农学节水灌溉--微灌工程技术.pptx

微灌工程技术概述概述微灌微灌设备与工作原理与工作原理微灌工程微灌工程规划划设计参数的确定参数的确定微灌工程微灌工程规划划微灌系微灌系统设计微灌工程微灌工程设计示例示例第一节 概述微灌的定微灌的定义微灌的微灌的组成和分成和分类微灌的微灌的优缺点缺点微灌技微灌技术的的发展与展望展与展望一、微灌的定义微灌是利用微灌微灌是利用微灌设备组装成微灌系装成微灌系统，将有，将有压水水输送分配到田送分配到田间，通，通过灌水器以微小的流量灌水器以微小的流量湿湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技作物根部附近土壤的一种局部灌水技术微灌是以少量的水湿微灌是以少量的水湿润作物根区附近的部分土作物根区附近的部分土壤，比地面灌壤，比地面灌溉节水水505070%70%，比，比喷灌省水灌省水15%15%20%20%，灌水均匀，均匀度达，灌水均匀，均匀度达 0.80.8 0.9,0.9,适用于所有的地形和土壤适用于所有的地形和土壤 ,特特别适用于干旱缺适用于干旱缺水地区水地区二、微灌的分类微灌可以按不同的方法分微灌可以按不同的方法分类，按所用的，按所用的设备(主要是灌水器主要是灌水器)及出流形式不同，及出流形式不同，分分为：滴灌（地表与地下滴灌）滴灌（地表与地下滴灌）微微喷灌灌涌泉灌（小管出流灌）涌泉灌（小管出流灌）重力滴灌重力滴灌微微灌灌技技术术灌水器种类灌水器种类微微 喷喷 灌灌滴滴 灌灌重力滴灌重力滴灌小管出流小管出流1、滴 灌滴灌是通滴灌是通过安装在毛管上的灌水器将水、均匀而安装在毛管上的灌水器将水、均匀而又又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式除除紧靠滴靠滴头下面的土壤水分下面的土壤水分处于于饱和状和状态外，其外，其它部位的土壤水分均它部位的土壤水分均处于非于非饱和状和状态，土壤水分，土壤水分主要借助毛管主要借助毛管张力作用入渗和力作用入渗和扩散散滴灌适合于蔬菜、果滴灌适合于蔬菜、果树、花卉以及、花卉以及垄向种植的作向种植的作物，各种土壤条件都适用物，各种土壤条件都适用便于便于实施化学灌施化学灌溉（灌（灌溉施肥），控制灌施肥），控制灌溉，在，在保保护地蔬菜采用滴灌技地蔬菜采用滴灌技术效果最佳效果最佳大田滴灌果树滴灌蔬菜滴灌大型连栋温室黄瓜滴灌大棚蔬菜滴灌日光温室滴灌系统滴灌的类型固定式地面滴灌固定式地面滴灌 半固定式地面滴灌半固定式地面滴灌 膜下滴灌膜下滴灌地下滴灌地下滴灌 2 2、微喷灌、微喷灌微微喷灌是利用直接安装在毛管上，或与灌是利用直接安装在毛管上，或与毛管毛管连接的微接的微喷头将将压力水以力水以喷洒状湿洒状湿润土壤土壤微微喷头包括固定或和旋包括固定或和旋转式式微微喷头的流量通常的流量通常为2020250L/h250L/h微喷灌微喷灌微微喷技技术的特点它是通的特点它是通过有有压管网将首部加管网将首部加压的水的水输送到田送到田间，再，再经过特制的特制的雾化化喷头将水将水喷洒呈洒呈雾状状进行灌行灌溉 微微喷头孔径孔径较滴灌灌水器大，比滴灌抗堵塞，滴灌灌水器大，比滴灌抗堵塞，供水快供水快微微喷适合于果适合于果树、花卉、部分露地蔬菜，各种、花卉、部分露地蔬菜，各种土壤条件下都适用土壤条件下都适用在在设施施环境中灌境中灌溉花卉、育苗效果花卉、育苗效果较好好容易容易产生堵塞生堵塞问题，灌，灌溉质量受地形影响，工量受地形影响，工程造价程造价较高，适用于高，适用于经济作物灌作物灌溉旋转式微喷头折射式微喷头果树微喷灌露地蔬菜微喷灌温室雾喷系统苗圃微喷灌 