现代农业园区喷灌规划设计.pdf

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1、 现代农业园区喷灌规划设计现代农业园区喷灌规划设计 12.1.1 喷灌的定义及优缺点喷灌的定义及优缺点 一、喷灌的定义 喷灌(sprinkler irrigation)是利用水泵加压或自然落差将水通过压力管道送到田间，经喷头喷射到空中，形成细小的水滴，近似天然降水洒落在农田，来灌溉土地或作物的一种先进的灌水方法。喷灌技术(sprinkler irrigation technique)是喷灌实践中积累起来的技能、装备、方法及经验的总称。二、喷灌的优缺点 与传统的地面灌水方法相比，喷灌具有明显的特点。1喷灌的优点 （1）灌水均匀，用水量省。灌水均匀度（irrigation uniformity;e

2、fficiency of distribution）可达 80%90%，水的利用率（water efficiency of irrigation）达到 60%85%，与地面灌溉相比，一般可以省水 20%40%。（2）作物增产幅度大。喷灌能适时适量进行灌溉，有效地调节土壤水分，使土壤中水、热、气、营养状况良好，并能调节田间小气候（microclimate），有利于作物的生长，一般可增产 10%20%。（3）喷灌的适应性强。喷灌对土地的平整性要求不高，在地形复杂的岗地、缓坡地及强透水性土壤中均可采用。（4）喷灌可以用于防止或减小灾害性天气对作物的影响。例如可以用喷灌防止霜冻（frostbite），

3、在干热风时期喷灌可提高空气湿度，降低气温。（5）喷灌省地省工。喷灌可节省田间渠系占地，一般可提高土地利用率 7%10%。喷灌的机械化程度高，大大减轻灌水的劳动强度和提高作业效率，免去年年修筑田埂和田间沟渠的重复劳动。2喷灌的缺点 （1）喷灌受风的影响大。一般风力大于 3 级(3.45.4m/s)时不宜进行喷洒作业。灌溉季节多风的地区应在设备选型的规划设计上充分考虑风的不利影响，如难以解决，则应考虑采用其他灌溉方法。（2）设备投资高。喷灌系统工作压力较高，对设备的耐压要求也高，因而设备投资一般较高。这也是当前制约喷灌发展的主要因素。（3）能耗大。喷灌需要较高的压力，耗能大，在能源紧张的情况下，其

4、发展受到限制。目前，喷灌正逐步向低压化方向发展。灌水均匀度灌溉范围内，田间土壤湿润的均匀程度。水的利用率灌入田间可被作物利用的水量与渠首引进的总水量的比值。小气候不同物理特性的下垫面、自然地理环境和天气、气候条件相互作用所形成的近地表局部气候，也包括近地表和植物根系层以及与农田作物之间的微气候。自压喷灌-利用自然水头获得喷头工作压力的喷灌。13.1.2 微灌系统的组成及分类微灌系统的组成及分类 一、微灌系统的组成 微灌系统通常由水源工程、首部枢纽、输配水管网和灌水器四部分组成，其形式见图 13.1。图 13.1 微灌系统组成示意图 放大浏览 1.水源。河流、湖泊、塘堰、沟渠、井泉等，只要水质符

5、合微灌要求，均可作为微灌的水源，否则 将使水质净化设备过于复杂，甚至引起微灌系统的堵塞。为了充分利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水和提水工程，以及相应的输配电工程。这些通称为水源工程。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、压力及流量量测仪表等。其作用是从水源取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。微灌常用的水泵有潜水泵、深井泵、离心泵等。动力机可以是柴油机、电动机等，在有足够自然水头的地方可以不安装水泵。对于供水量需要调蓄或含沙量很大的水源，常要修建蓄水池和沉淀池。沉淀池用于去除灌溉水源中的大固体颗粒，为了避免在沉淀池中

6、产生藻类植物，应尽可能将沉淀池或蓄水池加盖。过滤设备的作用是将灌溉水中的固体颗粒滤去，避免污物进入系统，造成系统堵塞。过滤设备应安装在输配水管道之前。肥料和化学药品注入设备用于将肥料、除草剂、杀虫剂等直接施入微灌系统，注入设备应设在过滤设备之前。流量及压力量测仪表用于测量管线中的流量或压力，包括水表、压力表等。水表用于测量管线中流过的总水量，根据需要可以安装于首部，也可以安装于任何一条干、支管上。如安装在首部，须设于施肥装置之前，以防肥料腐蚀。压力表用于测量管线中的内水压力，在过滤器和密封式施肥装置的前后各安设一个压力表，可观测其压力差，通过压力差的大小能够判定施肥量的大小和过滤器是否需要清洗

7、。控制器用于对系统进行自动控制，一般控制器具有定时或编程功能，根据用户给定的指令操作电磁阀或水动阀，进而对系统进行控制。阀门是直接用来控制和调节微灌系统压力流量的操纵部件，布置在需要控制的部位上，一般有闸阀、逆止阀、空气阀、水动阀、电磁阀等。3输配水管网。输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，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，其上安装或连接灌水器。微灌系统中，直径小于或等于 63mm 的管道常用聚乙烯管材，大于 63mm 的管道常用聚氯乙烯管材。4灌水器。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

