第三章 微灌系统设计第一节 概述一, 微灌的特点 微灌,即是按照作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器,将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。与传统的地面灌溉和全面积都湿润的喷灌相比,微灌只以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤,因此又叫局部灌溉。微灌的特点是灌水流量小,一次灌水延续时间较长,灌水周期短,需要的工作压力较低,能够较精确地控制灌水量,能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。
第三章 微灌系统设计
第一节 概述
一, 微灌的特点
微灌,即是按照作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器,将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。与传统的地面灌溉和全面积都湿润的喷灌相比,微灌只以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤,因此又叫局部灌溉。
微灌的特点是灌水流量小,一次灌水延续时间较长,灌水周期短,需要的工作压力较低,能够较精确地控制灌水量,能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。
按灌水时水流出流方式的不同,可以将微灌分为如下四种形式。
1,滴灌(Drip irrigation)
滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将水一滴一滴地,均匀而又缓慢地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式。由于滴水流量小,水滴缓慢入土,因而在滴灌条件下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人渗和扩散。
2,地表下滴灌(Subsurface Drip irrigation)
地表下滴灌是将全部滴灌管道和灌水器埋入地表下面的一种灌水形式,这种灌水形式能克服地面毛管易于老化的缺陷,防止毛管损坏或丢失,同时方便田间作业。与地下渗灌和通过控制地下水位的浸润灌溉相比,区别仍然是仅湿润部分土体,因此叫地表下滴灌。
3,微型喷洒灌溉(Micro—Spray Or Micro—Jet irrigation)
利用折射式、辐射式或旋转式微型喷头将水喷洒在枝叶上或树冠下地面上的一种灌水形式,简称微喷。微喷既可以增加土壤水分又可提高空气湿度,起到调节田间小气候的作用。
由于微喷的工作压力低,流量小,在果园灌溉中仅湿润部分土壤,因而习惯上将这种微喷灌划在微灌范围内。严格来讲,它不完全属于局部灌溉的范畴。
4,涌泉灌溉(Bubble irrigation)
涌泉灌溉是通过安装在毛管上的涌水器形成的小股水流,以涌泉方式使水流入土壤的一种灌水形式.涌泉灌溉的流量比滴灌和微喷大,一般都超过土壤的渗吸速度。为了防止产生地面径流,需要在涌水器附近挖一小灌水坑暂时储水。涌泉灌尤其适合于果园和植树造林的灌溉。
二、微灌工程的组成
微灌工程通常由水源工程,首部枢纽、输配水管网和灌水器4部分组成。
1,水源
河流、湖泊、塘堰、沟渠、并泉等,只要水质符合微灌要求,均可作为微灌的水源。为了充分利用各种水源进行灌溉,往往需要修建引水、蓄水和提水工程,以及相应的输配电工程,这些通称为水源工程。
2,首部枢纽
微灌工程的首部通常由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、
测量和保护设备等组成。首部枢纽担负着整个系统的驱动、检测和调控任务,是全系统的控制调度中心。
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3.输配水管网
干、支、毛管道担负着输水和配水的任务,一般均埋入地面以下一定深度。根据灌区大小,管网的等级划分也有所不同。
4,灌水器
微灌的灌水器有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带等多种形式。或置于地表,或埋入地下。灌水器的结构不同,水流的出流形式也不同,有滴水式、漫射式,喷水式和涌泉式等,相应的灌水方法亦称为滴灌,微喷灌和涌泉灌。
三,微灌系统的分类
根据微灌工程中毛管在田间的布置方式、移动与否以及进行灌水的方式不同,可以将微灌系统分成如下四类:
1,地面固定式微灌系统
毛管布置在地面,在灌水期间毛管和灌水器不移动的系统称为地面固定式系统。这种系统主要用于宽行大间距果园灌溉,也可用于条播作物灌溉。地面固定式系统一般使用流量为4~8L/h的单出水口或流量为2—8L/h的多出水口滴头,也可以用微喷头.这种系统的优点是安装、拆卸清洗毛管和灌水器比较方便,也便于检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况。缺点是毛管和灌水器易于损坏和老化,并影响其它农事操作。
2,地下固定式灌水系统
近年来随着微灌技术的改进和提高,微灌的堵塞现象减少,出现了将毛管和滴水器(主要是使用滴头)全部埋入地下的系统。与地面固定式系统相比,地下微灌系统的优点是免除了毛管在作物种植和收获前后安装和拆卸的工作,不影响其它农事操作,延长了设备的使用寿命。缺点是不能检查土壤湿润和灌水器堵塞的情况。
3,移动式微灌系统
在灌水期间,毛管和灌水器由一个位置灌水完毕后移向另一个位置进行灌水的系统叫做移动式微灌系统。按移动毛管的方式不同又可分为机械移动和手工移动两种。与固定式相比,移动式具有设备投资低的优点,但是管理运行费用较高。
4,间歇式微灌系统
间歇式又称脉冲式微灌系统。工作方式是系统每隔一定时间喷水一次,灌水器的流量比普通滴头的流量大4~10倍。由于间歇式微灌系统使用的灌水器的孔口比较大,减少了堵塞,同时由于间隔灌水,避免了地面径流的产生和深层渗漏损失。缺点是灌水器制造工艺要求高。
四,微灌的优点
1,省水
微灌系统全部由管道输水,很少有沿程渗漏和蒸发损失;微灌属局部灌溉,灌水时一般只湿润作物根部附近的部分土壤,灌水流量小,不易发生地表径流和深层渗漏;另外,微灌能适时适量地按作物生长需要供水,较其它灌水方法,水的利用率高。因此一般比地面灌溉省水1/3~1/2,比喷灌省水15~25%。
