喷灌工程技术与应用

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1、喷灌工程技术与 应用新疆石河子职业技术学院第一章 概论第一节 喷灌的特点及适用条件第三节 喷灌系统的组成、分类及设备第二节 喷灌的发展概况和前景第四节第四节 喷灌的主要技术要求喷灌的主要技术要求第一节 喷灌的特点及适用 条件喷灌是将灌溉水加压 （用泵或利用水源的自然 落差）后，经管道输送至 喷头，并由喷头将水出， 均匀地散成细小水滴对作 物进行灌溉的节水型灌溉 技术。喷灌几乎适用于除 水稻外的所有大田作物， 以及蔬菜、果树等经过20多年的努力，现 在我国已有喷灌面积80多 万hm2它作为一种先进的机械 化、半机械化灌水方式， 在很多发达国家已广泛采 用。 一、喷灌的优点n省水、增产n省劳力 n

2、提高土地利用率 n防止土壤冲刷和盐碱化省水、增产利用喷灌技术与一般的地面灌溉可以节约用 水2030%， 1m3水可以当2m3用。喷灌对地形的适应性强喷灌可以调节出间小气候，增加近地表层空 气湿度，在炎热季节降低气温，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。玉米、小麦、棉花、大豆等采用喷灌一般比 沟灌、畦灌可增产1030 % ，蔬菜喷灌则可增产l2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。省劳力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

3、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。提高土地利用率 采用喷灌可以大大减少沟渠占地，不仅节省土石 方工程，而且能腾出515%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。 防止土壤冲刷和盐碱化 二、喷灌技术的缺点n受风的影响大 一般在34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n在空气中的损失大

4、空气相对湿度过低时，水滴未落到地面之前在空中的蒸发损失可以达到10 %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三 、 喷灌的适用范围及 条件 1、农田耕作面积大，机械化程度高的农业主产 区。 2、山地或丘陵地区地形起伏大，地面倾斜度大 ，其他节水灌溉难以使用的地方。 3、在农业紧张，或从事非农业劳动可以获得高 后入的地方。 4、水源不足或高扬程地区。 5、需要调节田间小气候的作物，包括防干热风 和防霜冻的地方。

5、6、土壤透水性大或入渗率高的地区 7、实用于风小或灌溉季节风小的地区。第二节 喷灌的发展状况和 前景一、喷灌的发展概况 二、应重视的几个问题1894年，一位名叫查尔斯.斯凯纳的美国 依阿华州人，发明了一种非常简单的喷水系统 ，开拓了人类利用机械设施节水灌溉的先河。 1933年，美国加州一个叫澳滕.英格哈特的农 民发明了世界第一只摇臂喷头，并注册专利， 由著名的雨鸟公司制造。这种新型喷头的问世 ， 对此后农业节水灌溉起到了革命性的推动 作用。采用摇臂喷头喷水系统后，水的利用率 大大提高，比大水漫灌可提高约50%以上。这 样，同样的水可多灌50%的面积。美国农业工 程师协会（ASAE）在1990年

6、举行的“农业工程 50周年庆典”上为此授予雨鸟公司“历史里程 碑奖”。 喷 灌 发 展 历 史二次世界大战以后，美国的经济、技术飞速发展，以皮尔斯（Pierce）为先导的灌溉企业制造出多种快速连接铝合金接头，与薄壁铝管连接，诞生了半固定及固定式薄壁喷灌系统，使得大面积采用喷灌系统成为可能。喷 灌 发 展 历 史为充分利用半固定式喷灌系 统造价低的优点，克服其劳动强 度高的缺点，一种由机械驱动的 类似于半固定系统的喷灌机在30 年代晚期由一位叫哈里.法里斯通 （Harry . Firestone）的人发明 并投入使用。现在仍有数家公司 ，如美国的维德(Wade Co.)，莱 克(Lake)，皮尔

