第五章 微灌工程技术
微灌工程技术
概述
微灌设备与工作原理
微灌工程规划设计参数的确定
微灌工程规划
微灌系统设计
微灌工程设计示例
概述
微灌的定义
微灌的组成和分类
微灌的优缺点
微灌技术的发展与展望
微灌的定义
微灌是利用微灌设备组装成微灌系统,将有压
水输送分配到田间,通过灌水器以微小的流量
湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术
微灌是以少量的水湿润作物根区附近的部分土
壤,比地面灌溉节水 50%~ 70 %,比喷灌省水
15%~ 20 %,灌水均匀,均匀度达 0.8~ 0.9,
适用于所有的地形和土壤,特别适用于干旱缺
水地区
微灌的分类
微灌可以按不同的方法分类,按所用的
设备 (主要是灌水器 )及出流形式不同,
分为,
滴灌 ( 地表与地下滴灌 )
微喷灌
涌泉灌 ( 小管出流灌 )
重力滴灌
渗灌




灌水器种类
微 喷 灌
滴 灌
重力滴灌
小管出流
渗 灌
滴 灌
滴灌是通过安装在毛管上的灌水器将水、均匀而
又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式
除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外,其
它部位的土壤水分均处于非饱和状态,土壤水分
主要借助毛管张力作用入渗和扩散
滴灌适合于蔬菜、果树、花卉以及垄向种植的作
物,各种土壤条件都适用
便于实施化学灌溉(灌溉施肥),控制灌溉,在
保护地蔬菜采用滴灌技术效果最佳
大田滴灌
果树滴灌
蔬菜滴灌
大型连栋温室黄瓜滴灌
大棚蔬菜滴灌
日光温室滴灌系统
滴灌的类型
固定式地面滴灌
半固定式地面滴灌
膜下滴灌
地下滴灌
微喷灌
微喷灌是利用直接安装在毛管上,或与
毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿
润土壤
微喷头包括固定或和旋转式
微喷头的流量通常为 20— 250L/h
微喷灌
微喷技术的特点它是通过有压管网将首部加压
的水输送到田间,再经过特制的雾化喷头将水
喷洒呈雾状进行灌溉
微喷头孔径较滴灌灌水器大,比滴灌抗堵塞,
供水快
微喷适合于果树、花卉、部分露地蔬菜,各种
土壤条件下都适用
在设施环境中灌溉花卉、育苗效果较好
容易产生堵塞问题,灌溉质量受地形影响,工
程造价较高,适用于经济作物灌溉
旋转式微喷头
折射式微喷头
果树微喷灌
露地蔬菜微喷灌
温室雾喷系统
苗圃微喷灌
涌泉灌(小管出流灌)
在我国使用的小管出流灌溉是利用 Φ4的小塑料
管与毛管连接作为灌水器,以细流 (射流 ) 状局
部湿润作物附近土壤,小管灌水器的流量为
80~250L/h
对于高大果树通常在围绕树杆修一渗水小沟,
以分散水流,均匀湿润果树周围土壤
果树小管出流平面布臵图
重力滴灌系统
重力滴灌系统是李岚清副总理 1997年访问
以色列同以达成的技术引进和开发由中国
农业大学同以色列恩塔公司在中国共同开
发、推广的一种新型节水灌溉技术
重力滴灌系统以它极低的工作压力、均匀
的供水方、高效的水分利用、广泛的适用
条件以及明显珠产出效率,已为越来越多
的用户所接受
果树重力滴灌系统
温室蔬菜重力滴灌
渗 灌
渗灌与地下滴灌相似,只是用渗头代替滴头全
部埋在地下
渗头的水不像滴头那样一滴一滴地流出,而是
慢慢的渗流出来,这样渗头不容易被土粒和根
系所堵塞
最近在国外引进采用废轮胎加工成的多孔渗流
管,并进行小面积试点,但是微孔渗流管的堵
塞是一个严重的问题,未经长时间试验检验不
宜贸然推广
微灌的优点及存在的问题
微灌的优点
适应性强
? 主要表现在不要求地面平整就可进行灌溉, 能
够适应各种地形条件, 尤其适宜在山丘坡地进
行自流灌溉的地方发展
? 兼有施化肥, 喷农药等功能
微灌的优点
省水
? 微灌全部采用管道输水, 灌水均匀, 减少损失, 因而
可以节约灌溉用水 。 同地面灌溉相比, 一般喷灌可省
水 30一 50% 。 由于滴灌没有喷灌时水珠的蒸发飘移损
失, 因此滴灌比喷灌还要省水 。 与地面灌溉相比, 滴
灌一般可省水 50一 70%
? 在透水性强, 保水能力差的土地上省水效果更为显著 。
在干旱缺水地区, 高扬程灌区和井灌区, 省水就意味
着节省能耗或扩大灌溉面积
微灌的优点
省工省地
? 微灌实现了灌溉机械化和自动化的操作管理,
可以减轻灌水的劳动强度, 节省大量劳动力 。
可以减少杂草生长的环境, 节省田间管理的工

? 据初步统计, 微灌可节省用工 25— 40% 。 微灌
的输水管道多埋设在地下, 减少了灌溉渠道所
占的耕地 。 据统计, 采用喷 (微 )灌后, 土地利
用率一般可以提高 7— 10%
微灌的优点
保持水土和防止次生盐碱化
? 微灌可以根据土壤的质地和透水性能来调整灌水量和
灌水强度,因此不破坏土壤团粒结构,不会产生地表
冲刷和土、肥流失现象,不会产生深层渗漏,而且可
防止地下水位上升而引起的土壤次生盐碱化
? 由于微灌能使作物根部的土壤经常保持在较高含水量
的状态,因此还可以使用含有一定盐分的水来灌溉作