8、减压力，将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤，包括微喷头、滴头、涌水器和滴灌带等多种形式。微灌的灌水器安装在毛管上或通过连接小管与毛管连接，或置于地表，或埋入地下。灌水器大多数是用塑料注塑成型的。灌水器的结构不同，水流的出流形式也不同，有滴水式、漫射式、喷水式和涌泉式等。13.1.2 微灌系统的组成及分类微灌系统的组成及分类 二、微灌系统的分类 由于组成微灌系统的灌水器不同，其相应的微灌系统也分为滴灌系统、微喷灌系统、渗灌系统、涌灌系统以及雾灌系统等。根据配水管道在灌水季节中是否移动，每一类微灌系统可分为固定式、半固定式和移动式。固定式微灌系统的各个组成部分在整个灌水季节都是固定不动的，干管、

9、支管一般埋在地下，根据条件，毛管有的埋在地下，有的放在地表或悬挂在离地面几十厘米高的支架上。固定式微灌系统常用于经济价值较高的经济作物。半固定式微灌系统的首部枢纽及干、支管是固定的，毛管连同其上的灌水器是可以移动的。根据设计要求，一条毛管可在多个位置工作。移动式微灌系统各组成部分都可移动。在灌溉周期内按计划移动安装在灌区内不同的位置灌溉。半固定式和移动式微灌系统提高了微灌设备的利用率，降低了单位面积微灌的投资，常用于大田作物。但操作管理比较麻烦，适合在干旱缺水、经济条件较差的地区使用。1.滴灌 滴灌即滴水灌溉，是利用塑料管道和直径约 10mm 毛管上的孔口非常小的滴水器（滴头或滴灌带等），消减

10、水中具有的能量，使水一滴一滴缓慢而又均匀地滴在作物根区土壤中进行局部灌溉的灌水形式。由于滴头流量很小，只湿润滴头所在位置的土壤，水主要借助土壤毛管张力入渗和扩散。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，在管理良好的条件下，其水的利用率可达 95%。因此较喷灌具有更高的节水增产效果，同时还可以结合灌溉给作物施肥，提高肥效一倍以上。适用于果树、蔬菜、经济作物及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头出流孔口小、流程长，流速又非常缓慢，易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。目前，国产设备的质量已基本过关，有条件的地区应积极发展。按管道的固定程度，滴灌可分固定

11、式、半固定式和移动式三种类型。固定式滴灌。其各级管道和滴头的位置在灌溉是季节固定的。其优点是操作简便、省工、省时，滴水效率高、效果好。国产设备投资约为 1000 元（果树）2000 元（大棚蔬菜），进口设备亩投资为25003500 元。半固定式滴灌。其干、支管固定，毛管由人工移动。亩投资为 7001000 元。移动式滴灌。其干、支、毛管均由人工移动，设备简单，但用工较多。亩投资为 500700 元。结合我国劳动力多、资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定式、移动式滴灌系统，大大降低了工程造价，为滴灌在大田作物和经济欠发达地区的推广应用创造了条件。2微喷灌 微喷灌又称微型喷洒灌溉，是利用塑料管道输

12、水，通过很小的喷头（微喷头）将水喷洒在土壤或作物表面进行局部灌溉。它是新发展起来的一种喷灌形式，与一般的喷灌相比，微喷头的工作压力明显下降，有利于节约能源、节省设备投资，同时具有调节田间小气候的优点，又可结合灌溉为作物施肥，提高肥效，可使作物增产 30%。微喷灌与滴灌相比，微喷头的工作压力与滴头相近，不同的是微喷头可以充分利用水中能量，将水喷到空中，在空气中消杀能量；且微喷头不仅比滴头湿润面积大，流量和出流孔口都较大，水流速度也明显加快，大大减小了堵塞的可能性。可以说微喷灌是扬喷灌和滴灌之所长，避其所短的一种理想灌水形式。微喷灌主要用于果树、经济作物、花卉、草坪、温室大棚等灌溉。3渗灌 渗灌又

13、称土表下灌溉或土表下滴灌，是通过埋在地下作物根系活动层（约 2050cm）的滴灌带上的滴头或渗灌孔将水灌入土中的灌水方式。它具有蒸发损失少、省水、省电、省肥、省工和增产效益显着等优点，且不会妨碍耕作。果树、棉花、粮食作物等均可采用。其缺点为：一是堵塞不易发现，也不便于维护；二是当管道间距较大时灌水不够均匀，在土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方不宜使用。亩投资为 4001000 元。其效益为：节水 50%60%，省电 40%50%，省工 95%，增产 30%左右。4.涌灌 涌灌又称为涌泉灌溉、小管灌溉，是通过从开口小管涌出的小水流将水灌入土壤的灌水方式。由于灌水流量较大（但一般不大于 220L/

