农田水利

第四章（四）、微灌技术微灌技术一、微灌概述：1、定义：微灌是按照作物生长所需的水分和养分，利用专门的设备或自然水头加压，通过低压管道系统末级毛管上的孔口或灌水器，将水分和养分直接送到作物根区附近，均匀、适量的施于作物根层的部分土壤的灌水方法。第四节微灌技术1、滴灌2、微喷灌3、地下渗灌4、脉冲灌溉微灌是当今世界上最省水的、灌溉质量最好的现代化的灌水技术。20世纪70年代微灌技术形成一种完整的技术体系,得到广泛的应用,到1991年世界微灌面积达18万hm2,1992年我国为3.4万hm2,目前达20多万hm2。微灌技术主要应用于果树、保护地蔬菜、花卉和其他经济作物的灌溉。我国微灌技术的发展自1974年由墨西哥政府赠送三套滴灌设备开始引进滴灌技术以来，已近40年的发展历程，大体经历了以下三个阶段：第一阶段（1974－1980年）：引进滴灌设备、消化吸收、设备研制和应用试验与试点阶段。1980年研制生产了我国第一代成套滴灌设备，从此我国有了自行设计生产的滴灌设备产品。第二阶段（1980－1986年）：设备产品改进和应用试验研究与扩大试点推广阶段。由滴灌设备产品改进配套扩展到微喷灌设备产品的开发，微灌设备研制与生产厂由一家发展到多家，微灌试验研究取得了丰硕成果，从应用试点发展到较大面积推广应用。第三阶段（1987年至今）：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品。国家轻工总局在“八五”和“九五”期间都把微灌作为攻关项目正式立项，加大了开发研制投资力度，制定了微灌产品和微灌工程技术规范行业标准，使微灌工程建设与运行管理逐步走向规范，我国的微灌技术已趋于成熟。微灌技术微灌产品已系列化，形成完成产业支撑优点：（1）省水：比地面灌溉省水1/3-1/2；比喷灌省水15%-25%局部湿润土壤:以浇灌作物为主。灌水量小、灌水周期短，属微量精细灌溉范畴（2）节能：工作压力为50-150kPa。工作压力低，节约能源（3）灌水均匀：可达80%-90%。灌水质量高（4）增产：可达30%（5）对土壤和地形的适应性强：（6）在一定的条件下可利用微咸水：在含盐量为2-4g/L时作物仍能正常生长，并获得好的产量。（7）省力省地2、特点：缺点：（1）易堵塞：物理因素、生物因素、化学因素（2）会引起盐分积累：（3）可能限制根系发展：（4）造价一般较高微灌技术3、分类微灌一般按灌水器进行分类。常见的有以下几种方法：1、滴灌3、脉冲灌溉2、微喷灌4、地下渗灌滴灌二、滴灌（一）、概述1、概念：滴灌是利用滴头把水和肥料液一滴一滴均匀而缓慢滴入作物根部附近，借助重力渗入根区湿润土壤和保持最优的土壤含水量。2、滴灌系统组成水源工程首部枢纽输配水管网滴头滴灌滴灌系统模型水源：要求水质较好首部枢纽：水泵、动力、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护装置。滴灌输配水管网：一般分为干、支、毛三级管道，干、支管通常埋入地下。滴头：是重要的灌水设备。滴灌（1）滴头一般用塑料压注而成，工作压力为100kPa,孔径0.3-1.0mm之间，流量0.6-1.2L/h。有微管式、管式、涡流式和孔口式几种形式。3、主要专用设备专用设备主要有：1、滴头2、过滤器3、肥料罐滴头参数标注法（2）过滤设备初级处理水质的设备有拦污栅、沉淀池和离心式泥沙分离器在此基础上采用沙石过滤器、筛网过滤器、碟片过滤器进行过滤。离心过滤器结构原理图滴灌（3）肥料装置压差式肥料罐：利用压差将肥料罐内的肥料输入管网中施肥。2、4为进出调节阀工作原理：水流通过一个由大渐小，然后由小渐大的文丘里管道喉部，水流过中间狭窄部分时流速加大，压力下降，当管喉部管径小到一定程度时管内水流便形成负压（伯努利方程），在喉管侧壁上的小口可以将肥料溶液从一敞口肥料管通过小管径细管吸上来。gvPZE22（二）、滴灌工程的规划设计如右图所示，规划设计就是将灌溉系统进行布置和参数设定。规划设计分工程规划和设计两部分。