2,节能
微灌的灌水器在低压条件下运行,一般工作压力为50~150kPa,比喷灌低;又因微灌比地面灌溉省水,灌水利用率高,对提水灌溉来说这意味着减少了能耗。
3,灌水均匀
微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水量,灌水均匀度高,均匀度一般可达80~90%。
4,增产
微灌能适时适量地向作物根区供水供肥,有的还可调节棵间的温度和湿度,不会造成土壤板结,为作物生长提供了良好的条件,因而有利于实现高产稳产,提高产品质量,许多地方的实践证明,微灌较其它灌水方法一般可增产30%左右。
5,对土壤和地形的适应性强
微灌系统的灌水速度可快可慢,对于人渗率很低的粘性土壤,灌水速度可以放慢,使其不产生地面径流:对于入渗率很高的沙质土,灌水速度可以提高,灌水时间可以缩短或进行间歇灌水,这样做既能使作物根系层经常保持适宜的土壤水分,又不至于产生深层渗漏.由于微灌是压力管道输水,不一定要求对地面整平。
6,在一定条件下可以利用咸水资源(海水种植芹菜品质好)
微灌可以使作物根系层土壤经常保持较高含水状态,因而局部的土壤溶液浓度较低,渗透压比较低,作物根系可以正常吸收水分和养分而不受盐碱危害。实践证明,使用咸水滴灌,灌溉水中含盐量在2~dS/L时作物仍能正常生长,并能获得较高产量。
但是利用咸水滴灌会使滴水湿润带外围形成盐斑,长期使用会使土壤恶化,因此,在干旱和半干旱地区,在灌溉季节末期应用淡水进行洗盐。
7,节省劳动力
微灌系统不需平整土地,开沟打畦,可实行自动控制,大大减少了田间灌水的劳动量和劳动强度。
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五,微灌的缺点
1,易于引起堵塞
灌水器的堵塞是当前微灌应用中最主要的问题,严重时会使整个系统无法正常工作,甚至报废(在输油管道上打孔盗油可以导致管道报废)。引起堵塞的原因可以是物理因素、生物因素或化学因素。如水中的泥沙、有机物质或是微生物以及化学沉凝物等。因此,微灌对水质要求较严,一般均应经过过滤,必要时还需经过沉淀和化学处理。
2,可能引起盐分积累
当在含盐量高的土壤上进行微灌或是利用咸水微灌时,盐分会积累在湿润区的边缘,若遇到小雨,这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害,这时应继续进行微灌。在没有充分冲洗条件下的地方或是秋季无充足降雨的地方,则不要在高含盐量的土壤上进行微灌或利用咸水微灌。
3,可能限制根系的发展
由于微灌只湿润部分土壤,加之作物的根系有向水性,这样就会引起作物根系集中向湿润区生长。另外,在没有灌溉就没有农业的地区,如我国西北干旱地区,应用微灌时,应正确的布置灌水器;在平面上要布置均匀,在深度上最好采用深埋方式。
总之,微灌的适应性较强,使用范围较广,各地应根据当地自然条件、作物种类等因地制宜地选用。
六,国外微灌技术的发展概况
最初,滴灌是从地下灌溉发展起来的(古代伊斯兰园林的灌溉系统)。1860年在德国首次利用排水瓦管进行地下灌溉试验,管材是明接头的短瓦管,瓦管的间距5m,埋深0.8m,管上覆盖0.3—0.5m的过滤层.试验结果,作物产量成倍增加。这项试验连续进行了20年。1920年德国在水的出流方面实现了一次突破,采用了穿孔管,使水沿管道输送时从孔眼流入土壤。
1923年苏联和法国也进行了类似的试验,研究穿孔管系统的灌溉方法。1934年美国研究用帆布管渗水灌溉。自1935年以后着重试验各种不同材料制成的孔管系统,研究根据土壤水分的张力确定管道中流到土壤里的水量。荷兰、英国首先应用这种灌溉方法灌溉温室中的花卉和蔬菜。
第二次世界大战以后,塑料工业迅速发展,出现了各种塑料管,由于它易于穿孔和连接,且价格低廉,使滴灌系统在技术上实现了第二次突破,成为今天所采用的形式。当时使用的滴头是绕在管子上的一些微管,流道长,便于消能。到了50年代后期,以色列研制成功长流道管式滴头,在微灌技术的发展中又迈出了重要的一步。70年代以来许多国家对滴灌开始重视,认识到滴灌不仅是一种灌溉方法,而且是一种现代化的农业技术措施,因此发展很快。1971年在以色列特拉维夫,1974年在美国加利福尼亚斯诺,先后召开了两次国际滴灌会议,有力地促进了滴灌的发展。据统计,1974年全世界滴灌面积仅86.7万亩,到1983年就发展到640万亩,其中美国占1/2以上,是世界上滴灌面积最大,发展最快的国家。其次是澳大利亚、以色列、南非、墨西哥、英国、法国、意大利等,约有20多个国家试验推广了滴灌技术。
在当今世界上工农业生产迅速发展,人口不断膨胀,水资源危机波及全球的情况下,滴灌特别引起人们的重视,促使人们在滴灌技术和滴灌设备方面进行深入研究。由于滴头易于堵塞,它是限制滴灌发展的关键问题,因此各国都在集中进行对滴头结构和永力性能的研究,各种各样的新型滴头不断问世。美国研制的滴灌带已由第一代发展到第四代;以色列和意大利联合研制成了脉中式滴灌装置;为了克服喷灌用水多,耗能大和滴灌易堵塞的问题,澳大利亚研制成了多种微型喷水装置;苏联的雾灌,美国的涌流灌溉业已经问世。所有这些灌溉方式都远远超出了滴灌原有的范畴,形成了局部灌溉的新概念。这些灌溉方式的基本特点是相同的,即运行压力低,灌水流量小,灌水频繁,能精确地控制灌溉水量,灌水均匀,湿润作物根区部分土壤。因此,国际灌溉排水委员会将这一类的灌溉方法统称为微灌,并成立了专门的机构——国际微灌工作小组。1982年国际微灌工作会议在印度召开,这次会议对“微灌”给予了明确的定义,指出微灌包括滴灌(Drip lrrigation)、微喷灌(Micro-Spinkles lrrigation and Micro-Jet lrrigation)和涌泉灌溉(Bubble lrrigation)。
微灌最先是用在干旱和半干旱的地方,现在,在那些年降雨量较充沛,但时空分配不均匀的地方发展也较快。在灌溉作物方面,由果树、蔬菜等少数经济作物向行播大田作物发展,如美国西部的棉花和夏威夷的甘蔗滴灌。在微灌方式上由地表微灌系统向地埋式微灌系统发展,这样既方便了耕作,也防止了毛管过早老化,延长了使用期。在设备研制上由小孔径灌水器逐渐向低压大孔径方向发展,对防止堵塞有一定作用。由单一的滴灌向多种形式的节水节能型微灌发展。为了节省劳力,提高微灌设备的利用率,进行了机械化、自动化移动式微灌系统的试验研究工作。电子计算机、激光,太阳能利用等现代化技术开始在微灌中应用,这些都标志着微灌技术已开始进入现代科学技术领域.
