滴灌基本知识与运行管理

1滴灌基本知识与运行管理前言水利是农业的命脉。节水灌溉是实现精准农业和农业现代化、实现作物增产、团场增效、职工增收的重要措施和途径。发展农业生产，实现精准农业，对节水灌溉工作提出了新的要求，概括起来主要体现在“三个替代”上，即现代的灌溉设施替代传统灌溉设施；精准灌溉替代模糊灌溉；水、肥、药集成技术替代单纯的灌水技术，灌溉设施作为设施农业重要组成部分影响着农业的发展。这是我们依靠科技发展农业生产、增加效益对灌溉事业的基本要求，也是节水灌溉建设努力的方向。节水灌溉的发展，也带来了人的观念的转变，主要是在灌溉上由“浇地”的观念变为“浇作物”的观念；带来了耕作制度的改变，主要是作物密度合理提高，生育期施肥由机械中耕施肥变为了随水滴施；带来了管理方式的革新，变分散式灌水为统一、科学、专业的滴水，在管水上主要是由常规灌的管理模式革新为滴灌技术的管理，灌水上由“暴饮暴食”革新为根据不同作物各生育阶段需水规律的适时适量灌水，农艺管理措施也相应发生了变革，每个职工的承包管理定额也得到了较大幅度的提高；带来了技术革新和新科技、新技术的广泛运用，如滴灌材料、土壤墒情监测、测土施肥、自动化控制等，促进了农业现代化的发展。在我们七师大面积建设和使用滴灌具有“四个必要”：1、从中低产田向高产田发展的必然要求；2、现代化农业发展的必然要求；3、减轻职工劳动强度，提高劳动生产率的必然要求；4、职工增收、团场增效的必然要求。随着十一五期间大面积滴灌工程竣工投入使用，再加上原有滴灌、农业综合开发项目和土地整理滴灌的实施，2010年农业生产中全师使用滴灌面积122万亩，主要灌溉作物为棉花，其余为番茄等作物。滴灌的使用，取得了受灾之年增产增收的实效。第一章滴灌的定义、常用术语及特点一、定义：滴灌——即滴水灌溉，是通过一套管道系统将有压力的水直接输送到每棵作物根部，水由每个滴头直接地、缓慢地滴在作物根系最发达区域土壤中，使作物主要根系活动区土壤始终保持最优含水状态的灌溉方法。笔者认为，目前在大田应用中比较成熟的就是固定首部、地埋干管的滴灌，轮灌方式的主流方向应该是支管轮灌。2二、常用术语1、扬程：单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。扬程用H表示，单位为米（m）。泵的压力用P表示，单位为Mpa（兆帕）。它们之间存在着换算关系。10米＝0.1Mpa。2、压力损失：水流在管道流动，需要克服各种阻力而消耗能量，在管道内一般表现为压力的不断下降，下降的数值就是压力损失。压力损失和水头损失是一个意思。3、流量：单位时间内通过过水断面的水体体积叫流量。流量用Q表示。对水泵流量是单位时间内泵排出液体的体积。计量单位：立方米/小时（m3/h）,升/秒（l/s）,立方米/秒（m3/s）1L/s=3.6m3/h1m3/s我们通常又叫成1个水如：0.1个水＝0.1m3/s＝100l/s＝360方／小时4.灌水定额：单位面积上一次灌溉的水量。以立方米/亩次为单位。5.灌溉定额：作物生育期内各次灌水定额的总和。以立方米/亩为单位。6.灌水次数：指作物生长期内浇水的遍数。⒎田间持水量：在不受地下水影响且没有地表蒸发的情况下，土壤充分湿润和重力水排走之后，土壤所能保持的最大含水量，称作田间持水量。田间持水量不是一种平衡，而是一种继续排水但非常缓慢的状态。当进入土壤的水分超过田间持水量时，一般只能增加土壤的湿润深度，而不能增加土壤的含水量，田间持水量一般被视为作物有效水的上限。⒏调萎系数：由于蒸发，土壤水库中的水不断减少，土壤水吸力逐渐增大，当吸力达到约1.5mpa（粘性土壤较大，砂土较小）时，作物不再能够吸收水分，并且永久枯萎，此时的土壤含水量称为调萎系数。田间持水量与调萎系数之间的土壤含水量，是土壤中能被作物吸收利用的水量，称土壤有效含水量，以土壤干土重的百分数表示。土壤的有效含水量变化很大，从轻质土壤的3%至重质土壤的15%。⒐灌溉制度：作物全生育期内各阶段的灌水次数、灌水定额、灌水周期、一次灌水延续时间组成灌溉制度。