農(nóng)田水利學(xué)42灌水方法噴灌

灌水方法第四章（二）噴灌一、噴灌概述噴灌是當(dāng)今世界上最主要的節(jié)水灌溉技術(shù)之一，美國(guó)、前蘇聯(lián)的噴灌面積均占其總灌溉面積的40％以上；隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，上百萬畝的大型噴灌工程的建設(shè)已成為現(xiàn)實(shí)；噴灌技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)的結(jié)合顯著提高了水的利用率和利用效率，提高了土地生產(chǎn)率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于噴灌面積迅速擴(kuò)大，世界上已形成了相當(dāng)規(guī)模的支撐產(chǎn)業(yè)，出現(xiàn)了一批名牌產(chǎn)品和著名企業(yè)，成為發(fā)展噴灌必不可少的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)進(jìn)步的主力軍。噴灌技術(shù)我國(guó)雖早在50年代就已建設(shè)了一些噴灌試驗(yàn)工程，但形成一定規(guī)模地進(jìn)行研究、開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用則是進(jìn)入70年代以后的事情。茶園噴灌噴灌技術(shù)1976年噴灌列入國(guó)家科研計(jì)劃，1977～1978年國(guó)家計(jì)委將噴灌列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，原水利電力部正式將噴灌列入水利建設(shè)計(jì)劃。噴灌技術(shù)當(dāng)前,我國(guó)研制了輕小型噴灌機(jī)、中心支軸式噴灌機(jī)、平移式噴灌機(jī)、軟管牽引卷盤式噴灌機(jī)、滾移式噴灌機(jī)等設(shè)備，其中輕小型噴灌機(jī)已形成上10萬臺(tái)的年生產(chǎn)能力，電動(dòng)中心支軸式噴灌機(jī)和滾移式噴灌機(jī)也已定型并批量生產(chǎn)。噴灌技術(shù)自行開發(fā)了塑料管等多種地埋管材和配套管件，開發(fā)了薄壁鋁管、鍍鋅薄壁鋼管等移動(dòng)管材，并已形成批量生產(chǎn)能力。噴頭以水平搖臂式噴頭為主體，先后開發(fā)了PYl、PY2及ZY1、ZY2四個(gè)系列的金屬搖臂式噴頭以及PYS系列塑料搖臂式噴頭，此外，還有我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的步進(jìn)式全射流噴頭。噴灌技術(shù)1985年我國(guó)頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ85—85《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》和部標(biāo)準(zhǔn)SDl48—85《噴灌工程技術(shù)管理規(guī)程》，對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化發(fā)揮了重要作用。并針對(duì)噴灌使用專用設(shè)備多的特點(diǎn)，我國(guó)對(duì)主要的噴灌設(shè)備頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如噴頭、管材、自吸泵等等，這些標(biāo)準(zhǔn)是噴灌設(shè)備生產(chǎn)制造必須遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)。

