喷灌工程学讲座-中国节水灌溉网

喷灌工程学讲座吴涤非2005.08.15第一章喷灌的发展趋势•（一）国外喷灌的发展状况•1.喷灌面积大•2.喷灌面积占灌溉面积的比重大•3.喷灌面积发展速度快•（二）国外喷灌发展的趋势•1.继续发展多种多样的喷灌设备与喷灌系统•2.扩大单机和系统控制面积，提高机组适应能力各种喷灌机最大控制面积机型绞盘式双悬臂式滚移式中心支轴式平移式结构尺寸及有关数据喷头射程50m桁架长120m支管长400m支管长805m，最长182m，30个塔架支管长605m最大控制面积（亩）500750～950500～100065561920～3840国外喷灌发展的趋势（续前）•3.尽力节省能源•4.广泛使用轻质管道和塑料管道•5.采用自动化技术，提高喷洒质量•6.发展综合利用，向国民经济各部门渗透•7.重视喷灌基础理论和新技术的开发研究，注意多学科配合和协作生产我国发展喷灌的前景•我国发展喷灌的前景是广阔的、乐观的，但在今后的发展中应注意以下问题。•1.认真做好喷灌发展规划工作•2.按照经济规律发展喷灌•3.积极稳妥地引进国外先进喷灌技术和设备，加快我国喷灌设备的产业化•4.加强喷灌技术的科研第二章喷灌的优缺点•喷灌是喷洒灌溉的简称。它是借助一套专门设备将具有压力的水喷到空中，散成水滴降落田间，供给作物水分的一种先进的灌溉方法。•一、喷灌的优点•（一）省水•（二）增产•（三）省工•（四）省地•（五）保持生态平衡，改善人类和生物的生存环境•（六）提高产品质量，增加收入，增加出口•（七）适应性强、用途广、可综合利用灌水方法田间水利用率(%)喷灌85沟灌75畦灌65漫灌50滴灌90～95喷灌的缺点和局限性•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•2.受风和空气湿度影响大•3.技术要求高•4.高中压喷灌耗能校大•5.固定式喷灌不利于机耕•6.移动式、半固定式管道喷灌系统搬运管道困难•7.中心支轴式、平移式等大型机组对土地平整划一要求较高•（一）对于一个灌溉工程究竟是否选择喷灌，主要考虑以下几方面：•1.经济条件•2.技术条件•3.社会条件•4.群众、技术干部、领导对喷灌的认识和接受程度•。•（二）适宜发展喷灌的条件•1.采用地面灌土壤渗透太大，如沙地、河滩地等。•2.土层浅，平整土地容易破坏土层结构，或地形起伏不平，平整土地费用太高。•3.坡度较陡和容易受侵蚀的土壤。•4.水源的水量和流量不能满足地面灌溉的要求，或地面灌不能有效配水，而采用喷灌其水源水量和流量可以满足要求。•5.喷灌的设计和施工可以很快进行，能够尽快获得高产和经济效益。•6.劳力、资金、材料、设备及运输等有保证第三章喷灌工程规划设计•喷灌工程的规划应收集水源、气象、地形、土壤、作物、灌溉试验、能源、材料、设备、社会经济状况与发展规划等方面的基本资料。喷灌工程的设计应根据灌区地形、土壤、气象、水文、地质、作物种植以及社会经济条件，通过技术经济比较确定。规划设计原则、内容及成果要求•喷灌工程规划设计的原则1.喷灌工程的规划应以各地喷灌区划为基础，符合地区性农业区划和水利规划的要求，并与农村发展规划相协调，采用的节水技术应与农艺技术相适应并符合种植结构的要求。2.喷灌工程应通过技术经济比较及环境评价确定水资源可持续利用的最佳方案。其形式应根据当地自然和社会经济条件、水土资源特点和农业发展要求，因地制宜选择，可采用一种或多种类型。喷灌系统类型应考虑以下因素进行综合比较确定：3.喷灌工程规划成果应包括规划报告、概算书及工程布置图。4.喷灌工程应密切与排水、道路、林带、供电等系统，以及居民点的规划相结合，做到统筹安排，并注意充分利用原有的水利及其它工程设施。5.注意节省能源，在有自然水头可利用的地方，尽量发展自压或部分自压喷灌。•喷灌工程规划设计的内容•（一）勘测、收集基本资料•（二）喷灌可行性分析•（三）水源工程规划•1.选择取水方式和取水位置•2.选择蓄水工程的类型、数量与位置•3.