第二章 喷灌工程技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 喷灌工程技术,Chapter Two Sprinkler Irrigation Engineering,烟草固定式喷灌,Tobacco,Permanent sprinkler,草坪喷灌,lawn,Sprinkler irrigation,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,Technical parameter,Hydraulics principle of jet sprinkler,Sprinkler irrigation system,Summary and Technical Requirement of sprinkler irrigation,The Primary Content of Sprinkler Irrigation,The structure of impact driven sprinkler,Species,Plan and design,Primary content,Classification and composing,Summary,The capability of sprinkler,Species and working principle,Roboticized sprinkler irrigation system,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,The general situation and foreground of overseas sprinkler irrigation technology,1983,年世界喷灌面积达到,4,亿亩,以色列、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,不断提高机,械化与自动,化水平，喷灌面积持续增长,日益广泛地,应用新技术、,重视提高,喷灌质量,注意节能、,着手开发与,利用新能源,Three development trends of international sprinkler irrigation,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,The general situation in Chinese development of sprinkler irrigation technology,喷 灌,2,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,3,经过,20,多年的努力，现在我国已有喷灌面积,80,多万,hm,2,1,喷灌是把由水泵加压或自然落差形成的有压水通过压力管道送到田间，再经喷头喷射到空中，形成细小水滴，均匀地洒落在农田，达到灌溉的目的一种灌溉方式,sprinkler irrigation,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,The strongpoint of sprinkler irrigation technology,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,Save on water and Increase output,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,Save labor,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,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,Increase in land utilization rate,Prevent eroding soil and becoming saline-alkali soil,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,The disadvantages of sprinkler irrigation technology,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,Cotton solid-set sprinkler irrigation,向日葵固定式喷灌,Sunflower solid-set sprinkler irrigation,Sunflower,半固定式喷灌系统,Semi-portable sprinkler irrigation system,移动式喷灌系统,Portable sprinkler irrigation system,时针式喷灌机,Center-pivot sprinkling