节水灌溉新技术
提 纲
一、基本理念
二、节水工程技术
三、节水灌溉新技术概述
四、喷灌技术
五、微灌技术
六、节水地面灌溉技术
一、基本理念
英文,Water Saving
Water Conservation
Efficient Water Use
中文:节水 =节约用水 =省水
综合:节制、控制、保护、高效






一、基本理念





— 节制用水
— 高效用水
— 保护水源
— 优化用水
一、基本理念





— 水资源利用(资源问题)
— 水环境保护(环境问题)
— 水经济优化(经济问题)
— 可持续发展(社会问题)
一、基本理念






— 水需求的增长性
— 水资源的稀缺性
— 水环境的脆弱性
一、基本理念






—— 缺水已开始制约可持续发展
—— 缺水有可能导致动乱和战争
!节水是缓解缺水的根本措施
一、基本理念
节水型农业
节水型工业
节水型城市
节水型企业
节水型社区










一、基本理念
? 农业管理的节水(政策、法规和体制)。
农业节水的 核心 就是 提高降水和灌水的
利用效率 。
? 灌溉范畴的节水 ( 灌溉工程, 灌溉技术 ) 。
? 农学范畴的节水 ( 作物生理, 农田水分调控 ) 。
一、基本理念
农的
业关
节键

合理降低 作
物的无效 耗
水, 提高 农
业用水的 有
效性 。
我国现有耕地
19.5亿亩,其中旱
地农业(雨养农业)
11.62亿亩,有效
灌溉面积 8.38亿亩
( 2001年)。
实现农业可持续发展和水资源可持续利用的重点。
一、基本理念
涉及到农业资源、农作物、
农业经济、水利、机械、自动化
和管理、政策、法规等科学,应
突出重点、突出特色、综合实施,
科学节水。
节水是系统工程
一、基本理念
( 1) 通过渠道或管道
将水从水源输送到田间,
对应的技术称为输配水工
程技术 。








一、基本理念








内蒙玉米滴灌示范
山西霍泉自压喷灌示范
( 2) 将引至田间的灌溉水,
尽可能均匀地分配到指定的面
积上转化为土壤水, 对应的技
术称为灌水技术 ( 如喷灌, 微
灌, 地面灌等技术 ) 。
一、基本理念








( 3)作物吸收利
用土壤水,以维
持它的生理活动。
( 4) 通过作物复
杂的生理过程,
形成经济产量 。
最根本和有效措施则是
采用渠道防渗措施减少渠道
渗漏损失, 节省灌溉用水量,
更有效地利用水资源 。
?渠道防渗技术
二、节水工程技术
?渠道防渗技术
二、节水工程技术
土渠输水水的利用系数一般只有 0.4- 0.5,差的仅
有 0.3左右。采用渠道防渗技术后,可使渠系水的利用系
数提高到 0.75- 0.85。此外,渠道防渗还具有加大过水
能力、减小过水断面、有利于农业生产抢季节、节省土地
等优点。渠道防渗是我国当前节水灌溉技术推广的重点。
根据渠道防渗所使用的材料进行划分,我国目前主要
采用 混凝土衬砌、浆砌石衬砌、预制混凝土与土工布复合
防渗 等型式。近几年,每年完成渠道防渗约 5万公里。











二、节水工程技术
1,土料防渗
土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺筑一
层夯实的土料防渗层,包括压实素土、粘砂混合土、
三合土、四和土、灰土等。
特点和适用条件 土料防渗具有一定的防渗效果
[0.07-0.17m3 /(m2,天 )],能就地取材,造价低廉,
技术简单,群众容易掌握,但允许流速小,抗冻耐久
性差,故土料防渗适用于气候温和地区流速较小的中、
小型渠道,当地应有丰富的土料资源。 若防渗要求高,
当地砂石料缺乏,难以采用后述的衬砌方法时,可利
用土壤固化剂(如 GA剂)对土了进行固结处理。