微灌的优点
增产
? 微灌不会导致地面板结, 使土壤始终保持琉松, 多孔
相通气的良好状况, 这种状况有利于土壤养分的分解
和作物很系的发育, 因此保持和提高了土壤肥力
? 微灌还可以调节田间小气低增加近地表面的空气湿度,
滴灌能把肥料直接送到作彻的根系周围, 有利于作物
对养分的吸收
? 实践证明:采用喷, 微灌, 粮食作物一般增产 10一 30%,
经济作物 — 般增产 20一 50%,蔬菜一般增产 30一 50%
微灌技术中存在的问题
滴灌 ( 包括重力滴灌 ) 与微喷灌中存在的问题
? 与其它灌溉方法相比,不具有防干热风,调节田间小
气候的作用, 对于粘质土壤, 因灌水时间较长, 根系
区土壤水分长期保持高含水量状态, 作物根部易生病
害;另一方面土壤长期定点灌水会使土壤湿润区与干
燥区的交界处盐分聚积, 有可能产生土壤次生盐渍化,
对作物生长不利
? 滴头堵塞问题一直没有得到彻底的解决 。 应搞好设备
设施的配套研制, 提高滴头使用寿命 。 并进行滴灌水
源水质分析与处理装臵设施及方法的研究;进行滴灌
系统施用化肥药液装臵使用方法的研究以及安全装臵
和调压装臵的研究
微灌技术中存在的问题
渗灌中存在的问题
? 易于堵塞,不易检查和维修
? 应加强专用渗管及配件设备研制和渗管主要技术参数
及工艺攻关问题 。 具体说包括用塑料管打孔的孔径及
工艺工具, 孔距及孔径的合理组合, 1m流量确定, 渗
灌管进口工作压力的确定, 渗灌管管径及变径管组合,
渗灌管间距的确定, 渗灌管的适宜埋深及防止渗漏措
施, 渗灌管堵塞机理与防治及延长使用寿命的研究
微灌在我国的发展阶段
我自 1974年由墨西哥政府赠送我国三套滴灌设
备开始引进滴灌技术以来, 已有 20多年的发展
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
?第二阶段 (1981~ 1986年 ):设备产品改进和应
用试验研究与扩大试点推广阶段
?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
微灌技术的发展前景
根据国务院颁发的, 九十年代中国发展纲要,
的要求,2000年后要把全国农业用水的有效利
用率提高 10个百分点,每年将节水 400亿立方
米,粮食将增产 800亿斤。这么宏伟的计划没
有一系列的高效节水措施是不可能实现的,只
有微灌技术才有可能有效地落实这个目标
我国发展微灌技术,社会条件、技术条件和农
民的承受能力都已具备,微溉事业一定会蒸蒸
日上飞速发展
微灌设备与工作原理
微灌系统简介
一个完整的微灌工程,从灌溉受水点到水源,
一般由灌水器、各级输水管道和管件,各种控
制和量测设备,过滤器、施肥(施药)装臵和
水泵电机安装组成
上述所属的微灌设备如灌水器、施肥装臵、过
滤器等,本章将做较详细的介绍。对与灌溉工
程常见的闸阀、水泵、电机这里则不进行介绍
灌 水 器
对灌水器的基本要求
灌水器的分类
灌水器的结构参数和水力学特征
灌水器的制造偏差
对灌水器的基本要求
制造偏差越小越好
出水量小而稳定,受水头变化的影响较小
流道大,抗堵塞性能强
结构简单,便于制造、安装、清洗
灌水器的分类与结构特点
按结构和出流形式可将灌水器分为,
?滴头
?滴灌带
?微喷头
?涌水器
滴头定义及分类
定义
? 通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流
状的装臵称为滴头。其流量一般不大于 12 L/h
滴头的分类,
? 长流道型滴头
? 孔口型滴头
? 迷宫紊流滴头
? 压力补偿型滴头
长流道滴头 孔口滴头
迷 宫 稳 流 滴 头
压 力 补 偿 滴 头
滴 灌 带
定义
滴头与毛管制造成一整体,兼具配水和滴水功能的滴
灌管称为滴灌带
滴灌带的分类,
?
?
微喷头
定义
微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌
水器。单个微喷头的喷水量一般不超过 250L/h,射程
一般小于 7m
微喷头的分类,
? 射流式
? 离心式
? 折射式
?
工作原理
水流从喷水嘴喷出后,集中成一束向上喷射到一
个可以旋转的单向折射臂上,折射臂上的流道形
状不仅可以使水流按一定喷射仰角喷出,而且还
可以使喷射出的水舌反作用力对旋转轴形成一个
力矩,从而使喷射出来的水舌随着折射臂作快速
旋转。故它又移为旋转式微喷头
特点
?有效湿润半径较大
?喷水强度较低
?水滴细小
?
组成
?折射臂
?支架
?喷嘴
射流旋转式微喷头
折射式微喷头
工作原理
水流由喷嘴垂直向上喷出,遇到折射锥即被击散成
薄水膜沿四周射出,在空气阻力作用下形成细微水
滴散落在四周地面上。折射式微喷头又称为雾化微
喷头
组成
?喷嘴
?折射锥
?支架
特点
?结构简单
?没有运动部件,工作可靠
?价格便宜
缺点,
水滴太微细,在空气十分干燥、温度高、风大的地
区,
折 射 式 微 喷 头
离心式微喷头
工作原理,
水流从切线方向进入离心室,绕垂直轴旋转,通过处于离心式中心
的喷嘴射出的水膜同时具有离心速度和圆周速度,在空气阻力的作
用下水膜被粉碎成水滴散落在微喷头四周。
特点,
? 工作压力低
? 雾化程度高
?
工作原理,
水流经过缝隙喷出水舌,在空气阻力作用下,
裂散成水滴的微喷头,一般由两部分组成,
下部是底座,上部是带有缝隙的盖
组成,
它是由 Φ4塑料小管和接头连接插入毛管壁而成
特点,
? 工作水头低
?
灌水器的流量与压力关系
微灌灌水器的流量与压力关系用下式表示
q=khx
式中,
q——
h——
k——
x—— 流态指数
流态指数 x反映了灌水器的流量对压力变化的敏
感程度
?当滴头内水流为全层流时,流态指数 x等于 1,
即流量与工作水头成正比
?当滴头内水流为全紊流时,流态指数 x等于 0.5
?全压力补偿器的流态指数 x等于 0,即出水流量
不受压力变化的影响其它各种形式的灌水器的流
态指数在 0~1.0之间变化
制造偏差系数
意义,
灌水器的流量与流道直径的 2.5~4次幂成正比,制造上的微小
编差将会引起较大的流量偏差。在灌水器制造中,由于制造
工艺和材料收缩变形等的影响,不可避免地会产生制造偏差。
实践中,一般用制造偏差系数来衡量产品的制造精度
表示方法
q
S
Cv ?
q
q
n
i
i
n
?
?
?
1S n q qi
i
n
?
?
?
?
?1 1 2
1
( )
式中,
Cv——
S——
qi—— 所测每个滴头的流量 L/h
n——
ASAE 标准 EP405.1 灌水器制造偏差系数分类
(Classification of emiter coefficient
of manufacturing variation)
质量分类 滴头或微喷头 滴灌带
好 Cv<0.05 Cv<0.1
一般 0.05<Cv<0.07 0.1<Cv<0.2
较差 0.07<Cv<0.11
差 0.11<Cv<0.15 0.2<Cv<0.3
不能接受 0.15<Cv 0.3<Cv
净化设备与设施
微灌系统中灌水器出口孔径一般都很小,灌水
器极易被水源中的污物和杂质堵塞
对灌溉水源进行严格的净化处理是微灌中必不
可少的步骤,是保证微灌系统正常运行、延长
灌水器使用寿命和保证灌水质量的关键措施
选择净化设备和设施时,要考虑灌溉水源的水
质、水中污物种类、杂质含量,同时还要考虑
系统所选用灌水器种类规格、抗堵塞性能等
微灌系统主要过滤设备与设施
拦污栅 (筛、网 )
沉淀池
过滤器 (水砂分离器、砂石介质过滤器、筛网
式过滤器 )
这里只介绍微灌常用过滤器的结构、工作原理
水砂分离器
优点
? 水砂分离器能连续过滤高含砂量的灌溉水
缺点
? 不能除去与水比重相近或比水轻的有机质等杂物, 特
别是水泵起动和停机时过滤效果下降, 会有较多的砂
粒进入系统, 另外, 水头损失也较大
? 水砂分离器只能作为初级过滤器, 然后使用筛网过滤
器进行第二次处理, 这样可减轻网式过滤器的负担,
增长冲洗周期