7、斯(Pierce)等在 制造这种被称为滚移式喷灌机（ Side Roll 或Wheel Moving）的 机器。喷 灌 发 展 历 史1952年，一位名叫 弗兰克（Frank）的科罗 拉多州的农民发明了一 种水力驱动，自动转圈 ，上边悬挂喷头的喷灌 机具，取名为中心支轴 式喷灌机（Center Pivot）。60年代后，这 种机器在地广人稀，地 势不平坦的美国中部农 业区科罗拉多、内巴拉 斯基、堪萨斯，广泛推 广开来。 喷 灌 发 展 历 史70年代，由于石油危机的影响，中 心支轴式喷灌机的喷头由摇臂喷头改为 低压微喷喷头，以达到节约能源的目的 。此后，水力驱动也逐渐改变为电力驱 动，可靠性越

8、来越高。目前，美国总灌 溉面积中，约31%采用中心支轴式系统 灌溉。为提高土地利用率，后来又开发出 平移式喷灌机（Lateral Moving），但 使用并不多。因为成本较高，维修不方 便，能耗高。 喷 灌 发 展 历 史卷盘式喷灌机, 广泛流行于欧洲各地 ，起源于法国，适合 于中、小农场。整套 机具配一支大喷枪， 流量及射程非常大。 这种机器使用灵活、 方便，劳务成本低。 但能耗高，喷水均匀 度不好，对土壤侵蚀 严重，对作物打击强 度太大。 喷 灌 发 展 历 史我国于20世纪50年代初开始引进 先进的喷灌技术，建设了一些喷灌试验工 程。 20世纪70年代以后得到较大的发展， 进行了较大规模

9、的研究、开发和生产应用 。经过30多年的努力，到2000年我国喷 灌面积发到到246万公顷（3690万亩），占 全国灌溉面积的4.14%，据有关部门预测， 到2010年我国节水灌溉面积将达到5411万 公顷，其中喷灌面积将达到546万公顷，新 增喷灌面积300万公顷。 喷 灌 发 展 历 史我国喷灌技术发展概况v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v喷灌在我国的发展大致分为两个阶段：v第一阶段（19491973）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v第二阶段（1973至今）研究试点、推广 应用阶段从

10、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1千万亩世界喷灌发展的三大趋 势v不断提供机械化与自动化水平，喷 灌面积持续增长v注意节能、着手开发与利用新能源v日益广泛地应用新技术、重视提高 喷灌质量第三节 喷灌系统的组成、分 类及设备主管、支管 水 源 湖泊井泉渠道河流组成 喷灌系统的喷 头 管件竖管阀门动力机 动 力 离心泵潜水泵喷灌专用泵管道系统 施肥过滤系统 水源河流、渠道、 塘库、井泉、湖泊水泵离心泵、潜水 泵、喷灌专用泵动力机电动机、柴 油机、汽油机、拖拉 机管道系统主管、支 管、竖管、管件、阀 门喷头喷灌系统的 组成喷灌系统分类管道喷灌系统机组喷灌系统固定

11、式喷灌系统半固定式喷灌系统移动式喷灌系统小型机组喷灌系统平移式喷灌系统中心支轴式喷灌系统卷管式喷灌系统喷灌设备喷灌设备 喷灌设备又称喷灌机具，是进行喷灌的主要手段喷灌设备又称喷灌机具，是进行喷灌的主要手段 。按其功用它可分为：。按其功用它可分为： 喷喷 头头 喷洒设备喷洒设备喷水孔管喷水孔管增压设备增压设备泵泵动力机动力机传动设备传动设备输水管道设备输水管道设备 喷灌管道喷灌管道 附件附件行走设备行走设备动力机动力机传动设备传动设备行走轮行走轮量测设备量测设备真空表、压力表、土壤湿度计、热工仪表、真空表、压力表、土壤湿度计、热工仪表、 电器仪表等；电器仪表等； 控制设备控制设备 包括运行、停车

