第三章 灌水方法
第一节 灌水方法的评价标准、分类及使用条件
一、评价指标
1、灌水均匀度
2、灌溉水利用效率
3、贮水效率其他评价指标
和农业措施的结合,施肥、喷药、调节气候等
劳动生产率高。水平畦田灌溉、机械化程度
地形适应性
管理与基建费用低
占地少二、灌水方法分类
<一 > 全面灌溉
1、地面灌溉
畦灌
沟灌
淹灌 (水稻 )
漫灌 (牧草 )
2、喷灌
sprinkle irrigation
利用专门设备将有压水输送至灌溉地段,
喷射到空中,以降雨方式进行灌溉。
优点:均匀、地形适应性强、可调节湿度和温度、机械化程度高
缺点:造价高、受风影响大。打击强度过大可能伤害幼苗。
Sprinkle irrigation
喷头水泵二、局部灌溉
Prtial irrigation
特点:只湿润作物周围局部土壤,其他远离作物根系的土壤保持干燥。亦称为微灌( micro-irrigation)
通常需要专门的管道系统和灌水器,将水和养分输送至根系附近。
优点:节水、节能、均匀、适应性强、
可结合施肥。可提高作物的品质和产量,
利用劣质水源灌溉。
Partial irrigation
局部灌溉的种类
1、渗灌
利用地下管道将水引至作物根系层,借助毛管作用自下而上湿润土壤。亦称地下灌溉(滴灌亦可埋入地下)。
优点:蒸发少、占地少、压力低。
缺点:地面湿润差、容易堵塞、造价高
(2)滴 灌
Drip irrigation
管道中灌溉水通过特制滴头直接滴在作物根部,然后渗入土壤,
特点,节水、自动化程度高、地形适应能力强、作物可处于最佳水分状态。
缺点:易堵塞、造价高 。
Drip irrigation
3、微喷灌
micro-sprinkle
称为微型喷灌。用小喷头将水喷洒在土壤表面,水流在空中消能。可以是局部灌溉,也可以是全部灌溉。
湿润面积较大,所用的灌水器少,抗堵塞性能好,可创造良好生长环境。
与喷灌的区别:工作压力低(喷灌一般高于 15米 〕,流量小,水源象其他滴灌和渗灌一样需要过滤。
4、涌灌
或称为涌泉灌溉。通过位于根附近的小管涌出的小水流 (地面放置 )或小涌泉将水灌至地面 (地下放置 ).
涌流灌溉出水口流量一般较,超过土壤渗吸速度,有径流产生,需要在地面形成水洼控制水量分布。
特点:工作压力低、抗堵塞。
尤其适于地势平坦的果树灌溉。
5、模上灌
灌溉水流在地膜上流动,通过地膜上的出苗孔或者灌水孔借助重力渗入土壤。
特点:水流沿地膜运动,深层渗漏容易控制,可以增加畦田 (沟 )长度。无效蒸发减少。
目前在新疆地区应用较多。
6、模下灌
地膜覆盖与滴灌结合。将滴头铺设在地膜下,可以减少棵间蒸发。
可以利用劣质水灌溉。抑制盐分在根系层中累积。
以色列应用较多。
7、蒸馏灌溉
利用太阳能将污水蒸发,经冷凝后流向作物根系,可以防止污水中的有害成分在土壤中累积。
疑问:造价如何?防范措施能否过关?
第二节 地面灌水方法
Surface irrigation
简介:
地面灌溉的重要性 中国 90%以上采用地面灌溉技术。
节水灌溉与喷灌技术 (杂志 )
美国喷灌协会与灌溉协会更名,
地面灌溉的优点,投入少、管理费用低、
技术要求低?
一、畦田灌溉