14、h），有时需筑沟埂在地表来控制灌水。此灌水方式的工作压力很低，不易堵塞，但田间工程量较大，适合地形较平坦地区果树等灌溉。为克服滴灌堵塞，将滴灌系统的滴头取下，称作小管出流灌溉的灌水方法，也隶属于涌灌。5.雾灌 雾灌又称弥雾灌溉，与微灌很相似，只是工作压力较高（可达到 200400kPa），喷出的水滴极细，灌水时形成水雾以调节田间空气湿度，如全日照喷雾育苗就要采用雾灌。13.1.3 微灌的优缺点及水质标准 一、优点 1、省水。微灌系统全部由管道输水，很少有沿程渗漏和蒸发损失；属局部灌溉，灌水时一般只湿润作物根部附近的部分土壤，灌水流量小，不易发生地表径流和深层渗漏；另外，微灌能适时适量地按作物生

15、长需要供水，较其他灌水方法，水的利用率高。因此，一般比地面灌溉省水 1/31/2，比喷灌省水 15%25%。2、节能。微灌的灌水器在低压条件下运行，一般工作压力为 50150kPa，比喷灌低；又因微灌比地面灌溉省水，灌水利用率高，对提水灌溉来说就意味着减少了能耗。3、灌水均匀。微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水量，灌水均匀度高，一般可达 80%90%。4、增产。微灌能适时适量地向作物根区供水供肥，有的还可调节棵间的温度和湿度，不会造成土壤板结，为作物生长提供了良好的条件，因而有利于实现高产稳产，提高产品质量。许多地方的实践证明，微灌较其他灌水方法一般可增产 30%左右。5、对土壤和地形

16、适应性强。微灌系统的灌水速度可快可慢，对于入渗率很低的粘性土壤，灌水速度可以放慢，使其不产生地面径流；对于入渗率很高的沙质土，灌水速度可以提高，灌水时间可以缩短或进行间歇灌水，这样做既能使作物根系层经常保持适宜的土壤水分，又不至于产生深层渗漏。由于微灌是压力管道输水，适应性强，不一定要求地形平坦。6、在一定条件下可以利用咸水资源。微灌可以使作物根系层土壤经常保持较高含水状态，因而局部的土壤溶液浓度较低，渗透压比较低，作物根系可以正常吸收水分和养分而不受盐碱危害。实践证明，使用咸水滴灌，灌溉水中含盐量在 24g/L 时作物仍能正常生长，并能获得较高产量。但是利用咸水滴灌会使滴水湿润区外围形成盐斑

17、，长期使用会使土质恶化，因此，在干旱和半干旱地区，在灌溉季节末期应用淡水进行洗盐。7节省劳动力和耕地。微灌系统不需平整土地、筑渠和开沟打畦，还可实行自动控制，大大减少了田间灌水的劳动量和劳动强度。灌水均匀度(irrigation uniformity；efficiency of water distribution)：灌溉范围内，田间土壤湿润的均匀程度。二、缺点 1易于堵塞。灌水器的堵塞是当前微灌应用中最主要的问题，严重时会使整个系统无法正常工作，甚至报废。引起堵塞的原因有物理因素、生物因素或化学因素。如水中的泥沙、有机物质或是微生物以及化学沉淀物等。因此，微灌对水质要求较严，一般均应经过过滤

18、，必要时还需经过沉淀和化学处理。2.会引起盐分积累。当在含盐量高的土壤上进行微灌或是利用咸水微灌时，盐分会积累在湿润区的边缘。若遇到小雨，这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害，这时应继续进行微灌。在没有充分冲洗条件的地方或是秋季无充足降雨的地方，不要在高含盐量的土壤上进行微灌或利用咸水微灌。3.可能限制根系的发展。由于微灌只湿润部分土壤，加之作物的根系有向水性，这样就会引起作物根系集中向湿润区生长。另外，在没有灌溉就没有农业的地区，如我国西北干旱地区，应用微灌时，应正确地布置灌水器；在平面上要布置均匀，在深度上最好采用深埋方式。4.造价一般较高。微灌需要大量设备、管材、灌水器，所以造价较高。

19、总之，微灌的适应性较强，使用范围较广，各地应根据当地自然条件、作物种类等因地制宜地选用。13.1.3 微灌的优缺点及水质标准微灌的优缺点及水质标准 三、微灌的水质标准 （一）水质标准分类 目前，尽管国内外均未见到正规颁布的微灌系统专用水质标准，但一些学者做了大量研究工作，其中Bucks和Nakayama 于1980年提出的表明微灌系统中水质与堵塞状况的分类方法被普遍参考采用，见表 13.1。表 13.1 在微灌系统中表明堵塞程度的水质指标表 堵塞程度 堵塞原因 轻 中 严重 物理因素 悬浮固形物 100 化学因素 pH 值 8.0 溶解物（mg/L）2000 锰（mg/L）1.5 全部铁（mg

