中國農(nóng)業(yè)灌溉的發(fā)展趨勢—噴灌
目錄
前引... 6
一，什么是噴灌... 7
二，噴灌過濾的優(yōu)點(diǎn)... 8
三，灌溉系統(tǒng)的組成... 10
四，噴灌系統(tǒng)的分類... 11
五，噴灌設(shè)備的選型... 11
六，噴灌系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)和規(guī)劃... 11
七，噴灌設(shè)備的整體安裝與施工... 12
八，噴灌系統(tǒng)操控裝置... 12
九，噴灌系統(tǒng)用水方式... 13
十，噴灌灌溉的缺點(diǎn)與局限性... 13
在29日舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，*農(nóng)村水利司司長王愛國作如是表示。
目前，中國節(jié)水灌溉發(fā)展正進(jìn)入的“快車道"。據(jù)*數(shù)據(jù)，截至2013年底，在6347萬公頃的全國有效灌溉面積中，節(jié)水灌溉工程面積達(dá)2711萬公頃，約占有效灌溉面積的43%；農(nóng)田畝均灌溉用水量由2000年的420立方米下降到361立方米。
受。大力推進(jìn)節(jié)水灌溉帶動(dòng)，中國節(jié)水產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。據(jù)*數(shù)據(jù)，目前全國生產(chǎn)節(jié)水灌溉設(shè)備和材料的廠家已有2000多家，形成了年生產(chǎn)3000多萬畝節(jié)水灌溉設(shè)備和材料的供應(yīng)能力，一些民營企業(yè)已擁有了部分具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉技術(shù)和產(chǎn)品。
但王愛國坦言，在一些關(guān)鍵構(gòu)件上，目前中國節(jié)水灌溉企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量與美國、以色列等國家相比仍有明顯差距；同時(shí)，在把節(jié)水與農(nóng)技、農(nóng)藝相結(jié)合，提升農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量方面，中國也落后于發(fā)達(dá)國家。
王愛國表示，為提高中國節(jié)水灌溉設(shè)備的質(zhì)量水平，下一步將推進(jìn)節(jié)水灌溉產(chǎn)品的研發(fā)和創(chuàng)新，扶持一些進(jìn)一步發(fā)展壯大。
他說，目前一些上市公司和民營企業(yè)在節(jié)水灌溉領(lǐng)域已經(jīng)取得了較大成功，但“還要進(jìn)一步提供一些政策措施來扶持"。
王愛國指出，今后還將加強(qiáng)市場監(jiān)管，把好質(zhì)量監(jiān)督關(guān)，以進(jìn)一步提升節(jié)水灌溉產(chǎn)品的質(zhì)量。（引自：*）
一，什么是噴灌
利用機(jī)械和動(dòng)力設(shè)備，使水通過噴頭（或噴嘴）射至空中，以雨滴狀態(tài)
降落田間的灌溉方法。噴灌設(shè)備由進(jìn)水管、抽水機(jī)、輸水管、配水管和噴頭（或噴嘴）等部分組成，可以是固定的或移動(dòng)的。具有節(jié)省水量、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)地面氣候且不受地形限制等優(yōu)點(diǎn).
二，噴灌過濾的優(yōu)點(diǎn)
a．省水：由于噴灌可以控制噴水量和均勻性，避免產(chǎn)生地
噴灌
面徑流和深層滲漏損失，使水的利用率大為提高，一般比漫灌節(jié)省水量30%一50%，省水還意味著節(jié)省動(dòng)力，降低灌水成本。
b.省工：噴灌便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，可以大量節(jié)省勞動(dòng)力。由于取消了田間的輸水溝渠,不僅有利于機(jī)械作業(yè)，而且大大減少了由間勞動(dòng)量。噴灌還可以結(jié)合施入化肥和。，又可以省去不少勞動(dòng)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)，噴灌所需的勞動(dòng)量僅為地面灌溉的五分之一。
c．提高土地利用率：采用噴灌時(shí)，無需田間的灌水溝渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高土地利用率，一般可增加耕種面積7%一10%。