3、涌泉灌（小管出流灌）、涌泉灌（小管出流灌）在我国使用的小管出流灌在我国使用的小管出流灌溉是利用是利用4的小塑料的小塑料管与毛管管与毛管连接作接作为灌水器，以灌水器，以细流流(射流射流)状局状局部湿部湿润作物附近土壤，小管灌水器的流量作物附近土壤，小管灌水器的流量为80250L/h对于高大果于高大果树通常在通常在围绕树杆修一渗水小沟，杆修一渗水小沟，以分散水流，均匀湿以分散水流，均匀湿润果果树周周围土壤土壤果树小管出流平面布置图4、重力滴灌系统、重力滴灌系统重力滴灌系重力滴灌系统是李是李岚清副清副总理理1997年年访问以色列同以达成的技以色列同以达成的技术引引进和开和开发由中国由中国农业大学同以色列恩塔公司在中国共同开大学同以色列恩塔公司在中国共同开发、推广的一种新型、推广的一种新型节水灌水灌溉技技术重力滴灌系重力滴灌系统以它极低的工作以它极低的工作压力、均匀力、均匀的供水方、高效的水分利用、广泛的适用的供水方、高效的水分利用、广泛的适用条件以及明条件以及明显的的产出效率，已出效率，已为越来越多越来越多的用的用户所接受所接受果树重力滴灌系统温室蔬菜重力滴灌三、微灌的优点及存在的问题1、微灌的优点、微灌的优点适适应性性强v主主要要表表现在在不不要要求求地地面面平平整整就就可可进行行灌灌溉，能能够适适应各各种种地地形形条条件件，尤尤其其适适宜宜在在山山丘丘坡坡地地进行自流灌行自流灌溉的地方的地方发展展v兼有施化肥、兼有施化肥、喷农药等功能等功能微灌的优点 省水省水v微微灌灌全全部部采采用用管管道道输水水，灌灌水水均均匀匀，减减少少损失失，因因而而可可以以节约灌灌溉用用水水。同同地地面面灌灌溉相相比比，一一般般喷灌灌可可省省水水3030一一5050。由由于于滴滴灌灌没没有有喷灌灌时水水珠珠的的蒸蒸发飘移移损失失，因因此此滴滴灌灌比比喷灌灌还要要省省水水。与与地地面面灌灌溉相相比比，滴滴灌灌一一般般可可省省水水5050一一7070v在在透透水水性性强、保保水水能能力力差差的的土土地地上上省省水水效效果果更更为显著著。在在干干旱旱缺缺水水地地区区，高高扬程程灌灌区区和和井井灌灌区，省水就意味着区，省水就意味着节省能耗或省能耗或扩大灌大灌溉面面积微灌的优点微灌的优点省工省地省工省地v微微灌灌实现了了灌灌溉机机械械化化和和自自动化化的的操操作作管管理理，可可以以减减轻灌灌水水的的劳动强度度，节省省大大量量劳动力力。可可以以减减少少杂草草生生长的的环境境，节省省田田间管管理理的的工工时v据据初初步步统计，微微灌灌可可节省省用用工工25254040。微微灌灌的的输水水管管道道多多埋埋设在在地地下下，减减少少了了灌灌溉渠渠道道所所占占的的耕耕地地。据据统计，采采用用喷(微微)灌灌后后，土土地地利利用率一般可以提高用率一般可以提高7 71010微灌的优点保持水土和防止次生保持水土和防止次生盐碱化碱化v微灌可以根据土壤的微灌可以根据土壤的质地和透水性能来地和透水性能来调整灌整灌水量和灌水水量和灌水强度，因此不破坏土壤度，因此不破坏土壤团粒粒结构，构，不会不会产生地表冲刷和土、肥流失生地表冲刷和土、肥流失现象，不会象，不会产生深生深层渗漏，而且可防止地下水位上升而引起渗漏，而且可防止地下水位上升而引起的土壤次生的土壤次生盐碱化碱化v由于微灌能使作物根部的土壤由于微灌能使作物根部的土壤经常保持在常保持在较高高含水量的状含水量的状态，因此，因此还可以使用含有一定可以使用含有一定盐分分的水来灌的水来灌溉作物作物 