machine,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,喷灌强度,(sprinkler irrigation,intensity),喷灌均匀度,(sprinkler irrigation,distribution,efficiency),水滴打击,强度,(intensity of,dripping water),喷灌的主要,技术参数,Technical parameter,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,Sprinkler irrigation intensity,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,h,0,与相应喷灌持续,时间,t,的比值表示。,平均喷灌强度,有点喷灌强度,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：,喷灌强度,Sprinkler irrigation intensity,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,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,灌水深度,喷头的水量分布,影响水量分布,的因素,压 力,风速，风向,喷头布置形式和间距,喷头转速（均匀与否）,单喷头水量分布图,压力适中,压力过高,压力过低,灌水深度,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。,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,Sprinkler irrigation distribution efficiency,喷灌均匀度一般以喷洒均匀系数（克里斯琴森系数）,C,u,表示，其计算方法如下：,喷灌均匀度的计算方法：,computing method,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,式中：,喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定,Field mensuration,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,Water drop diameter,雾化指标,H/d,Atomization index,3,、水滴打击强度,intensity of dripping water不同种类的雾化指标,工作压力,Working,pressure,喷头孔嘴大小,Nozzle size,喷嘴结构,Nozzle,structure,水滴打击强度,的影响因素,influencing factors,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，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,S,m,支管间距,S,l,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,Permissible application rate of sprinkler irrigation,注,允许的喷灌强度应,小于,土壤的入渗速率,Soil texture,喷头性能,Capability,喷 头,Sprinkler,喷头的种类和工作原理,Categories and Working principle,射流式喷头的水力学原理,Hydraulics principle of jet sprinkler,摇臂式喷头的结构,The structure of impact drive sprinkler,喷水量,Capacity of sprinkler,工作压力,Working pressure,射程,Range,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,Capacity of sprinkler,表示符号,q,常用单位：,m,3,/h,，有时也用,L/s,表示,转换关系,1L/s,3.6 m,3,/h,测定方法,常采用体积法，循环水池三角堰或水表测定。