6设施农业工程学-11-12-2

1《设施农业工程学》EngineeringinProtectedAgriculture第一部分基本知识第一章绪论设施农业工程是农业工程的重要组成部分和一个学科分支。§1－1设施农业工程的概念及作用设施农业工程是改善设施农业生产手段、生态环境和农业生产设施的各种工程技术、工程管理、工程理论的总称。其任务是进行农业设施的各项工程规划、设计、施工和运行管理。目的在于提高设施农业的生产力。作用主要体现在：⑴实现设施农业生产的集约化。以工程技术为设施农业生产创造优良环境，获取高效益。设施蔬菜可必露地增产1～2倍；工厂化饲养肉鸡只需8周时间即可增重2kg，饲料报酬提高到2：1。⑵改善劳动条件，提高劳动生产率。设施农业增加设备，调节（土地与大气）环境条件，投入较大的能量，带来高的生产能力。并将农业从自然生态中脱离出来，产生更高的生产能力。⑶提高设施农业的决策和管理水平。§1－2设施农业工程的历史、现状与发展现代农业工程，是在工业和科学发展的基础上，综合应用各种技术进行工程设计，为农业生产服务的。其发展与社会经济、科技和农业生产的发展相适应。欧美各国，一般认为是从1910年内燃拖拉机的问世开始。特别是工业和军事上的一些先进技术被引用于农业，促进农业的机械化、工业化和自动化。中国在1950s开始现代农业工程建设。1970s得到综合发展，门类扩大。如舍饲禽畜、保护地栽培等。设施农业工程伴随设施养殖和设施种植的出现而出现并不断发展。以设施园艺为例，说明设施农业工程的现状与发展1.设施园艺（ProtectedHorticulture）是指露地不适于园艺作物生育的季节或地区（寒冷或者炎热），利用温室等特定设施（以及保温、防寒或降温、防雨设施设备），人为地创造适宜园艺作物生育的小气候环境，根据人们的需要，不受或少受自然季节的影响而有计划地生产园艺产品的一种环境调控农业。2.发展历史3.园艺设施内的设备4.国外园艺设施发展现状与趋势4.1设施面积较大、发展程度不同24.2设施结构与建筑材料多样化4.3温室管理发展方向为电子化、机械化、专业化，基本实现自动化4.4温室的科研成果不断转化，推动着生产迅速发展4.5温室生产产业化体系已完整运行5国内园艺设施发展概况与趋势5.1基本情况1999年，全国设施栽培面积达139.6万hm2，（温室36.70万hm2、大棚45.66万hm2、中小棚57.24万hm2，分别占26.4%、32.7%和41.0%）。5.2我国设施栽培面临的问题及对策数量较大，质量较差；设施种类齐全，内部功能较差；种植种类较多，栽培技术不规范；生产面积较大，社会化服务体系和市场发育不健全；5.3我国园艺设施的发展趋势⑴开发新型温室结构，制定设施标准体系⑵开发设施内环境控制技术与设备⑶新品种引进与配套栽培技术研究⑷开发与应用设施生产机械作业技术⑸开展设施生产产业化体系及经营管理模式的研究⑹开展无公害园艺（蔬菜）生产技术研究⑺培养设施农业工程专门人才§1－3设施农业工程的特点复习思考题：1设施农业工程的内涵及其意义。2比较国内外园艺设施的现状与发展趋势。第二章设施农业工程的设施类型复习思考题、作业题（作业一）：1.简述设施农业的特点与作用。设施农业是指有一定设施能在局部范围内改造和创造最优的动植物生长发育的环境条件而进行高产、优质、高效生产的农业。其内容，包括两方面：⑴设施栽培：用各类塑料棚、各类温室、人工气候室等设施及配套设备进行蔬菜、花卉、瓜果类的设施栽培。⑵设施养殖：用类保温遮荫棚舍、现代集约化饲养的畜禽舍及配套设备进行畜禽、水产品及特种动物的设施养殖。特点：⑴设施农业是系统工程，必须使设施设备和技术、管理紧密联系，才能达到预期效果。⑵设施农业是一种新的生产技术体系，和传统的不完全相同，有的相差甚远，品种及其管理技术有很大不同。⑶它属于高投入、高产出，资金、技术、劳动力密集型的产业。⑷是当今世界最具活力的产业之一，也是世界各国用以提供新鲜农产品的重要技术措施，涉及人们生活水平和质量的提高。主要作用是：⑴土地利用率大大提高。