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七,我国微灌技术的发展
我国新疆地区沿用已久的“瓜打吊针”就是滴灌的一种原始形式。它是利用酒瓶盛满水后,将瓶口用玉米心塞住,中心通一小孔,插入几根芨芨草,把瓶倾斜倒放,瓶口靠近瓜秧根部,使水一滴一滴渗入土壤进行灌溉。这样作既省水又高产,它是我国劳动人民在抗旱斗争中的一种创造。
我国现代微灌技术的试验研究是从1974年引进墨西哥滴灌设备开始的,当时试点仅三个,面积约有80亩,但试验都取得了显著的增产、省水效果。在学习国外经验的基础上,结合我国国情,本着经济实用、易于安装和便于推广的精神,由水电部水科院水利所、辽宁省水科所与原沈阳大东塑料厂协作研制了我国第一代滴灌设备,为在我国开展滴灌试验研究提供了设备条件。随之一些省市开展了滴灌试点工作,积累了一定的资料和经验;并多次举办滴灌技术培训班;同时也进行了多次国际技术交流。这些都促使我国滴灌事业有了较快的发展。我国的滴灌是从北方几个省首先发展起来的。辽宁省的苹果滴灌发展最早,面积也最大,1980年曾达到13万亩,经济效益十分显著。以后北京,河北、山东,山西、河南、陕西等省也都进行了果树、蔬菜、以及大田粮食作物的滴灌试验,均取得了较好的经济效益。我国南方的一些省,如江西、福建、湖南、广东等省也先后进行了试验工作。在作物品种上,各地因生产需要和经济状况不同各有所取,但都以灌溉经济作物为主,如苹果,葡萄、板栗,柑桔,茶叶、蔬菜,各种瓜类,苗木花卉及药材等。我国已步人了世界微灌的行列,现在不仅有滴灌,而且也发展了微喷和地表下滴灌等。在规划设计方面,结合我国情况进行了分析研究,对某些方面作了简化和修改,使微灌工程建设投资下降,微灌工程与解决人畜吃水的工程相结合,使单一目标的灌溉向综合利用方向发展。在管理方面总结出了以专业承包和家庭承包为主的管理形式。在用水上以亩定量,按合同供水,以用水量收费等管理办法,使已建成的微灌系统保持正常的运行和效益的发挥。
八,我国微灌技术的发展前景
我国是一个水资源不丰富的国家,按人口平均占有径流量仅2700m3,为世界人均占有量的1/4。许多城市供水不足,工农业争水的矛盾日益尖锐,农业用水量占总用水量的80%以上。为此发展节水型农业,推广节水节能的各种灌水技术势在必行。
微灌事业在我国有着广阔的前景。我国幅员辽阔,自然条件变化很大,根据综合农业气候区划,可以划分为干旱地区、半干旱地区,半湿润地区和湿润地区4种类型。于旱地区年降雨量在200mm以下;包括西北和西南部分省区,为我国的农牧业区;半干旱地区年降雨量在200—400mm之间,包括东北西部,内蒙、宁夏,甘肃大部地区:半湿润区面积包括黄淮海平原和东北松辽平原,是我国的主要棉粮产区,年降雨量为500—800mm,但时空分配不均匀,干旱威胁一直是农业高产稳产的最大障碍;湿润地区包括长江以南的省区,为我国水稻和重要经济作物茶叶、柑桔的产区,这一地区虽然雨量充沛,但因降雨量分布与作物需水之间的矛盾,也时常出现季节性春旱、夏旱和秋旱。南方的坡耕地和旱田仍有1亿多亩,急需发展节水灌溉。据统计我国现有7亿多亩的灌溉面积,尚有8亿多亩耕地和40亿亩草原没有灌溉设施,5000多万亩的果园处于山丘地区也急需灌溉。这类地区的水利化难度大,投资高,一般不宜采用地面灌溉,适合发展喷灌、微灌和其它先进的灌溉技术,
大城市郊区是蔬菜集中产区,约有1000万亩。由于城市供水紧张,迫使菜田的灌溉寻求节水型灌水技术。一些工业发达地区由于工业用水量大,不得不挤占农业用水,迫使原有的灌区减少用水,甚至为保证工业用水而停灌。在这些地方有可能利用微灌来对原有灌区进行改造,在没有灌溉就没有农业的干旱缺水的西北地区,发展节水型微灌更是大有可为。
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第二节 微灌设备与工作原理
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(农药)装置和水泵电机安装组成。上述所属的微灌设备,如灌水器、施肥装置、过滤器等,本章将做较详细的介绍。为了读者使用方便,对一些灌溉工程中常用设备,如闸阀、水泵、电机等,也作些简单介绍。
一,对灌水器的基本要求
灌水器的作用是把末级管道中的压力水流均匀而又稳定地分配到田间,满足作物生长对水分的需要。灌水器的质量好坏直接影响到徽灌系统是否工作可靠及灌水质量的高低。因此,常把灌水器称为微灌的“心脏”,对它的要求如下。
(1)出水量小。灌水器出水量的大小取决于工作水头高低、过水流道断面大小和出流受阻的情况。微灌的灌水器的工作水头一般为5~15m,过水流道直径或孔径一般在0.3~2.0mm之间,出水流量在2~200L/h之间变化。
(2)出水均匀、稳定。一般情况下灌水器的出流量随工作水头大小而变化。因此,要求灌水器本身具有一定的调节能力,使得在水头变化时引起的流量变化较小。
(3)抗堵塞性能好。灌溉水中总会含有一定的污物和杂质,由于灌水器流道和孔口较小,在设计和制造灌水器时要尽量采取措施提高它的抗堵塞性能。
(4)制造精度高。如上所述,灌水器的流量大小除受工作水头影响外,还受设备精度的影响。如果制造偏差过大,每个灌水器的过水断面大小差别就会很大,无论采取那种补救措施,都很难提高灌水器的出水均匀度。因此,为了保证微灌灌水质量,要求灌水器的制造编差系数Cy值一般应控制在0.03~0.07之间。
(5)结构简单,便于制造和安装。
(6)坚固耐用,价格低廉。灌水器在整个微灌系统中用量较大,其费用往往占控个系统总投资的25~30%左右。另外,在移动式微灌系统中,灌水器要连同毛管一起移动,为了延长使用寿命,降低工程造价,要求在降低价格的同时还要保证产品的经久耐用。
实际上绝大多数灌水器的质量不能同时满足上述所有要求,因此,在选用灌水器时,应根据具体使用条件,只满足某些主要要求即可。例如,使用水质不好的地面水源时,要求灌水器的抗堵塞性能较高,而在使用相对较干净的井水时,对灌水器的抗堵塞性能的要求就可以低一些。
二,灌水器的分类
为了满足微灌发展的需要,国外已经研制出各式各样的灌水器,其分类如下。
(一),按灌水器与毛管的连接方式分类
1.管间式