噴灌技術(shù)經(jīng)過30多年的努力，全國(guó)絕大部分縣開展了噴灌的試點(diǎn)、示范和推廣工作。1996年國(guó)務(wù)院決定在全國(guó)建設(shè)300個(gè)節(jié)水增產(chǎn)重點(diǎn)縣，以點(diǎn)代面，推動(dòng)全國(guó)節(jié)水灌溉的普及。這種形勢(shì)有力地促進(jìn)了噴灌事業(yè)的發(fā)展，全國(guó)噴灌面積從1992年的1250萬畝發(fā)展到1997年的1900萬畝，年平均增長(zhǎng)率超過10％。噴灌技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。噴灌技術(shù)噴灌二、噴灌組成和類型（一）、組成水源：井、渠、河等動(dòng)力：電、機(jī)械水泵：揚(yáng)水設(shè)備管道系統(tǒng)：干、支管噴頭：灌水設(shè)備附件：壓力表、肥料灌等噴灌技術(shù)（二）、類型根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)情況，噴灌系統(tǒng)可分為：1、固定式：除噴頭可移動(dòng)外，其它都固定；2、移動(dòng)式：除水源外其它部分都可移動(dòng)；3、半固定式：首部和干管固定，支管及噴頭可移動(dòng)。也可按系統(tǒng)特點(diǎn)分為：管道式機(jī)組式噴灌技術(shù)固定式系統(tǒng)噴灌技術(shù)移動(dòng)噴灌系統(tǒng)——縱拖式噴灌技術(shù)移動(dòng)噴灌系統(tǒng)——平移式噴灌技術(shù)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用固定式操作方便生產(chǎn)效率高運(yùn)行成本低占地少設(shè)備利用率低投資大灌水頻率高經(jīng)濟(jì)效益大地形復(fù)雜坡度大移動(dòng)式設(shè)備利用率高單位面積投資低操作靈活田間所需渠道多、路多、占地多、勞動(dòng)強(qiáng)度大灌水頻率不高的作物水源方便半固定式設(shè)備利用率較高投資較省勞動(dòng)強(qiáng)度一般工作條件較差勞動(dòng)強(qiáng)度較大目前主要發(fā)展類型各類噴灌系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較噴灌技術(shù)三、噴頭種類及工作原理（一）、按工作方式分類1、旋轉(zhuǎn)式噴頭噴灌技術(shù)球場(chǎng)上使用的噴頭噴灌技術(shù)單嘴搖臂噴頭噴灌技術(shù)2、固定式噴頭折射式噴頭噴灌技術(shù)縫隙式噴頭噴灌技術(shù)離心式噴頭噴灌技術(shù)3、孔管式噴頭噴灌技術(shù)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式射程遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于推廣安裝不平或有風(fēng)時(shí)旋轉(zhuǎn)不勻中遠(yuǎn)程噴灑、田邊地角、大田作物固定式工作可靠造價(jià)便宜射程?。?-10m）噴灌強(qiáng)度大（15-20mm/h）水量分布不均易堵塞果園、菜地、苗圃、溫室孔管式要求壓力低噴灌強(qiáng)度大水舌受風(fēng)影響大果園、菜地、苗圃、溫室不同噴頭的優(yōu)缺點(diǎn)比較噴灌技術(shù)（二）、按工作壓力分類1、低壓近射程：200kpa以下的壓力，15m以內(nèi)的射程；2、中壓中射程：200-500kpa的壓力，15-40m的射程；3、高壓遠(yuǎn)射程：大于500kpa的壓力，40m以上的射程。噴灌技術(shù)項(xiàng)目高壓遠(yuǎn)射程中壓中射程低壓近射程工作壓力（kPa)>500200-500100-200射程（m）>4015-405-15流量（m3/h）>310.8-310.3-1.2噴頭按工作壓力和射程分類噴灌技術(shù)（三）噴頭的技術(shù)參數(shù)1、工作壓力：進(jìn)水口前20cm的內(nèi)壓力為工作壓力；出水口的壓力為噴嘴壓力。兩者的差值反映噴頭的設(shè)計(jì)制造水平，其值應(yīng)小于49kpa；2、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間噴出的水量，與工作壓力和噴嘴直徑成正比。3、射程：噴灑有效水所達(dá)到的距離，即噴灑半徑。與噴嘴壓力、流量、仰角、噴嘴形狀、噴灌結(jié)構(gòu)等有關(guān)。實(shí)際測(cè)量時(shí)，以噴灌強(qiáng)度等于平均強(qiáng)度5%的點(diǎn)至圓心的距離為準(zhǔn)。

為流量系數(shù)；A為噴嘴過水面積，hp為噴頭工作壓力。噴灌技術(shù)在一定范圍內(nèi)，壓力增加射程增加，超出之后壓力增加只能增加霧化程度。噴頭的技術(shù)參數(shù)是選擇噴頭的主要依據(jù)。一般生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出廠前都已將參數(shù)標(biāo)定。噴灌技術(shù)四、噴灌技術(shù)要素噴灌的主要技術(shù)指標(biāo)有噴灌強(qiáng)度、噴灌均勻度、水滴打擊強(qiáng)度等幾項(xiàng)，他們是衡量噴灌質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)噴灌系統(tǒng)的重要依據(jù)。噴灌技術(shù)（一）、噴灌強(qiáng)度噴灌強(qiáng)度就是單位時(shí)間內(nèi)噴灑在單位面積上的水量，或單位時(shí)間噴灑在地上的水深。單位：mm/min或mm/h噴灌時(shí)水量并不十分均勻，因此有點(diǎn)強(qiáng)度和平均強(qiáng)度之分。噴灌技術(shù)1、點(diǎn)噴灌強(qiáng)度：地面某一點(diǎn)處單位時(shí)間內(nèi)噴灑的水深

ρi=△h/△t2、平均噴灌強(qiáng)度：地表上平均單位面積單位時(shí)間內(nèi)噴灑的水深

ρ=h/t噴灌技術(shù)3、單噴頭噴灌強(qiáng)度：?jiǎn)蝹€(gè)噴頭工作時(shí)的噴灑強(qiáng)度。

ρ=1000qη/s=1000qη/

(

R2)噴灌技術(shù)4、多噴頭組合噴灌強(qiáng)度：多個(gè)噴頭組合時(shí)的噴灌強(qiáng)度。

ρ組合=1000qη/s=1000qη/(

l*b)S為噴頭控制面積，小于噴灑面積。噴灌技術(shù)噴灌強(qiáng)度應(yīng)小于土壤的入滲強(qiáng)度，以避免產(chǎn)生地表積水或徑流，造成土壤沖刷，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須掌握土壤、地形、坡度等資料。噴灌技術(shù)土壤類別允許噴灌強(qiáng)度（mm/h）