由于环境条件优越，可发展立体种植，充分利用空间。⑵充分利用光照，热利用效率较高，室温均匀，地温温差小。⑶增强抗自然灾害(大风、干热、冰雪等)的能力。⑷空间较高大宽阔、便于机械化作业和自动控制，农艺条件优越等。因此，便于工厂化生产。可以一年四季有优质农产品满足市场需求，还可大量生产反季节、无公害的名、优、特食品。3§2－1设施的分类设施的种类很多，一般可按设施的功能与生产对象来分类。1.按生产功能分类栽培设施、养殖设施、干燥贮藏设施、流通设施、农业废弃物处理设施等。2.按生产对象分类按设施农业的主体不同，可分为两种类型：一是设施栽培，又称保护地栽培。二是设施养殖。§2－2园艺设施内涵：1950s-1970s温室(Greenhouse)、塑料薄膜大棚(Plasticfilmgreenhouse)、风障(windbreakbedculture)、阳畦(coldbed)、小拱棚(plastictunnelculture)、地膜覆盖(plasticmulchculture)、浮面覆盖(Floatingmulch)；1980s－，还包括植物工厂(plantfactory)、宇宙(太空)农业(spaceagriculture)、无土栽培(soillessculture)、工厂化穴盘育苗(plugtransplant)、遮阳网(shadingscreen)、避雨棚栽培(rainshelters)、防虫网纱网栽培(insect-preventingnet)。§2－3其他设施第二部分设施农业的基础工程第三章土方工程复习思考题、作业题（作业二）：1.试述土的可松性及其对土方施工的影响。2.试述土的最佳含水量的概念，土的含水量和控制干密度对填土质量有何影响？3.何谓流砂现象？流砂防治途径和方法。4.场地平整施工机械有哪些？如何提高它们的生产效率？5.地基回填土的土料如何选择？填筑时有哪些要求？6.填土压实的方法有哪些？影响填土压实的主要因素有哪些？怎样检查填土压实的质量？§3－1概述土方工程是设施农业工程施工中的主要工程之一。由主要施工过程和准备、辅助工作组成。主要施工过程包括土的挖掘、填筑和运输等过程；准备和辅助工作包括排水、降水和土壁支撑。常见土方工程有：场地平整、基坑（槽）与管沟开挖和回填、地坪填土及路基填筑等。土方工程的施工有工程量大和施工条件复杂等特点。1.土的工程分类在土方施工中，根据土的坚硬程度和开挖的难易程度将土分为8类。2.土的工程性质土的性质是确定地基处理方案和制定施工方案的重要依据，对土方工程的稳定性、施工方法、工程量、劳动量和工程造价都有影响。2.1土的组成2.2土的物理性质：土的天然含水量（ω）、土的天然密度和干密度（ρd）、土的密实度（λc）密实度也称压实系数，是指填土干密度与实验所得最大干密度的比值。土的孔隙比（e）和孔隙率（n）、土的可松性和可松性系数土的可松性：即天然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大。以后虽经回填夯实，仍不能恢复到原来的体积。土的可松性系数，分为最初可松性系数和最后可松性系数。最初可松性系数：土经开挖后的松散体积与原自然状态下的体积之比。它是决定挖土机械和运输机械的重要参数。4最后可松性系数：土经回填压实后的体积与其自然状态下的体积之比。它是决定取土体积的重要参数。例题1已知某基坑体积为1000m3，为普通土，最初可松性系数为1.15，最后可松性系数为1.02，开挖后全部外运，然后取相同土回填。问：⑴外运土方量是多少？⑵回填所需挖土方量？土的渗透系数（k）影响施工降水和排水速度。土的压缩性、原状土经机械压实后的沉降量原状土经机械往返压实或经其它压实措施后，会产生一定的沉陷。§3－2场地平整土方量计算和调配场地平整，就是将施工区域内高低不平的自然地面，通过开挖和填筑达到施工所需要的设计标高。在场地平整前要确定：场地设计标高，土方开挖和回填的工程量，土方的调配方案。2.场地平整土方量计算2.1确定角点施工高度（即挖方或填方的高度）；2.2确定“零线”；2.3计算各方格的挖填土方量3.