d．增產(chǎn)：噴灌便于嚴(yán)格控制土壤水分,使土壤濕度維持在作物生長zui適宜的范圍。而且在噴灌時(shí)能沖掉植物莖葉上塵土,有利于植物呼吸和光合作用。另外噴灌對土壤不產(chǎn)生沖刷等破壞作用，從而保持土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤疏松多孔，通氣性好，因而有利于增產(chǎn)， 特別是蔬菜增產(chǎn)效果更為明顯。
e．適應(yīng)性強(qiáng)：噴灌對各種地形適應(yīng)性強(qiáng)，不需要像地面灌溉那樣整平土地，在坡地和起伏不平的地面均可進(jìn)行噴灌。特別是在土層薄、透水性強(qiáng)的沙質(zhì)土，非常適合采用噴灌。此外，噴灌不僅適應(yīng)所有大田作物，而且對于各種經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜、草場都可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效果。 噴灌具有好多優(yōu)點(diǎn)，但是也有缺點(diǎn)。主要是投資費(fèi)用大，就目前條件移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)*，畝投資也需要20
噴灌系統(tǒng)
-50元/畝。另外是受風(fēng)速和氣候的影響大，當(dāng)風(fēng)速大于5.5米/秒時(shí) (相當(dāng)于4級(jí)風(fēng))，就能吹散雨滴，降低噴灌均勻性,不宜進(jìn)行噴灌。其次，在氣候十分干燥時(shí),蒸發(fā)損失增大，也會(huì)降低效果。
三，噴灌系統(tǒng)的組成
一個(gè)完整的噴灌系統(tǒng)一般由噴頭、管網(wǎng)、首部和水源組成。
1. 噴頭：噴頭用于將水分散成水滴，如同降雨一般比較均勻地噴灑在種植區(qū)域。
噴灌系統(tǒng)的噴頭構(gòu)造
2.管網(wǎng)：其作用是將壓力水輸送并分配到所需灌溉的種植區(qū)域。由不同管徑的管道組成，分干管、支管、毛管等，通過各種相應(yīng)的管件、閥門等設(shè)備將各級(jí)管道連接成完整的管網(wǎng)系統(tǒng)?，F(xiàn)代灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)多采用施工方便、水力學(xué)性能良好且不會(huì)銹蝕的塑料管道，如PVC管、PE管等。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要在管網(wǎng)中安裝必要的安全裝置，如進(jìn)排氣閥、限壓閥、泄水閥等。
3.首部：其作用是從水源取水，并對水進(jìn)行加壓、水質(zhì)處理、肥料注入和系統(tǒng)控制。一般包括動(dòng)力設(shè)備、水泵、過濾器、施肥器、泄壓閥、逆止閥、水表、壓力表，以及控制設(shè)備，如自動(dòng)灌溉控制器、衡壓變頻控制裝置等。首部設(shè)備的多少，可視系統(tǒng)類型、水源條件及用戶要求有所增減。如在利用城市供水系統(tǒng)作為水源的情況下，往往不需要加壓水泵。
4.水源：井泉，湖泊、水庫，河流及城市供水系統(tǒng)均可作為噴灌水源。在整個(gè)生長季節(jié)，水源應(yīng)有可靠的供水保證。同時(shí)，水源水質(zhì)應(yīng)滿足灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
四，噴灌系統(tǒng)的分類
按水流獲得的壓力方式可分為機(jī)壓式、自壓式和提水蓄能式噴灌系統(tǒng);
按噴灌設(shè)備的形式可分為管道式和機(jī)組式噴灌系統(tǒng);
按噴灑方式可分為定噴式和行噴式噴灌系統(tǒng).
噴灌系統(tǒng)按照噴灌作業(yè)過程中可移動(dòng)的程度分為下列 3類[1] .
固定式噴灌系統(tǒng)：除噴頭外,各組成部分在長年或灌溉季節(jié)均固定不動(dòng).干管和支管多埋設(shè)在地下,噴頭裝在由支管接出的豎管上.操作方便,效率高,占地少,也便于綜合利用（如結(jié)合施肥、噴。等）和實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)控制.但需要大量管材,單位面積投資高.適用于灌溉頻繁的經(jīng)濟(jì)作物區(qū)（如蔬菜種植區(qū)）和高產(chǎn)作物地區(qū).
半固定式噴灌系統(tǒng)：噴灌機(jī)、水泵和干管固定,而支管和噴頭則可移動(dòng).移動(dòng)的方式有人力搬移、滾移式,由拖拉機(jī)或絞車牽引的端拖式,由小發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作間歇移動(dòng)的動(dòng)力滾移式、絞盤式以及自走的圓形及平移式等.其投資比固定式噴灌系統(tǒng)少,噴灌效率較移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)高.常用于大田作物.
