节水灌溉技术之农场自动喷灌系统设计样本.doc

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节水灌溉技术之农场自动喷灌系统设计
1、 农场自动喷灌系统技术简介
托普物联网指出农场自动喷灌系统是把由水泵加压或自然落差形成的有压水经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。一般说来, 其明显的优点是灌水均匀, 少占耕地, 节省人力, 对地形的适应性强。主要缺点是受风影响大, 设备投资高。经过20多年的努力, 现在中国已有喷灌面积80多万公顷。喷灌系统的形式很多, 其优缺点也就有很大差别。
( 一) 适用范围
　　喷灌的适应范围很广, 对土地平整要求不高, 地形复杂的山岗缓坡地、 大小不平的田块都可进行喷灌; 大田作物、 瓜果蔬菜、 经济作物、 果树、 牧草等都能够采用喷灌。同时, 灌溉既可用来灌溉农作物, 又可用来喷洒肥料、 农药, 还可用来防霜冻和防干热风等。
　　( 二) 操作步骤
　　1.准备:
　　( 1) 水源。河、 湖、 渠、 塘、 库、 井、 泉都可作为喷灌系统的水源。
　　( 2) 动力。可根据自身条件, 用拖拉机、 柴油机、 电动机或汽油机等作为喷灌系统的动力, 功率大小要与水泵配套。
　　( 3) 水泵。喷灌系统最常见的水泵有离心泵、 自吸离心泵、 潜水电泵、 深井泵等。少数地区, 也可利用自然水头。
　　( 4) 输水管网。管道与管件是喷灌系统的重要组成部分。在喷灌系统中, 管道的投资往往占设备总投资的50%以上, 因此要因地制宜、 经济合理地选用管材。当前, 固定管道常见的管材有钢管、 钢筋混凝土管、 石棉水泥管、 塑料管等。移动管道常见的有软管和轻质硬管两种。另外, 为了连接和控制管道系统, 还要配有一定的弯头、 三通、 四通、 闸阀、 接头和堵头、 压力表、 置水装置等。
　　( 5) 喷头。按射程大小可分低压近射程、 中压中射程、 高压远射程以及微喷头4 大类; 按喷嘴多少可分单喷嘴、 双喷嘴、 多喷嘴喷头; 按结构形式可分管孔式、 莲蓬式、 缝隙式、 漫射式和射流式喷头。一般情况下, 低压喷头喷水量小、 射程近、 强度低、 水滴小、 雾化程度高, 适用于喷灌浅根作物, 如蔬菜、 苗圃、 花卉和幼嫩的作物及作物的幼苗期。中压喷头适应多种作物和各种土壤。高压喷头适用于草原、 果林喷灌。从土壤性质看, 粘性土宜选用低喷灌强度的喷头; 砂性土可选用喷灌强度较高的喷头。
　　( 6) 农场自动喷灌系统的选择 ①固定式喷灌系统。除喷头外, 所有管道都是固定的。其特点是: 生产效率高, 运行管理方便, 运行成本低, 工程占地少, 有利于自动化控制和综合利用; 但设备利用率低, 单位面积投资高。适用于灌水频繁的蔬菜和经济作物及地面坡度陡、 局部地形复杂的地区。 ②移动式喷灌系统。动力机、 水泵、 干管、 支管、 喷头都可移动。其特点是使用灵活方便, 又能节省大量管材, 亩投资较低。但工作条件差, 劳动强度大, 喷洒质量不够高。 ③半固定式喷灌系统。动力机、 水泵、 干管都是固定的, 支管和喷头是移动的。其特点是既提高了设备利用率, 降低了系统投资, 又比移动喷灌操作运用简单、 劳动强度低、 生产率高, 是当前应用最为广泛的一种喷灌系统。
　　2. 管道( 渠道) 布设和连接喷灌的管道布设和连接要根据出水量、 输水距离、 田块形式、 面积等选择适宜的喷灌系统, 合理选用适宜的管、 喷头。然后根据管材性质、 地形条件、 喷灌系统特点进行布设。