把灌水器安装在两段毛管的中间,使灌水器本身成为毛管的一部分。例如,把管式滴头两端带倒刺的接头分别插入两段毛管内,使绝大部分水流通过滴头体内腔流向下一段毛管,而很少的一部分水流通过滴头体内的侧孔进入滴头流道内,经过流道消能后再流出滴头。
2.管上式
直接插装在毛管壁上的灌水器,如傍插式滴头、微管。涌水器、孔口滴头和微喷头等,均属于管上式灌水器。
(二),按灌水器的出水方式分
1.滴水式
滴水式灌水器的出流特征是毛管中的压力水流经过消能后以不连续的水滴或细流形式向土壤灌水。如管式滴头,孔口滴头,涡流滴头等均属于滴水式灌水器。
2.喷水式
压力水流通过灌水器的孔口以喷射方式向土壤灌水。根据喷洒方式不同又可分为射流旋转式和折射式两种。
3.涌泉式
毛管中的压力水流以涌泉的方式通过灌水器向土壤灌水。涌泉灌溉的优点是工作水头低,孔口直径较大,不易堵塞。
4.渗水式
毛管中的压力水通过毛管壁上的许多微孔或毛细管渗出管外而进人土壤。渗水毛管有两种形式,即多孔透水毛管和边缝式薄膜管。边缝式薄膜管是利用结合缝形成的毛细通道来渗水的。毛细通道一般为0.1~0.25mm宽,高为0.7~2.5mm,长为150~600mm。
5,间歇式
毛管中的压力水流以间歇、脉冰的方式流出灌水器而灌人土壤。因此,又把间歇式称做脉冲灌水方式。
脉冲式灌水系统是一个封闭回路,由导流阀(又称脉冲发生器)、流量调节器、膜片式滴头和连接毛管等部分组成。脉冲式灌水器的工作过程分为充水增压和出水减压两大步骤。
(三)按灌水器消能方式分类
1.长流道消能
长流道消能灌水器主要是靠水流与流道壁之间的摩阻耗能来调节出水量大小,如微管、内螺纹及迷宫式管式滴头等均属于长流道消能灌水器。
2.孔口消能式
以孔口出流造成的局部水头损失来消能的灌水器,如孔口滴头、多孔毛管等均属于孔口式灌水器。
3.涡流消能式
水流进入灌水器的涡室内形成旋涡流。由于水流旋转运动产生的离心力迫使水流趋向涡室的边缘,在涡流中心产生一低压区,使中心的出.水口处压力较低,因而出水量较小。设计良好的涡流滴头的流量对工作水头的敏感程度比较小。
4.压力补偿式
压力补偿式灌水器是借助水流压力使弹性体部件或流道改变形状,从而使过水断面面积大小变化,使出流量稳定。压力补偿式灌水器的优点是能自动调节出水量和自清洗,出水均匀度高,但制造较复杂。
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(四)按灌永器的水流流态分类
1.层流式
水流在灌水器中的流态为层流,如做孔管、内螺纹管式滴头均为层流灌水器。
2.紊流式
水流通过灌水器的流态为紊流,如孔口滴头、迷宫式滴头、微喷头等均属于紊流灌水器。
三,国内现有灌水器及其水力性能
1,微管
微管又称发丝管,它实际上是把一种直径为0.8—1.5mm的黑色聚乙烯管直接插入毛管进行灌溉的一种方式,当毛管中的压力水流通过微管时,由于沿程阻力损失,逐渐消耗掉了压力水流所具有的能量,最后使连续的压力水流变成不连续的水滴或细流而流出微管。微管的安装方式有直线散放式和缠绕式两种。
2,管式滴头
管式滴头仍然是根据长流道消能原理由塑料制造的。当压力水流经过又窄又长的内螺纹或迷宫式流道时,能量渐渐地被消耗掉,压力水流变成不连续的水滴流出滴头。
3,孔口滴头
孔口滴头是一种结构简单、工作可靠、价格低廉的灌水器。当毛管中的压力水流经过孔口时,能量被断面突然收缩而消耗一部分;水流离开孔口突然扩散,第二次损耗一部分能量;当水流碰到滴头孔顶时被折射,第三次消耗一部分能量,使连续的压力水流最后变成不连续的水滴或细流进入土壤。
4,膜片式多孔毛管
膜片式多孔毛管式直接在直径为10mm的毛管上打孔,并在打孔处装上一可拆卸的保护膜片。当压力水流从孔口射出时,碰到膜片被折射消能,然后顺着毛管外壁和膜片之间的缝隙流出。目前使用的膜片式多孔毛管的孔口有0.7mm,0.8mm,0.9mm三个规格。
5,双腔毛管
为了提高灌水的均匀度,延长毛管长度,降低工程投资和减少堵赛,在多孔毛管的基础上有研制出了双腔管,又称双壁管或滴灌带。双腔管由内、外两个腔组成,内腔起输水作用,外腔只起配水作用。根据灌水流量的要求,内腔壁上开有直径为0.5—0.75mm,距离为0.5—3.5m的出水孔,外墙壁上的配水孔直径一般与出水孔相同。
6,微喷头
近年来随着喷灌和滴灌的发展,在总结各自优点基础上又制造出了微喷灌水器。与喷灌相比,微喷具有工作压力低(一般工作水头为5~15m)、节能省水等优点;与滴灌相比,又具有出水孔口直径较大(一般孔径为0.8~2.0mm),抗堵塞性能好的优点。另外,微喷的湿润面积比滴头的大,采用微喷扩大了毛管间距,减少了滴头和毛管用量,降低了工程投资。因此,微喷技术在各地得到了迅速的发展和应用。
微喷和喷灌之间既有区别又有联系。首先,喷灌是一种全面湿润灌溉方式,而微喷在大多数情况下(如果园),是局部灌溉方式,灌溉需水量和灌溉制度的计算方法与滴灌相同;其次,尽管在温室、苗圃和园林绿化灌溉中,有时也用微喷头作全园喷洒灌溉,但在水质处理和要求上又与滴灌一样。因此,通常把工作水头在5~15m、孔径在0.8~2.0mm之间,喷水量小于240L/h的微喷也划在微灌范围内。
按照工作原理分类,常用微喷头有射流式、离心式、折射式和缝隙式四种。射流式有运动部件,又称旋转式。后三种没有运动部件,称固定式微喷头。国产微喷头主要有折射式和旋转式两种。
四,管道和连接件
各种管道与连接件按设计要求安装组合成一个微灌输水网络;起着按作物需水要求向田间和作物输求和配水的作用。管道与连接件在微灌工程中用量大、规格多、所占投资比重也较大,因而管道与连接件型号规格的不同和质量的好坏,不仅直接关系到微灌工程投资大小,而且也关系列微灌能否正常运行及发挥最佳经济效益.为此,设计者与使用者必须了解各种微灌用管道和连接件的作用、种类、型号、规格及性能,才能正确合理地设计与管理好微灌工程。
1、对微灌用管道与连接件的要求
微灌工程采用低压力管网输水与灌水,由于管网中各级管道的功用不同,对管道与连接件的要求也不相同。对于大型微灌工程的骨干输水管道(如上、下山干管、输水总干管等),当塑料管道与连接件的品种和性能不能满足设计要求时,可采用其他材质的管道与连接件,如钢管、铸铁管,钢筋混凝土管、钢丝网水泥管等管道及其连接件。但对过滤器以后的管网则全部采用塑料管道及连接件.不论采用那种材质的管道与连接件,都必须满足下列要求。