移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)：除水源外,動(dòng)力機(jī)、水泵、干管、支管和噴頭等都是可以移動(dòng)的,因而可在一個(gè)灌溉季節(jié)里在不同地塊輪流使用,提高了設(shè)備利用率,并可節(jié)省單位面積投資,但工作效率和自動(dòng)化程度低.常用的類型中,有的是動(dòng)力機(jī)和水泵裝在手推車或手架上的輕、小型噴灌機(jī),其噴頭裝在輕便三角架上,通過軟管同水泵連接；有的是將水泵同噴頭裝在手扶拖拉機(jī)上的小型噴灌機(jī),由手扶拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出裝置驅(qū)動(dòng)水泵作業(yè)；有的是裝在大、中型拖拉機(jī)上的雙懸臂式噴灌機(jī).移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)適用于灌溉次數(shù)較少的大田作物和小塊地段.此外,在有條件的地區(qū),還可發(fā)展自壓噴灌.其優(yōu)點(diǎn)是可以利用水的自然落差,不需動(dòng)力機(jī)和水泵,設(shè)備簡單,操作方便,使用成本低.
五，噴灌設(shè)備的選型
1.噴頭的選型
選擇噴頭時(shí)，除需考慮其本身的性能，如噴頭的工作壓力、流量、射程、組合噴灌強(qiáng)度、噴灑扇形角度可否調(diào)節(jié)之外，還必須同時(shí)考慮諸如土壤的允許噴灌強(qiáng)度、地塊大小形狀、水源條件、用戶要求等因素。另外，同一工程或一個(gè)工程的同一輪灌組中，選用一種型號(hào)或性能相似的噴頭，以便于灌溉均勻度的控制和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理。在已建項(xiàng)目中，有的為片面追求水景效果，安裝了各種性能截然不同的噴頭，致使灌溉均勻度無法保證。選擇噴頭時(shí)需特別注意的是，灌溉系統(tǒng)不是噴泉，其目的是為了彌補(bǔ)植物需水時(shí)空上的不足，而不是創(chuàng)作人工水景。因此，只能在首先滿足需水的前提下，盡量照顧到景觀效果。
此類噴頭品種繁多，按射程分，有0.6～5.8米的小射程噴頭，4.3～9.1米的中小射程噴頭，8.5～15.9米的中等射程噴頭，20米以上的大射程噴頭；按噴灑類型分，有散射噴頭，射線噴頭，旋轉(zhuǎn)噴頭，射線旋轉(zhuǎn)噴頭；按使用場合分，有園林噴頭，高爾夫噴頭等等。這些噴頭均可在加壓噴水時(shí)自動(dòng)彈出地面，而灌水停止時(shí)又縮入地面，不會(huì)影響園林景觀上的機(jī)械作業(yè)。
1.1 小射程噴頭一般為非旋轉(zhuǎn)散射式噴頭，如PROS系列、PS系列以及INST系列。這些噴頭的彈出高度有50mm、75mm、100mm、150mm和300mm，可選配噴灑形式繁多或可調(diào)角度的噴嘴，噴灌強(qiáng)度較大。不但適用于小塊灌溉，也可用于灌木、綠籬的灌水和洗塵。這類噴頭的噴嘴大多為“匹配灌溉強(qiáng)度噴嘴"，即無論全圓噴灑，還是半圓或90度及其他角度，其灌溉強(qiáng)度基本相同。這種特性對保證系統(tǒng)的噴灑均勻度極為有利。
1.2中小射程噴頭多為旋轉(zhuǎn)噴頭，如 SRM、PGJ系列齒輪驅(qū)動(dòng)頂部調(diào)節(jié)噴頭，射程為4.3～11.3米，彈出高度有100mm、150mm、300mm。這種噴頭適用于中型面積綠地和灌木、花卉的噴灌。
特別的如，MP系列地埋射線旋轉(zhuǎn)噴頭，射程3～9米，以其*的噴灑方式，和由此而來的不可比擬的節(jié)水特性，尤其適合坡地和新植噴灑。
1.3 中等射程噴頭多為旋轉(zhuǎn)噴頭，如亨特I-20、 PGP系列地埋旋轉(zhuǎn)噴頭。這些噴頭適用于中型面積綠地的灌溉。彈出高度有100mm和300mm兩種，適用于較大面積的灌溉。其中I-20噴頭配有止溢閥，并且可選不銹鋼升降柱，頂部帶有*閥門，可在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)單獨(dú)將某個(gè)噴頭關(guān)閉，便于維修或更換噴嘴。
1.4 大射程噴頭，如亨特I-31、 I-35系列、I-41系列、I-60系列、I-90系列均為旋轉(zhuǎn)式齒輪驅(qū)動(dòng)頂部有工具調(diào)節(jié)噴頭，射程均在20米以上。其特點(diǎn)是材料強(qiáng)度高，抗沖擊性能好。除用于大面積灌溉外，特別適合于運(yùn)動(dòng)場灌溉系統(tǒng)。
其中I-60系列噴頭，*低壓大射程功能，在壓力為2.8bars（0.28Mp）時(shí)，射程可達(dá)18.9米。特別適合低壓系統(tǒng)或者舊系統(tǒng)改造項(xiàng)目。
