposing Summary Thecapabilityofsprinkler Speciesandworkingprinciple Roboticizedsprinklerirrigations

3、ystem Sprinkler 国外喷灌技术发展概况与前景 喷灌最初产生于19世纪末 在1920年以前主要用于喷灌草坪和公园以及少量的蔬菜 苗圃 果树 本世纪40年代以后 喷灌真正的用于大田灌溉 随之出现了射程远而结构简单的摇臂式喷头和薄壁铝管和合金管 从50年代以后开始陆续研制了许多移动管道的机械系统 纵拖式 1948年 滚移式 1935年 时针式 1955年 绞盘式 1965年 平移式 1978年 相继研制成功 Thegeneralsituationandforegroundofoverseassprinklerirrigationtechnology 1983年世界喷灌面积达到4亿亩 以

4、色列 罗马尼亚 联邦德国 捷克斯洛伐克国的喷灌面积占其灌溉面积的100 美国 苏联的喷灌面积占其灌溉面积的40 其分别占总灌溉面积的1 3 主要灌溉作物为蔬菜 果树 葡萄 经济作物 牧草 玉米和小麦 世界喷灌发展的三大趋势 Threedevelopmenttrendsofinternationalsprinklerirrigation 我国喷灌技术发展概况 我国的喷灌发展起步较晚 1949年以后才开始研究喷灌和运用喷灌方法灌溉蔬菜 喷灌在我国的发展大致分为两个阶段 第一阶段 1949 1973 引进 试验阶段当时主要学习苏联的技术 于50年代在上海 南京 重庆 武汉等大城市建立一批喷灌站 第二

5、阶段 1973 至今 研究试点 推广应用阶段从1973年我国掀起了一个研究与推广喷灌的热潮 到80年代喷灌面积达到1千万亩 ThegeneralsituationinChinesedevelopmentofsprinklerirrigationtechnology 喷灌 sprinklerirrigation 省水 增产省劳力提高土地利用率防止土壤冲刷和盐碱化 喷灌技术的优点 Thestrongpointofsprinklerirrigationtechnology 利用喷灌技术与一般的地面灌溉可以节约用水20 30 喷灌对地形的适应性强 喷灌可以调节田间小气候 增加近地表层空气湿度 在炎热季

6、节降低气温 有利于作物的生长 还能冲刷掉茎叶上的灰尘 以利于作物的呼吸和光合作用 省水 增产 SaveonwaterandIncreaseoutput 玉米 小麦 棉花 大豆等采用喷灌一般比沟灌 畦灌可增产10 30 蔬菜喷灌则可增产l 2倍 水稻在高温季节保持水层并进行喷灌 增加了田间空气湿度 降低了温度 增加了日夜温差 空壳率减少 取得了每亩增产一成的效果 由于喷灌的机械化程度高 可以大量减轻劳动强度 节约劳动力 一般移动机组可以成倍提高工效 如果大面积采用固定式喷灌系统工效还会更高 此外 采用喷灌还可以减少修筑毛渠 畦 沟 埂的投工 省劳力 Savelabor 采用喷灌可以大大减少沟渠占

7、地 不仅节省土石方工程 而且能腾出5 15 的沟渠 地埂占地 扩大作物种植面积 喷灌可以根据土壤质地的轻重和透水性大小合理确定水滴大小和喷灌强度 以保护土壤的团粒结构 避免造成土壤冲刷 在土壤盐碱化的地区 采用喷灌控制湿润深度 消除深层渗漏 可以防止由于地下水位上升而引起的次生盐碱化 提高土地利用率 防止土壤冲刷和盐碱化 Increaseinlandutilizationrate Preventerodingsoilandbecomingsaline alkalisoil 受风的影响大一般在3 4级风以上 部分水滴在空中被吹走 灌溉均匀度大大降低 就不宜进行喷灌在空气中的损失大空气相对湿度过低

8、时 水滴未落到地面之前在空中的蒸发损失可以达到10 喷灌技术的缺点 Thedisadvantagesofsprinklerirrigationtechnology 对土壤表层湿润比较理想 而深层湿润不足 采用低强度喷灌 即慢喷灌 使喷头的平均喷灌强度远低于土壤的入渗速度 这样使水分能充分地渗入土壤下层 而又不会产生积水和地表径流需要一定的机械设备 在水源比较丰富的平原地区一般投资较高 棉花固定式喷灌Cottonsolid setsprinklerirrigation 向日葵固定式喷灌Sunflowersolid setsprinklerirrigation Sunflower 半固定式喷灌系统

9、Semi portablesprinklerirrigationsystem 移动式喷灌系统Portablesprinklerirrigationsystem 时针式喷灌机Center pivotsprinklingmachine 时针式喷灌机田间布置鸟瞰图 Airscape 卷管式喷灌机 大田棉花用卷管式喷灌机 滚移式喷灌机 定义 单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量 mm h技术要求 与土壤的透水特性相适应 即喷灌强度不应超过土壤的渗吸速度 不致在地表形成积水和径流 1 喷灌强度Sprinklerirrigationintensity 定义 单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量 或单位时间