砂过滤器
砂过滤器又称砂介质过滤器 。 它是利用砂石作
为过滤介质的
砂过滤器主要由进, 出水口, 过滤罐体, 砂床
和排污孔等部分组成 。 为了使微灌系统在反冲
洗过程中也能同时向系统供水, 在首部枢纽往
往安装两个以上过滤罐






筛网过滤器
筛网过滤器是一种简单而有效的过滤设备 。。
这种过滤器的造价较为便宜, 在国内外微灌系
统中使用最为广泛
筛网过滤器的种类繁多, 按安装方式分类, 有
立式与卧式两种;按制造材料分类, 有塑料和
金属两种;按清洗方式分类又有人工清洗和自
动清洗两种类型;按封闭与否分类则有封闭式
和开敞式 ( 又称自流式 ) 两种
筛网过滤器由筛网, 壳体, 顶盖等部分组成
叠片式过滤器
叠片式过滤器是用数量众多的带沟槽的薄
塑料圆片作为过滤介质
工作时水流通过叠片,泥沙被拦截在叠片
沟槽中,清水通过叠片的沟槽进入下游
施肥(施药)装置
向微灌灌系统注入可溶性肥料溶液的装
臵称为施肥装臵
自压 ( 压差 ) 式施肥罐
文丘里注入器
注射泵
活塞式施肥器
自动灌溉施肥器
自压式施肥罐
自压式施肥罐应用于自压灌溉系统中,
使用储液箱(池)可以很方便地对作物
进行施肥施药
压差式施肥罐
压差式施肥罐一般由储液罐、进水管、供肥液
管、调压阀等组成
工作原理是使进水管口和出水管口之间产生压
差,并利用这个压力差使部分灌溉水从进水管
进入肥料罐
化肥罐应选用耐腐蚀、抗压能力强的材料制造。
罐内容积应根据系统控制面积大小及单位面积
施肥量和化肥溶液浓度等因素确定