滴灌1、滴灌工程规划（1）规划任务：勘探和收集资料、论证工程的可行性、确定工程规模、成果整理和工程概算（2）规划原则：与其他灌溉工程统一安排、考虑多目标综合应用、重视经济效益、因地制宜、近期发展与远期规划结合（3）基本资料收集：地理地形、土壤地质、农业与灌溉、水文与气象、其他（4）水源分析与用水计算：水量、水位、水质（5）管网布置：初步布置灌溉系统的输水管网滴灌对系统初步选型和布置（1）设计参数的确定涉及两个主要参数：作物需水量和日耗水强度。A、作物需水量因滴灌属局部灌溉，不考虑棵间蒸发。因此，只要计算出湿润部分的耗水量即可。即：ETc=ET*P式中：p为湿润比，%ET为一般情况下的作物需水量从上式看，作物需水量关键是计算湿润比p。2、滴灌工程设计滴灌系统设计包括：1、参数设计2、灌溉制度确定3、水力计算4、运行管理制度1、确定各种材料、设备需要的规格、数量；2、确定系统建成后运行的制度。滴灌土壤湿润部分按湿润比计算，如右图示湿润土体占计划湿润层总土体的百分比，通常以地面以下20-30cm处湿润面积计算。20-30cm滴灌滴灌的土壤湿润比是重要设计参数，对工程投资影响很大，应慎重选取。规范要求，一般的宽行作物及果树取20%-30%，蔬菜和密植作物取70%-90%。设计时先将滴头进行布置，然后计算湿润比，计算值要稍大于设计土壤湿润比湿润比计算与滴头布置有关(a)果树滴头毛管DwSLSe湿润面积滴头控制面积湿润比计算与滴头布置有关(b)果树毛管滴头S2S1SrP1、P2计算图(c)以作物滴灌微喷灌果树25-4040-60葡萄、瓜类30-5040-70蔬菜60-9070-100棉、粮、油等60-90100常用设计土壤湿润比（参考）B、设计耗水强度：采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值。由当地试验资料确定，无资料时可参考下表或通过计算确定。日耗水强度：e=m/TTmθminθmax日耗水强度的计算主要是为计算灌水周期。作物微喷灌滴灌耗水强度（mm/d）果树4-63-5葡萄、瓜类4-73-6蔬菜（保护地）2-3蔬菜（露地）5-84-7粮棉油等作物5-84-6作物设计耗水强度参考值（a）、选用参考值确定设计耗水强度滴灌（b）、计算法确定设计耗水强度滴灌作物耗水主要用于生理消耗,因此耗水量仅与作物对地面的遮荫率有关，即植物冠越大耗水越多,反之越小：Ea=Kr*EcKr=Gc/0.85Ec为非微灌的耗水强度（mm/d）Ea为设计耗水强度（mm/d）Kr为遮荫率对耗水强度的影响系数，当Gc/0.85大于1时，取1；Gc为遮荫率，作物覆盖面积与种植面积的比值，大田作物和蔬菜可取0.8-0.9，果树可按树冠和占地面积计算。A、系统布置在1/2000-1/500地形图上进行初步设计，然后进行现场修正。毛管和滴头的布置见图示。(2)、系统设计主要有两项内容：1、系统部置2、灌溉制度确定B、灌溉制度的确定ZCm;TmOEθmaxθmin16342578910如图，设有10个相等地块，T=10d。若每个地块一次灌水需要灌1天，则10个地块灌一遍需10天，可分为10个轮灌区，N=10；若每个地块需2天，10天灌一遍，则N=10/2=5，即分为5个轮灌区。轮灌区示意图(3)、系统水力计算——确定管径、选择水泵、动力VQVQD13.14bmfDLQfhgVhj22A、管径计算:(a)沿程水头损失:(b)局部水头损失:B、水头损失计算:式中:Q为流量,V为设计流速式中:Q为流量,V为流速L为管长f、m、b为系数式中:V为流速，为系数C、选择水泵(4)运行管理组织管理：管理机构、管理章程用水管理：灌水制度、灌溉水量工程管理：操作规程、维修养护思考题1、名词解释：滴灌计划湿润比、滴头、滴灌过滤器2、简述滴灌的优缺点3、简述滴灌的系统组成以及每部分的作用4、简述滴灌规划设计的步骤滴灌设计实例——大棚菜地滴灌一、设计任务某大棚蔬菜滴灌示范区，南北宽145m、东西长350m，面积约73亩。