20、/L）1.5 硫化氢（mg/L）2.0 生物因素 细菌含量(个/mL)50000 国外还提出了另一种表示水质状况的方法，称为分级法。即将水的物理、化学、生物特性化分成10 个不同等级，如表 13.2 所示,0-0-0 级表示水质非常好，10-10-10 级表示水质非常差,水质分级的例子见表 13.3。表 13.2 滴灌水质分级表 化学物质含量 水质级别 无机悬浮固形物 含量（mg/L）溶解物（mg/L）铁和/或锰（mg/L）细菌含量 （个/mL）0-0-0 10 100 0.1 140 1400 1.0 4104 注：1.对于化学物质而言，这种分类是指溶解固形物、铁、锰等的最大浓度。2.若水中

21、的 pH 值超过 7.5，化学作用加剧，分级应被加倍。3.如水中包含大量田螺，引起繁殖及排泄的增加，分级应被四倍化；另外由于水质经常变化，应经常测定。表 13.3 自然水质分类示例表 水源 最大悬浮固形物（mg/L）最大溶解固形物（mg/L）最大细菌个数（个/mL）水质等级 饮用水 1 500 10 0-4-0 地表径流 300 50 10000 10-0-6 河流 70 900 4000 6-7-4 井水 1 1650 40000 0-10-9 （二）对碳酸盐沉积的评价 碳酸盐沉积量与下述因素有关：（1）钙和镁的浓度：浓度超过 50mg/L 时，肯定会出现沉积。（2）水的 pH 值：当 pH

22、 值高于 8.0 时，即便当钙和镁的浓度只有 2030mg/L 时，也将发生沉积。（3）水温度：冷水中比热水中含有更多的二氧化碳，高的二氧化碳溶解水平对碳酸盐沉积有利。（4）水的饱和指标：饱和指标可反映发生碳酸盐沉积的趋势，因此对评价碳酸盐沉积很有意义。水样饱和指标的计算需要测量碳酸度、钙含量、悬浮固形物的总浓度和测量与计算的 pH 值之差等试验结果。饱和指标的正值表明将发生碳酸钙盐沉积，采取降低水的 pH 值的措施，饱和指标可转化成负值，这样可防止沉积的形成。13.2 微灌设备 微灌设备大致由首部加压机泵、过滤器、施肥装置以及控制、量测、保护装置，输配水管道和管件、灌水器等组成。微灌用管道和

23、管件虽与喷灌用管道和管件基本相同，但对防堵塞的要求较高，同时工作压力也较低，所以多采用黑色塑料材质的管道和管件。通常干、支管多用聚氯乙烯硬管，末级毛管多用聚乙烯半软管。国产的微灌设备系列如图 13.2 所示。图 13.2 国产微灌设备种类 13.2.1 微灌灌水器微灌灌水器 一、微灌灌水器的性能要求 灌水器又称配水器，其作用是消减或分散有压管道输送来的集中水流中的能量，均匀而稳定地向作物的根区土壤配水，以满足作物生长的需要。灌水器的质量好坏直接影响到微灌系统是否工作可靠及灌水质量。对其要求如下：1.出水量小。灌水器出水量的大小取决于工作水头高低、过水流道断面大小和出流受阻的情况。微灌用的灌水器

24、的工作水头一般为 515m，过水流道直径或孔径一般在 0.32.0mm 之间，出水流量在 2200L/h范围内。2出水均匀、稳定。一般情况下灌水器的出流量随工作水头大小而变化。因此，要求灌水器本身具有一定的调节能力，使得在水头变化时流量的变化较小。3.抗堵塞性能好。灌溉水中总会含有一定的污物和杂质，由于灌水器流道和孔口较小，在设计和制造灌水器时要尽量采取措施，提高它的抗堵塞性能。4.制造精度高。灌水器的流量大小除受工作水头影响外，还受设备制造精度的影响。如果制造偏差过大，每个灌水器的过水断面大小差别就会很大，无论采取哪种补救措施，都很难提高灌水器的出水均匀度。因此，为了保证微灌灌水质量，要求灌

25、水器的制造偏差系数 Cv 值一般应控制在 0.030.07 之间。5.结构简单，便于制造安装。6.坚固耐用，价格低廉。实际上，绝大多数灌水器不能同时满足上述所有要求。因此，在选用灌水器时，应根据具体使用条件，只满足某些主要要求即可。例如，使用水质不好的地面水源时，要求灌水器的抗堵塞性能较高，而在使用相对较干净的井水时，对灌水器的抗堵塞性能的要求就可以低一些。国内生产制造灌水器的主要单位是中国农科院灌溉研究所，山东莱芜塑料制品（集团）总厂，北京绿源塑料联合公司，华润喷灌喷泉有限公司和北京燕山滴灌技术研究所等。目前在国内有代理业务的国外灌溉公司有以色列的普拉斯多（Plasto）公司、雷欧（Lego