　　( 1) 梯田喷灌。选择梯田连片的坡面, 从坡面上部往下坡数到第二个梯田埂开始, 顺着田埂的坡下脚, 开挖一条田间主渠道, 从地头开始, 沿渠道隔150米先修第一个吸水池, 接着每隔200米修第二个吸水池; 两池之间距离均为200米, 两吸水池距地头均为100米, 每池可蓄水0.7～1立方米。每隔4个田埂坡面修吸水池同上。横穿田面修小毛渠, 经过梯田田埂跌水, 将上下池子连接起来; 或用"小白龙"直接将上下吸水池的进出水口连接。每隔几个吸水池布设一台喷灌机。喷灌机的动力和水泵布设在吸水池的上方田埂上。
　　( 2) 软管喷灌 ①自压喷灌。用于引水导流的管有橡胶软管、 锦纶塑料管、 聚氯乙烯塑料管、 竹管、 瓦管、 木涧槽等。其中用橡胶管输水进地, 直接输送喷头用水, 常见的是每根长10～20米的管径为25毫米或43毫米纯胶管和夹皮胶管; 胶管之间用加工的竹青、 空心木管或铁皮管作内接头直接连接。当一根输水管要分接两根以上支管时, 可用白铁皮制作的多头通管作内接头, 分接出支管; 橡胶管与通管的连接处, 可外加管箍扣紧, 防止漏水脱落。自压喷灌对水头的要求不高, 3米、 5米、 10米都能够; 水头过大可先引水入塘, 然后再用胶管从塘中引水喷灌。水源相距较远, 可因地制宜开挖沟渠或采用竹、 木、 瓦材引水, 以减少投资。 ②机动喷灌。利用柴油机、 汽油机、 电动机、 潜水泵、 手摇泵等机械动力抽水加压, 软管输水喷灌。机具用锦纶塑料管或麻布水龙头带接泵出口, 作输水干管。为便于管道的拆装搬运, 两管之间用快速接头连接; 当有压水流输送到喷灌地块后, 根据地块的分布, 干管经过多头通管, 从一侧或两侧分接橡胶软管喷灌。机具配用的多头通管, 常见白铁皮制作, 干管输水压力较大时, 可用钢管加工制作; 连接胶管的一端, 可另装阀门, 便于控制工作支管的工作压力与出水量。机组分接支管多少, 可根据地形、 水泵扬程、 使用管路长短及选择的喷灌方法而定。机组都是可移动的, 也可用钢管作输水干管, 根据地形与地块分布, 安装成固定的形式。输水干管在不同的高程位置, 分级装置多头通管, 工作时直接用软管引水喷灌。在灌区最高处可布置调蓄水池, 底部装有放水口, 工作时利用已造成的水头高水低用。
　　( 3) 微型喷灌。根据灌溉作物的要求, 选择不同规格的管材和管件, 按材料要求连接。支管以下管路一般埋在地下, 支管以下一般为地上部分。
　　3. 农场自动喷灌系统方法
　　( 1) 梯田喷灌。喷灌的方法是顺着田埂, 把帆布管全部接好, 将喷头和支架架在田埂的80米处, 可控距离100米, 先远后近倒退喷灌。喷头转动的角度为270度, 喷头射程可控制上下两梯田田面, 喷灌面积12亩以上。 
　　( 2) 软管喷灌。软管喷灌是适应山区特点的喷灌法。自压喷灌时, 利用水的自然水头压力, 使用软管导流, 进行高水低用。自压喷灌对水头的要求不高, 在2公斤/平方厘米压力以下工作, 每根工作管路由两人操作, 一人手持管沿墒沟顺行喷水, 一人在后整理后路, 操作时减少在地面拖拉、 扭曲、 折叠。每人每天喷灌1～2亩。机动喷灌时, 根据地形和机组的扬程大小灵活运用, 喷灌地块在水泵扬程范围内, 可一次提水直接带动软管喷灌; 如地形高或扬程不够则在增加提水工程和田间渠系配置后喷灌。如用172F汽油机带B25～35水泵, 提水25～28米及35米后, 直接带软管喷灌, 亩喷水量16.2～16.8立方米, 工效1.1～1.3亩/小时。软管喷灌方式可分为定点喷灌、 分行喷灌和全面喷灌3种, 由于软管是由人工控制和移动的, 从管口喷出的压力水流, 能够经过人工或手持式喷头调整, 把水流分散成雨点对作物全面喷灌, 也可对条播套种作物分行喷灌; 还可把水流集中起来, 对作物定点喷灌节约用水。根据作物种类、 播种方法、 不同生长期及山区梯田地块情况, 因时因地制宜, 灵活掌握。各地土质、 气候条件不同, 各种喷灌方式需水量也不一致。定点喷灌玉米亩需水5～8立方米, 每穴浸润深达40厘米左右, 保持土壤湿润6～7天, 比全面喷灌省水50%～70%。