12、、安全保护、包括运行、停车、安全保护、 同步行走、压力调节等装置同步行走、压力调节等装置 。喷灌的主要技术要素喷灌强度 喷灌均匀度 水滴打击强度 第四节 喷灌的主要技术要 求喷喷灌的技术术特征：要求灌溉溉水必须须 均匀地分布在所灌溉溉的土地上；同时喷时喷 洒后 地表不产产生径流和积积水，没有灌溉溉水的二次 再分配；此外，喷喷洒水滴不得破坏土壤的团团 粒结结构，也不得伤伤害作物，造成减产产。为为了 使喷喷灌达到上述的技术术要求,规规定了喷喷灌技术术 的“三要素”，即喷喷灌强度、喷喷灌均匀度和 水滴打击强度 。任何喷喷灌过过程只有当这这三项项 技术术指标标的值值不低于国家标标准要求时时，才能 达到

13、喷喷灌的省水、增产产、保土、保肥、提高 作物品质质的效果。 喷 灌 的 技 术 三 要 素喷灌的主要要素1、喷灌强度v定义：喷灌强度指单位时间内喷洒在单位面积上的水量，一般用 mm/h表示。喷灌强度包括点喷灌强度Pi和平均（面）喷灌强度P两个概念。点喷灌强度指在一定时间t喷洒到某点土壤表面的水深h；平均 喷灌强度P指在一定的面积上的各点，在时间t内的喷灌水深平 均值h0。 规范规定，喷灌系统设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强 度。当地面坡度大于5%时，允许喷灌强度应进行折减。 v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喷灌强度有点喷灌强度

14、i 和平均 喷灌强度 (面积和时间都平均)两个 概念。点喷灌强度i是指在一定时间(t)内，喷洒到某一 点土壤表面的水深h，即：平均喷灌强度是指在一定面积上(一个喷头，或 许多喷头，或喷头设置点控制的面积)，各点在单 位时间内的喷灌水深的平均值，用平均喷灌水深h0 与相应喷灌持续时间t的比值表示。 单喷头的喷灌强度 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 A1个喷头的湿润面积喷头的水量分布单个旋转式喷头的典型水量分布图灌水深度影响水量分布的因素： 压力 风速，风向 喷头转速（均匀与否） 喷头布置形式和间距单 喷

15、头 水 量 分 布 图压力对水量分布的影响 压力适中压力过高压力过低灌水深度喷 灌 强 度土壤类别类别 允许喷许喷 灌强 度(mm/h) 土壤类别类别 允许喷许喷 灌强 度(mm/h) 砂土20壤粘土10砂壤土15粘土8壤土12各类土壤的允许喷灌强度 注：有良好覆盖时，表中数值可提高20% 。 喷 灌 强 度地面坡度（ %） 允许喷许喷 灌强 度降低 (mm/h) 地面坡度（ %） 允许喷许喷 灌强 度降低 (mm/h) 5820132060912402075坡地允许喷灌强度降低值 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 衡量喷灌质量优劣的主要指标之一，直接关系到喷

16、灌农作 物的增产幅度。在喷灌系统中，喷灌均匀度是指大面积上 的均匀度，也就是喷头组合在一起时的均匀程度；单个喷 头的喷洒均匀度在实际中并无意义。喷灌均匀度是以单喷 头的水量分布图为基础进行组合和分析，或实测得出的。喷灌均匀度的影响因素：喷头结构、工作压力、喷头布置形式、喷头 间距、喷头转速的均匀性、竖管的倾斜度、地 面的坡度和风速、风向等因素都有密切关系。表征喷灌均匀度的方法很多，通常用喷洒均匀 系数和水量分布图表示。 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： 上式中：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P各点的喷灌强度不计正、负的绝对值喷头组合示意图 喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定规范规定：“在设计风速下，喷灌均匀系 数一般不应低于75%，对于行喷式喷灌系统 ，不应低于85% ” 。在实际设计中，喷灌 均匀度是通过合理确定喷头组合间距而实现 的。国产喷头可按根据“射程间距”比来计 算合理的组合间距，即按下表确定喷头组合