(1) 能承受一定的水压力
各级管道必须能承受设计工作压力才能保证安全输水与配水,因此在选择管道时一定要了解各种管道与连接件的承压能力。管道的承压能力与管道与连接件的材质、规格型号及连结方式等有直接关系。因此,在具体选用时一定要弄清生产厂家的管道与连接件的材质、型号规格及性能,以免用错造成微灌系统不能使用或使用不合理。
(2) 耐腐蚀抗老化性能较强
微灌工程管网要求所用的管道与连接件应具有耐腐蚀和较强的抗老化性能。保证微灌系统在灌溉输水与输配水、肥液过程中不发生或极少发生锈蚀、化学沉淀、藻类等微生物繁殖等,从而保证避免(或最大限度地)灌水器及微灌系统产生堵塞现象,使灌水器有较长的使用寿命。
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7楼
(3)规格尺寸与公差必须符合技术规定标准
各种管道与连接件都应按照有关部门规定的技术标准要求进行生产。技术规定标准主要内容包括:管径偏差与壁厚及偏差必须在技术标准允许范围内;管道内壁要光滑平整清洁;管壁外观光滑,无凹陷、裂纹和气泡,要求连接件无飞边和毛刺。对塑料管道与连接件,则必须按规定标准添加一定比例的碳黑,保证管壁不透光。
(4)便于运输和安装
各种管道均应按有关规定制成一定长度。以便于用户安装与减少连接件用量及节省投资。
2,管道与连接件种类
针对一般微灌工程大多采用塑料管的特点,结合管网等级分类,重点介绍塑料管道。对仅限于大型微灌工程中引、输水主管道所采用的其他材质的管道,只作简要介绍。
(1)塑料管
用于微灌系统的塑料管道主要有三种:聚乙烯管、聚氯乙烯管和聚丙烯管。塑料管道具有抗腐蚀、柔韧性较高,能适应土壤较小的局部沉陷,内壁光滑、输水摩阻糙率小、比重小、重量轻和运输安装方便等优点,是理想的微灌用管道。管道规格多种多样,国外已生产出内径为300mm以上的大口径塑料管,我国已生产出内径为200mm的较大口径聚氯乙烯管供工农业生产使用。用于微灌系统的塑料管规格一般在内径100mm以下。塑料管的缺点是易老化,这是因阳光照射引起的。由于微灌管网系统大部分埋入地下一定深度,老化问题已得到较大程度的克服,因而延长了使用寿命,埋入地下的塑料管使用寿命一般达20年以上。
① 聚乙烯管(PE)
聚乙烯管有高压低密度聚乙烯管为半软管,管壁较厚,对地形适应性强,是目前国内微灌系统使用的主要管道。低压高密度聚乙烯管为硬管,管壁较薄,对地形适应性不如高压聚乙烯管。
微灌用高压聚乙烯管材是由高压低密度聚乙烯树脂加稳定剂、润滑剂和一定比例的碳黑经制管机挤出成型。其密度为0.92~0.94。它具有很高的抗冲击能力,重量轻,韧性较好,耐低温性能强(一70℃),抗老化性能比聚氯乙烯管材好。但不耐摩,耐高温性能差(软化点为92℃),抗张强度较低。
为了防止光线透过管壁进入管内,引起藻类等微生物在管道内繁殖,增强抗老化性能和保证管道质量,要求聚乙烯管为黑色,外观光滑平整、无气泡,无裂口、沟纹、凹陷和杂质等。
② 聚氯乙烯管(PVC)
聚氯乙烯管道是用聚氯乙烯树脂与稳定剂、润滑剂配合后经制管机挤出成型,它具有良好的抗冲击和承压能力,刚性好。但耐高温性能较差,在50℃以上时即会发生软化变形。因属硬质管道,韧性强,对地形适应性不如半软性高压聚乙烯管道, 微灌用聚氯乙烯管材一般为灰色。为保证使用质量要求,管道内外壁均应光滑平整,无气泡、裂口、波纹及凹陷,对管内径D为40—200mm的管道的扰曲度不得超过1%,不允许呈S形。
(2)其他管道
①铸铁管
铸铁管一般可承受980~1000kPa的工作压力。优点是工作可靠,使用寿命长。缺点是输水糙率大,质脆,单位长度重量较大,每根管长较短(4~6m),接头多,施工量大。在长期输水后发生锈蚀作用在管壁生成铁瘤,使管道糙率增大,不仅降低管道输水能力,而且含在水中的铁絮物会堵塞灌水器,对滴头堵塞尤为严重。因此,在微灌工程中,铸铁管只能用在主过滤器以前作为骨干引水管用,严禁用于田间输配水管网系统。铸铁管的规格及连接方法请参考有关资料,此处省略。
②钢管
钢管的承压能力最高,一般可达1400~6000kPa,与铸铁管相比它具有管壁薄,用材省和施工方便等优点。缺点是容易产生锈蚀,这不仅缩短了它的使用寿命,而且也能产生铁絮物引起微灌系统堵塞,因此在微灌系统中一般很少使用钢管材,仅限于在主过滤器之前作高压引水管道用。
③钢筋混疑土管
钢筋混疑土管主要有承插式自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管两种。钢筋混凝土管能承受400~700kPa的工作压力。优点是可以节约大量钢材和生铁,输水时不会产生锈蚀现象,使用寿命长,可达40年左右。缺点是质脆,管壁厚,单位长度重,运输困难。在微灌工程中主要用在过滤器以前作引水管道。使用当地生产的钢筋混凝土管时,一定要弄清楚规格及承压能力并严格进行质量检查,合格者才能使用。
④石棉水泥管
石棉水泥管是用75%~85%的水泥与15%~12%的石棉纤维(重量比)混合后用制管机卷成的。石棉水泥管具有耐腐蚀、重量较轻。管道内壁光滑、施工安装容易等优点。缺点是抗冲击力差。石棉水泥管一般可承受600kPa以下的工作压力,在微灌系统中主要用于过滤器之前作引水管道。
(3) 连接件
连接件是连接管道的部件,亦称管件。管道种类及连接方式不同,连接件也不同。如铸铁管和钢管可以焊接、螺纹连结和法兰连接;铸铁管可以用承插方式连接;钢筋混凝土管和石棉水泥管可以用承插方式、套管方式及浇注方式连接;塑料管可用焊接、螺纹、套管粘接或承插等方式连接;铸铁管、钢管、钢筋混泥管、石棉水泥管等四种管道的连接方式与普通压力输水管道的连接相同,此处不再赘述。现在就微灌用塑料管道的连接方式和连接件分述如下。
①接头
接头的作用是连接管道,根据两个被连接管道的管径情况,分为同(等)径和变(异)径接头两种。塑料接头与管道的连接方式主要有套管粘接、螺纹连接和内承插式三种。
②三通与四通
三通与四通主要用于管道分叉时的连接,与接头一样,三通有等径和变径三通之分,根据被连接管道的交角情况又可以分为直角三通与斜角两种.三通的连接方式及分类和接头相同。
③弯头
在管道转弯和地形坡度变化较大之处就需要使用弯头来连接管道,弯头有90º和45º两种,即可满足整个管道系统安装的要求。