二、节水工程技术
2.水泥土防渗
水泥土具有较好的防渗效果 [0.06- 0.17立
方米/(平方米 ·天) ],能就地取材,造价低,
技术简单,其水泥用量与低标号混凝土的水泥用
量相当,允许流速小,抗冻性差。适用于温和地
区,且附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的渠道。











二、节水工程技术
3.混凝土防渗
混凝土衬砌渠道具有防渗抗冲效果好,输水
能力大,经久耐用,便于管理等特点。因而适用
于各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠
道,附近应有骨料来源。
混凝土衬砌按施工方法分为现浇和预制两种。











二、节水工程技术
4.膜料防渗
膜料防渗是用塑料薄膜或沥青玻璃纤维布油
毡或复合类膜料做防渗层,其上设保护层的防渗
方法。膜料防渗性能好,适应变形能力强,南北
方均可采用,特别是北方冻胀变形较大的地区效
果理想。











二、节水工程技术
5.沥青混凝土防渗
沥青混凝土衬砌属于柔性结构,其防渗能力强,适
应变形性好,造价与混凝土相近,适用与冻害地区,且
附近有沥青料源的渠道。
沥青混凝土衬砌分有、无整平胶结层两种。一般岩
石地基的渠道考虑使用整平胶结层。为提高防渗效果,
防止沥青老化,在沥青混凝土表面涂刷沥青玛蹄脂封闭
层,涂刷的沥青玛蹄脂必须满足在高温下不流淌,在低
温下不脆裂,具有较好的热稳定性和变形性能。
利用机泵抽取井水, 通
过管道系统把水直接输送到
田间对农田实施灌溉 。
?低压管道输水灌溉技术
(简称管灌)
二、节水工程技术
?低压管道输水灌溉技术
二、节水工程技术
与用土渠输水比较,它的输水损失少,输水效率可达
到 95%;输水所需工作压力很低,一般只需 0,02-0,22
兆帕就行,节能 50%以上;节约土地 1% -3%;运行费用
少;适应性强;受气候、地形、经济体制、作物分区、灌
水时间等因素干扰少;水流速度快;缩短灌水周期等。单
位面积投资较低,一般每公顷 450元 -900元,使用技术也
很简单。
目前,低压管道输水技术的发展重点是在北方机电井
灌区,它对老灌区的技术改造具有现实意义。
?低压管道输水灌溉技术
二、节水工程技术











水源 —— 地下水,河、湖、库、塘、渠等清水
首部取水枢纽 —— 水泵、动力机及其配套设备
输水配水管道 —— 一般设有 1级 -2级固定输水管道,埋设
在地下约 1米深处。管上等距离设置竖
管直通地面。
给水装置 —— 竖管出口处向田间配水的出水口 (或给水栓 )
安全保护装置 — 管道首端或特殊部位设置排气阀或调压阀
田间灌水系统
?低压管道输水灌溉技术
二、节水工程技术