区内地势平坦，田间最大高差一般在20cm以内。区内计划布置6m(宽)*30m(长)塑料大棚180栋。单栋大棚南北向布设，为了避免棚群间的相互遮荫，设计大棚侧壁间，东西向间距为1.5m，南北向间距为10m。具体布置情况，详见图。145m350m间距1.5m侧壁间间距10m间距15m间距5m二、基本资料1、气象条件当地属半湿润气候区，气候温和，干燥度K=1.05。多年资料统计年降雨量约910mm，年际间变化很大。最大年降雨量为1559.5mm(1956年)；最小年降雨量为442.1mm(1978年)。且年内降雨分配极不均衡，降雨主要集中在6～9月，约占全年降雨量的70%左右。多年平均气温15.1℃，年蒸发量1300mm。年日照时数为2167.5h，太阳辐射总量498.7*103J／cm2，无霜期217d。相对湿度多年平均值为73%，大于、等于10℃积温为4891℃。平均地温为17.6℃。最大冻土层深度小于15cm。年平均风速3m/s。春、秋易旱，夏季易涝。2、土壤及种植情况区内土壤为潮土(沙壤土)，质地偏轻。耕层容重约为1.27g／cm3，田间持水量约27%（占干土重）；有机质含量1.2%左右。区内目前主要以种植麦、豆、水稻等大田作物为主，也种植一些蔬菜。大棚计划种植主要以早春或秋延茄果类蔬菜(如番茄、甜椒)为主。夏季主要以速生叶莱栽培居多。茄果类蔬菜一般采用地膜加棚膜覆盖栽培，株行距大多为30～50cm。3、地下水资源示范区所在的区域内，含水层的分布主要有三层，分别在8～1lm、15～18m、26～31m。一般农用机井(井径50cm，井深35m)每昼夜涌水量在1000～1100m3（41m3/h)。稳定动水位在8—9m。机井抽水影响半径约在150～170m。区内地下水埋深在1.0～1.5m之间。通过分析，本区灌溉水源能满足试区轮灌要求。4、供电条件整个示范片内现已布有10kV高压输电线路，井灌所用电力可就近接线，仅需配置部分变压器和低压输电线路即可。5、交通示范区位于城市北郊，距市区2km，铁路、公路运输都十分方便。6、社会经济状况示范区地处近郊，人均收入高，劳动力资源相对紧张，乡镇工业发达，农民经济承受能力较高，自筹资金能落实。7、生产现状水源十分紧缺，灌溉水利用率低（0.5-0.55），节水潜力大；城市蔬菜需求量大，供应不足，名优蔬菜市场前景好；当地农民有一定种菜经验。三、技术设计1、管网总体布设管网布置与大棚布置要结合。根据大棚群的走向,初步规划机井位于示范区南部中点,输水干管南北向布置；分干管沿棚群走向自干管分别向东西方向布置。每条分干管控制两排大棚,分干管间距75m。总体布置棚内布置：从分干管上用配水支管将压力水流引入棚内,再通过旁通将毛管与支管连接，把灌溉水流送至畦中,毛管沿南北方向布置（长边）。见图。棚内管道布置分干管支管干管2、系统设计标准由于示范区内，耕层土壤为沙壤土，根据SLl03—95《微灌工程技术规范》，取滴灌的允许灌水强度：ρ允＝15mm／h。由于滴灌系统既要考虑到春、秋季果莱类的灌溉，又要兼顾夏季速生叶菜的灌水，故取滴灌的设计湿润比：P=90％。3、毛管与滴头间距的确定——典型设计因各棚的面积均为6m*30m＝0.27亩，故取一栋大棚进行典型毛管布置设计。蔬菜密植根浅，一次滴灌定额很小。在种植品种方面，既可能有株行距较大的茄果类蔬菜,又可能有密植的叶菜类蔬菜。结合本地大棚内畦田宽度为1.5m的具体情况,初步拟定滴灌毛管的间距(Sl)为0.5m，滴头间距(Se)为0.3m（与株距和行距相应适用）。则，单棚畦田数6/1.5=4个，畦田毛管数为1.5/0.5=3根，单根毛管滴头数30/0.3=100个畦田规格:畦宽1.3m，间距0.4m，长30m，垄宽0.43m。单棚畦田数:6/(1.3+0.2)=4每畦垄数:1.3/0.43=3每垄毛管数：0.5/0.5=1根单根毛管滴头数：30/0.3=100个则每棚：4畦12垄12条毛管1200个滴头a、单棚典型布置畦宽畦间距垄宽b、滴头选择：选择某公司生产的Φ16mm迷宫式滴灌管。其滴头