在各種射程的噴頭中，均可選擇“止溢型"噴頭。帶止溢功能的噴頭一般安裝在地形起伏較大的噴灌系統(tǒng)中的地形較低的部位，可有效防止當(dāng)灌水停止時(shí)管道中的水從低位噴頭溢出，影響噴頭周圍的正常生長。
土壤的允許噴灌強(qiáng)度是影響噴頭選型的主要因素之一。噴灌強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)噴灑在地面上的水深。我們一般考慮的是組合噴灌強(qiáng)度，因?yàn)楣喔认到y(tǒng)基本上都是由多個(gè)噴頭組合起來同時(shí)工作。對于噴灌強(qiáng)度的要求是，水落到地面后能立即滲入土壤而不出現(xiàn)積水和地面徑流，即要求噴頭的組合噴灌強(qiáng)度（ρ組合）應(yīng)小于等于土壤的水入滲率。各類土壤的允許噴灌強(qiáng)度（ρ允許）的參考值見下表：
各類土壤的允許噴灌強(qiáng)度（mm/h）
土壤類別
砂土
壤砂土
砂壤土
壤土
粘土
允許噴灌強(qiáng)度
噴頭組合噴灌強(qiáng)度的計(jì)算公式為：ρ組合（mm/h）=1000q/A
式中：q為單噴頭的流量（m3/h）；A為單噴頭的有效控制面積（m2）。
另外，土壤的允許噴灌強(qiáng)度隨著地形坡度的增加而顯著減小。如坡度大于12%時(shí)，土壤的允許噴灌強(qiáng)度將降低50%以上。因此，對于地形起伏的工程，在噴頭選型時(shí)需格外注意。
2.噴頭的布置
噴灌系統(tǒng)中噴頭的布置包括噴頭的組合形式、噴頭沿支管上的間距及支管間距等。噴頭布置的合理與否，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的灌水質(zhì)量。
噴頭的組合形式主要取決于地塊形狀以及風(fēng)的影響，一般為矩形和三角形，或?yàn)槠涮乩叫魏驼切?。矩形或正方形布置，適用于地塊規(guī)則，邊緣成直角的條件。這種形式設(shè)計(jì)簡便，容易做到使各條支管的流量比較均衡；三角形或正三角形布置，適用于不規(guī)則地塊，或地塊邊界為開放式，即使噴灑范圍超出部分邊界也影響不大的情況。這種布置抗風(fēng)能力較強(qiáng)，噴灑均勻度要高于矩形或正方形，同時(shí)所用噴頭的數(shù)量相對較少，但不易作到使各條支管的流量均衡。有時(shí)地塊形狀十分復(fù)雜，或地塊當(dāng)中有障礙物，使噴頭的組合形式為不規(guī)則形。但在多數(shù)噴灌系統(tǒng)中，可盡量采用正方形或正三角形布置。
2.1 正方形布置
正方形布置時(shí)，噴頭沿支管上的間距與支管間距相等，但對角噴頭之間的距離是支管間距的1.41倍。考慮到風(fēng)的影響，推薦噴頭間距為噴頭射程（R）的0.9-1.1倍，見下表：
風(fēng)速（km/h）
0-5
6-11
12-20
正方形zui大間距
1.1R
1.0R
0.9R
2.2 正三角形布置
正三角形布置時(shí)，各個(gè)噴頭之間的距離相等，但支管間距為噴頭間距的0.866倍?？紤]到風(fēng)的影響，推薦噴頭間距為噴頭射程（R）的1.0-1.2倍，見下表：
風(fēng)速（km/h）
0-5
6-11
12-20
正三角形zui大間距
1.2R
1.1R
1.0R
在噴頭布置完畢后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際布置結(jié)果對系統(tǒng)的組合噴灌強(qiáng)度進(jìn)行校核。特別是在地塊的邊角區(qū)域，因噴頭往往是半圓或90度而不是全圓噴灑，若選配的噴嘴與地塊中間全圓噴灑的噴頭相同，則該區(qū)域內(nèi)的噴灌強(qiáng)度勢必大大超過地塊中間。所以，為保證系統(tǒng)良好的噴灑均勻度，一般安裝在邊角的噴頭須配置比地塊中間的噴頭小2-3個(gè)級(jí)別的噴嘴。
六，噴灌系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)和規(guī)劃
有了性能*、質(zhì)量可靠的噴頭，還必須對系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，才能真正發(fā)揮噴灌的作用，達(dá)到預(yù)期的效果。噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括以下步驟：
灌溉水量
需水量包括土壤與地表的蒸發(fā)量和植物本身消耗的蒸騰量，也稱作植物騰發(fā)量。影響需水量的因素有氣象條件（溫度、濕度、輻射及風(fēng)速等）、土壤性質(zhì)及其含水狀況、植物種類及生育階段等。由于上述這些影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，確定灌溉需水量zui可靠的辦法是進(jìn)行實(shí)際觀測。但往往在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段缺乏實(shí)測資料，這時(shí)就需要根據(jù)影響需水量的因素進(jìn)行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通過公式進(jìn)行計(jì)算，或參照下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。?/span>