Border irrigation
适宜作物:窄行密植作物或牧草、
蔬菜等。
畦田规格:长 30~ 100米,宽 2~ 4米。
灌水技术要素:畦田长度、宽度、
单宽流量、畦田坡度、灌水延续时间、改水成数等。
地面灌水方法
surface irrigation
灌水技术要素确定
1、灌水延续时间
10 tKm
α1
1
)
0K
m
(t
说明
上式为畦田各点为入渗到设计灌水定额应该持续的时间。
每点的入渗时间若超过 t,出现深层渗漏,
否则灌水不足。
由于水流运动过程的复杂性,很难使得各点的入渗时间一致。 为此需要采用及时封口的方法。
2、畦田水量平衡
3600qt=ml
–灌水时间由灌水定额确定。
–由于存在深层渗漏,田间灌水量一般要比设计灌水定额大。
/净毛 mm?
提高地面灌水质量的措施
1、合理控制入田单宽流量
2、确定合理的畦田规格
3、控制灌水时间(和入田流量有关 〕
4、提高地面平整程度第二节 沟灌
( Furrow Irrigation)
在作物行间开挖灌水沟,水流入沟后,在流动过程中主要借助毛管作用湿润土壤。
– 和畦灌相比,不会破坏作物根系的土壤结构,不容易板结?
– 适于宽行作物,如棉花、烟草等。
1.技术参数,
– 沟长、(坡度)和入沟流量
2.水量平衡方程
– m-灌水定额(深度); a-沟间距; l-沟长; h-沟内水深;
b0-平均水面宽度; p0-湿周; kt-平均入渗水深。
– 计划灌水定额= t时间 (灌水延续时间 )内入渗水量+沟中蓄水量
tklplhbm a l 00
3.沟长度与沟坡度的关系
4.灌水时间确定
上述时间仅能够保证定量灌溉,无法保证灌溉质量;
提高灌溉质量(如均匀度),主要在于控制各点入渗时间的一致,需要合理选择沟灌技术参数,即沟长和如沟流量的组合,使水流推进曲线与消退曲线尽可能平行。
)( 12 i hhl
q
m a lt
6.3?
沟灌新技术
1、尾水回收系统
(tail water recovery system)
适于透水性差、大坡度沟灌。
原理:灌水后沟中难以蓄水、部分水从尾部流走。这部分水流可以由集水系统回收后供灌溉之用。
系统构成:集水沟、蓄水池、提水系统、输水系统。
2、波涌灌溉 (surge Irrigation)
原理:水流消退过程中形成致密层(类似于板结),减少入渗速率,
以较小的水量可以推进更远的距离。
– 适于入渗速率大、畦田坡度小的田块。
– 提高均匀度,减少灌水定额(?)
方法:间歇向沟中灌水。当水流推进到沟中一段距离后,停止灌水,
间隔一定时间后再灌水。
– 分二、三次灌,每次推进 1/2或 1/3沟长时停水一段时间。
– 可以用于畦田灌溉。
第三节 喷灌( Sprinkle irrigation)
( Recorder on CD )
利用专门设备将有压水输送至灌溉地段,
喷射到空中,以降雨方式进行灌溉。
优点:均匀、地形适应性强、可调节湿度和温度、机械化程度高
缺点:造价高、受风影响大。打击强度过大可能伤害幼苗。
一、喷灌技术指标
1、喷灌强度
– 单位时间内喷洒在单位面积上的水量
– 平均喷灌强度是各点单位时间内喷灌水深的平均值。
t
h
i?