④堵头
堵头是用来封闭管道末端的管件。对于毛管在缺少堵头时也可以直接把毛管末端折转后扎牢。
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8楼
目前国产塑料管道主要有三种连接方式:预热承插方式(聚氯乙烯管),螺纹连接方式、套管粘接方式。半软性聚乙烯管,直径80mm以下者目前均使用带倒刺的管件结构,采用内承插连接方式,直径l00mm者采用铸铁法兰与塑料管连接。而对于硬质聚乙烯管,则主要采用螺纹方式连接。
五,控制、量测与保护装置
为了保证微灌系统的正常运行,需要安装阀门、流量表和压力表、流量和压力调节器、安全阀、进排气阀等。
1、阀门
在微灌系统中一般都采用现有的标准阀门产品。按压力分类这些阀门有高、中、低三类;按结构分类有闸阀、截止阀、球阀;按作用分则又可以分为控制阀、安全阀、进排气阀、回止阀等。微灌系统中主过滤器以下至田间管网中一般用低压阀门,并要求阀门不生锈腐蚀,因此,最好用不锈钢、黄铜、塑料阀门。
现按阀门作用分述如下。
(1)控制阀
①,闸阀
微灌系统中多用暗杆式平板楔形阀门。这种阀门具有开启和关闭力小,对水流的阻力小,并且水流可以两个方向流动等优点,但是结构比较复杂。50mm以上金属阀门多用法兰连接,50mm以下的阀门用螺纹连接。闸阀在微灌系统中被广泛应用,但灰铸铁外壳的金属闸阀长期使用后,发生锈蚀沉淀比较严重,应注意防锈及消除沉淀污物。改用黄铜阀、不锈钢或塑料阀更符合微灌系统及灌水器防堵要求,但价格较贵。
②,球阀
球阀是微灌系统中较为广泛使用的一种阀门,主要用在支管进出口处。球阀构造简单,体积小,对水流的阻力也小,缺点是如果开启太快会在管道中产生水锤。因此在微灌系统的主干管上不宜采用球阀,但可在干、支管末端装上球阀作冲洗之用,其冲洗排污效果好。
③截止阀
与闸阀和球阀相比,截止阀具有结构简单、密封性能好、制造维修方便等优点。但是它对水流的阻力比较大,另外在开启和关闭时用力也较大。微灌系统中在首部枢纽与供水管连接时,或在施肥和农药与灌溉水管相连接时需要安装截止阀,以防止化肥或农药等化学物污染水源。
④逆止阀
逆止阀又叫止回阀,主要作用是防水倒流。例如在供水管与施肥系统之间的管道中装上逆止阀,当供水停止时,逆止阀自动关闭,使肥料罐里的化肥和农药不能倒流回供水管中,另外在水泵出水口装上逆止阀后,当水泵突然停止抽水时可以防止水倒流,从而避免了水泵倒转。逆止阀有单盘绕轴旋转和双盘绕轴式两种,例如水泵吸水管进口处安装的底阀就是一种单盘绕轴式逆。
(2)安全阀
安全阀又称减压阀,主要用途是消除管路中超过设计标准或管道所能承受的压力,保证管道安全输水。如管路中由于开、关阀门过快或突然停机时造成管路中压力突然上升,安全阀就可以消除这些压力,防止发生爆管事故。微灌系统中主要使用的是弹簧式减压阀,一般安装在抽水机出水侧的主干输水管上。对于大型输水管网,可以用大直径封闭式安全阀。
(3)进、排气阀
进、排气阀又叫真空破坏阀,主要安装在微灌系统中的供水管,干、支管和控制竖管的高处。当管道开始输水时,管中的空气受水的“排挤”向管道高处集中,这时排气阀主要起排除管中空气的作用,防止空气在此处形成气泡而产生气阻,保证系统安全输水。当停止供水时,由于管道中的水流逐渐被排出,致使管道内会出现负压(真空),此时进排气阀主要起进气作用,使空气随水流的排出而及时进入管道。微灌系统中经常使用的进、排气阀有塑料和铝合金材料制成。
2,流量与压力调节装置
为了保证灌水均匀,必须调节管道中的压力和流量,因此需要在微灌系统中安装流量或压力调节器等装置。
(1),流量调节器
流量调节器主要是通过改变过水断面大小和形状来调节流量的。在正常工作压力时流量调节器中的橡胶环处于正常工作状态,通过的流量为所要求的流量;当水压力增加时,水压迫使橡胶环变形,过水断面变小,因此限制水流通过,使流量保持稳定不变,从而保证了微灌系统各级管网流量的稳定和灌水器流量的均匀度。
(2),压力调节器
压力调节器是用来调节微灌管道中水压使之保持在稳定状态(从而使管道中水流量保持稳定状态)的装置。如上所述,安全阀实际上也是一种特殊的压力调节装置。
(3),消能管
在微灌系统中需要经常调节流量和压力,如果都安装专门的流量和压力调节器,则会增加整个工程的投资,为此可以采用安装消能管的方法来调节支、毛管中的压力和流量,使它达到设计要求。
所谓消能管,又称调压管,就是在毛管进口处安装—段直径为4mm的细塑料管(另一端与消能管接头连接,并通过消能管接头和一段毛管与安装在支管上的旁通连接),其工作原理是利用小管径及相应长度的细管沿程摩阻消能来消除毛管进口处的多余压力,使进入毛管的水流保持在设计允许的压力状态。
3,压力表与水表
(1),压力表
微灌系统中经常使用弹簧管压力表测量管路中的水压力。压力表内有一根椭圆形截面的弹簧管,管的一端固定在插座上并与外部接头相通,另一端封闭并与连杆和扇形齿轮连接,可以自由移动。当被测液体进入弹簧内时,在压力作用下弹簧管的自由端产生位移,这位移使指针偏转,指针在度盘上的指示读数就是被测体的压力值。测正压力的表称压力表,测负压力的表称为真空表。
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(2),水表
微灌工程通常用水表来计量管道输水流量大小和计算灌溉用水量的多少。水表一般安装在首部枢纽中过滤器之后的干管上。
六,净化设备与设施
微灌要求灌溉水中不含有造成灌水器堵塞的污物和杂质,而实际上任何水源,如湖泊、库塘、河流和沟溪水中,都不同程度地含有各种污物和杂质,即使是水质良好的井水,也会含有一定数量的砂粒和可能产生化学沉淀的物质,因此,对灌溉水进行严格的净化处理是微灌中首要的步骤,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。对灌溉水净化处理的好坏,净化设备与设施质量优劣是衡量微灌系统质量高低的重要标志之一。
净化设备与设施的作用就是清除灌溉水中的污物和杂质,防止微灌系统及灌水器堵塞,保证系统正常运行,因此,净化设备与设施是微灌系统不可缺少的重要组成部分。
微灌系统中的净化设备与设施主要包括有:拦污栅(筛、网)、沉淀池、水砂分离器、砂石(介质)过滤器、滤网式过滤器等。在选配净化设备和设施时,主要根据灌溉水源的类型、水中污物种类、杂质含量及化学成分等,同时考虑所采用的灌水器的种类、型号及流道断面大小等。