,上式中,:,q,喷嘴流量,(,L,/,h,),C,d,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,C,d,=0.94,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：,工作压力,喷头正常工作时，所要求的喷头进口处的水 压力,表示符号,H,2,、工作压力,Working pressure,1,公斤平方厘米,10,米水柱,高,=98.07kPa,常用单位,Common unit,米水柱高或公斤平方厘米,转换关系,Transformational,relation,测定方法,Measurement,一般用压力表测定,上式中：,H,d,工作压力（,m,）,d,喷嘴直径（,mm,）,K,d,水滴粉碎系数,一般：,K,d,=,10,17,好：,K,d,=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,Species and working principle,喷头类别,性 能,低压喷头,中压喷头,高压喷头,工作压力,（,kg/cm,2,),13,35,5,喷 水 量 （,m,3,/h,）,40,射 程 （,m,）,40,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：,喷头按其结构分类,旋转式喷头,管孔式喷头,固定式喷头,单列孔管,多列孔管,反作用式,叶轮式,摇臂式,离心式,缝隙式,折射式,折射式喷头,离心式喷头,固定式喷头,水流分散，,射程小,（,5,10m,）,喷灌强度,大,二,水滴细小，,工作压力低,三,喷灌过程中，,所有部件固,定不动，水,流以全圆或,扇形同时向,四周散开,一,结构简单，,工作可靠，,寿命长,四,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,Rotating sprinkler,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,Hydraulics principle of jet sprinkler,流 量,Discharge,喷头自转速度,Rotating speed of sprinkler,喷射仰角,Jet angle of sprinkler flow,喷管结构,The structure of spout,影响射程的其他因素,Other factors,喷射仰角,Jet angle of sprinkler flow,喷射仰角,：,固体在真空中抛射，射程以仰角,45,最远。但水舌在空气中喷射仰角与射程的关系，,根据实验的结果分析得知，当其它因素相同时，,喷射仰角为,28,32,时射程最远。,喷头自转速度,Rotating speed of sprinkler,转速,：,当喷头以,1,3,分,/,转的速度旋转时，比,喷头在静止状态的射程减少,10,15,，射程,越大减少的百分数越大，转速越大减少的百分,数也越大。,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。,Spout and Rectifier,摇臂式喷头的结构,喷 嘴,喷 管,整 流 器,弯 管,摇 臂,弯 管,摆臂弹簧,摇 臂 轴,扇形机构,空心轴,轴 套,防沙弹簧,垫 圈,nozzle,spout,rectifier,syphon,rocker,syphon,rocker spring,rocker spindle,Sector setup,hollow spindle,shaft liner,Spindle preventing sand,washer,The structure of impact drive sprinkler,管 道,固定式管道,移动式管道,薄壁铝合金管,镀锌薄壁管,塑料软管,胶 管,塑 料 管,铸 铁 管,钢 管,聚氯乙烯管,（,PVC,管）,聚乙烯管,（,PE,管）,三、管道及附件,Conduit and Accessories,塑料管的规格,以外径标称,塑料管的承压能力差,塑料管优缺点,内壁光滑，水头损失小,施工容易,能适应一定的不均匀沉陷,放置在地表时，易老化,塑料管的连接,丝口连接、法兰连接、粘结、焊接、承插连接,1,、固定管道,塑料管,Pvc,管,Pvc,管,PE,管,承压：一般可承受,1MPa,的压力,使用寿命：大于,30,年,管段短、接头多、施工量大,易锈蚀,性脆，承受动载荷能力差,管壁厚，重量大,2,、固定管道,铸铁管,3,、固定管道,钢管,承压：,1.5,6.0MPa,使用寿命：,15,年左右,管壁薄、重量轻,管段长、接口少、铺设简便,韧性强、能承受动载荷,钢 管,Steel tube,易锈蚀,移动管道（一）,管段长一般,为,5m,、,6m,铝铝合金管,寿命,15,20,年,重量轻,强度高,耐腐蚀,硬度差、,易变形、,价格较高,移动管道（二）,强度高,1,重量仅为普通钢管的五分之一，但比铝管重,2,耐腐蚀,3,寿命长,4,镀锌薄壁钢管,钢管,移动管道（三）,有锦塑软管和胶管两种，用锦纶丝或,维纶丝织成网状管坯，然后在内外壁涂,一层塑料制成。可承压,400,800kPa,塑料软管,用橡胶作为原材料，当中夹布制成，,价格较高,胶管,便于管道快速移动，移动管道各段间采用快速接头连接，常用的快速接头的结构形式有以下几种：,快速接头,Quick coupling,组成：由接合碗、杠杆扣,紧环和带橡胶密封圈的承碗,特点：密封性好，最大偏角,可达,30,度但不能自动琐紧和,脱扣，在插入后要用手将搭,钩琐紧,1,、杠杆紧扣式,（或称球形连接）,V,形橡胶密封圈止水，插入时搭扣自动滑入,挂钩槽内,2,、搭扣式,还有：,3,、弹簧锁紧式,4,、暗销式,5,、偏心扣式,管道附件,Accessories,1,给水栓,管网系统的给水装置或出水口,用于半固定式系统或移动式系统中支管和主管的快速连接和拆卸,Hydrant,2,自闭阀,用于支管与安有喷头的竖管的快速连接特点：只有在竖管插进时水流才能通过，竖管一拆下，阀门自动关闭。