蓄水工程容积的确定•（四）喷灌系统选型•（五）压力规划•（六）工程规划布置•（七）投资概算及效益分析•三、规划设计成果要求1.规划设计书的内容2.工程规划布置图3.预算书喷灌设备与喷灌系统类型的选择•一、喷灌设备•喷灌设备又称喷灌机具，是用于喷灌的动力机、水泵、管材、喷头等机械和电气设备的总称。简称“机、泵、管、头”。•（一）喷头•（二）喷灌输水管道和附件•（三）喷灌用泵•（四）动力机•（五）喷灌机（组）•把灌溉水源、喷灌设备和田间工程有机联系起来，以达到将灌溉水均匀地喷洒到田间，来满足农作物对水分的要求，这样一种水利工程设施称之为喷灌系统。•喷灌系统的分类方法有多种：（一）按系统获得压力的方式分类1.机压式喷灌系统2.自压式喷灌系统（二）按系统的喷洒特征分类1.定喷式喷灌系统2.行喷式喷灌系统（三）按系统的设备组成分类1.管道式喷灌系统2.机组式喷灌系统喷灌系统分类•三、各类喷灌系统的特点及适用条件（一）固定管道式喷灌系统（二）移动管道式喷灌系统（三）半固定管道式喷灌系统（四）定喷机组式喷灌系统1.使用单喷头机组的系统2.使用多喷头机组的系统（五）行喷机组式喷灌系统•喷灌设计标准和设计参数•一、喷灌设计标准喷灌设计标准和设计参数是喷灌系统设计的依据，是衡量一个喷灌系统规划是否合理，设计是否正确的主要技术标准。正确地拟定喷灌设计标准和设计参数，不仅能确保喷灌系统的喷洒质量和运行可靠性，同时也能保证工程经济合理。我国灌溉规划中常采用灌溉保证率法确定灌溉设计标准。喷灌工程设计保证率应根据自然条件和经济条件确定。丰水地区或作物经济价值较高时，可取较高值；缺水地区或作物经济价值较低时，可取较低值，但一般不宜低于85％。喷灌系统的设计保证率，在南方地区不宜低于90%，在北方地区不宜低于85%。•二、喷灌设计参数•1.设计灌水定额和灌水周期•2.设计风速和风向•3.喷洒水利用系数•4.喷灌均匀系数•5.喷灌强度•（1）设计喷灌强度。•（2）组合喷灌强度。•(3)允许喷灌强度。•6．一个位置的喷洒时间和设计日净喷时间•7.支管首末端喷头压力差•8.喷灌系统喷头工作压力•9.作物雾化指标设计灌溉制度和喷灌用水量计算•农作物的灌溉制度是指播前及全生育期内的灌水次数、灌水日期、灌水周期和灌水定额和灌溉定额。设计灌溉制度是指符合设计标准的代表年的灌溉制度，它是确定灌区设计流量和用水量的依据，也是确定喷灌系统总流量、分区流量和确定系统工作制度的依据。•（一）设计灌溉制度的拟定方法•在规划设计中，常采用以下3种方法来确定灌溉制度。1.总结群众丰产灌水经验根据当地或邻近地区群众积累的多年喷灌和其它灌溉的经验，深入调查符合设计要求的干旱年份的灌水次数、灌水时间和灌水定额等数据，据此分析确定设计灌溉制度。2.利用灌溉试验资料多年来各地进行了不少喷灌田间试验，积累了一定的资料。在认真分析试验资料的基础上，制定设计灌溉制度。3.水量平衡计算方法利用农田水量平衡原理，经分析计算制定灌溉制度。当参与计算的各因子数据准确时，计算结果较为可靠。•二、设计灌水定额和灌水周期的确定（一）设计灌水定额的计算（二）设计灌水周期的计算•三、喷灌用水量及用水流量的计算（一）设计年用水量计算（二）喷灌设计流量计算（三）随机用水的喷灌设计流量计算)(1.021Hm•水源分析与水利计算水源水量分析计算作为喷灌工程的水源，可有河川径流、地方径流、地下水及已建成的水利工程供水等不同类型。。蓄水工程容积计算蓄水工程的容积需根据来水和用水的平衡关系来确定。蓄水工程地址选择第四章喷灌系统技术设计•设计的步骤一般如下：1.了解规划的内容，掌握设计的原则、方案和总体布局。2.搜集基本资料，在规划设计的基础上，根据技术设计的要求提出需要补充搜集或提供更详细资料的清单。3.准备设计依据，包括文件、合同、标准、规范、设计手册等。4.设计计算。包括灌溉制度、喷头选型及校核、系统布置、管道选型、水力计算、水泵选型、系统结构设计、预算和经济分析等。5.绘制设计图纸。6.