微灌的优点微灌的优点增增产v微微灌灌不不会会导致致地地面面板板结，使使土土壤壤始始终保保持持琉琉松松、多多孔孔相相通通气气的的良良好好状状况况，这种种状状况况有有利利于于土土壤壤养养分分的的分分解解和和作作物物很很系系的的发育，因此保持和提高了土壤肥力育，因此保持和提高了土壤肥力v微微灌灌还可可以以调节田田间小小气气低低增增加加近近地地表表面面的的空空气气湿湿度度，滴滴灌灌能能把把肥肥料料直直接接送送到到作作彻的的根根系系周周围，有有利利于于作作物物对养养分分的的吸收吸收v实践践证明明：采采用用喷、微微灌灌，粮粮食食作作物物一一般般增增产1010一一30%30%，经济作作物物般般增增产2020一一50%50%，蔬菜一般增，蔬菜一般增产3030一一50%50%微灌技术中存在的问题v不具有防干不具有防干热风 ,调节田田间小气候的作用小气候的作用v作物根部易生病害；作物根部易生病害；v有可能有可能产生土壤次生生土壤次生盐渍化化v滴滴头堵塞堵塞微灌在我国的发展阶段我我国国19741974年年由由墨墨西西哥哥政政府府赠送送我我国国三三套套滴滴灌灌设备开开始始引引进滴滴灌灌技技术以以来来，已已有有3030多多年年的的发展展历程，大体程，大体经历了以下三个了以下三个阶段：段：v第一阶段第一阶段 (1974(197419801980年年)：引进滴灌设备、：引进滴灌设备、消化吸收、设备研制和应用试验与试点阶段消化吸收、设备研制和应用试验与试点阶段v第二阶段第二阶段 (1981(198119861986年年)：设备产品改进：设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段和应用试验研究与扩大试点推广阶段v第三阶段第三阶段 (1987(1987年至今年至今)：直接引进国外的：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先进工艺技术，高起点开发研制微灌设备产品品微灌技术的发展前景根据国根据国务院院颁发的的九十年代中国九十年代中国发展展纲要要的要求，的要求，20002000年后要把全国年后要把全国农业用水的有效利用水的有效利用率提高用率提高1010个百分点，每年将个百分点，每年将节水水400400亿立方立方米，粮食将增米，粮食将增产800800亿斤。斤。这么宏么宏伟的的计划没划没有一系列的高效有一系列的高效节水措施是不可能水措施是不可能实现的，只的，只有微灌技有微灌技术才有可能有效地落才有可能有效地落实这个目个目标我国我国发展微灌技展微灌技术，社会条件、技，社会条件、技术条件和条件和农民的承受能力都已具民的承受能力都已具备，微，微溉事事业一定会蒸蒸一定会蒸蒸日上日上飞速速发展展第二节第二节 微灌设备与工作原理微灌设备与工作原理 一、微灌系统简介一个完整的微灌工程，从灌一个完整的微灌工程，从灌溉受水点到受水点到水源，包括：水源，包括：灌水器灌水器各各级输水管道和管件水管道和管件各种控制和量各种控制和量测设备过滤器、施肥（施器、施肥（施药）装置）装置水水泵电机机二、灌二、灌 水水 器器对灌水器的基本要求灌水器的基本要求灌水器的分灌水器的分类灌水器的灌水器的结构参数和水力学特征构参数和水力学特征灌水器的制造偏差灌水器的制造偏差1、对灌水器的基本要求制造偏差越小越好制造偏差越小越好出水量小而出水量小而稳定，受水定，受水头变化的影响化的影响较小小 流道大，抗堵塞性能流道大，抗堵塞性能强 结构构简单，便于制造、安装、清洗，便于制造、安装、清洗 坚固耐用，价格低廉固耐用，价格低廉2、灌水器的分类与结构特点、灌水器的分类与结构特点按按结构和出流形式可将灌水器分构和出流形式可将灌水器分为：v滴滴头v滴灌滴灌带v微微喷头v涌水器涌水器2.1、滴头定义及分类、滴头定义及分类定定义通通过流道或孔口将毛管中的流道或孔口将毛管中的压力水流力水流变成滴成滴状或状或细流状的装置称流状的装置称为滴滴头。