文丘里注入器
文丘里注入器与储液箱配套组成一套施
肥装臵,利用文丘里管或射流器产生的
局部负压,将肥料原液或 pH值调节液吸
入灌溉水管中
构造简单,造价低廉,使用方便
主要适用于小型灌溉系统向管道中注入
肥料或农药






注射泵
注射泵同文丘里注入器相同是将开敞式
肥料罐的肥料溶液注入灌溉系统中
? 优点:是肥液浓度稳定不变,施肥质量
好,效率高。可以实现灌溉液 EC,PH值
实时自动控制的施肥灌溉,即可严格控
制混合比。
? 缺点:其吸入量不易调节且调节范围有
限,另外还存在工作稳定性较差、系统
压力损失较大



活塞式施肥器
活塞式施肥器是目前国际上较先进的一
种施肥器
? 优点:注入比例由外部调整并很精确,
有多种规格选用,混合液直接经出水口
注出,内设滤网自行过滤,工作压力低,
运转噪声小
? 缺点:压损大、价格高
自动灌溉施肥器
工作原理, 当水流过施肥泵时, 驱动主活塞,
与之相联的注入器活塞跟随上下运动, 吸入待注
的肥料液并注入混合室, 混合液直接进入出口端
管路中, 实现精确的肥料液比例控制
自动灌溉施肥可编程控制器实现对灌溉施肥过程
的全程控制, 保证作物及时, 精确的水份和营养
供应
系统组成:灌溉首部, 自动控制装臵, 施肥系统







微灌系统规划设计参数
作物需水量的计算
利用参考作物需水量的计算
ETC=KC*E0
根据蒸发皿蒸发量估算
PpCC EkkE ?
根据灌溉试验经验确定
具体计算已经在第二章中给予介绍
微灌耗水强度
微灌耗水强度 (日耗水量 )
era EkE ?
85.0
C
r
Gk ?
Ea—— 微灌的作物耗水强度, mm/ d
kr—— 作物遮荫率对耗水量的修正系数, 大于 1时, 取 k=1
Gc—— 作物遮荫率, 又称作物覆盖率, 随作物种类和生育
阶段而变化, 对于大田和蔬菜作物, 设计时可取 0.8~ 0.9,
对于果树作物, 可根据树冠半径和果树所占面积计算确定
式中
灌溉补充强度
? 在干旱地区降雨量很少, 地下水很深, 作物生长所消
耗的水量全部由微灌提供 。 此种情况灌溉补充强度至
少要等于作物的耗水强度, 即
? 当有其它来源补充作物耗水量时, 微灌只是补充作
物耗水不足部分, 此时微灌补充强度为
aa EI ?
式中 Ia—— 微灌的灌溉补充强度,mm/ d;
SPEI aa ??? 0
式中 Po—— 有效降雨量; mm/ d;
S—— 根层土壤或地下水补给的水量,mm/ d
微灌的灌溉补充强度取决于作物耗水量、降
雨量和土壤含水量条件,通常有以下两种情况,
微灌土壤湿润模式
微灌土壤湿润比
定义,
微灌时被土壤湿润的土体占计划湿润层深度土
体的百分比
影响湿润比的因素,
毛管的布臵方式,灌水器的类型和布臵方式,
灌水器的流量和大小,土壤的种类和结构
计算土壤湿润比的方法
根据毛管和灌水器布臵方式, 计算公式如下,
?单行直线毛管布臵
%1 0 07 8 5.0
2
10 ??
le SS
D
p
—— 土壤湿润比, % ;
—— 水分扩散直径或湿润带 ( m), 的大小取决于土
壤质地, 滴头流量和灌水量的大小
—— 灌水器或出水点间距, m
—— 毛管间距, m
p
wD
eS
LS
%1 0 02211 ???
rS
SPSPp
?双行直线毛管布臵
— 对毛管的窄间距, m;
— 对毛管宽间距, m;
— 与 对应土壤湿润比, %
— 与 对应土壤湿润比, %
— 作物行距, m
2S
1p
1S
2P 2S
rS
1S
设计土壤湿润比的确定
在实际工程中不仅要考虑到作物对水分的需求,
还要考虑到工程投资的合理性 。 湿润比过小,
投资和运行费用小, 不能满足作物水量需求;
湿润比过大, 易满足作物需求但投资和运行费
用高
一般, 对于果树, 北方干旱和半干旱地区, 设
计土壤湿润比可取 20% - 30%, 南方, 可取 25
% - 35% 。 对于蔬菜和大田密植作物可取 70%
- 90%
设计灌水均匀度
灌水均匀度的表示
C
q q
N
q
v
i
N
? ?
??
1
1
q -灌水器平均流量
Cv- 均匀系数
qi- 灌水器流量
N- 灌水器个数
式中,
设计灌水均匀度的确定
灌水均匀度高,灌水质量好,水利用率高,但
投资和运行费高,应根据作物、经济价值、水
源、地形、和气候等综合确定
一般建议,
取 Cv= 0.90- 0.98
或 qv=10%-30%
?均匀度与流量偏差的关系
Cv (% ) 98 95 92
qv (%) 10 20 30
流量偏差与工作水头偏差的关系
H
x
x
x
q
q
q q
q
v v
v
a
? ?
?
?
?
1
1 0 12
1
(, )
m a x m i n
—— 灌水器的流态指数
—— 灌水器的最大工作水头,m
—— 灌水器的最小工作水头,m
—— 灌水器的平均工作水头,m
—— 相应与 的灌水器的流量,L/h
—— 相应与 的灌水器的流量,L/h
—— 灌水器的平均流量,L/h
式中, x
maxh
minh
ah
maxq
minq
aq
maxh
minh
水头偏差的分配
水头偏差分配方法
式中,-毛管允许的水头差
-支管允许的水头差
- 允许的水头偏差( 根据设计均匀度确定)
- 灌水器工作水头
干管