10、内喷洒在灌溉土地上的水深 单位 mm h 上式中 q 喷头的流量A 1个喷头的湿润面积 单喷头的喷灌强度 单个旋转式喷头的典型水量分布图 喷头的水量分布 单喷头水量分布图 压力适中 压力过高 压力过低 压力对水量分布的影响 2 喷灌均匀度 就是喷灌面积上水量分布的均匀程度 Sprinklerirrigationdistributionefficiency 喷灌均匀度一般以喷洒均匀系数 克里斯琴森系数 Cu表示 其计算方法如下 喷灌均匀度的计算方法 computingmethod 整个喷灌面积上的平均喷灌强度n 观测计算喷灌强度点的总数 i 各点的喷灌强度 不计正 负的绝对值 喷头组合示意图 式

11、中 喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定 Fieldmensuration 定义 就是单位喷洒面积的水滴对作物和土壤的打击动能 表示方法 雾化指标H d 喷头的工作压力与主喷嘴直径之比 水滴的直径Waterdropdiameter 雾化指标H dAtomizationindex 3 水滴打击强度 intensityofdrippingwater 不同种类的雾化指标 influencingfactors 水滴直径根据作物 用途 风速和土壤等因素确定 水滴太大 容易破坏土壤表层的团粒结构 造成土壤板结 甚至打伤作物的幼苗或造成某些作物倒伏 还会把土溅到作物叶面上影响作物的生长 水滴太小 在空中蒸发损失大

12、 受风的影响也大 因此 要根据灌溉作物和土壤性质选择恰当的水滴直径 一般要求最远处水滴平均直径为 1 3mm 水滴直径的确定及其对土壤的影响 喷头的组合方式 R设 喷头的设计射程K 与喷灌系统的形式 风速 等有关的系数 一般等于0 7 0 9 对于固定式喷灌系统由于竖管装好后就无法移动 如有空白就无法补救 故可以采用0 8 多风地区采用0 7 R 喷头的射程 产品性能表上查的数值 喷头及支管间距计算 式中 q 喷头流量Sm 支管间距Sl 喷头间距 组合平均喷灌强度 土壤的入渗速率过程 允许的喷灌强度Permissibleapplicationrateofsprinklerirrigation

13、注 允许的喷灌强度应小于土壤的入渗速率 Soiltexture 喷头是喷灌机与喷灌系统的重要组成部分 它的作用是把有压水流喷射到空中 散成细小的水滴 并均匀喷洒在灌溉土地上 因此喷头的性能 结构形式及制造质量的好坏将直接影响喷灌的质量 喷头Sprinkler 喷水量 或称喷头流量 是指喷头在单位时间内 喷射出来的水体积 1 喷水量Capacityofsprinkler 上式中 q 喷嘴流量 L h Cd 流量系数 0 9 0 96 d 喷嘴直径 mm H 喷嘴进口压力 m A 单位换算系数 上述单位时A 12 5 计算喷头流量的半经验方程 喷嘴直径5mm 工作压力300kPa 假定Cd 0 9

14、4 计算其流量 Example 实例 喷头要求在一定的水压力下才能正常工作 水压力由水泵供给或利用天然水头 故 2 工作压力Workingpressure 上式中 Hd 工作压力 m d 喷嘴直径 mm Kd 水滴粉碎系数一般 Kd 10 17好 Kd 11 14 工作压力的计算公式 3 射程Range 表示符号 定义 测定方法 常用单位 影响因素 射程 R 指在无风条件下喷头喷洒的水流所能达到的最远距离 m 射程的大小 主要决定于工作压力和喷水量 但也受喷头结构 自转速度等因素的影响 规定喷灌强度等于各点喷灌强度平均值5 的那一点 至喷头的距离作为喷头的射程 按其工作压力和射程的大小可以分为

15、低压喷头 或称近射程喷头 中压喷 或称中射程喷头 和高压喷头 或称高射程喷头 其划分界线大致可以按表1所列的范围分类 目前用得最多的是中 近射程喷头 因为它消耗的能量较小 而且比较容易得到较好的喷灌质量 按照喷头的结构型式与水流性状可以分为旋转式 固定式和孔管式三种 喷头的种类和工作原理 Speciesandworkingprinciple 喷头按其工作压力和射程的大小分类 上式中 R 射程 m d 喷嘴直径 mm h 压力水头 m B 单位换算系数 当B 1 4当射程分别减少2 和4 射程的计算 计算下列条件下喷头的射程 喷嘴直径1 2英寸 压力水头h 600kPa Example 利用公式

16、 固定式喷头 用途Purpose 特点Characteristic 公园 苗圃 温室等 根据转动机构的特点 将旋转式喷头分为摇臂式 叶轮式 和反作用式齿轮式四种 齿轮式 摇臂式喷头分别是农业和草坪灌溉中最广泛的两种喷头 旋转式喷头Rotatingsprinkler 工作压力 喷水量和射程之间的关系自由出流喷嘴的流量可按下式计算 式中 喷嘴的流量系数 一般等于0 9 0 95 喷嘴的过水断面积 以平方米为单位 喷嘴的出口压力 以米为单位 等于喷头的工作压力减去喷头内的水头损失 由这个公式可以看出 在喷嘴大小相同时 流量与水头的平方根成正比 射流式喷头的水力学原理Hydraulicsprincipleofjetsprinkler 影响射程的其他因素 Otherfactors 喷管与整流器 为了争取更大的射程 就必须力求从喷嘴射出的水舌密实透明 即掺气少 表面光滑 水舌内的水流紊动小 为达到达些要求 除了喷嘴加工应尽量光滑之外 更重要的是进入喷嘴的水流应经过整直 使水流平稳达到大部分流线都平行于水舌轴线 SpoutandRectifier Thestructureofimpactdrives