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粘土8（二）、噴灌均勻度噴灌均勻度指噴灌面積上水量分布的均勻程度，是衡量噴灌質(zhì)量的重要指標(biāo)。表征指標(biāo)有均勻度系數(shù)和雨量圖。噴灌技術(shù)1、均勻度系數(shù)國(guó)際上多采用美國(guó)克里斯琴森均勻系數(shù)。計(jì)算式為：

式中：為平均水深，△h為平均離差。GBJ85-85《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：在設(shè)計(jì)風(fēng)速下，噴灌均勻系數(shù)不應(yīng)低于75%，對(duì)行噴式噴灌系統(tǒng)，不應(yīng)低于85%。噴灌技術(shù)2、水量分布圖噴灑范圍內(nèi)的等水量圖。噴灌技術(shù)單個(gè)噴頭的均勻系數(shù)是沒有什么意義的，因?yàn)閲姽喽际嵌鄧婎^的組合；實(shí)際生產(chǎn)中可用四個(gè)或三個(gè)噴頭組合進(jìn)行測(cè)定，即噴頭為這的范圍內(nèi)的均勻系數(shù)可代表噴灌的實(shí)際均勻度。噴灌技術(shù)（三）、水滴打擊強(qiáng)度是指受水面積內(nèi)，水滴對(duì)作物或土壤的打擊動(dòng)能。與水滴大小、降落速度和密度有關(guān)。用霧化指標(biāo)或水滴直徑表示。噴灌技術(shù)1、霧化指標(biāo)

Pd=Hp/dHp--為噴頭工作壓力；d--為噴嘴直徑。Pd越大，霧化程度越高；水滴直徑越小，打擊強(qiáng)度越小。噴灌技術(shù)作物種類Hp/d蔬菜及花卉4000-5000果樹、糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物3000-4000牧草、飼料作物、草坪及綠化林木2000-3000各種作物要求的噴頭霧化指標(biāo)噴灌技術(shù)噴灌技術(shù)2、水滴直徑指落在地面或作物葉面上的水滴直徑。直徑過大打傷幼苗、板結(jié)土壤；直徑過小，在空中損失大、易受風(fēng)的影響。一般要求平均在1-3mm以內(nèi)。噴灌技術(shù)五、噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃、布置與設(shè)計(jì)噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)的過程，不可能一次就完全確定下來，但可以遵循一定的步驟。通常分為規(guī)劃和設(shè)計(jì)兩個(gè)階段進(jìn)行。噴灌技術(shù)（一）、收集資料1、自然條件地形、土壤、氣象、水源、作物等2、生產(chǎn)條件水利現(xiàn)狀、生產(chǎn)現(xiàn)狀、動(dòng)力現(xiàn)狀、材料及供應(yīng)情況、生產(chǎn)組織和用水管理狀況3、經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件行政區(qū)劃、經(jīng)濟(jì)條件、交通條件、發(fā)展規(guī)劃噴灌技術(shù)（二）、系統(tǒng)選型根據(jù)地形、土壤、氣象、水源、作物、經(jīng)濟(jì)及設(shè)備條件，考慮各種系統(tǒng)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，選定系統(tǒng)形式。1、噴灌次數(shù)多、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的作物可選固定式；在地形太陡，移動(dòng)困難時(shí)也可選固定式；2、大田作物可選移動(dòng)或半固定式，提高設(shè)備利用率；3、自然水頭好時(shí)可選自壓式系統(tǒng)，降低運(yùn)行費(fèi)。噴灌技術(shù)（三）、選擇適宜的噴灌強(qiáng)度噴頭的噴灌強(qiáng)度在出廠時(shí)已標(biāo)定。根據(jù)土壤和坡度等選定噴灌強(qiáng)度。噴灌技術(shù)土壤類別允許噴灌強(qiáng)度（mm/h）