毛管


一区 二区
?
?
H H h
H H h
v d
v d




0 55
0 45
.
.
?H毛
dH
H
?H支
灌溉水利用效率的确定
常用下式表示微灌有效利用率, 即
nV
Vm
??
由于微 灌的水量损失很小,建议微灌的灌水有效利
用系数 取 0.9~ 0.95 ?
式中
—— 微灌时存在作物根层的水量
—— 微灌的灌溉供水量
? —— 灌水有效利用系数
mV
Vn
灌水器设计工作水头的确定
灌水器的工作水头越高, 灌水均匀度越
高, 但系统的运行费用越大
灌水器的设计工作水头应根据地形和所
选用的灌水器的水力性能决定
?滴灌时通常为 10m水头
?涌泉灌时,工作水头可为 5~ 7m
?微喷时工作水头一般以 10~ 15m为宜
微灌系统规划
规划任务
规划原则
基本资料收集
水利计算
微灌工程总体布臵
规划的任务
勘测和收集基本资料
根据当地的自然条件,社会和经济状况
等,论证工程的必要性和可行性
确定工程的规模和微灌系统的控制范围
根据水源位臵, 地形和作物种植情况,
合理布臵引, 蓄, 提水源工程, 微灌枢
纽位臵和骨干输配水管网
提出工程概算
规划原则
微灌工程的规划,应与其它的灌溉工程
统一安排
微灌工程规划应考虑多目标综合利用
微灌工程规划要重视经济效益
因地制宜地合理地选择微灌形式
近期发展与远景规划相结合
资料收集
形地资料
土壤资料,土壤质地、田持、渗透系数 等
作物分区,果树应搜集树种,树龄、密度、走向等。
产量与农业措施:灌溉方法,施肥方法。灌溉情况:
现有灌水方法,灌水经验等
水文资料,取水点来水系列及年内月分配资料,泥沙
含量,水井位臵,供电保证率,水井出水量,PH值
气象资料,逐月降雨、蒸发、平均温度、湿度、风速、
日照、冻土深
其它社会经济情况,行政单位人口,土地面积,耕地
面积,管理体制等
水利计算
?灌溉用水量
灌灌毛供水强度为
Ig=Ia/η水
灌溉供水量为
W=0.667 Ig·A
用水分析
式中 Ig—— 微灌毛用水强度, mm/ d
Ia—— 微灌补充强度, mm/ d ;
η水 —— 灌溉水利用系数, η水 =0.9~ 0.95
W—— 每日灌溉供水量, m3/ d
A—— 灌溉面积, 亩
?人畜生活及村乡工副业用水量
供水分析的任务是研究水源在不同设
计保证率年份的供水量, 水位和水质,
为工程规划设计提供依据, 微灌工程水
源通常有以下几种类型
供水分析
?井、泉类水源
?河渠类水源
?塘、坝类水源
微灌水量平衡计算
已知来水量确定灌溉面积

小时)
m m /d(I667.0
(t)h/m(QA 3
?
??
式中,
A—— 井水可灌面积,亩;
Q —— 微灌有水井可供水量,m3/d
I—— 微灌作物耗水强度,mm/d
微灌工程总体规划
灌区范围的确定
水源工程的布臵
系统首部枢纽和输水干管的布臵
微 灌 系 统 设 计
微灌系统布置
? 毛管与作物种植方向一致
? 支管垂直于等高线布臵
? 毛管沿支管两侧布臵
? 固定式(果树),移动式(大田)
? 首部枢纽(井、果园)
? 毛管和灌水田的布臵









滴灌时毛管与灌水器的布臵
( a)单行毛管直线布臵( b)单行毛管带环状布臵
( c)双行毛管平衡布臵
1— 灌水器; 2— 绕树环状管; 3— 双行毛管平行布臵
微喷灌时毛管与灌水器的布置
( a)单向微喷局部喷洒( b)双向微喷头局部喷洒
( c)全圆微喷头全面喷洒( d)全圆微喷头局部喷洒
1— 毛管; 2— 灌水器 (微喷头); 3— 喷洒湿润区; 4— 果树
灌溉制度的确定
灌水定额
灌水定额:是指作为微灌系统设计的单位面积上的一次灌
水量, 如果用灌水深度表示, 可用下式计算, 即
式中, —— 设计灌水定额
—— 允许消耗的水量占田间持水量的比例 ( ﹪ )
对于需水敏感性植 物; =20﹪ ~ 40﹪
对于耐旱作物或控水生生育阶段 =30﹪ ~ 40﹪
—— 土壤田间 ( 体积百分率持水量, ﹪ )
—— 凋萎含水量 ( 体积百分率持水量, ﹪ )
—— 计划湿润层深度 ( m), 一般蔬菜 0.20~ 0.30m;果树 0.3~ 1.0m
—— 土壤湿润比,70%~ 90%
? ? 1 0 0 0PHam m i nm a x ??? ??滴
滴m
a
max?
H
min?
P
a
a
设计灌水周期
设计灌水周期:滴灌设计灌水周期是指按一定
的灌水定额灌水后, 在作物适宜土壤含水率的
条件下, 保障作物正常生长的可能延续时间 T,
用下式计算, 即
e/mT 滴?
式中,T—— 灌水日期 ( d) ;
e—— 作物需水旺盛日平均耗水量 ( mm/d)
一次灌水延续时间
一次灌水延续时间:一次灌水延续时间是指把
设计灌水定额水量, 在不产生径流的条件下,
均匀分布于保护地田间所用的灌水时间, 用下
式计算, 即
式中, t ——— 次灌水延续时间 ( h) ;
—— 设计灌水定额 ( mm) ;
—— 滴头间距 ( m) ;
—— 毛管间距 ( m) ;
—— 滴头流量 ( l/h)