氣象條件
濕冷
干冷
濕暖
干暖
濕熱
干熱
日需水量（mm）
2.5-3.8
3.8-5.0
3.8-5.0
5.0-6.4
5.0-7.6
7.6-11.4
表中，“冷"指仲夏zui高氣溫低于21℃；“暖" 指仲夏zui高氣溫在21至32℃之間；“熱" 指仲夏zui高氣溫高于32℃；“濕"指仲夏平均相對濕度大于50%；“干" 指仲夏平均相對濕度低于50%。
灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足需水高峰期的日需水量，即按zui不利的條件設(shè)計(jì)，選取特定氣象條件下的zui高日需水量，以使系統(tǒng)有足夠的供水能力。
輪灌組
灌溉系統(tǒng)的工作制度通常分為續(xù)灌和輪灌。續(xù)灌是對系統(tǒng)內(nèi)的全部管道同時(shí)供水，即整個(gè)灌溉系統(tǒng)作為一個(gè)輪灌區(qū)同時(shí)灌水。其優(yōu)點(diǎn)是灌水及時(shí)，運(yùn)行時(shí)間短，便于其他管理操作的安排；缺點(diǎn)是干管流量大，工程投資高，設(shè)備利用率低，控制面積小。因此，續(xù)灌的方式只用于單一且面積較小的情況。
對于絕大多數(shù)灌溉系統(tǒng)，為減少工程投資，提高設(shè)備利用率，擴(kuò)大灌溉面積，一般均采用輪灌的工作制度，即將支管劃分為若干組，每組包括一個(gè)或多個(gè)閥門，灌水時(shí)通過干管向各組輪流供水。
1.輪灌組劃分的原則
1.1 輪灌組的數(shù)目應(yīng)滿足需水要求，同時(shí)使控制灌溉面積與水源的可供水量相協(xié)調(diào)；
1.2 對于手動(dòng)、水泵供水且首部無衡壓裝置的系統(tǒng)，每個(gè)輪灌組的總流量盡可能一致或相近，以使水泵運(yùn)行穩(wěn)定，提高動(dòng)力機(jī)和水泵的效率，降低能耗；
1.3 同一輪灌組中，選用一種型號(hào)或性能相似的噴頭，同時(shí)種植的品種一致或?qū)嗨囊笙嘟?/span>
1.4 為便于運(yùn)行操作和管理，通常一個(gè)輪灌組所控制的范圍連片集中。但自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)不受此限制，而往往將同一輪灌組中的閥門分散布置，以zui大限度地分散干管中的流量，減小管徑，降低造價(jià)。
2.輪灌組數(shù)目的確定
輪灌組的數(shù)目，取決于每天允許運(yùn)行時(shí)間、灌水周期和一次灌水延續(xù)時(shí)間。對于固定式灌溉系統(tǒng)，其輪灌組數(shù)目可根據(jù)下式確定：
N≤ cT/t
式中：
N - 系統(tǒng)允許劃分輪灌組的zui大數(shù)目，取整數(shù)。
c - 一天運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，一般不超過20小時(shí)。
T - 灌水周期，即兩次灌水之間的間隔時(shí)間
3.輪灌組閥門的選擇及其安裝位置
3.1 輪灌組閥門即支管的控制閥的規(guī)格通常與支管的公稱管徑相同。在某些特殊情況下，閥門的尺寸可能小于或大于支管管徑，但相差不應(yīng)超過一級(jí)管徑的范圍。閥門的選擇還受到閥門本身過流能力和壓力損失的限制，特別是自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)中的電磁閥，在選用時(shí)一定要考慮其技術(shù)性能。
3.2 閥門應(yīng)設(shè)置在便于操作、維修的位置，特別是手動(dòng)操作噴灌系統(tǒng)，將閥門安裝在噴頭的噴灑范圍之外，使操作人員不會(huì)在工作時(shí)被淋濕。
3.3 閥門及其閥門井（箱）的位置不能影響正常的交通、人為活動(dòng)及園林景觀3.4 在可能的情況下，閥門位于所控制的一組噴頭的中心部位，以利于平衡支管流量與壓力，減小支管管徑。
水力計(jì)算
在完成噴頭選型、布置和輪灌區(qū)劃分之后，即可計(jì)算各級(jí)管道的流量和進(jìn)行水力計(jì)算。某一支管流量為該支管上同時(shí)工作的噴頭流量之和，干管流量為系統(tǒng)中同時(shí)工作的噴頭流量之和。流量確定后，即可選擇管徑并計(jì)算管道和系統(tǒng)的水頭損失。水力計(jì)算的主要任務(wù)就是確定管道的水頭損失。
1.管道水頭損失的計(jì)算方法