其流量一般不。其流量一般不大于大于12 L/h滴滴头的分的分类：v长流道型滴流道型滴头v孔口型滴孔口型滴头v迷迷宫紊流滴紊流滴头v压力力补偿型滴型滴头长流道滴头长流道滴头孔口滴头孔口滴头迷迷 宫宫 稳稳 流流 滴滴 头头压压 力力 补补 偿偿 滴滴 头头 2.2、滴、滴 灌灌 带带定义滴头与毛管制造成一整体，兼具配水和滴水功能的滴灌管称为滴灌带滴灌带的分类：v内镶式滴灌带v薄壁滴灌带滴灌带有压力补偿式与非压力补偿式两种2.3、微喷头、微喷头定定义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。单个微喷头的喷水量一般不超过250L/h，射程一般小于，射程一般小于7m微微喷头的分的分类：v射流式射流式v离心式离心式v折射式折射式v缝隙式隙式射流式微喷头射流式微喷头特点v有效湿润半径较大v喷水强度较低v水滴细小v寿命较短组成v折射臂v支架v喷嘴射流旋转式微喷头射流旋转式微喷头射流旋转式微喷头1 1旋转折射臂旋转折射臂2 2支架支架3 3喷嘴喷嘴折射式微喷头折射式微喷头组成组成v喷嘴喷嘴v折射锥折射锥v支架支架特点特点v结构简单结构简单v没有运动部件没有运动部件,工作可靠工作可靠v价格便宜价格便宜缺点：缺点：水滴太微细水滴太微细,在空气十分干燥、温度高、在空气十分干燥、温度高、风大的地区风大的地区,蒸发漂移损失大蒸发漂移损失大折折 射射 式式 微微 喷喷 头头折射式微喷头折射式微喷头1 1喷嘴喷嘴2 2旋转折射臂旋转折射臂3 3支架支架离心式微喷头离心式微喷头特点：特点：工作工作压力低力低雾化程度高化程度高孔口孔口较大大1 1离心室离心室2 2喷嘴喷嘴3 3接头接头缝隙式微喷头工作原理：水流经过缝隙喷出水舌，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2.4、小管灌水器、小管灌水器组成：它是由4塑料小管和接头连接插入毛管壁而成特点：工作水头低孔口大、不易被堵塞3.灌水器的流量与压力关系灌水器的流量与压力关系微灌灌水器的流量与压力关系用下式表示 q=khx式中：q灌水器流量 h工作水头 k流量指数 x流态指数流流态指数指数x反映了灌水器的流量反映了灌水器的流量对压力力变化的敏化的敏感程度感程度v当滴头内水流为全层流时，流态指数当滴头内水流为全层流时，流态指数x等于等于1，即流量与工作水头成正比，即流量与工作水头成正比v当滴头内水流为全紊流时，流态指数当滴头内水流为全紊流时，流态指数x等于等于0.5v全压力补偿器的流态指数全压力补偿器的流态指数x等于等于0，即出水流量，即出水流量不受压力变化的影响不受压力变化的影响v其它各种形式的灌水器的流态指数在其它各种形式的灌水器的流态指数在01.0之间之间变化变化制造偏差系数制造偏差系数意义：灌水器的流量与流道直径的2.54次幂成正比，制造上的微小编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等的影响，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制造偏差系数制造偏差系数表示方法式中：Cv灌水器的流量偏差系数；S流量标准偏差；qi所测每个滴头的流量L/h；n所测灌水器的个数。