26、）公司、耐特菲姆（Netafim）公司、美国雨鸟 Raim Bird 公司和澳大利亚哈迪（Hardie）公司等。二、微灌灌水器的分类 微灌灌水器种类很多，按结构和出流形式可分为滴头、滴灌带、微喷头、渗头、涌水器等五类。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流状的装置称为滴头。其流量一般不大于12L/h。滴头的作用是消杀经毛管输送来的有压水流中的能量，使其以稳定的速度一滴一滴地滴入土壤。滴头常用塑料压注而成，工作压力约为 100kPa，流道最小孔径在 0.31.0mm 之间，流量在 0.61.2L/h 范围内。基本形式有微管式、管式、涡流式和孔口式，前三种是通过立面或平面呈螺旋状的

27、长流道来消能，以管式滴头应用最普遍，按其在毛管上的安装方式又分管间式和管上式滴头。孔口式滴头流量稍大，水流呈紊流，它是通过令水流折射来消能的。为了减少滴头堵塞，管上式滴头和孔口式滴头还可做成具有自动清洗功能的补偿式滴头。滴头名称代号表示方法如下：为了方便安装，提高安装质量，各类管上式和孔口式滴头均有和毛管组成一体出厂的产品。另外，还有带脉冲装置、间隔一定时间呈喷射状出水的脉冲式滴头。按结构来分，滴头有以下几种 （1）长流道型滴头。靠水流与流道壁之间的摩阻消能来调节出水量的大小，如微管滴头(图 13.3)、内螺纹管式滴头等。图 13.3 微管滴头 放大浏览 图 13.4 孔口型滴头 放大浏览 （

28、2）孔口型滴头。靠孔口出流造成的局部水头损失来消能和调节出水量的大小，如图 13.4 所示。（3）涡流型滴头。靠水流进入灌水器的涡室内形成涡流来消能和调节出水量的大小。水流进入涡室内，由于水流旋转产生的离心力迫使水汉趋向涡室的边缘，在涡流中心产生一低压区，使中心的出水口处压力较低，因而调节出流量。如图 13.5 所示。图 13.5 涡流型滴头 放大浏览 （4）压力补偿型滴头。利用水流压力压迫滴头内的弹性体（片）使流道（或孔口）形状改或过水断面面积发生变化，从而使出流量自动保持稳定，同时还具有自清洗功能。2滴灌带 滴灌带有压力补偿式与非压力补偿式。其名称代号表示方法如下：滴头与毛管制造成一整体，

29、兼具配水和滴水功能的管称为滴灌管（带）。按结构可分为：（1）内镶式滴灌带 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管称为内镶式滴灌管。内镶滴头有两种，一种是片式，如图 13.6a。另一种是管式，如图 13.6b 所示。图 13.6 内镶式滴灌管（带）放大浏览 图 13.7 薄壁滴灌带 放大浏览 （2）薄壁滴灌带 目前国内使用的薄壁滴灌带有两种。一种是在 0.21.0mm 厚的薄壁软管上按一定间距打孔，灌溉水由孔口喷出湿润土壤；另一种是在薄壁管的一侧热合出各种形状的流道，灌溉水通过流道以滴流的形式湿润土壤（图 13.7）。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

30、。单个微喷头的喷水量一般不超过250L/h，射程一般小于 7m。微喷头也即微型喷头，作用与喷灌的喷头基本相同。只是微喷头一般工作压力较低，湿润范围较小，对单喷头射程范围的水量分布要求不如喷灌高。其外形尺寸大致在 0.510cm 之间，喷嘴直径小于 2.5mm，单喷头流量不大于 300L/h，工作压力小于 300kPa。多数用塑料压注而成，有的也有部分金属部件。其种类繁多，据统计达数千种之多。微喷头名称代号表示方法如下：按喷射水流湿润范围的形状有全圆和扇形之分，按结构形式有固定式和移动式之分。固定式微喷头与固定式喷头相近，有射流旋转式、折射式、离心式和缝隙式等，其构造都比较简单。射流旋转式微喷头

31、则是由不同形状的旋臂来驱动的。（1）射流旋转式微喷头。水流从喷水嘴喷出后，集中成一束向上喷射到一个可以旋转的单向折射臂上，折射臂上的流道形状不仅可以使水流按一定喷射仰角喷出，而且还可以使喷射出的水舌反作用力对旋转轴形成一个力矩，从而使喷射出来的水舌随着折射臂作快速旋转。故它又称为旋转式微喷头。旋转式微喷头一般由旋转折射臂、支架、喷嘴构成，见图 13.8。其特点是有效湿润半径较大，喷水强度较低，水滴细小。其缺点是旋转部件易磨损，使用寿命较短。图 13.8 射流旋转式微喷头 放大浏览 图 13.9 折射式（雾化）微喷头 放大浏览 （2）折射式（雾化）微喷头。其主要部件有喷嘴、折射锥和支架，如图 1