,Self-closing valve,其它附件和管件,阀门,Value,逆止阀,Back value,过滤器,Filter,安全阀,Relief value,空气阀,Air value,三通,three-way pipe,弯头,elbow,堵头流量调节,器、压力调节,器等,(Adjust flux and,pressure.etc),Other accessories and Pip fitting,过滤器,Filter,三通,Three-way pipe,1,、柴油机,Diesel engine,四、喷灌动力设备,小型喷灌机组,2,、电动机,Electromotor,动力机的选配功率用下式计算：,柴油机：,电动机：,(,kw,),(kw),注,：,动力机的选配,喷灌机,单喷头喷灌机,双 悬 臂 式,纵 拖 式,滚 移 式,时 针 式,平 移 式,人工移动管道式,绞 盘 式,五、喷灌机,sprinkling machine,与手扶拖拉机配套的喷灌机,按行走系统的结构与移动方式可以分为手抬式、手推,车式、牵引拖车式和拖拉机悬挂式四种。,单喷头喷灌机,手抬式柴油轻型喷灌机,手推式小型喷灌机,拖拉机悬挂式大型喷灌机,控制面积有限，为了进行大面积的喷灌，就要在,田间布置供水系统和喷灌机的移动道路,单喷头喷灌机一般从明渠中取水,供水渠道的间距也就是喷头的组合间距,如果供水渠道中水深较浅而不能完全淹没吸水管,的滤网或淹没深度不够，需挖集水坑,喷头可以是全圆喷洒，也可以是顺风向作,240,300,扇形喷洒,单喷头喷灌机田间工程的布置特点,滚,移式喷灌机,移动式喷灌机田间作业示意图,滚移式田间工程的布置,喷灌管道与给水栓之间用软管连接供水管道间,距为最大喷灌管道长度的两倍,给水栓间距一般等于垂直支管方向的喷头组合间,距,但是如果配有较长的软管可由一个给水栓给两个,喷头 供水，那么间距就可以加大一两倍，也可取减,少装卸软管的时间,滚移式田间工程的布置,纵拖式喷灌机,纵拖式喷灌机一般由压力管网供水,供水干管一般,布置在田块中间,纵拖的喷灌管道交替在干管两侧工作,供水干管一般应埋在地下，以免影响喷灌管道的,拖移,干管上每隔一个组合间距就要装一个给水栓，先,后给两侧的喷灌管道供水,纵拖式喷灌机田间工程布置特点,绞盘式喷灌机,绞盘式喷灌机多是从高压管网取水,高压管道的间距大致为喷灌机软管长度的两倍,沿高压管道地面应有道路，以便拖移喷灌机给水栓,间 距约为喷头射程,R,的,2,倍,在给水栓处还要有垂直于供水管道的田间小道,绞盘式喷灌机田间工程布置特点,双悬臂式喷灌机的基本特点是将喷灌管道及喷头都,装在向两边伸出的悬臂式桁架上，这样可以用较低,的压力而又能同时灌溉较大的范围,按照悬臂运动的方向不同，这种喷灌机可以分成两,大类,:,(1),平移双悬臂式喷灌机,(2),旋转双悬臂式喷灌机,双悬臂式喷灌机,平移式喷灌机,Linear-move sprinkling machine,田间工程是一系列平行的机行道穗其紧邻的供水,渠道,机行道的间距为两个悬臂长度之和,路渠两侧 不能有树木和电线杆等障碍物,供水渠道应有足够的过水断面以保 证供水，给一,台喷灌机供水时一般要求通过流量,0.1,0.13m,3,/h,还要求渠中保持一定的水深，一般水深至少,60cm,平移双悬臂式喷灌机,双悬臂式喷灌机田间工程布置特点,田间工程则是一个压力供水管网,有的喷灌机上附有一根略比悬臂长一点的软管，,这样可以将给水栓布置在两个喷点的中间，两个喷,点共用一 个给水栓,湿润面积略有重复，而且整个喷灌面积都能为各,喷点工作的喷灌机的湿润面积所覆盖,在给水栓处的水压力应等于喷灌机的工作压力，,一般为,400,650,kPa,各喷点之间要布置道路，以便拖移,旋转双悬臂式喷灌机,电力驱动式,水力驱动式,油压驱动式,压气驱动式,机械或缆索传动式,时针式喷灌机,Center-pivot sprinkling machine,小麦用时针式喷灌机,主管、支管,水 源,湖泊,井泉,渠道,河流,喷灌系统的组成,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,灌溉系统配套,灌溉系统配套,喷灌系统的组成,(Constitute),喷灌系统,的分类,(Classify),喷灌系统的,规划设计,Plan and design,六、喷灌系统主要内容,喷 灌 系统,管道喷灌系统,机组喷灌系统,固定式喷灌系统,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,固定式喷灌系统,(solid-set system),移动式喷灌系统,(Portable system),半固定式喷灌系统,(Semi-portable system),绞盘式喷灌机,平移式喷灌系统,(Linear-move system),时针式喷灌系统,(Center-pivot system),喷灌系统的规划设计,收集规划所需资料,水量平衡计算,选择喷灌系统的形式,选择喷头及确定喷头的组合形式,布 置 干、支 管,拟定喷灌工作制度,管网水力学计算,图 纸 绘 制,材 料 统 计,工 程 预 算,效 益 分 析,施 工,1,、基本资料的收集,一般应有,1/500,1/1000,比例的地形图，以此了解水,源情况，确定灌区部位、范围、水泵位置及高程；,设计管路或渠道网以及道路的布局和尺寸，按合理,的耕作方向，拟定喷灌系统的作业方式等。