水在管道內(nèi)流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械能的損耗，即水頭損失。水頭損失可分為沿程摩阻力損失和局部阻力損失兩種類型。沿程水頭損失為水流過一定管道距離后由于水分子的內(nèi)部摩檫而引起的損失；局部水頭損失為水流經(jīng)過各種管件、閥門等設(shè)備時(shí)因流態(tài)的變化而產(chǎn)生的損失。沿程水頭損失與局部水頭損失之和即為管道的總水頭損失。
1.1沿程水頭損失的計(jì)算
很多計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式。對于硬質(zhì)塑料管道（PVC），常用的計(jì)算公式如下：
H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L
式中：Hf為沿程水頭損失（m）；L、Q、d分別為管道長度（m）、流量（m3/h）和管道內(nèi)徑（mm）。
1.2局部水頭損失的計(jì)算
局部水頭損失計(jì)算公式為：
Hj =ξ v2/2g
式中：Hj為局部水頭損失（m）；ξ為局部阻力損失系數(shù)，與管件、閥門的類型與大小有 關(guān)；v、g分別為管道中水的流速（m/s）和重力加速度（9.81m/s2）。
對于較大的灌溉系統(tǒng)，如真正按照公式計(jì)算各個(gè)管件、閥門處的局部水頭損失，工作量將十分龐雜。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，一般先計(jì)算出沿程水頭損失Hf，然后取局部水頭損失Hj = 10% Hf 即可滿足設(shè)計(jì)要求。
2.支管水力計(jì)算
由于在支管上一般安裝多個(gè)噴頭，因此支管內(nèi)的流量沿流程按一定規(guī)律遞減，故支管的實(shí)際沿程水頭損失比按支管總流量的計(jì)算值要小的多，即：Hf實(shí)際 = F × Hf
式中：F為多口出流系數(shù)，其值在一般在0.3-0.6之間，與出口數(shù)量、*個(gè)出口位置和管材有關(guān)，可通過計(jì)算或查表得出。
支管的水力計(jì)算主要依據(jù)噴灑均勻的原則，即要求支管上任意兩個(gè)噴頭的出水量之差不能大于10%。將這一原則轉(zhuǎn)化為對壓力的要求，即應(yīng)使支管上任意兩個(gè)噴頭處的壓力不能超過噴頭設(shè)計(jì)工作壓力（H設(shè)）的20%。設(shè)計(jì)時(shí)，不但要計(jì)算水頭損失，而且還要考慮地形對壓力的影響。
在實(shí)際工程中，有時(shí)為節(jié)省投資而采用變徑支管，或受地塊形狀影響出水口不一定是等間距和等流量，這時(shí)就需要對支管分段進(jìn)行計(jì)算。
支管的水力計(jì)算往往是一個(gè)反復(fù)的過程。在噴頭選型、布置和支管長度確定后，水力計(jì)算的基本流程為：計(jì)算支管流量→初設(shè)管徑→計(jì)算水頭損失→校核出水口處壓力差是否小于等于20% H設(shè)→若超過20% H設(shè)，調(diào)整管徑后重復(fù)計(jì)算→zui后確定支管管徑。
設(shè)計(jì)時(shí)，一般不用對所有支管進(jìn)行計(jì)算，可選取zui“危險(xiǎn)條件"下的支管做水力計(jì)算。“危險(xiǎn)條件"在大多數(shù)情況下發(fā)生在距首部zui遠(yuǎn)的支管，或系統(tǒng)內(nèi)地形zui高部位的支管。若系統(tǒng)的壓力能滿足這些支管的壓力要求，也就自然滿足其他支管的壓力要求。
3.干管水力計(jì)算
3.1 管徑的初步確定
管道的管徑，特別是干管的大小對灌溉系統(tǒng)的總投資影響較大。管徑太大，投資增加，經(jīng)濟(jì)上不合理；管徑太小，水頭損失大，需配置較大水泵，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高，且管內(nèi)流速大，易產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，對管道的安全不利。干管管徑的初步估算可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式：
D = 11Q1/2 （Q<120m3/h時(shí)）
式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/h）。
或采用經(jīng)濟(jì)流速法公式：D = 22.36(Q/V)1/2
式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/s）；V為經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一
般取V≤3m/s。
3.2 干管水力計(jì)算