( 3) 微型喷灌。微型喷灌又叫弥雾灌溉, 是一种新型灌水技术, 兼备滴灌和喷灌的优点。能准确地控制灌水量, 低压、 低流量供水, 灌水间隔短, 只湿润作物根区部分土壤。雾化程度类似牛毛细雨, 雨滴直径只有0.5～0.6毫米。比地面灌溉省水75% 。微型喷灌只要根据不同地形把地上软管放置好, 即可喷灌。微型喷灌一般应用于瓜菜、 果树、 花卉、 棉花等。

4、 农场自动喷灌系统的优点
    1、 省水
    喷灌能够控制喷水量和灌水均匀性, 避免地面灌时容易产生的地面径流和深层渗漏损失, 因而能够提高水利用效率, 节约灌溉用水。
    2、 增产
    喷灌能够采用较小灌水定额对作物进行浅浇勤灌, 便于严格控制土壤水分, 使之与作物生长需水更相适应; 喷灌对耕作层土壤不产生机械破坏作用, 可保持土壤团粒结构, 使土壤疏松、 孔隙多、 通气条件好, 促进养分分解、 微生物活跃, 提高土壤肥力; 喷灌能够调节田间小气候, 增加近地表层温度, 夏季可降温, 冬季可防霜冻, 还可淋洗茎叶上的尘土, 促进呼吸和光合作用, 因而给农作物创造了良好的生活环境, 促进作物生长发育, 达到增产的目的。
    3、 省工
    喷灌能够实现高度的机械化, 大大提高生产效率, 特别是采用自动化操纵的喷灌系统, 更可节省大量的劳动力。喷灌取消了田间的输水沟渠, 减少了杂草生长, 免除了整修沟渠和清除杂草的工作; 喷灌还可结合施化肥和农药, 也可节省大量的劳动。
    4、 省地
    喷灌管道输水, 无需田间的灌水沟渠和畦埂, 一般情况下, 干、 支、 斗、 农、 毛渠占地约10～15%, 相比较, 喷灌可增加耕地7～10%。
    5、 提高产品质量
    中国许多地方的实践都证明, 喷灌不但能增产, 还能提高产品质量。如茶叶喷灌, 不但产量得到提高, 而且品位也能提高一等。果树喷灌能够大幅度提高一、 二级果比例。
5、 农场自动喷灌系统的缺点和局限性
    喷灌也有一定缺点和局限性, 主要是以下几方面;
    1. 投资较高
    与地面灌溉相比, 喷灌投资较高, 当前半固定式喷灌如不计输变电和人工杂费, 一般每亩300～500元, 全包括约500～800元。固定式喷灌就更高, 有的高达1000元/亩。
    2. 喷灌受风和空气湿度影响大
    当风速在5.5～7.9m/s即四级风以上时, 能吹散水滴, 使灌溉均匀性大大降低, 飘移损失也会增大。空气湿度过低时, 蒸发损失加大。据美国德克萨斯州西南大平原研究中心的试验, 当风速小于4.5m/s(三级风)时, 蒸发飘移损失小于10%; 当风速增至9m/s时, 损失达30%。中国经过在宁夏、 陕西、 云南、 河南、 湖北、 北京、 福建、 新疆等八个省市的统一实测, 在相对湿度为30％～62%、 风速0.24～6.39m/s的情况下, 喷洒水损失为7～28%。
    3.耗能较大
    为了使喷头运转和达到灌水均匀, 必须给水一定压力, 除自压喷灌系统外, 喷灌系统都需要加压, 消耗一定的能源。