滴 q
SSmt le?
滴m
eS
lS
滴q
轮灌区数目的确定
轮灌区数目的确定:对于固定式滴灌系统, 轮
灌区数目可按下式计算,
t/KT24N ?
tKn24N 移?
式中,N—— 轮灌区数目 ( 个 )
K—— 水泵每天开启时间比例, 通常选 0.5~ 0.8
t—— 每条或每组开启的时间 ( h)
T—— 灌水周期 ( d)
对于移动式微灌系统可按下式计算,
移n
—— 滴灌系统控制面积内毛管移动的次数
t—— 每条或每组开启的时间( h)
式中,
一条毛管的控制灌溉面积
? 对于固定式微灌系统, 毛管固定在一个位臵上灌水,
控制面积按下式计算,
LSf e?
LSnf 移移?
移S —— 一条毛观每次移动的距离( m)
式中,
?对于移动式微灌系统,一条毛管控制的灌溉面积按
式计算,
式中,f—— 每条毛管控制的灌溉面积( m2)
L—— 毛管长度( m),移动式滴灌系统中为出流毛管长度
控制灌溉面积大小的计算
微灌系统控制灌溉面积大小的计算
在灌溉水源能够得到充分保证的条件下, 滴
灌面积的大小取决于管道的输水能力 。 对于水
源流量不能满足整个区域需要时, 滴灌面积为
毛QQN /?
nfNA ?
式中,
A —— 滴灌系统控制的灌溉面积 ( m2)
f —— 每条毛管控制的灌溉面积 ( m2)
Q —— 水源流量 ( l/h)
毛Q
—— 每条毛管的输水流量 ( l/h)
—— 同时工作的毛管条数 N
n —— 轮灌组数量
微灌工作制度确定
续灌
轮灌
续 灌
续灌是对系统内全部管道同时供水, 灌
溉面积内所有作物同时灌水的一种工作
制度
优点:每株作物都能得到适时灌水;灌
溉供水时间短, 有利于其他农事活动的
安排
缺点:干管流量大, 增加工程的投资和
运行费用;设备的利用率低;在水源流
量小的地区, 可能缩小灌溉面积
轮 灌
较大的微灌系统为了减少工程投资, 提
高设备利用率, 增加灌溉面积, 通常采
用轮灌的工作制度
一般是将支管分成若干组, 由干管轮流
向各组支管供水, 而支管内部则同时向
毛管供水
(一 )划分轮灌组的原则
轮灌组的数目应满足作物需水要求, 同时使水源的水
量与计划灌溉的面积相协调
每个轮灌组控制的面积应尽可能接近相等, 以便水泵
工作稳定, 提高动力机和水泵的效率, 减少能耗
轮灌组的划分应照顾农业生产责任制和田间管理的要