移动式 — 所有的设备都能移动使用。常用单级软管输水,
软管与水泵出口直接相连,沿作物种植方向铺开,
软管长约 200米。这种形式投资低、使用方便简单,
但软管使用寿命短,高杆作物后期进地有困难。
固定式 — 所有的设备和设施工程都是固定的,主要用于机
电井灌区和控制灌溉面积大的灌区。管道常采用干、
支两级埋于地下,末级管道间距 200米 -300米。这
种形式投资较高。
半固定式 — 机泵和地下输水管网、闸阀等固定,地面配水管
道和灌水管道采用移动管道。这是我国采用最多
的形式,适用于自流和抽水灌区。
三、节水灌溉新技术概述
水送到田间以后,如何浇灌是
大有学问的。不少地方的农民仍然
固守着旧的观念,认为浇地就是浇
灌, 地,,要浇足浇够水,于是沿
袭几千年来的传统办法,采取大水
漫灌,浇地时,把整个田块都放满
水。如果田间土地不平整,高高低
低,要使地块都漫上水,所用水量
就要更大。其实浇地的目的是让庄
稼根部获得和保持必需的水量,其
余地方完全没有必要,浇很深的水
更是巨大的浪费。
用了这么多的水,施了
如此多的肥,庄稼却长
不好,花钱费力还污染
环境,真是不划算哟!
节水灌溉技术是指灌溉水 (包括降水 )进入农田
后,通过采用良好的灌溉方法,最大限度地提高灌
溉水利用率和利用效率的灌溉技术。
好的灌水技术不仅灌水均匀,而且节水、节能、
省工,使土壤保持良好的物理化学性状,提高土壤
肥力,从而获得最佳效益。
三、节水灌溉新技术概述
节水灌溉技术 一般包括 地面节水灌溉技术, 喷
灌 和 微灌 等新的灌水技术,其中地面节水灌溉技术
包括小畦, 三改, 灌水技术、长畦分段短灌、宽窄
式畦沟结合灌溉、薄膜覆盖灌溉、涌流灌溉和水平
畦田灌溉等;微灌包括滴灌、微喷灌、涌泉灌溉
(小管出流灌溉 )和脉冲灌溉等。由于喷灌、微灌技
术大多通过管道输水,并需要一定压力而进行,也
称压力灌溉。
三、节水灌溉新技术概述
喷灌技术
喷灌是将灌溉水加压
(用泵或利用水源的自然
落差)后,经管道输送至
喷头,并由喷头将水射出,
均匀地散成细小水滴对作
物进行灌溉的节水型灌溉
技术。它作为一种先进的
机械化、半机械化灌水方
式,在很多发达国家已广
泛采用。
喷灌的主要优点如下:
( 1)节水效果显著,水的利用率可达 80%。一般情况下,喷灌与地
面灌溉相比,1m3水可以当 2m3用。
( 2)作物增产幅度大,一般可达 20%-40%。其原因是取消了农渠、
毛渠、田间灌水沟及畦埂,增加了 15%-20%的播种面积;灌水均匀,
土壤不板结,有利于抢季节、保全苗;改善了田间小气候和农业生
态环境。
( 3)大大减少了田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量。
( 4)减少了农民用于灌水的费用和投劳,增加了农民收入。
( 5)有利于加快实现农业机械化、产业化、现代化。
( 6)避免由于过量灌溉造成的土壤次生盐碱化。
喷灌技术
喷灌技术的缺点
( 1) 喷洒作业受风的影响大 漏喷, 漂移, 蒸发损失的水量
可以达到灌溉水量的 15% ~ 30% 。
( 2) 直接蒸发损失大 尤其在旱季, 水滴落地前蒸发损失达
到 10%。
( 3) 设备投资高 喷灌需要设备和大量的管道材料, 基建投
资高 。
( 4) 耗能多 喷灌要利用水的压力使水流破碎成细小的水
滴,并且喷洒到规定范围内,需要更多的能源消耗。
喷灌技术
喷 灌 系 统 的 组 成

