灌水定额和次数要根据当地实际情况，具体结合各作物生育特点及需求、土壤性3质和气象因素来确定。一般应由农业技术部门根据试验及生产实践经验总结计算确定。无试验资料时，可根据当地气象资料按彭曼法计算，计算出总需水量后，根据各生育期的需水量确定不同时期的灌水定额及灌水周期，确定总的灌水次数，合理分配灌溉水量。⒑轮灌制度：一个滴灌系统不是按全面积同时滴水设计的，是在保证最高峰需水期能按合理时间将需要的水量供应结束并结合水利分流学原理设计的。轮灌制度是不同滴灌系统按规范在保证灌水均匀度的前提下，将几个不同灌水单元（灌水小区）组合成一个轮灌组，系统若干个轮灌组按顺序进行灌水的制度。轮灌组不是一成不变的，是要根据实际铺设滴灌带的情况、各分干管所带支管、支管所带毛管的情况、滴灌带间距、滴头间距、滴头流量和作物种植情况复核调整的。组合轮灌组时要注意的问题：⑴系统水量要分流，全系统总水量不能集中在一条分干管中；⑵各轮灌组面积和流量相近；⑶尽量便于操作和管理；⑷按一定顺序编组；⑸同一轮灌组中作物相同。三、滴灌特点滴灌是一种局部控制性灌溉。它是利用滴头把有压水一滴滴的滴入作物根区的土壤中，供作物根系吸收，满足作物的耗水需要。水分在土壤中属于点源入渗运动，只湿润局部土体，不象喷灌一样对所有田间地面都灌水，因此，其用水量少。同时，由于采用滴水方式灌溉，滴头流道要有很强的减压作用，流道很小，对水质要求很高。滴灌与喷灌不同，滴灌只是湿润局部土壤，而且是从一个点源向四周扩散。由于土壤质地不同，其湿润区域（又称湿润峰）形状不同。湿润峰由饱和区、湿润区和湿润前沿区组成。⒈饱和区：灌溉时，滴头附近地表处形成一个很小的水洼，在水洼下有一个饱和区，饱和区内的水的运动主要受重力影响。在相同的滴头流量下，粘性土壤形成的饱和区大，而在砂性土壤中，饱和区较小，甚至没有。当增加滴头流量时，饱和区同时增大，即饱和区直径随滴头流量的增加而加大。而深度随灌水时间的沿长而加大。而饱和区的直径和深度随土壤的导水率的增加而减小。⒉湿润区：在饱和区的周围形成湿润区，在这个区域内，水流在重力和毛管力的共同作用下，4在垂直方向和水平方向同时流动，其流动方向是由作用力最大梯度决定的。对于粘性土壤，灌水初期，由于毛管力的作用梯度远远大于重力梯度，因而形成一个水平半椭球状湿润体，随着灌溉时间延长，水平方向的毛管力梯度下降，而垂直方向的重力梯度成为最大梯度，使湿润区在深度方向扩展。当灌水时间足够长时，水平方向毛管力梯度接近零，湿润体直径不能再扩大，只是在深度方向加大。湿润区直径的大小取决于土壤持水能力和滴头流量。随着滴头流量越大，饱和区直径越大，湿润区直径也越大。当流量大到一定程度时，就会出现径流。对于砂性土壤，由于水平方向毛管力梯度小，而垂直方向的重力梯度成为最大梯度，因而形成一个垂直的半椭球。因此，对于粘性土来说，其湿润区直径较大，深度一般较小，可使滴头间距取大，降低设备投资。而对于砂性土，因其湿润区直径较小，深度较大，所以，可使滴头间距缩小；相同滴头间距情况下，滴灌带间距和滴头流量可以调整变化。另外，对某一土壤来说，湿润区的变化主要是由滴头的流量和水量来控制的。一般情况下，湿润区直径随流量增大而增大，湿润区深度随水量增加而增加。因此，对粘性土来说，为防止其径流，应采取“小流量，大水量”灌溉。而对于砂性土为防止其深层渗漏，则采取“大流量，小水量”灌溉。在滴灌条件下，作物根系主要分布在湿润区域内，而且主要吸收湿润区中的水分。⒊湿润前沿区：在湿润前峰，土壤含水量等于灌水前的含水量，湿润峰的移动使湿润土体增大。湿润区域的变化特点，不仅决定了滴头间距和毛管间距。而且，也决定了滴水流量和水量的大小，它是滴灌工程设计中最主要考虑的因素。第二章滴灌的组成和各部分作用一、灌系统组成：水源、首部枢纽、管网系统、滴头（在毛管或带上）。1、水源：供水保证率不应低于85%，地表水、地下水均可，但水质应符合《农田灌溉水质标准》。用地表水的一般要有沉淀池。2、首部枢纽首部控制枢纽由沉淀池、水泵、过滤器、施肥罐、启动柜及各种控制和量测设备（如压力、流量、水表）。