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粘土8各類土壤允許的噴灌強(qiáng)度噴灌技術(shù)地面坡度(%)允許強(qiáng)度的降低數(shù)(%)<5105-8209-124013-2060>2075坡地噴灌強(qiáng)度降低值（四）、確定噴灑方式和噴頭組合1、噴灑方式有全園噴灑和扇型噴灑兩種。生產(chǎn)中全園噴灑是主要的，扇形噴灑在特殊的場(chǎng)合適用：（1）田邊地角（2）坡度較大（3）風(fēng)力較大（4）單噴頭機(jī)組噴灌技術(shù)2、噴頭組合噴灌時(shí)是多噴頭同時(shí)工作。噴頭組合的原則是不留空白，并有較高的均勻度。常用的噴頭組合有四種形式：如下圖示噴灌技術(shù)噴頭組合形式噴灌技術(shù)3、噴頭組合間距的確定噴頭間距受射程、噴灌均勻度和噴灌強(qiáng)度等的影響，一般把噴頭間距和選型一起考慮，即確定作業(yè)方式和質(zhì)量，然后選定噴頭和確定間距。常用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法確定。噴灌技術(shù)噴頭組合形式支管間距b噴頭間距l(xiāng)有效控制面積正方形1.42R1.42R2.0R2正三角形1.5R1.73R2.6R2矩形1.73R1.0R1.73R2三角形1.87R1.0R1.87R2噴頭組合的支管間距、噴頭間距和控制面積的關(guān)系噴灌技術(shù)4、風(fēng)的影響在多風(fēng)的地區(qū)和季節(jié)進(jìn)行噴管，要考慮風(fēng)的影響。一般用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法進(jìn)行支管和噴頭間距調(diào)整。

b=Cm*Rl=Cp*RCm為支管調(diào)整系數(shù)；Cp為噴頭調(diào)整系數(shù)，干管支管風(fēng)向噴頭風(fēng)力等級(jí)風(fēng)速（km/h）Cm（平行風(fēng)向）Cp（垂直風(fēng)向）11.11-5.41.31.025.8-11.91.3-1.21.0-0.8312.2-19.41.1-1.00.8-0.6風(fēng)速對(duì)噴頭和支管間距的影響系數(shù)干管支管風(fēng)向噴頭（五）、管道系統(tǒng)的布置及布置原則1、干管沿主坡方向布置，支管與干管垂直，支管沿等高線布置；2、平坦地區(qū)，支管盡量與作物耕作方向一致，與田間工程配合，減少豎管對(duì)耕作的影響；3、在經(jīng)常刮風(fēng)地區(qū)，支管與主風(fēng)向垂直，便于有風(fēng)時(shí)加密噴頭，補(bǔ)償風(fēng)對(duì)橫向射程的影響；噴灌技術(shù)4、支管上各噴頭的壓力要求接近一致，否則影響各噴頭得出水量；5、水源盡量布置在系統(tǒng)中心，減少水頭損失；6、每根支管均應(yīng)安裝閘閥。7、一般支管間距大于噴頭間距，減少只管用量，節(jié)省投資，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。噴灌技術(shù)（六）、結(jié)構(gòu)計(jì)算——以半固定系統(tǒng)為例1、灌溉制度設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)灌水定額

m=0.1rh(B1-B2)/η=0.1

h

(B’1-B’2)/ηm設(shè)計(jì)毛灌水定額,mm；r土壤容重,kg/cm3B1、B2適宜土壤含水量(重量)；η水利用系數(shù),0.7-0.9B’1、B’2適宜土壤含水量(體積)；h計(jì)劃濕潤(rùn)深度,cm,20-60cmhr（2）設(shè)計(jì)灌水周期兩次灌水間隔時(shí)間:

T=m

η/em設(shè)計(jì)毛灌水定額,mmT設(shè)計(jì)灌水周期，de日耗水強(qiáng)度,mm/dη水利用系數(shù)，0.7-0.9噴灌技術(shù)Tm土壤含水量B1B2時(shí)間（3）噴頭在工作點(diǎn)一次灌水所需時(shí)間

t=m/ρ系統(tǒng)

ρ系統(tǒng)=1000q/blq單噴頭流量,m3/hb支管間距，ml噴頭間距，m

ρ系統(tǒng)系統(tǒng)平均噴灌強(qiáng)度,mm/h噴灌技術(shù)干管支管噴頭b2、確定支管的輪灌方式及計(jì)算輪灌組數(shù)支管輪灌方式也就是支管的移動(dòng)方式。不同的輪管方式影響干管的直徑，影響投資。在工作中，有兩種灌溉工作方式：

一是續(xù)灌：上級(jí)管道向下級(jí)管道連續(xù)不斷地供水。

二是輪灌：上級(jí)管道向下級(jí)管道分組輪流供水。噴灌技術(shù)兩根支管的輪灌方式示意。后兩種方式可使后半截干管流量減少一半。（1）輪灌方式確定

n=(T*C)÷tT為作物灌水周期,dC為噴灌系統(tǒng)每天有效工作的時(shí)間,h/dt一次灌水所需時(shí)間,h輪灌的基礎(chǔ)是作物灌水周期長(zhǎng),系統(tǒng)灌水時(shí)間短,可以把作物分組進(jìn)行灌溉，從而減少工作規(guī)模，節(jié)省投資。（2）輪灌組數(shù)計(jì)算（1）噴頭數(shù)：

N噴頭=（A/bl）÷nA灌區(qū)面積n輪管組數(shù)其他符號(hào)同前A/bl為需要灌水的點(diǎn)數(shù),如圖中為15點(diǎn);n