t
h

喷灌系统平均喷灌强度
喷灌设计中,各喷头面积必须有一定重叠才能达到一定的设计均匀度,系统喷灌强度与喷头的间距和支灌的间距有关。
.,
95.08.0
1000
喷头间距和支管间距
~灌溉水利用系数,

ml
ss
ss
q
ml
2、喷灌均匀度
衡量灌水质量的主要指标。用于评价灌溉面积上水量分布的均匀程度。
常用表示方法,喷洒均匀度 /水量分布图点喷灌水深平均离差。?

h
h
h
Cu )0.1(100
B 水量分布图 (略)
喷洒范围内的等水量图。表示喷头组合的水量分布情况。比较直观准确,但缺少定量指标 。
3、水滴打击强度
单位喷洒面积内水滴对土壤和作物的打击动能。
水滴过大可能破坏土壤结构和损毁作物。
常用的测量方法是测水滴直径。
– 设计中采用雾化指标控制。
– 不同的作物、不同时期雾化指标要求不同。蔬菜 >4000,
大田作物,3000
雾化指标
md
mH
d
H
喷咀直径,
喷头工作压力;

二 喷头种类和工作原理(略)
1、旋转式喷头(简)
– 水目前最常用的喷头形式。
A 摇臂式:原理
结构简单,最为常用。缺点是受风影响大,支杆要垂直。尤其用于固定系统。
B 叶轮式
水舌冲击叶轮转动,带动喷头旋转。需要减速装置。
特点:不受振动影响,但制造工艺要求较高,应用较少。
C反冲式,
利用水舌离开喷头时的反作用力直接推动喷头转动。
结构简单,但是不够可靠,应用较少。
2、固定喷头
– 特点:没有运动部件,水流作全园或扇形喷射。
– 射程短
– 压力低
– 喷灌强度高、单个喷头均匀度不足,远处强度大。
– 多用于绿地、蔬菜、苗圃等。
固定式喷头的主要种类
A 折射式:
原理:喷头上方有折射锥,水流遇到折射锥后被击成薄水层沿四周射出,在空气阻力作用下分散成细小水滴散落。
B 缝隙式:
管端开出一定形状的缝隙,使水流均匀散成细小的水滴。工作可靠、容易堵塞。
3、孔管式喷头(略)
管道上分布小的喷水孔,水流朝一个方向喷射,
管道可以摆动。或者管道上开多排小孔,可以不安装摇摆器。
结构简单,不要专门灌水器。工作压力低。
国内较少 。
三、旋转式喷头的主要水力参数及影响因素
(一)影响喷头射程的因素
1、工作压力和喷咀直径
压力增加,射程增加。
压力一定时,喷嘴直径增加,射程增加。
2、喷射仰角
– 28~ 32度时射程最远,通常为 30度
3 转速
转速增加,射程减小。一般 1~ 3r/min(中 )
3~ 5r/min(远射程 )
4、水舌形状
水舌掺气少则射程大,减少紊流,水流整直。
加粉碎针可增加掺气,减小水滴直径,提高雾化度。
(二)影响喷灌水量分布的因素(简)
1,工作压力
– 压力适中,水量分布曲线近似于一个偏平的等角三角形;
– 当压力过低时,由于水舌粉碎不足,水量大部分集中在远处,中间水量少,成“轮胎形”分布;当压力过高时,由于水舌过度粉碎,近处水量集中,远处水量不足。
2、喷头的布置形式和间距
一般由计算或者试验确定,设计时可参考设计手册
常用形式:矩形分布,等腰三角形分布或正方形分布 。
3、风向、风力
逆风减少的射程要比顺风增加的射程大 。
– 在布置喷头时,适当密布一些以抵消风的影响 。
(三)影响水滴直径的因素(略)
喷头工作压力和喷嘴直径(雾化指标 H/d)
粉碎机构
喷形状四、喷灌技术参数及其确定方法
(一)喷头组合间距(经验系数法)
– 确定支灌和喷头间距(支灌一般平行布置)
– 支灌间距:
– 喷头间距:
– CL,Cm为经验系数,R为喷头设计射程。
对于支灌数量、喷头数量和工程量有影响
RCL L *=支
RCL m *=喷
(二)支管道布置
与作物种植方向平行
与主风向垂直
– 可以增加均匀度。
五、灌水定额和灌水周期五,喷灌系统设计
( 一 ),收集基本资料
喷灌系统设计前必须进行现场勘查,
了解规划范围、面积、水源情况,收集地形,气象、水文、土壤等有关资料及灌区作物种植情况,当地高产灌水经验,
动力和有关设备资料。

勘查和收集资料工作是搞好规划设计的前提,如水源情况,要优选水源位置,同时还要满足水质和水量的要求,地形资料,需要地形图,这样才能进行管网平面布置并绘制管道纵剖面图气象、水文作物种植资料。
主要用于确定灌溉制度,
对北方地区还要了解冻土层厚度以确定管道埋深,
土壤资料以确定允许喷灌强度等
(二)、喷灌系统选型
根据地形、水源、作物种类,经济及设备等条件,选定喷灌系统型式。
固定式
半固定式
移动式
(三)、喷头选择
根据动力条件作物种植情况,土壤允许喷灌强度,作物适宜的雾化指标以及设备供应条件等因素,确定喷头的工作压力,射程,流量以及喷灌强度,喷嘴直径等技术指标范围并选择喷头 。
四)、确定喷头组合形式和间距
喷头组合形式是指管道式喷灌系统中喷头部的相对位置 。 在全圆喷洒情况下,有正方形,正三角形,矩形和三角形等组合形式 。 详细方法可参阅有关设计手册 。
确定喷头组合间距的原则是:保证喷洒不留空白,并有较高的均匀度 。
间距过大会造成喷洒不均匀或漏喷;
过密会使喷头和管道用量大,增大了投资,且会增大组合喷灌强度 。
(五)布置管道系统
根据地形水源等条件提出管道系统的最佳布置方案,一般就考虑以几点原则:
、使管道总长度短,造价低,有利于水锤的防护。
考虑备用水单位的需要,管理方便,有利于组织轮灌和迅速分散流量。
尽量使支管垂直主风向且与作物种植方向一致。在山丘区,支管一般沿等高线布置。
管线的纵剖面应力求平顺,
减少折点,避免产生负压。
力求使支管各喷头工作压力接近一致,或者允许差值范围内(支管首尾压力小于工作压力的 20%)。
泵站应尽量布置在系统的中心,以减少水头损失。
(五)拟定喷灌工作制度
–( 1)拟定喷灌工作制度
–1) 设计灌水定额 ( mm)
m=0.1H(θmax- θmin)
θmax,θmin - 允许灌水上下限 (占空隙率的百分数 ) 。
可以利用地面灌溉的灌水定额方法
2)设计灌水周期
T= m设计 /e
e-耗水最大时期的日平均耗水强度 ;
3) 灌水延续时间
t=m设计 /ρ系统
ρ系统 = 1000qn/(Sl× Sm)(平均喷灌强度)
4.系统同时工作的喷头数
CT
t
SS
AN
lm?
设喷头