,(1),灌区地势、地形资料,要测定流量和水位高程及变幅，可供水量和保证,率，研究水源工程问题。如果是井水，考虑群井,汇流的可能条件。,(2),水源调查,了解当地种植结构、轮作制度、机械化水平，以,及与开展喷灌有关的农业种植、耕作的现状与存,在问题，确定主要喷灌作物和喷灌任务，在总结,当地群众生产经验的基础上，拟定喷灌制度,(,包,括喷灌时间、次数、每次喷水量和总用水量,),。,(3),种植制度及群众高产灌溉经验,收集降水、气温、地温、风向、风力等与喷灌有,密切关系的农业气象资料，据以分析确定喷灌任,务、喷灌制度、喷灌的作业方法、田间喷灌网的,合理布局,(4),农业气象,土壤透水性是确定喷灌强度和灌水量的重要指标,组合喷灌强度应该小于土壤入渗强度。,(5),土壤,不同作物在不同生育期的耗水量随各生育阶段中耗,水和气候条件不同而有差别，需根据试验取得资料，,设计时采用喷灌作物耗水最旺时期平均日耗水量为,准,(,以毫米日计,),。用表示。在设计灌水深,mm(,以,毫米计,),为已知的情况下，可得：,(6),作物耗水量,调查有关喷头、水泵、动力设备、管材产品和工程,材料及价格等。社会经济状况,了解当地群众的年平,均收入。,(7),其它,2,、水量平衡分析,Water balance analysis,目的：确定灌溉面积，蓄水工程规模,选择设计典型年,计算典型年的作物需水量和典型年灌溉用水量,其它用水,1.,用水分析,Water used analysis,来水总量及其在时间上的分配都能满足用水要求,时，不建蓄水池,当来水总量满足要求，但在时间分配上不能满足，,修建蓄水池调节,当来水总量不能满足要求，确定适宜的灌溉面积,3.,用水平衡计算,Calculation of water balance analysis,2.,供水分析,Water supply analysis,步 骤,Process,Intention,3,、选择喷灌系统的形式,半固定式喷灌系统,用于小麦等,二,小型机组式,山区或经济价值较低的作物,三,绞盘式喷灌机,小麦等大田作物,四,大型平移或时针式喷灌机,大型农场,五,固定式喷灌系统,用于喷灌次数多，经济价值高的作物,一,喷头的选择,1,喷头的组合方式,2,计算喷头和支管的间距,3,计算组合平均喷灌强度,4,4,、选择喷头及确定喷头的组合形式,考虑灌溉作物：,蔬菜,水滴小和喷灌强度较小的中低压喷头,玉米、高粱等,水滴较大和喷灌强度较大的高压喷头,考虑土壤砂壤土,喷灌强度较大的喷头,粘壤土,喷灌强度较小喷头,4.1,喷头的选择,考虑风速：,风速大的地方宜选用喷灌强度较大、水滴直径较大的中高压喷头,例如,：灌溉作物为蔬菜，砂壤土，宜选用喷灌强度较大而水滴直径较小的喷头。如选用,ZY,2,喷头，喷嘴直径,7.0mm,，工作压力,350kPa,，喷头流量,q=3.2m3/h,，射程,R,18m,原则,：,在保证喷洒均匀、不留空白的情况下，使喷头和支管的距离应尽量大,组合方式,：,正方形、矩形、正三角形、三角形和扇形等,4.2,喷头的组合方式,设计射程：,R,设,KR (K=0.7,0.9,K,反映了风的影响),不同的布置方式及喷头、支管间距,4.3,计算喷头和支管的间距,按,如下公式计算：,4.4,计算组合平均喷灌强度,布置原则：,1,、管道总长短，造价低,2,、有利于管理（轮灌或分）,3,、平原区，支管与作物种植方向一致，,在山区，支管沿等高线布置,4,、管线纵剖面应力求平顺，减少折点,（避免负压,）,5,、管网布置,The disposal of pipe network,6,、水源应在地块中央，经济。,5,、支管上各喷头的工作压力力求一致，或在允许,的范围内，遵循水利设计准则。,陡坡上（下坡）,:,缩小管径；（上坡）,:,管道不宜太长,6,、拟定喷灌工作制度,1.,灌水定额,Irrigation quota on each application,2.,一次灌水时间,3.,允许一次同时工作的喷头数,3.,允许一次同时工作的喷头数,H1,H2,H3,水头损失：,水流经过管道过程中机械能的损失,分为局部水头损失和沿程水头损失,7,、管道水力计算,沿程水头损失：,发生在管道均匀流的直线段，由于水流内部磨擦而消耗的机械能,局部水头损失：,发生在水流边界突然发生变化的流段，由于水流运动状态紊乱从而引起水流内部磨擦而消耗的机械能。