32、3.9 所示。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结构简单，没有运动部件，工作可靠，价格便宜。其缺点是由于水滴太微细，在空气干燥、温度高、风力大的地区，蒸发漂移损失大。（3）离心式微喷头。结构外形如图 13.10 所示。它的主体是一个离心室，水流从切线方向进入离心室，绕垂直轴旋转，通过处于离心式中心的喷嘴射出的水膜同时具有离心速度和圆周速度，在空气阻力的作用下水膜被粉碎成水滴散落在微喷头四周。这种微喷头的特点是工作压力低，雾化程度高，一般形成全圆的湿润面积，由于在离心室内能

33、消散大量能量，所以在同样流量的条件下，孔口较大，从而大大减少了堵塞的可能性。图 13.10 离心式微喷头 放大浏览 图 13.11 缝隙式微喷头 放大浏览 （4）缝隙式微喷头。如图 13.11 所示，水流经过缝隙喷出，在空气阻力作用下，裂散成水滴的微喷头，一般由两部分组成，下部是底座，上部是带有缝隙的盖。4渗头 作为地表下渗灌的灌水器，其作用是使水直接渗入作物根区土壤，有多孔瓦管（罐）、海绵渗头等。5涌水器 压力水流经消能后以连续水流的形式缓缓涌出，灌入根区灌水沟（坑）内。其工作压力比其它灌 水器都低，按结构形式有微管式和孔口式两种 三、灌水器的结构参数和水力性能参数 结构参数和水力性能参数是

34、微灌灌水器的两项主要技术参数。结构参数主要指流道或孔口的尺寸，对于滴灌带还包括管带的直径和壁厚。水力性能参数主要指流态指数、制造偏差系数、工作压力、流量，对于微喷头还包括射程、喷灌强度、水量分布等。表 13.4 列出各类灌水器的结构与水力性能指标，可供参考。其中 Cv 值是我国行业标准 SL/T67.1394 的规定。表 13.4 微灌灌水器技术参数 结构参数 水力性能参数 灌 水器 种类 流 道或 孔口 直径(mm)流 道长 度(cm)滴 头或 孔口 间距(cm)带 管 直 径(mm)带 管壁 厚(mm)工作压力(kPa)出 流 量(L/h)ak L/(hm)X Cv 射程(m)灌水强度(m

35、m/h)滴头 0.5 1.2 30 50 50100 1.512 0.5 1.0 0.07 滴 灌带 0.5 0.9 30 50 30 100 10 16 0.2 1.0 50100 1.53.0 0.5 1.0 0.07 微 喷头 0.6 2.0 70200 20250 0.5 0.07 涌 水器 2.0 4.0 40100 80250 0.5 0.7 0.07 渗 灌管(带)10 20 0.9 1.3 40100 24 0.5 0.07 压 力补 偿型 00.5 0.15 0.5 0.4 注：渗灌管（带）的出流量以 L/(hm)计，其余流量以 L/h 计；各种灌水器都有压力补偿型，其参数均

36、适用，通常 X0.3 为全补偿，其余为部分补偿。（一）流量与压力关系 微灌灌水器的流量与压力关系式为 q=khx (13.1)式中：q 为灌水器流量；h 为工作水头；k 为流量指数；x 为流态指数。式（13.1）中，流态指数 x 反映了灌水器的流量对压力变化的敏感程度。当滴头内水流为全层流时，流态指数 x 等于 1，即流量与工作水头成正比；当滴头内水流为全紊流时，流态指数 x 等于 0.5；全压力补偿器的流态指数 x 等于 0，即出水流量不受压力变化的影响。其它各种形式的灌水器的流态指数在 01.0 之间变化，图 4 表示流态指数的不同时，滴头的流量 变化与压力变化之间的关系。图 13.12

37、灌水器流量与压力关系曲线 放大浏览 （二）制造偏差系数 灌水器的流量与流道直径的 2.54 次幂成正比，制造上的微小偏差将会引起较大的流量偏差。在灌水器制造中，由于制造工艺和材料收缩变形的影响，不可避免地会产生制造偏差。实践中，一般用制造偏差系数来衡量产品的制造精度。它的表示方法如公式（13.2）。(13.2)(13.3)(13.4)式中：Cv 为灌水器的制造偏差系数；S 为流量标准偏差；qi 为所测每个滴头的流量，L/h；n 为所测灌水器的个数。通常滴头质量等级是按其制造偏差来划分的，参见表 13.5 滴头制造质量等级表。表 13.5 滴头制造质量等级表 13.2.2 微灌用管道及主要设备微

38、灌用管道及主要设备 一、管道与连接件 管道是微灌系统的主要组成部分。各种管道与连接件按设计要求组合安装成一个微灌输配水管网，按作物需水要求向田间和作物输水和配水。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，其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管道寿命的长短。微灌用的管道与管件基本上与喷灌用的管道与管件相同，基本上可参看第十二章的内容，只是微灌对防堵塞要求较高，要求水流通过管道时不会有碎屑脱落，不会生锈，加之工作压力较低，因此一般不宜采用钢管和铸铁管，而较多采用塑料管且为黑色管以避免藻类和微生物在管内生长。干管和支管多用硬管，而末级管