喷灌技术
喷灌系统的分类
管道式喷灌系统 机组式喷灌系统








































喷灌技术
全部管道采用固定
式,具有操作方便,运
行费用低等优点,但设
备利用率低,单位面积
投资大。 适用于灌水频
繁,经济价值高的蔬菜、
茶、果等经济作物以及
经济发达或劳动力紧缺
的地区。
? 固定式喷灌系统
喷灌技术
仅干管采用固定
式,支管和喷头移
动使用,提高了设
备利用率,减少了
单位面积投资,是
目前我国主要采用
的喷灌形式之一。
? 半固定式喷灌系统
喷灌技术
全部管道移动使
用,设备利用率高、
单位面积投资低,
但劳动强度大。
? 移动式喷灌系统
喷灌技术
自动化程度高、单机
控制面积大,适应于规模
化经营,目前在东北、新
疆等地得到了应用,其
主要有平移式、滚移式和
圆形 3种。
? 大中型圆形喷灌机组
喷灌技术
该机组机动灵
活,投资少,
对田块、地形及
小规模农户经营
适应性强,是目
前我国喷灌的主
要形式之一。
? 轻小型圆形喷灌机组
喷灌技术
因整体移动
性好,自动化程
度较高,已在我
国部分省区得到
应用。
? 卷盘式喷灌机
喷灌技术
1894年,一位名叫查尔斯,斯凯纳的美国
依阿华州人,发明了一种非常简单的喷水系统,
开拓了人类利用机械设施节水灌溉的先河。
1933年,美国加州一个叫澳滕,英格哈特的农
民发明了世界第一只摇臂喷头,并注册专利,
由著名的雨鸟公司制造。这种新型喷头的问世,
对此后农业节水灌溉起到了革命性的推动作用。
采用摇臂喷头喷水系统后,水的利用率大大提
高,比大水漫灌可提高约 50%以上。这样,同
样的水可多灌 50%的面积。美国农业工程师协
会( ASAE)在 1990年举行的, 农业工程 50周年
庆典, 上为此授予雨鸟公司, 历史里程碑奖, 。






喷灌技术
二次世界大战以后,美国的经济、
技术飞速发展,以皮尔斯( Pierce)
为先导的灌溉企业制造出多种快速连
接铝合金接头,与薄壁铝管连接,诞
生了半固定及固定式薄壁喷灌系统,
使得大面积采用喷灌系统成为可能。






喷灌技术
为充分利用半固定式喷灌系
统造价低的优点,克服其劳动强
度高的缺点,一种由机械驱动的
类似于半固定系统的喷灌机在 30
年代晚期由一位叫哈里,法里斯通
( Harry, Firestone)的人发明
并投入使用。现在仍有数家公司,
如美国的维德 (Wade Co.),莱克
(Lake),皮尔斯 (Pierce)等在制
造这种被称为滚移式喷灌机
( Side Roll 或 Wheel Moving)
的机器。






喷灌技术
1952年,一位名叫
弗兰克( Frank)的科罗
拉多州的农民发明了一
种水力驱动,自动转圈,
上边悬挂喷头的喷灌机
具,取名为中心支轴式
喷灌机( Center
Pivot)。 60年代后,这
种机器在地广人稀,地
势不平坦的美国中部农
业区科罗拉多、内巴拉
斯基、堪萨斯,广泛推
广开来。






喷灌技术
70年代,由于石油危机的影响,中
心支轴式喷灌机的喷头由摇臂喷头改为
低压微喷喷头,以达到节约能源的目的。
此后,水力驱动也逐渐改变为电力驱动,
可靠性越来越高。目前,美国总灌溉面
积中,约 31%采用中心支轴式系统灌溉。
为提高土地利用率,后来又开发出
平移式喷灌机( Lateral Moving),但
使用并不多。因为成本较高,维修不方
便,能耗高。






喷灌技术
卷盘式喷灌机,
广泛流行于欧洲各地,
起源于法国,适合于
中、小农场。整套机
具配一支大喷枪,流
量及射程非常大。这
种机器使用灵活、方
便,劳务成本低。但
能耗高,喷水均匀度
不好,对土壤侵蚀严
重,对作物打击强度
太大。






喷灌技术
我国于 20世纪 50年代初开始引进先进
的喷灌技术,建设了一些喷灌试验工程。
20世纪 70年代以后得到较大的发展,进行
了较大规模的研究、开发和生产应用。
经过 30多年的努力,到 2000年我国喷
灌面积发到到 246万公顷( 3690万亩),占
全国灌溉面积的 4.14%,据有关部门预测,
到 2010年我国节水灌溉面积将达到 5411万
公顷,其中喷灌面积将达到 546万公顷,新
增喷灌面积 300万公顷。