为了便于运行操作和管理, 通常一个轮灌组管辖的范
围宜集中连片, 轮灌顺序可通过协商自上面下或自下
而上进行 。 有时, 为了减少输水干管的流量, 也可采
用插花操作的方法划分轮灌组
(二 )轮灌组数目的确定
按作物需水要求, 全系统轮灌组的数目划分如下
? 对于固定式系统 N≤CT/t
? 对于移动式系统 N≤Ct/n 移 t
式中 N—— 允许的轮灌组最大数目, 取整数
c—— 一天运行的小时数, 一般为 12~ 20h
T—— 灌水时间间隔 (周期 ),d
t—— 一次灌水延续时间, h
n移 —— 一条毛管在所管辖的面积内移动的次数
实践表明,轮灌组过多,会造成务农户的用水矛盾。按上
式计算的 N值为允许的最多轮灌组数,设计时应根据具体情
况确定合理的轮灌组
管网水力计算
微灌系统各级管道布臵好以后, 即可从
最末端或最不利毛管位臵开始, 逐级推
算各级管道的水头损失 ( 沿程水头损失
和局部水头损失 )
同一条支管上的第一条毛管最前端出水
孔处水头与最末一条毛管最末端出水孔
处水头之间的差值, 不超过滴头设计工
作压力的 20%, 流量差值不超过 10%
沿程水头损失
沿程水头损失
4, 7 71, 7 75
f /DLQ100, 9 4 8h ??
式中,
fh —— 沿程阻力损失 ( m)
Q —— 管道流量 ( m3/h)
D —— 管道内径 ( mm)
L —— 管道长度 ( m)
当管道有多个出水口时, 管道的沿程阻力应考虑多口
出流对沿程阻力的折减问题, 多口出流折减系数 k如表
7-3所示, 对应计算公式为
4, 7 71, 7 75f /Dk L Q100, 9 4 8h ??
微灌管道水头损失常用的计算公式
勃拉休斯公式,
h QD Lf ? 8 4 10 4
1 75
1 75.
.
.× ×
h aQ L
m
D
a D
f
m
D
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1 753
2 5
1 006 10
0 018
5 0 123 4 855
.
.
.
.
,lg, )
×
- -( ×
式中,hf- 沿程水头损,m
Q- 流量,m3/h
D- 管道内径,mm
L- 管道长度,m
?山西水科所公式
式中,D- 管道内径,cm
表 7-3多孔出流折减系数表
出水口
数目
折减系
数 k
出水口
数目
折减系
数 k
出水口
数目
折减系
数 k
1 1.000 8 0.415 20 0.376
2 0.639 10 0.402 25 0.371
3 0.535 12 0.394 30 0.368
4 0.486 14 0.387 40 0.364
5 0.457 16 0.382 50 0.361
6 0.435 18 0.379 100 0.356
局部阻力损失
])g2(v[h 12ij ? ???
式中,—— 管网局部阻力( m)
—— 管网某处局部阻力系数
—— 管道内水流流速( m/s)
—— 重力加速度
工程设计中为了计算方便, 局部阻力损失也
常按沿程阻力损失的 10% 估算
jh
i?
v
g
管道系统设计
管道系统设计包括各级管道的管材与管
径的选择, 各级固定管道的纵剖面设计
管道系统的结构设计
管材的选择
应该根据滴灌区的具体情况结合各种管材的特
性及适用条件进行选择
一般情况下, 对于地理固定管道, 可选用钢筋
混凝土管, 钢丝网水泥管, 石棉水泥管, 铸铁
管和硬塑料管 。 塑料管易老化, 应尽量避免经
常暴露在阳光下使用, 缩短使用寿命
管径的选择
通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的
最大流量, 作为本级管道的设计流量, 依据这
个设计流量来确定管道的管径
若某一级管道, 其最大流量通过的时间占管道
总过水时间的比例甚小, 也可选取一个出现次
数较多的次大流量, 作为管道的设计流量来确
定管径
支管管径的确定
考虑地形高差△ Z的影响时上述规定可表
示为,
pw hzh 2.0???
—— 同一支管上任意两滴头之间支管段水头损失 ( m)
wh
Z?
ph
—— 两滴头进水口高程差( m),顺坡为负,逆坡为正
—— 滴头设计工作压力水头( m)
式中,
两滴头进水口高程差(实际上就是两滴头所在
地的地面高差)可以从系统平面布臵图中查取。
则即可求出。利用公式
bmf dF fL Qh /??
在其他参数已知的情况下反求管径,就是该支
管可选用的最小管径的计算值
管材的管径已标准化、系列化。因此,还需按
管材的标准管径将计算出的管径规范取整
支管以上各级管道管径的确定
一般情况下, 经验公式估算管道的直径,
Q13D ?
Q5.11D ?当 Q≥120m 3/h时
式中,D—— 管径 ( mm)
Q—— 管道流量( m3/h)
管道纵剖面设计
管道纵剖面设计应在系统平面市臵图绘
制后进行
设计的主要内容是确定各级固定管道在
平面上的位臵及各种管道附件的位臵
管道的纵剖面应力求平顺, 减少折点,
有起伏时应避免产生负压
埋深及坡度
埋深指管顶距地面的垂直距离, 理深应根据当
地的气候条件, 地面荷载和机耕要求确定
在公路下埋深应为 0.7~ 1.2m
在农村机耕道下埋深为 0.5~ 0.9m
寒冷地区, 埋深应在最大冻土层深以下
一般在地形条件许可的情况下, 管径小, 基础
稳定性好的管道坡度可陡一点;反之应缓些 。
总的来说, 管道坡度不得超过 1:1,通常控制
在 1:1.5~ 1:3以下
微 灌 设 计 实 例
一、设计基本资料
西北某苹果园面积 194亩,株行距为 3X3米,
地形平坦,土层厚度 1.5米,1.0米土层平
均干容重 1.32t/m3,田持 (占土体体积 )为
21%,多年平均降雨量 250mm,多年平均
蒸发量 1500mm,果园南边有一水井,出水
量为 50m3/ h,动水位为 20米,按田间试验,
该地苹果最大耗水量为 5mm/ d
400m
324m

果园平面布置图
二、滴灌系统规划设计参数确定
滴灌设计日耗水强度 I= 5mm/ d
滴灌土壤湿润比不得小于 30%
设计供水均匀度 98%
灌溉水利用系数 95%
三、水量平衡计算
用水分析,
选取设计典型年, 计算典型年的灌溉用
水量和用水过程
? 降雨频率 50% 一中等年
? 降雨频率 75% 一中等干旱年
? 降雨频率 85~ 90% ---干早年
微灌工程一般采用降雨频率 75~ 90% 的
水文年作为典型年
来用水平衡计算
确定过程规模, 如灌溉面积, 蓄水工程
规模
本例水泵开机时间取 15 小时,
A=50× 15/(0.667× 5)=224亩
可控制微灌面杉 224亩 >194亩