一般首部土建有设备的基础、泵房、配电间、管理房等。3、管路系统5包括主干管、分干管、支管、附管、毛管及必要的流量、压力调节设备等。管路土建有阀门井、排水井、镇墩与支墩等。二、各部分作用1、水源：是整个系统，也就是滴灌所要灌溉的目标需水的源泉。2、首部枢纽沉淀池：地表水沉淀池分为进水区、沉淀区、出水区。主要作用是：⑴清除水中存在的泥沙等固体杂质；⑵除去铁、锰等有害物质。泵房：用来布置机电设备，有条件的还建有管理房、库房等。水泵：一般由电机与泵体组成，是给滴灌系统吸水并提供正常工作动力（能量来源）的设备。一般地表水用离心泵，地下水用潜水泵。过滤器：是用来对滴灌用水进行过滤，防止各种污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。我师过滤器主要离心＋网式、砂石＋网式、网式自动反冲洗三种形式。施肥罐：作用是用来将适于根施且速溶于水的肥料、农药等在其内充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部。我师现采用的施肥罐主要有敞口自吸式和密封压差式两种。启动柜：一般用电做动力的系统均需要。其作用是起到启动、关闭水泵并实现缺相、过载等问题进行保护。采用的启动柜一般有自藕降压启动方式、软启动、变频启动。各种控制（如各种蝶阀、止回阀）和量测设备（如压力、流量、水表）：作用是保证滴灌系统的正常、安全运行，便于人们观测、操作。设备基础：主要满足强度、刚度与尺寸要求，以承受荷载，不发生沉陷和变形，保证电机、过滤器可靠运行。3、管网系统主干管：承担整个系统总水量（或总流量）的输送。分干管：承担其向支管的输水任务，每条分干上有蝶阀。支管：承担向毛管的输水任务，有稳流三通的，通过稳流三通自动调整毛管的进口压力。若有辅管，它与支管并行，从支管分水，向它带的毛管供水。6阀门井：用来启闭、保护及检修阀门。排水井：冬季防冻保护，冲洗管道时排出污水。镇墩与支墩：定位与支撑管道，防止变形、位移。4、滴头负责将水缓慢的将水和肥料滴到作物的根部。第三章滴灌系统操作规程滴灌的系统的操作规程分两个部分:泵房操作规程和地面管网操作规程。一、泵房操作规程㈠首部操作规程：开机：开机前，应按轮灌制度的要求将轮灌小区的打开。1、启动前准备：①首部枢纽投入运行前，运行管理人员必须检查电机设备是否正常；三相电是否缺相，电压是否在380—420V之间。各部位螺栓是否松动，如有问题及时处理。②开启水泵前，应检查水泵及过滤器各部位是否正常，抽出网式过滤器网芯检查有无砂粒和破损。③（盘车）水泵转动灵活；2、水泵启动和运行：确认设备完好后，才能启动水泵。⑴、启动设备为软启动或自藕降压启动①水泵出口蝶阀和反冲洗排水蝶阀应处于关闭状态；打开水泵上排气阀，关闭水泵出口蝶阀，开始加水，使水充满整个泵腔，然后关闭排气阀。②开机，启动水泵，当水泵达到正常转速后，再缓慢开启出水口蝶阀，第一次开机应将蝶阀完全开启时间控制在半小时以上。从开启出水口蝶阀到出水口蝶阀完全打开是一个慢慢开启的过程。在以后运行中开启应控制在10分钟以上。③水泵运行后，观察首部各部压力的变化。正常情况下首部装置的进口与出口的压差应小于0.07MPa（或小于7米）。⑵启动设备为变频启动①过滤器出口应处于关闭状态，水泵出口蝶阀处于打开状态。打开水泵上排气阀，关闭水泵出口蝶阀，开始加水，使水充满整个泵腔，然后关闭排气阀。7②开机，启动水泵，再缓慢开启过滤器出水口蝶阀。出水口蝶阀开启到打开一个慢慢开启的过程。检查电机电流、过滤站各压力表之间的压差是否正常，系统开始正常工作。若变频为托2或托3时，开启当第一台水泵工作后，当电机电流达到额定值时，停止打开出口蝶阀，电机工作5-10分钟后，再继续缓慢开启出口蝶阀，这时由于过滤器压力降低，第二台水泵便会自动投入工作。依此类推。使第三台水泵工作。③当水泵投入运行后，观察电机电流、过滤器、压力表变化情况。3、水泵停机：①水泵停机前，启动设备为软起或降压启动时，