喷灌技术
喷灌的技术特征:要求灌溉水必须均匀
地分布在所灌溉的土地上;同时喷洒后地表不
产生径流和积水,没有灌溉水的二次再分配;
此外,喷洒水滴不得破坏土壤的团粒结构,也
不得伤害作物,造成减产。为了使喷灌达到上
述的技术要求,规定了喷灌技术的, 三要素,,
即 喷灌强度、喷灌均匀度和喷灌雾化指标 。任
何喷灌过程只有当这三项技术指标的值不低于
国家标准要求时,才能达到喷灌的省水、增产、
保土、保肥、提高作物品质的效果。








喷灌技术
喷灌强度指单位时间内喷洒在单位面积上的水量,一
般用 mm/h表示。
喷灌强度包括点喷灌强度 Pi和平均(面)喷灌强度 P两
个概念。
点喷灌强度指在一定时间 t喷洒到某点土壤表面的水深
h;平均喷灌强度 P指在一定的面积上的各点,在时间 t内的
喷灌水深平均值 h0。
规范规定,喷灌系统设计喷灌强度不得大于土壤的允
许喷灌强度。当地面坡度大于 5%时,允许喷灌强度应进行
折减。




喷灌技术




土壤类别 允许喷灌强
度 (mm/h)
土壤类别 允许喷灌强
度 (mm/h)
砂土 20 壤粘土 10
砂壤土 15 粘土 8
壤土 12
各类土壤的允许喷灌强度
注:有良好覆盖时,表中数值可提高 20%。
喷灌技术




地面坡度
( %)
允许喷灌强
度降低
(mm/h)
地面坡度
( %)
允许喷灌强
度降低
(mm/h)
5— 8 20 13— 20 60
9— 12 40 >20 75
坡地允许喷灌强度降低值
喷灌技术
喷灌均匀度是指在喷灌面积上水量分布的均匀
程度, 它是衡量喷灌质量优劣的主要指标之一,
直接关系到喷灌农作物的增产幅度 。 在喷灌系统
中, 喷灌均匀度是指大面积上的均匀度, 也就是
喷头组合在一起时的均匀程度;单个喷头的喷洒
均匀度在实际中并无意义 。 喷灌均匀度是以单喷
头的水量分布图为基础进行组合和分析, 或实测
得出的;它与喷头结构, 工作压力, 喷头布置形
式, 喷头间距, 喷头转速的均匀性, 竖管的倾斜
度, 地面坡度和风速, 风向等因素有关 。
表征喷灌均匀度的方法很多,通常用喷洒均
匀系数和水量分布图表示。





喷灌技术
规范规定:, 在设计风速下, 喷灌均匀系数一般不应低
于 75%,对于行喷式喷灌系统, 不应低于 85%, 。 在实际设
计中, 喷灌均匀度是通过合理确定喷头组合间距而实现的 。
国产喷头可按根据, 射程间距, 比来计算合理的组合间距,
即按下表确定喷头组合间距:喷




设计风速 喷头组合间距 等间距布置
垂直于风向 平行于风向
0.3~1.6 R 1.3R (1.1~1.0)R
1.6~3.4 (1~0.8)R (1.3~1.1)R (1.0~0.9)R
3.4~5.4 (0.8~0.6)R (1.1~1)R (0.9~0.7)R
注,R为喷头的设计射程。当支管方向与风向成 45度角时
按等间距布置确定组合间距。
喷灌技术
喷洒水滴的直径大小称为雾化程度, 是指喷头的工作
压力 H(m)与喷嘴直径 d(mm)的比值 。 常用下式计算