ASAE 标准标准 EP405.1 灌水器制造偏差系数分类灌水器制造偏差系数分类(Classification of emiter coefficient of manufacturing variation)质量分量分类 滴滴头或微或微喷头 滴灌滴灌带好好 Cv0.05 Cv0.1一般一般 0.05Cv0.07 0.1Cv0.2较差差 0.07Cv0.11差差 0.11Cv0.15 0.2Cv0.3不能接受不能接受 0.15Cv 0.3194194亩亩(四四)、选择灌水器类型与确定毛管、选择灌水器类型与确定毛管布置方式布置方式选选用用进进口口滴滴灌灌管管(以以色色列列NaanTif)NaanTif)，该该滴滴灌灌管管滴头工作参数：滴头工作参数：工作水头工作水头h hd d=10=10米时，滴头流量为米时，滴头流量为2.3L2.3Lh h。选选择择滴滴头头间间距距为为1m1m的的滴滴灌灌管管，每每行行果果树树布布置置一一条滴灌管条滴灌管湿润比计算一般，当滴一般，当滴头流量流量为2升升/时，在砂壤土中，在砂壤土中的湿的湿润直径直径为0.8-1m（经验值）每棵果树的湿润面积每棵果树的湿润面积每棵果树占地面积每棵果树占地面积湿润比湿润比=1.03/(33)33(五五)、根据设计灌水均匀度计算、根据设计灌水均匀度计算毛管最大铺设长度毛管最大铺设长度当当设设计计灌灌水水均均匀匀度度为为9898时时，小小区区最最大大流量偏差流量偏差q qv v=0.1=0.1，则小区最大水头偏差：，则小区最大水头偏差：将有关数据代入上式得：将有关数据代入上式得：设计灌水均匀度的确定灌水均匀度的确定 灌水均匀度高，灌水灌水均匀度高，灌水质量好，水利用率高，但量好，水利用率高，但投投资和运行和运行费高，高，应根据作物、根据作物、经济价价值、水、水源、地形、和气候等源、地形、和气候等综合确定合确定一般建一般建议：取取 Cv0.900.98 或或qv=10%-30%v均匀度与流量偏差的关系均匀度与流量偏差的关系Cv()98 95 92qv(%)10 20 30根据公式根据公式计算得计算得 h hmaxmax11.2m11.2m，h hminmin 9.3m9.3m小区内滴头最大水头差小区内滴头最大水头差11.2-9.3=1.911.2-9.3=1.9米米 根据支毛管水头差分配比根据支毛管水头差分配比：毛管最大允许铺设长度毛管最大允许铺设长度(采用试算法采用试算法)毛管水毛管水头损失失 v当当L=150L=150米时，米时，h hf f=1.51mv当当L=140L=140米时，米时，h hf f=1.25m v当当L=130L=130米时，米时，h hf f=1.02mv当当L=100L=100米时，米时，h hf f=0.5 m 根根据据地地形形情情况况，取取毛毛管管长长度度L=100mL=100m，此此时时，毛毛管管水头损失为水头损失为 h hf f0.5m0.5m(六六)、布置管网系统、布置管网系统水井出水量水井出水量50m3/h单单条条毛毛管管长长度度100米米，每每米米一一个个滴滴头头，每每个个滴滴头流量头流量2.3升时，则每条毛管流量升时，则每条毛管流量 Q毛毛1002.3230升时升时0.23m3h每个轮灌组毛管条数每个轮灌组毛管条数n=500.23=217条条 