土方调配对土的场内利用、外运和场外取土三者之间的关系进行综合协调的处理。目的：在总运输量最小、土方施工费用最小和运输成本最小的前提下，确定土方调配的方案和数量。以求缩短工期，降低成本。原则：⑴力求挖填平衡，就近调配的原则，使挖方量与运距的乘积之和尽可能最小，即土方运输量或费用最小；⑵考虑近期施工和后期利用相结合的原则、分区与全场相结合的原则，以避免重复挖运和场地混乱；⑶合理布置分区线，选择恰当的调配方向和运输路线的原则，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥；⑷好土用在回填质量要求高的地区的原则。§3－3土方施工1.施工准备与辅助工作土石方工程施工前通常需要完成一些必要的准备性工作：施工场地的清理与平整；地面水排除；临时道路修筑；材料的准备；供水与供电管线的敷设；临时设施的搭建等。施工过程中，为保证整个基础工程施工期间的安全，尚需根据具体工程情况做好相应的辅助性工作；土方边坡和边坡支护；降低地下水位等。1.1土方工程施工准备工作1.2施工降水降水方法可分为集水井降水法和井点降水法两类。无论采用何种方法，降水工作至少持续到基础施工完毕并回填土后才可停止。1.2.1流砂现象及其防治当动水压力等于或大于土的浸水重量，则土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动的现象，称为流砂现象。防治流砂的原则是“治流砂必治水”。主要途径：一是消除、减少或平衡动水压力；二是设法使动水压力的方向向下，或截断地下水流。具体措施有：⑴错季施工。⑵抛大石块法。⑶打板桩法。⑷水下挖土法。⑸人工降低地下水法。⑹地下连续墙法。⑺其他方法。1.3土方边坡和土壁支撑在建筑物基坑（槽）或管沟土方施工中，为了防止塌方，保证施工安全，当开挖深度超过一5定限度时，则土壁应做成有斜度的边坡，或者加临时支撑以保持土壁的稳定。2.土方工程机械化施工土方的开挖、运输、填筑与压实等施工过程应尽可能采用机械化施工，以减轻繁重的体力劳动，加快施工进度。土方工程施工机械的种类很多，有推土机、铲运机、平土机、松土机、单斗挖土机、多斗挖土机、装载机和各种碾压、夯实机械等。尤以推土机、铲运机和单斗挖土机应用最广，最具代表性。2.1常用土方施工机械2.1.1推土机施工推土机是在拖拉机上安装推土板等工作装置而成的机械。推土机按其行走方式分为履带式和轮胎式两种。按铲刀的操纵机构不同，有液压操纵和机械操纵（索式）两种。多用于场地清理和平整、开挖深度1.5m以内的基坑，填平沟坑，以及配合铲运机、挖土机工作等。此外，在推土机后面可安装松土装置，破、松硬土和冻土，也可拖挂羊足碾进行土方压实工作。⑴提高生产效率的方法生产效率主要决定于推土刀推移土的体积及切土、推土、回程等工作的循环时间。为了提高推土机的生产效率，缩短推土时间和减少土的失散，常用的施工方法：①下坡推土在斜坡上，推土机顺下坡方向切土与推运，借助机械本身向下的重力作用切土，增加推土能力和缩短推土时间。一般可提高生产效率30%～40%，但推土坡度应在15°以内，以免后退时爬坡困难。②并列推土平整场地的面积较大时，可用2～3台推土机并列作业。铲刀相距15～30cm，以减少土体漏失量。一般采用两机并列推土可增大推土量15%～30%，但平均运距不宜超过50～70m，不宜小于20m。适合于大面积场地平整和运送土用。③槽形推土重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，以减少土从铲刀两侧流散，可以增加推土量10%～30%。槽深1m左右为宜，土埂宽约50cm。当推出多条槽后，再从后面将土推入槽中运出。适合于运距较远，土层较厚时使用。④多铲集运在硬质土中，切土深度不大，可以采用多次铲土，分批集中，一次推送的方法，以便有效地利用推土机的功率，缩短运土时间。堆积距离不宜大于30m，推土高度以2m内为宜。可提高生产效率15%左右。适合于运送距离较远，土质坚硬或长距离分段送土时采用。⑤铲刀附加侧板在铲刀两