干管水力計(jì)算相對支管簡單一些，分別按不同管段的管徑、流量和長度計(jì)算水頭損失即可，其總的要求是在沿干管的各支管分流處的壓力需滿足各支管進(jìn)口對壓力的要求。
（四）水泵的選擇
選擇水泵的主要任務(wù)是確定水泵的流量和揚(yáng)程。在上述步驟完成后，即可計(jì)算流量和揚(yáng)程。
水泵流量： Q = ∑N噴頭q
水泵揚(yáng)程： H = H設(shè)+∑Hf+∑Hj±Δ
式中：N噴頭為同時(shí)工作的噴頭數(shù)；q為單噴頭流量；H設(shè)為噴頭設(shè)計(jì)工作壓力（m）；∑Hf為水泵至典型噴頭之間管路沿程水頭損失之和（m），所謂典型噴頭一般是距泵站zui遠(yuǎn)或位置zui高的噴頭；∑Hj為水泵至典型噴頭之間局部水頭損失之和（m），其中應(yīng)包括閥門、過濾設(shè)備及施肥設(shè)備的局部水頭損失；Δ為典型噴頭與水源水面或井內(nèi)動(dòng)水位的高差（m）。
具體選擇水泵型號(hào)時(shí)，可參照有關(guān)水泵生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄，所選水泵的實(shí)際流量和揚(yáng)程一般應(yīng)稍大于上述計(jì)算值，以確保滿足設(shè)計(jì)要求。
對于用城市供水管網(wǎng)作為水源的灌溉系統(tǒng)，不必選擇水泵，而是應(yīng)校核供水管網(wǎng)所能提供的壓力是否滿足灌溉系統(tǒng)的所需壓力（即上述計(jì)算的揚(yáng)程值）。若不滿足，一般需增大各級(jí)管徑，以減小水頭損失；或選擇低壓性能好的噴頭，使灌溉系統(tǒng)所需壓力小于等于城市供水管網(wǎng)的壓力。
七，噴灌設(shè)備的整體安裝與施工
噴灌系統(tǒng)施工安裝的總的要求是，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，必須修改設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先征得設(shè)計(jì)單位同意并經(jīng)主管部門批準(zhǔn)。涉及到有關(guān)建筑物的施工，應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，如《給排水建筑物施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《地下防水工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等。針對噴灌系統(tǒng)的特點(diǎn)，在其施工與安裝時(shí)，應(yīng)注意以下問題：
（一）在已有的噴灌地塊內(nèi)施工，除盡量保護(hù)現(xiàn)有噴灌外，要特別注意管溝棄土的處理。棄土須分層放置，埋管時(shí)須按與開挖時(shí)相反的順序分層回填，以保證沿管線種植層內(nèi)的土壤與原有土壤一致。
（二）在干管和每條支管上應(yīng)安裝放水裝置，以便于沖洗管道以及冬季防凍。即使在無凍害的南方地區(qū)，在非灌溉季節(jié)一般也應(yīng)放空管道，防止水長期滯留在管道中產(chǎn)生微生物，附著在管壁和噴頭上影響噴灌效果。放水裝置除常見的閘閥、球閥外，還有自動(dòng)泄水閥，可在灌水停止后自動(dòng)排出管道中的水。
（三）對于系統(tǒng)壓力變化或地形起伏較大的情況，支管閥門處應(yīng)安裝壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，如亨特公司生產(chǎn)的與電磁閥相配套的Accu-Set型壓力調(diào)節(jié)器，使支管進(jìn)口處壓力均衡，保證系統(tǒng)的噴灑均勻度。另外，在必要的管段還應(yīng)安裝進(jìn)排氣閥、泄壓閥等，用以保護(hù)系統(tǒng)的安全。
（四）為便于臨時(shí)取水，或?qū)姽嗖灰卓刂频?/span>邊角地段進(jìn)行人工灌溉，在主管道上一般需安裝一定數(shù)量的快速取水閥（方便體），如亨特HQV型快速取水閥。這種快速取水閥與所配套的鑰匙配合使用，插入鑰匙，閥門即可自動(dòng)開啟供水；若要停止灌水，只需取下鑰匙，閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。
（五）地埋式噴頭的安裝
1、安裝前須對噴頭進(jìn)行預(yù)置。可調(diào)噴灑扇形角度的噴頭，出廠時(shí)大多設(shè)置在180度，因此在安裝前應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形對噴灑扇形角度的要求，把噴頭調(diào)節(jié)到所需角度。
2、噴頭的頂部應(yīng)與zui后的地面相平。這就要求在安裝噴頭時(shí)噴頭頂部要低于松土地面，為以后的地面沉降留有余地；或在地面不再沉降時(shí)再安裝噴頭。