灌溉水中所含污物及杂质可以分为物理、化学和生物等三类。物理污物及杂质又可分为无机物和有机物两类:无机物主要是粘土和砂粒;有机物主要包括各种微生物,活的或死的生物体。化学污物主要指溶于水中的某些化学物质,如碳酸钙和碳酸氢钙等,当条件变化时它们会变成固定沉淀物,造成灌水器的堵塞。生物污物主要包括菌类、藻类等微生物和水生动物等。因此,在进行微灌工程规划设计之前,一定要对所有水源进行水质化验,全面了解与掌握水质状况,并根据微灌系统所选用的灌水器种类及抗堵塞性能,合理选定净化设备,并决定是否设置沉沙池等设施,以保证微灌系统正常运行和提高灌水质量。
1,拦污栅与初级拦污筛
(1).拦污栅
拦污栅主要用于河流、库塘等含有大体积杂物的灌既水源中,如拦截枯枝残叶、杂草和其他较大的漂浮物等,设置拦污栅主要是防止上述杂物进入微灌用沉淀池或蓄水池中。拦污栅的构造简单,用户与设计人员可以根据水源实际情况自行设计和制作。
(2).初级拦污筛
初级拦污筛是安装在水源中水泵进口处的一种网式拦污栅,一般也作为微灌用水的初级净化处理设施,初级拦污筛用浮筒固定在水泵吸水管进口周围,筛网把污物拦在网外,水泵从筛网内抽取清水,经第二次过滤后再送人灌溉供水管道。另外,要设一条分水管从供水管中引出一部分水送回到安装在筛网中间的冲洗旋转臂中,通过旋转臂上的冲洗刷喷射到筛网上。在冲洗喷水的同时,由于水的反作用力结果,推动旋转臂作水平旋转运动,连续向周围的筛网上喷水,把附着在筛网上的污物向外冲开,使水不断地向网内汇人,保证水泵正常抽水。
初级拦污筛主要应用于含有大量水草、杂物、藻类等水源,如河流、水库以及较大的坑塘等处。
2,沉淀池
沉淀池是微灌用水水质净化初级处理设施之二,尽管它是一种简单而又古老的水处理方法,但却是解决多种水源水质净化问题的有效而又经济的一种处理方式,沉淀池也可以消除水中的两类污物:首先是清除一般灌溉水中的悬浮固体污物;其次是消除水源中的含铁物质。
沉淀池主要用于对砂粒与淤泥等污物含量较高的浑浊地表水源进行净化处理。工作原理是通过重力作用,使水中的悬浮固体在静止的水体中自然下沉于池底。
关于沉淀池可以清除水中含铁物质的作用,主要是对铁物质含量较高的地下水而言。当抽地下水进行微灌时,由于地下水的水温低而压力高,二氧化碳溶于水中形成碳酸,水中的pH值较低,使铁物质溶于水中。当地下水被抽到地面上后,如果直接送人灌溉管道,由于条件改变,水温上升,压力下降,水中的碳酸分解,二氧化碳逸出,水中的PH值升高,会使溶解在水中的铁物质还原沉淀,从而引起微灌系统堵塞。因此,使用沉淀池使井水曝光掺气,水中的铁物质沉淀在池中,可以减少和避免微灌系统堵塞。
由于沉淀池多为开敞式,难以彻底清除灌溉水中的污物与其它杂质,因此,人们通常把沉淀池作为微灌用水的初级处理措施与其它过滤净化措施配合使用,以满足微灌用水的要求。
3、旋流式水砂分离器
旋流式水砂分离器又称离心式或涡流式水砂分离器,它由进口、出口、旋涡室、分离室、储污室和排污口等部分组成。
4、砂过滤器
砂过滤器是介质过滤器之一,其砂床是三维过滤,具有较强地截获污物的能力,是微灌系统中用来清除灌溉水中污物的理想设备。
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。
5,砂网过滤器
砂网过滤器是一种简单而有效的过滤设备,造价也较为便宜,在国内外微灌系统中使用最为广泛。
七,施肥(农药)装置
微灌系统中常用的施肥(农药)装置有压差式施肥罐、开敞式肥料桶、文丘里注入器、注入泵等。
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第三节 微灌工程的规划
兴建微灌工程如同兴建其它灌溉工程一样,都应有一个总体规划。规划是微灌系统设计的前提,因为它关系到此项工程的修建是否合理,技术上是否可行,经济上是否合算.因此,规划是关系微灌工程成败的重要工作之一,必须给予充分重视。 一,微灌工程规划的任务
1,勘测和收集基本资料。包括地形,水文,水文地质,土壤,气象,作物,灌溉试验,动力与设备,乡镇生产现状与发展规划以及经济条件等。资料收集的越齐全,规划设计依据越充分,规划成果也就越符合实际。
2,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。
3,根据当地水资源状况和农业生产、乡镇工业、人畜饮水等用户的要求进行水利计算,确定工程的规模和微灌系统的控制范围。
4,根据水源位置、地形和作物种植情况,合理布置引、蓄、提水源工程,微灌枢纽位置和骨干输配水管网。
5,提出工程概算。选择微灌典型地段进行计算,用扩大技术经济指标估算出整个工程的投资、设备、用工和用材种类,数量以及工程效益。
二, 基本资料的收集
1,地理位置:包括:经纬度、海拔高程及与规划、设计有关的自然地理特征等。
2,地形资料:规划阶段地形图图框范围的比例尺应能满足工程总体布置的有关技术要求。比例尺一般采用1/1000~1/5000,地形条件复杂时采用较大的比例尺,或采用较小的比例尺加测必要的工程控制点高程。
3,土壤资料:包括质地、容重、田间最大持水量,饱和含水量、永久凋萎系数,渗透系数、土壤结构、酸碱度、氮、磷、钾及有机质含量等。对于盐碱地,还应有盐分组成、含量、地下水埋深和水矿化度等。
规划范围内土壤有明显分区时,应按与地形图相同比例填图。
4,工程地质资料:对于山地微灌工程系统,骨干管线以及蓄水池等,可能遇到复杂的地质条件,应依据地形地貌等情况作必要的调查分析,以便采取相应的工程措施。
5,农业资料:
(1)作物分区:作物分区应考虑到作物特点对微灌选型,管网布置和灌水管理上的不同要求。果树与大田不同,果树应搜集树种、树龄、密度和走向等资料。
(2).产量与农业措施
需调查搜集规划区能反映现状和规划实施后的作物产量与农业措施。
6,灌溉资料:为进行灌溉制度设计,需搜集与灌溉制度设计有关的灌溉农业资料,包括需水量试验资料和灌水经验等。
7,水文资料
水文资料包括取水点年来水系列及年内旬或月分配资料;相应泥沙含量及粒径组成资料;水化学类型、元素含量和总量以及水温变化资料。