种 类 雾化指标
蔬菜及花卉 4000~5000
粮食作物、经济作物及果树 3000~4000
牧草、饲料作物、草坪及绿化林木 2000~3000
按国标规定,设计雾化指标应满足下表要求,
d
H
d
1000??
喷灌技术
1,适时适量地给作物提供水分要做到这一点,
必须制定合理的灌溉制度, 保证干旱年或半干旱
年作物正常生长对水分的要求 。 即喷灌工程的设
计标准必须满足灌溉保证率不低于 85%,按这个标
准配套容量合理, 工程结构可靠, 运行安全方便,
各部分的设计规格能保证喷灌灌溉制度实施的水
源工程 。
2,有较高的喷灌均匀度 。 喷灌均匀度指的是
组合均匀度, 它与单个喷头的倾斜度, 地面坡度,
风速, 风向等因素有关 。 要求在设计风速下, 定
喷式喷灌系统的组合均匀系数不低于 75%, 行喷
式喷灌机的组合均匀系数不低于 85% 。








喷灌技术
3,有适宜的喷灌强度 ( 指组合喷灌强度 ),影响其
数值大小的主要因素与影响组合均匀度的因素相同 。 要
求喷头的组合喷灌强度不得大于当地土壤的允许喷灌强
度 。 对于行喷式喷灌系统的喷灌强度可以略大于土壤的
允许喷灌强度, 在喷洒的过程中允许地面出现当时渗不
下去而过后能很快渗入的小水洼,但不得出现地面径流 。
4,有适宜的雾化程度 。 喷灌水是以模拟天然降雨的
形式落在田间的,为了避免土壤板结或损坏作物,要求喷
洒水滴对土壤和作物的打击强度要小 。 但是水滴雾化要
消耗能量,雾化过度不仅不经济,而且因细小水滴容易被
风吹散, 漂移, 蒸发损失加大 。 因此, 应根据作物种类,
以不损坏作物为度, 选用具有适宜雾化指标的喷头 。








喷灌技术
喷灌系统规划设计的内容一般包括:勘测调查, 喷灌
系统选型和田间规划以及水力计算和结构设计等三个步
骤 。喷








勘测、收集基本资料































力、










喷灌技术









喷灌系统的选型和田间规划








确定
喷洒
方式
和喷
头组
合形

选择
喷头
(喷灌
机 )及
工作
压力






喷灌技术









水力计算和结构设计
喷灌
制度
计算同时工作的
喷头数和支管数

























































喷灌技术










1,喷灌试验田间小区布置
喷灌试验小区的面积, 应根据喷头射程确定:
如采用摇臂式喷头, 试区面积应大于 300m2;
如采用折射式喷头, 试区面积应大于 60m2。 相
临小区之间应设置隔离带, 隔离带的宽度应以
小区之间的喷洒水滴不发生相互干扰为原则,
一般间隔 3—5m较为适宜 。 隔离带内应种植与小
区相同的作物 。
喷灌技术










2,喷灌试验处理与重复
按照, 灌溉试验规范, 的要求, 喷灌技术试验,
应针对一定的土壤, 作物, 地形和喷灌设备等条
件, 对喷灌强度及喷头的合理布置进行田间对比
试验 。
喷灌试验小区占地面积较大, 因此处理数与重
复数不宜过多, 一般以 3——5个处理为宜, 每个处
理重复 2——3次 。
( 1) 设计不同的灌水次数, 每次灌水定额相同;
( 2) 灌水次数相同, 每次的灌水定额不同 。
喷灌技术










3,测定的位置和测点数
若为固定式喷灌, 可选 1~ 2个喷头, 以
喷头为中心, 选定两条相互垂直的测线 及对
角线 ( 矩形 ), 在每条测线上选 3~ 5个有代
表性的测点;若为移动式喷灌, 可在一个试
区内选 5~ 7个有代表性的测点 。
喷灌技术










3,喷灌试验应观测的主要内容
( 1) 喷洒水量水分, 作物茎叶截留, 喷洒水滴的
空中漂移损失
( 2) 地表径流, 土壤冲刷, 板结和作物损伤状况
( 3) 风向, 风速
( 4) 喷灌工作压力, 漏喷面积
( 5) 土壤含水率
( 6) 作物生长发育状况和产量等
( 7) 作物水分生理指标
喷灌技术
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