小时)
m m /d(I667.0
(t)h/m(QA 3
?
??
四、选择灌水器类型与确定毛管
布置方式
选用进口滴灌管 (以色列 NaanTif),该滴
灌管滴头流量压力关系为
工作水头 hd=10米时, 滴头流量为 2.3
升/时, 选择滴头间距为 1米的滴灌管,
每行果树布臵一条滴灌管
湿润比计算
一般,当滴头为 2升、时,在砂壤土中的
湿润直径为 0.8-1m(经验值)
每棵果树的湿润面积
每棵果树占地面积
湿润比=
=1.0× 3/(3× 3)
= 33%
五、根据设计灌水均匀度计算毛
管最大铺设长度
当没计灌水均匀度为 98% 时, 小区最大
流量偏差 qv=0.1,则小区最大水头偏差,
)qx x112.01(qx1h hhH vv
d
m i nm a x
v
?????
19.0)1.0524.0 524.0112.01(1.0524.0 1h hhH
d
m i nm a x
v ?
?????
将有关数据代入上式得,
根据公式
d
x
1
m a x h)q62.01(h ??
d
x
1
m a x h)q38.01(h ??
计算得 hmax= 11.2m,hmin = 9.3m
小区内滴头最大水头差 11.2-9.3=1.9米
根据支毛管水头差分配比,
dv hH55.0H ?毛?
dv HH45.0H =毛?
毛管最大允许铺设长度
(采用试算法 )
毛管水头损失
F/DLQ104.81.1h 1, 7 71, 7 74f ????
?当 L=150米时, hd =1.51m
?当 L=140米时, hd =1.25m
?当 L=130米时, hd =1.02m
?当 L=100米时, hd =0.5 m
根据地形情况, 取毛管长度 L=100m,此时,
毛管水头损失为 hf= 0.5m
六、布置管网系统
水井出水量 50m3/h
单条毛管长度 100米, 每米一个滴头, 每个滴
头流量 2.3升/时, 则每条毛管流量
Q毛 = 100× 2.3= 230升/时= 0.23m3/ h
每个轮灌组毛管条数 n=50/ 0.23=217条
取为偶数条, 即 216条
整个灌区毛管总条数 (3米一条毛 )为,
324m/ 3× 4= 432条
轮灌组数为 432/ 216= 2
七、轮灌组划分
根据轮灌组划分的原则, 此题中, 比较好
的轮灌组划分为
?第 Ⅰ 和第 Ⅲ 灌水小区为一个轮灌组
?第 Ⅱ 和第 Ⅳ 灌水小区为一个轮灌组
?为说明管网水力学计算过程, 我们将第 1和 n灌水
小区划分为第一轮灌组
?第 Ⅲ 和第 Ⅳ 灌水小区划分为第二轮灌组
400m
324m

Ⅰ Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
支管 1-1
支管 1-2
分干管 1
分干管 2 支管 1-3
支管 1-4
干管 1
干管 2
100m
27条
(一 )支管水力计算
由于当毛管为 100m时,毛管水头损失为 0.5m,
而小区内滴头最大水头差为 1.9m,则支管最大
允许水头差或水头损失为 1.9-0.5= 1.4m
管选用 D63PE管 (内径 53mm)管上毛管条数 272
条,即 27各出水口
管进口总流量 Q= 0.23× 2× 27= 2.42m3/ h
支管长度 L= 27× 3= 81m
支管水头损失 hf= 1.43m≈ 1.4米 (支管允许水
头损失 )
(二 )分干管水力计算
分干管选用 PVC 管, 分干管流量
Q=27× 2× 2× 0.23=24.84m3/h
利用经济管径计算公式,Q13D ?
mmD 65242.1213 ???
初选管径 D=75mm( 内径 70mm)
干管水头损失 hf = 4.42m
(四 )首部枢纽水头损失计算
首部枢纽水头损失包括:闸阀, 过滤器,
施肥器, 管件和泵管等
查阅设备样本, 确定各部件的水头损失
总水头损失考虑 hf首部 = 15m
(五 )水泵扬程确定与水泵选型
水泵扬程=滴头允许最小工作水头 +毛管
水头损失 +支管水头损失十分干管水头损
失 +干管水头损失 +首部水头损失 +动水位
f= 9.3+0.5+1.4+4.42+6.27+15+20= 56.89m
水泵流量 Q= 49.68m3/ h
选定水泵型号
(六 )计算其他轮灌分干管直径
第二轮灌组中分干管 -2管径计算
利用水泵性能曲线确定系统流量时的实际扬程, 假定
与汁算的扬程没有变化, 可由水泵扬程推算出第 2分干
管入口压力
h2分干管 =水泵扬程一动水位一首部水头损失=分干管
进口至第 2分干管入口处的水头损失= 56.89-20-15-
2.4= 19.49m
由前面计算可知, 分干管进口水头为 10.9m,两者相差
8.59m
分干管 2需要将 8.59m水头消去, 选择变径组合, 即选
D63PVC管 55米加上 D75PVC管 45米, 其总水头损失约为
8.59m
(三 )干管水力计算
一般, 一最不利轮灌组计算确定干管直径, 在
确定了水泵扬程后, 到推确定其他轮灌组分干
管或支管的直径
此题中最北面的第 1和 H灌水小区构成的轮灌组
为最不利轮灌组
干管总流量,Q= 24.84× 2= 49.68m3/ h
干管长度 263m
利用经济流速初选干管管径
选 D=110PVC管 (内径 103mm)作为干管
干管水头损失 =6.27m
九, 首部枢纽设计
十, 绘制系统布臵图
十一, 材料单与预算
十二, 经济分析
十三, 施工注意事项
十四、运行管理注意事项
End