如在变径、管件等处,Frictional head loss,Local head loss,7.1,水头损失计算,沿程水头损失,(Frictional head loss),：（达西公式）,管道沿程阻力系数,v,管道平均流速（,m/s),g,重力加速度，,g=9.8m/s,2,总水头损,(,Total head loss),：,caculation of head loss,局部水头损失计算：可根据水力学有关公式计算,喷灌中常采用以下经验公式计算沿程水头损失：,式中：,f,与沿程阻力系数有关的摩阻系数,m,流量指数,b,管径指数,上述,f,m,b,值可从有关表中查得,一般计算方法,:,7.2,多口管水力学计算,简易计算方法,(Simple computing method),：,喷灌支管的特点：每隔固定间距，就有一个喷头分流，每个喷头分流量或喷头出水量近似相等这种等间距、等流量分流的管称为多口出流管，有一种简便计算沿程总水头损失的方法,其方法为：,首先根据管首流量计算沿程流量不变时（不考虑分流）的水头损失,h,f,，然后再乘以一个小于,1,的折减系数,(,多口系数,),F,，,即得多口管的沿程水头损失：,多口系数,F,与出流孔数目，孔口位置及流量指数等有关，其计算公式为：,7.3,多口管沿程水头损失的计算,式中：,m,流量指数（与材质有关）,N,管上出水口总数（或喷头总数）,x,第一个出水口到管道进口距离与出水口间,距的比值,即：,F,1,x=1,时的多口系数,多口系数已制成表，不必计算，可直接查取,H,0,H,喷头设计压力,H,竖管高度,3/4H,f,0.4Z,（,下坡，上坡L,0.4L,3/4H,f,H,f,Z,1/2Z,H,0,平均压力或平均流量所处的位置在：,距离支管进口,0.4L,处，此处的水头损失为,3/4H,f,要求此处的压力等于喷头的工作压力,支管进口水头,H,0,H,喷头设计压力,H,竖管高度,3/4H,f,0.4Z,（,下坡，上坡）,L,0.4L,3/4H,f,H,f,Z,1/2Z,H,0,支管设计主要的设计任务是限制喷头间的流量偏差，获得满意的均匀度和灌水效率。,一般原则为：控制同一支管上任意两个喷头的喷水量之差在,10,以内。此原则也等同于：,控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差不超过喷头设计工作压力水头的,20%,此即为,20%,规则,20%,原则,Example:,已知,：喷头流量,q=3.2m,3,/h,喷头个数,8,，喷头间距,18m,，,竖管高度,1m,，,喷头工作压力,350kPa,，,平地，支管采用,PVC,管,试分别计算：,1.,支管允许的最大压力差,2.,当支管管径采用,D,1,63mm,和,D,2,=50mm,时的支管水头损失和支管进口水头,干管,支 管,竖,管,H,0,H,f,H,f0,1.,支管允许的最大水头偏差：,350kPa20%=70kPa=7m,2.,水头损失和支管进口水头计算,当,D,50mm,时（内径46,mm,）,无旁孔出流时的水头损失,：,H,f0,=1.1 fLQ,m,/d,b,=1.1 0.94810,5,(718+9),(3.28),1.77,/46,4.77,=51.3 m,解：,多孔出流,时的水头损失,：,H,f,H,f0,F=51.3 0.387=19.8 m,支管进口水头,：,H,0,H,喷头设计压力,H,竖管高度,3/4,H,f,1/2Z,35m+1m+3/4 19.8 m+0=50.85 m,当,D,63mm,时（内径58,mm,）,无旁孔出流时的水头损失,：,H,f0,=1.1 fLQ,m,/d,b,=1.1 0.94810,5,(718+9),(3.28),1.77,/58,4.77,=16.9m,多孔出流时的水头损失,：,支管进口水头：,七、喷灌设备的多种用途,省力喷洒,环境保护,喷洒,防灾喷洒,Purpose,喷洒农药,冲洗及,充填,洒水,喷洒肥料,喷洒其他,化学药品,省力喷洒,Insufflation,废水（料）,处理,美化环境,降温,鱼塘充气,增氧,防尘净化环境,供水供电,环境保护喷洒,防冻霜,防风蚀,防海潮,风害,洒水除雪,防 灾 喷 洒,假设，灌区,120,亩（,270m,290m,），,作物为蔬菜，地形为平地，土壤为壤土，水井供水量,60m,3,/h,动水位20,m,，每天开机14,h,，作物最大日耗水强度,e=6mm/d,作物耗水高峰期日均降雨,P=0mm/d,，,设计灌水周期7,d,。,八、固定式喷灌系统规划,设计实例,一）收集规划收集所需的资料,水文地质、土壤（质地、土层厚度、冻土深度、土壤入渗率等）本世纪,地形、气象,作物品种和种植结构,动力、水源（出水量、动水位等）,社会经济状况,（二）水量平衡计算,目的：,已知水源供水量，确定灌溉面积,已知灌溉面积，确定引水量和调蓄容积,方法：,如果已知水源为水井，要求确定灌溉面积,假设灌水周期为,T,天，日耗水,e,毫米,T,天水井可供水量：,T,（,天）,C,日开机小时数,Q,井,(,m,3,/h),T,天用水量：,T,（,天）,(e-p)/1000 A 667,来用水平衡：,来水量用水量，即：,T,（,天）,C,日开机小时数,Q,井,(,m,3,/h),=,T