形成设计文件，设计审核、批准。设计内容•（1）基本资料，和规划阶段基本一致，但更详细一些。•（2）喷灌系统选型。•（3）拟定作物灌溉制度、计算喷灌用水量。•（4）水源分析与水源工程规划。•（5）喷头选型与组合。。•（6）喷灌系统布置。•（7）拟订喷灌工作制度。给出有关各项数据，进行轮灌编组、安排轮灌顺序。•（8）管材与管径的选择。•（9）管道系统结构设计。绘制管道纵剖面图、管道系统结构示意图。•（10）喷灌系统设计流量和设计扬程的确定，水泵及动力机选配。各级管道的压力校核。•（11）技术经济分析。编制材料设备明细表；进行工程投资预算，年费用及效益估算；进行经济分析，计算经济指标。•在设计说明书中，还要对施工及运行管理提出必要的要求，阐明有关注意事项。设计图纸•（1）系统平面布置图。绘在比例尺不小于1/2000的地形图上。图中应标明灌区边界及内部分区线，水源、水源工程及泵站的位置，输电线路的位置和走向，各级管道及喷点的位置，各类闸阀、给水栓以及其它附属设施的位置，还应标明管道的名称及编号。•（2）管道纵剖面图。绘出各级管道的纵剖面图，其中固定支管一般可绘制一两条作为典型。管道纵剖面图应绘出地面线、管底线，标出各种管件（如阀门、三通、四通、异径管等）和镇墩的位置，底栏应包括桩号、地面高程、挖深、纵坡和管径等栏目。•（3）管道系统结构示意图。以透视图形式绘出固定管道系统的结构示意图，标出各段管道的材质、长度、管径及各种管件的规格型号。•（4）工程建筑物设计图。包括泵站平面图、立面图、电气主结构图，以及蓄水池、工作池、阀门井、泄水井、镇墩的设计图。喷灌系统管道布置•田间管道系统的布置一般应遵循以下原则：1.应符合喷灌工程规划的要求。2.喷洒支管应尽量与耕作和作物种植方向一致。3.喷洒支管最好平行等高线布置，如果条件限制，应尽量避免逆坡布置。4.在风向比较恒定的喷灌区，支管最好垂直于主风向布置，应尽量避免平行主风向布置。5.喷洒支管与上一级管道的连接，应避免锐角相交，支管铺设应力求平顺、减少折点。影响田间管道系统布置的主要因素在贯彻以上原则时，有时会出现矛盾，这时应根据具体情况进行分析比较，分清主次，因地制宜地确定布置方案。影响管道布置主要有下列因素：1.地形条件2.地块形状3.耕作与种植方向4.风向和风速5.水源位置•田间管道系统的布置形式1.丰字形布置2.梳子形布置喷头选型和组合间距•按照《喷灌工程技术规范》规定，选择喷头和确定组合间距的具体要求如下：1.喷灌强度不超过土壤的允许喷灌强度值。2.组合均匀系数不低于规范规定的数值。3.雾化指标不低于作物要求的数值。4.有利于减少喷灌工程的年费用。•喷头的喷洒方式和组合形状喷头的喷洒视喷头的类型和附属设备的不同有多种方式，如全圆喷洒、扇形喷洒、矩形喷洒、带状喷洒等。一般情况下使用全圆喷洒，在田边路旁或房屋附近有时使用扇形喷洒。喷头的组合形状也称布置形式，一般用相邻4个喷头组成的平面图形表示。喷头的基本布置形式有两种，矩形组合和平行四边形组合。•设计喷灌强度•当喷洒水利用系数近似为1时，设计喷灌强度可用下式求取：ρ=1000Q/A式中：ρ——设计喷灌强度，（mm/h）；Q——各同时喷洒喷头的流量和（m3/h）；A——各喷头同时喷洒时地平面上的湿润面积，（㎡）。•当风速超过1m/s，多喷头设计喷灌强度可以通过修正ρs的方法用下式计算：ρ=KwCρρsρ——组合喷灌强度（mm/h）；Cρ——组合系数,；Kw——风系数,；ρs——单个喷头独立喷洒设计喷灌强度,也可由喷头性能表查出。•组合间距的确定•确定喷头组合间距的常用方法有3种1.第一种是先选定喷头参数，再定组合间距，然后验算是否满足喷灌质量的要求；2.第二种是先确定控制喷灌质量的参数，再据以选择喷头及参数，然后确定组合间距；3.第三种是先确定组合间距，再按喷灌质量要求找出控制条件，然后据以选择喷头及其参数。•第一种方法的优点是对喷头的品种规格有多少要求不高，缺点是不能避免试算；第二种方法是由第一种方法改进而来，可