一些小水源往往没有现成的观测资料,需根据水源特点进行访问调查或进行必要的测量和取样化验。对某些水源还需进行必要的产流条件调查,以分析来水的变化规律,如水井可了解其水文地质条件、成井工艺及供电保证率等。
8,气象资料 :气象资料包括逐年逐月降雨、蒸发,逐月平均温度、湿度、风速、日照率、年平均积温、无霜期、冻土深度等。
9,社会经济状况:
(1)按行政单位调查人口(农业与非农业),土地面积(山、川、丘陵、塬、平),耕地面积(水田、水浇地、早地),林、果及农作物组成与水旱地比例,分项作物总产(或产值)比例,投资、成本、纯收入及按农业人口的平均收入等。
(2)牧、副业现状和发展计划,从业人数和收入等。
(3)生产管理体制,领导和技术力量。
(4)农产品市场价格,产品市场形势。
(5)建筑材料和设备来源、单价、运距、交通状况、运输方式等。
10,观有水利设施:搜集过去进行过的规划、设计以及与规划区有关的流域或区域水利、农业规划,以及水资源普查、评价直至自然灾害等资料;原有工程设施规模、完善程度、建设时间、投资、运行情况、能源条件、改建或扩建理由,有无可以调用的闲置设备、器材等。
三,水利计算
水利计算的任务是根据微灌工程和其它用水单位的需水要求和水源的供水能力,进行平衡计算和分析,确定微灌工程的规模,微灌工程的主要任务是向农作物提供灌溉用水,在利用微灌工程提供乡村人畜生活用水的地方,人畜生活用水是必须首先保证的。乡村工副业用水的数量有时也相当大,平衡计算时要根据水源情况,遵循保证重点、照顾一般的原则,统筹兼顾,合理安排)。
1,灌溉用水量的确定
灌溉用水量是指为满足作物正常生长需要,由水源向灌区提供的水量,它取决于微灌的面积,作物种植情况,土壤,水文地质和气象条件等因素。
(1),设计典型年的选择
灌溉用水量随着年降雨量及其分配情况而变化,因此各年的灌溉用水量不一样。在进行微灌规划时,必须首先确定一个典型的水文年,作为规划设计的依据。通常把这一典型的水文年称为“设计典型年”。根据设计典型年的气象资料计算出来的灌溉用水量称为设计微灌用水量。典型年的确定方法通常是根据历年降雨量资料,用频率计算方法进行统计分析,确定几种不同干旱程度的典型年份。如中等年(降雨量频率为50%),中等干旱年(频率为75%)以及干旱年(频率为85—90%)等。以这些典型年的气象资料作为计算微灌用水量的依据。
目前微灌多用于果树、蔬菜等经济作物灌溉,对水分要求高,同时工程投资回收也比较快,因此微灌工程规划设计应采用较高的设计标准,建议采用频率为75~90%的水文年份作为设计典型年。
(2),典型年灌溉用水量及用水过程
根据典型年有降雨量P0和作物需水量EC,可以计算出微灌的补充灌水强度Ia,由Ia可以计算出微灌的毛灌水强度和灌溉供水量。
微灌毛供水强度为:Ig=Ia/ηs
灌溉供水量为:W=0.667 IgA
或每株果树每日的毛供水量为
Wp=0.001IgStSe=0.001 Ia StSe/ηs
式中Ig—微灌毛灌水强度,mm/d。
Ia—微灌补充强度,mm/d。
ηs—灌溉水利用系数,一般取0.9~0.95。
W—每日灌溉供水量, m3/d。
A— 灌溉面积,亩。
Wp—每株数每日的毛供水量, m3/d株。
StSe—果树株、行距,m。
① 确定微灌条件下的作物需水量Ec:
微灌作物需水量包括作物蒸腾量和棵间土壤蒸发量,也称作物耗水量。影响作物需水量的因素有气象条件(温度、日照,湿度及风速等)、土壤类别及含水状况、作物种类、生育阶段及农业措施等。
由于影响作物需水量的因素错综复杂,所以,确定作物需水量最可靠的方法是进行田间实际观测。在规划设计时根据当地实测资料或条件相似的地区的实测资料确定作物需水量。但是,在规划设计阶段往往缺乏实测资料,这时可根据影响作物需水量的因素进行估算。目前,关于估算作物需水量的方法很多,下面仅介绍微灌设计中常用的两种估算方法。
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Ⅰ,根据自由水面蒸发量估算作物需水量
微灌设计中经常使用蒸发皿的观测资料来估算作物需水量。此法简单实用,其计算公式为:
Ec=kCkPEP
式中Ec一作物需水量,mm/d,可以按月,旬计算,也可以按生育阶段计算;
kC—作物系数:作物系数kC反映了作物特性对作物需水量的影响。因此,影响kC值大小的因素有作物种类、生长发育阶段,气候条件等。大田作物、蔬菜和果树作物生长旺盛阶段的kC值列在下表中,可供计算作物需水量时查用。
kP—蒸发皿蒸发量与自由水面蒸发量之比,可根据当地水文和气象站资料分析确定。
EP—计算时段内口径为80cm蒸发皿的蒸发量(蒸发量一般采用80mm口径蒸发皿测定,若系20mm口径蒸发皿测定,可按E80= 0.8E20换算),mm/d。
大田作物和蔬菜的kC值
棉花 谷类
高粱 玉米 大麦
小麦 土豆 甘蔗 番茄 各种
蔬菜
适宜气候 0.85 1.0 1.0 1.0 1.0 1.35 1.0 1.0
干燥气候 1.0 1.2 1.2 1.1 1.15 1.2 1.15
柑桔的kC值
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
成年大树覆盖率约70%
地面干净
地面有杂草
0.75
0.90
0.75
0.90
0.7
0.85
0.7
0.85
0.7
0.85
0.65
0.85
0.65
0.85
0.65
0.85
0.65
0.85
0.7
0.85
0.7
0.85
0.7
0.85
地面覆盖率约50%
地面干净
地面有杂草
0.65
0.9
0.65
0.9
0.7
0.85
0.6
0.85
0.6
0.85
0.55
0.85
0.55
0.85
0.55
0.85
0.55
0.85
0.55
0.85
0.6
0.85
0.6
0.85
地面覆盖率约20%
地面干净
地面有杂草
0.55
1.0
0.55
1.0
0.5
0.95
0.5
0.95
0.5
0.95
0.45
0.95
0.45
0.95
0.45
0.95
0.45
0.95
0.45
0.95
0.5
0.95
0.5
0.95
注:本表所列数字为中等干旱、风力轻微到中等的情况。
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