39、道-毛管则多用半软塑料管，其接头多采用倒钩承插联接。下面着重介绍各种微灌用管道和连接件的种类、技术性能及规格。（一）对微灌用管与连接件的基本要求 1.能承受一定的内水压力。2.耐腐蚀抗老化性能强。3.规格尺寸与公差必须符合技术标准。4.价格低廉。安装施工容易。（二）微灌管道的种类 微灌工程应采用塑料管。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阳光照射易老化，但埋入地下时，塑料管的老化问题将会得到较大程度的缓解，使用寿命可达 20 年以上。对于大型微灌工程的骨干输水管道（如上、下山干管，输

40、水总干管等），当塑料管不能满足设计要求时，也可采用其它材质的管道，但要防止因锈蚀而堵塞灌水器。微灌系统常用的塑料管主要有两种：聚乙烯管（PE）和聚氯乙烯管（PVC），63mm 以下的管采用聚乙烯管，63mm 以上的管采用聚氯乙烯管 （三）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。鉴于微灌工程中大多用聚乙烯管，因此这里仅介绍聚乙烯管连接件。目前，国内微灌用聚乙烯塑料管的连接方式和连接件有两大类：一是以北京绿源公司为代表的外接管件（20mm 以下的管也采用内接式管件）；二是以山东莱芜塑料制品总厂为代表的内接式管件。两者的规格尺寸相异，用户在选用时

41、，一定要了解所连接管道的规格尺寸，选用与其相匹配的管件。1.接头。接头的作用是连接管道。根据两个被连接管道的管径大小，分为同径和异径连接接头。根据连接方式不同，聚乙烯接头分为螺纹式接头、内插式接头和外接式接头三种。2.三通。三通是用于管道分叉时的连接件。与接头一样，三通有同径和异径两种。，每种型号又有内插式和螺纹式两种。3.弯头。在管道转变和地形坡度变化较大之处就需要使用弯头连接。其结构也有内插式和螺纹式两种。4.堵头。堵头是用来封闭管道末端的管件，有内插式、螺纹式。5.旁通。用于支管与毛管间的连接。6.插杆。用于支撑微喷头，使微喷头置于规定高度，有不同的形式和高度。7.密封紧固件。用于内接式

42、管件与管连接时的紧固。二、微灌用主要设备 （一）水泵与动力设备 微灌用水泵与动力设备与喷灌所用的没有什么区别，可参看第十二章有关内容。（二）过滤设备 微灌要求灌溉水中不含有造成灌水器堵塞的污物和杂质，而任何水源（包括水质良好的井水）都不同程度地含有污物和杂质。这些污物和杂质可区分为物理、化学和生物类，诸如尘土、砂粒、微生物及生物体的残渣等有机物质，碳酸钙易产生沉淀的化学物质，以及菌类、藻类等水生动植物。在进行微灌工程规划设计前，一定要对水源水质进行化验分析，并根据选用的灌水器类型和抗堵塞性能，可参照表 13.6 进行设计，选定水质净化设备。微灌系统的初级水质净化设备有拦污栅、沉淀池和离心式泥沙

43、分离器（又称离心过滤器）等。常用的微灌用过滤器还有砂石过滤器和筛网过滤器。表 13.6 过滤设备选择参考表 过滤器类型 杂质 含杂质 的程度 量化指标(mg/L)离心 砂石 网式 迭片式 低 50 1 2 3 悬浮固体物 低 50 1 3 2 低 2 2 1 藻类 高 1 3 2 低 0.5 1 2 2 1离心过滤器 图 13.13 离心过滤器 放大浏览 （1）用途。主要用于含沙水流的初级过滤。（2）过滤原理。水由进水管切向进入离心体内，由旋转产生的离心力推动泥沙及其它密度较高的固体颗粒向管壁移动，形成旋流，促使泥沙进入集沙罐。清水则顺流进入出水口，即完成水沙分离。被分离的大量泥沙停留在集沙罐

44、中。集沙罐设有排沙口和清洗口，可不间断排沙和停止工作后进行彻底清洗。（3）除沙效果。泥沙颗粒在 60150 目时，清除效果为 98%92%。（4）技术要求。在开泵与停泵瞬间，由于水流失稳，过滤效果欠佳。因此，与网式过滤器同时使用效果更好。在进水口前应安装一段与进水口同径的直管，长度是进水口直径的 1015 倍，以保证进水水流平稳。（5）型号含义。型号含义表示如下：2砂石过滤器 图 13.14 砂石过滤器 放大浏览 砂石过滤器又称介质过滤器，是利用经过筛分并分层填装在容器内的砂石为介质来进行过滤。这种过滤器有利于清除水中的细沙和有机质，常将它与筛网过滤组合安装在微灌系统的首部，组成过滤站。（1）