取为偶数条，即取为偶数条，即216条条整个灌区毛管总条数整个灌区毛管总条数(3米一条毛管米一条毛管)为：为：324m34432条条轮灌组数为轮灌组数为4322162(七七)、轮灌组划分、轮灌组划分根根据据轮灌灌组划划分分的的原原则，此此题中中，比比较好好的的轮灌灌组划分划分为v第第和第和第灌水小区灌水小区为一个一个轮灌灌组v第第和第和第灌水小区灌水小区为一个一个轮灌灌组v为说明明管管网网水水力力学学计算算过程程，我我们将将第第I I和和IIII灌灌水小区划分水小区划分为第一第一轮灌灌组v第第IIIIII和第和第灌水小区划分灌水小区划分为第二第二轮灌灌组400m324m井支管1-1支管1-2分干管1分干管2支管1-3支管1-4干管1干管2100m27条1 支管水力计算 由于当毛管由于当毛管为100m100m时，毛管水，毛管水头损失失为0.5m0.5m，而小区内滴而小区内滴头最大水最大水头差差为1.9m1.9m，则支管最大支管最大允允许水水头差或水差或水头损失失为1.9-0.51.9-0.51.4m1.4m管管选用用D63PED63PE管管(内径内径53mm)53mm)管上毛管条数管上毛管条数27 27 条，条，即即2727个出水口个出水口管管进口口总流量流量Q Q0.232270.232272.42m2.42m3 3h h支管支管长度度L L27327381m81m支支管管水水头损失失 h hf f1.43m1.41.43m1.4米米(支支管管允允许水水头损失失)2 分干管水力计算分分 干干 管管 选 用用 PVCPVC管管，分分 干干 管管 流流 量量Q=27220.23=24.84mQ=27220.23=24.84m3 3/h/h利用利用经济管径管径计算公式：算公式：初选管径初选管径D=75mmD=75mm（内径（内径70mm70mm）分干管水头损失分干管水头损失 h hf f 4.42m4.42m3 3 干管水力计算干管水力计算一一般般，以以最最不不利利轮灌灌组计算算确确定定干干管管直直径径，在在确确定定了了水水泵扬程程后后，到到推推确确定定其其他他轮灌灌组分分干干管或支管的直径管或支管的直径此此题中中最最北北面面的的第第I I和和IIII灌灌水水小小区区构构成成的的轮灌灌组为最不利最不利轮灌灌组干管干管总流量：流量：Q Q24.84224.84249.68m49.68m3 3h h干管干管长度度263m263m利用利用经济流速初流速初选干管管径干管管径选D=110PVCD=110PVC管管(内径内径103mm)103mm)作作为干管干管干管水干管水头损失失=6.27m=6.27m4 首部枢纽水头损失计算首首部部枢枢纽纽水水头头损损失失包包括括：闸闸阀阀、过过滤滤器器、施肥器、管件和泵管等施肥器、管件和泵管等查阅设备样本，确定各部件的水头损失查阅设备样本，确定各部件的水头损失总水头损失考虑总水头损失考虑h hf f首部首部15m15m5 水泵扬程确定与水泵选型水水泵扬程程滴滴头允允许最最小小工工作作水水头+毛毛管管水水头损失失+支支管管水水头损失失分分干干管管水水头损失失+干管水干管水头损失失+首部水首部水头损失失+动水位水位f f9.3+0.5+1.4+4.42+6.27+15+209.3+0.5+1.4+4.42+6.27+15+2056.89m 56.89m 水水泵流量流量Q Q49.68m49.68m3 3h h选定水定水泵型号型号九、首部枢九、首部枢纽设计十、十、绘制系制系统布置布置图十一、材料十一、材料单与与预算算十二、十二、经济分析分析十三、施工注意事十三、施工注意事项十四、运行管理注意事十四、运行管理注意事项 EndEnd