45、用途。主要用于水库、塘坝、沟渠、河流及其它敞开水面水源中含有机物及泥沙的水质过滤。（2）过滤原理。水从壳体上部的进水管流入，通过在介质层孔隙中的运动向下渗漏，杂质被隔离在介质层上部。过滤后的净水经过过滤器里的过滤原件进入出水管，即完成水的过滤过程。（3）技术要求。介质是分级的颗粒层。过滤器的清洗通过反冲洗的方式来进行，常采用两个砂石过滤器并联运行，当进、出水口压力差超过 0.7kg/cm2 时就应进行反冲洗。对悬浮在表面的污染层，应用干净颗粒代替，视水质通常一年更换 14 次。（4）型号含义。型号含义表示如下：3筛网过滤器 图 13.15 筛网过滤器 放大浏览 （1）用途。主要用于灌溉水质较好

46、，或当水质较差时与其它类型的过滤器单级或组合使用，做为末级水过滤设备。其形式有多种，按安装方式有立式和卧式，按材质有塑料和金属，按清洗方式有人工清洗和自动清洗，按滤网形状有网式和迭片式之分，应根据需要和设备供应情况合理选用。（2）过滤原理。水由进水口进入罐内，通过不锈钢网芯外表面，将大于网芯孔径的悬浮物截留在外表面，过滤后的净水进入网芯流入出水口，即完成了水的过滤过程。（3）技术要求。当过滤网上积聚了一定污物后，过滤器进出水口之间就会产生压力降，当进、出水口压力降超过 0.7kg/cm2 时需进行反冲洗。过滤器规定进水方向必须由网芯外表面进入网芯内表面，切不可反向使用。如发现网芯、密封圈损坏，

47、必须及时更换。否则，将失去对水的过滤作用。（4）型号含义。型号含义表示如下 4组合式过滤器 （1）类型。根据水质处理的需要对常用的过滤器（离心过滤器、砂石过滤器、网式或迭片式过滤器）按表 13-2 进行组合使用。（2）型号选择。当过滤器用于低杂质含量的水过滤时，其设计流量可以采用样本标明的流量；当用于杂质含量较高的水过滤时，其设计流量应为样本标准流量的 80%60%.（3）型号含义。型号含义表示如下：（三）压差式施肥装置 图 13.16 压差式施肥装置 放大浏览 1用途。主要用于田间、果园及蔬菜大棚的施肥灌溉。2施肥原理。本装置是由施肥专用阀和施肥罐及联接管组成，是根据压力差的工作原理进行施肥

48、的。首先将稀释过的无机肥料装入施肥罐内，然后开启施肥专用阀上的两个调节阀，使之形成一定的压力差，将罐体内的肥料压入输水管网中进行施肥。3技术要求。使用时应缓慢启闭施肥专用阀两侧的调节阀。10L/h 的施肥装置正常工作时，浮球定在有机玻璃管中间位置。每次施完肥后应将两个调节阀关闭，并将罐体冲洗干净，不得将肥料留在罐内，以免对罐体造成腐蚀，影响使用寿命。在施肥装置后面应再加一级网式或迭片过滤器。以避免将未完全溶解的肥料带入管道系统，造成灌水器的堵塞。4型号含义。型号含义表示如下：（四）控制、量测与保护装置 为了控制微灌系统或确保系统正常运行，系统中必须安装必要的控制、量测与保护装置，如阀门、流量和

49、压力调节器、流量表或水表、压力表、安全阀、进排气阀等。1.进排气阀 进排气阀能够自动排气和进气，压力水来时又能自动关闭。在微灌系统中主要安装在管网中最高位置和局部高地。微灌系统中经常使用的进、排气阀有塑料和铝合金材料两种，国内山东莱芜塑料制品总厂、山东省水科所等单位研制了一种适合微灌系统使用的简易，进排气阀。图 13.17 所示的是一种浮球式空气阀在不同状态时的工作情况。其中，该图（a）为管网开始供水时，进排气阀排除管内空气；图（b）为排完空气后，浮球在水的顶托作用下，自动封闭排气孔，图（c）为管网停止供水后，浮球下落，管网与大气再次连通，防止管道产生负压。图 13.17 放大浏览 根据规定，

50、管网中安装的进排气阀的口径应不小于被排气管道口径的 1/4，且阀体必须竖直安装。常用的进排气阀型号详见表 13.7。表 13.7 进排气阀规格、型号 表 13.7 进排气阀规格、型号 型 号 规 格 适用管径(mm)允许使用压力生 产 厂 KQ42X-8 100 KQ42X-13 200 KQ42X-20 300 KQ42X KQ42X-28 400 湖北云梦县 喷灌机厂 RB-2AV 2 200 0.11.03MPa 美国雨鸟灌溉公司 2.流量与压力调节装置 流量与压力调节装置是用于自动调节管道中的压力和流量的设备。（1）流量调节器 流量调节器是通过自动改变过水断面的大小来调节流量的，见图