3、噴頭與支管的連接，采用交接接頭（Swing Joint），也稱千秋架。如亨特的SJ-512千秋架、SJ-712千秋架，可有效防止由機(jī)械沖擊，如剪草機(jī)作業(yè)或人為活動(dòng)而引起的管道和噴頭損壞。同時(shí)，采用鉸接接頭，便于施工時(shí)調(diào)整噴頭的安裝高度。
4、在管理不便的地區(qū)，可安裝具有一定防盜性能的噴頭。
八，噴灌系統(tǒng)操控裝置
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對綠化工程水平的要求越來越高。同時(shí)，為進(jìn)一步解決水資源、能源的短缺和人工成本增加等問題，越來越多的綠化工程采用自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)。常用的自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)、ET智能灌溉系統(tǒng)、*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)兩大類。
時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)
時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)將灌水開始時(shí)間、灌水延續(xù)時(shí)間和灌水周期作為控制參量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)灌水。其基本組成包括：控制器、電磁閥，還可選配土壤水分傳感器、降雨傳感器及霜凍傳感器等設(shè)備。其中控制器是系統(tǒng)的核心。灌溉管理人員可根據(jù)需要將灌水開始時(shí)間、灌水延續(xù)時(shí)間、灌水周期等設(shè)置到控制器的程序當(dāng)中，控制器既通過電纜向電磁閥發(fā)出信號(hào)，開啟或關(guān)閉灌溉系統(tǒng)。
控制器的種類很多，可分為機(jī)電式和混合電路式，交流電源式和直流電池操作式等。其容量有大有小，zui小的控制器只控制單個(gè)電磁閥，而zui大的控制器可控制上百個(gè)電磁閥。
電磁閥一般為交流24伏隔膜閥，通過電纜與控制器相連。電磁閥啟閉時(shí)有一定時(shí)間的延遲，這一特性可有效防止管網(wǎng)中的水擊現(xiàn)象，保護(hù)系統(tǒng)安全。
目前國內(nèi)的自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)，基本上均為時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)。
ET智能灌溉系統(tǒng)
ET智能灌溉系統(tǒng)，將與植物需水量相關(guān)的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風(fēng)速等）通過單向傳輸?shù)姆绞?，自?dòng)將氣象信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息傳遞給時(shí)序控制器。使用時(shí)只需將每個(gè)站點(diǎn)的信息（坡度、作物種類、土壤類型、噴頭種類等）設(shè)定完畢，無需對控制器設(shè)定開啟、運(yùn)行、關(guān)閉時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、土壤特性、作物類別等不同情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉。
*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)
*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)，將與植物需水相關(guān)的氣象參量（溫度、相對濕度、降雨量、輻射、風(fēng)速等）通過自動(dòng)電子氣象站反饋到*計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)決策當(dāng)天所需灌水量，并通知相關(guān)的執(zhí)行設(shè)備，開啟或關(guān)閉某個(gè)子灌溉系統(tǒng)。在*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)中，上述時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)可作為子系統(tǒng)。
美國亨特公司開發(fā)的IMMS*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)，可通過有線、無線、光纜、線、甚至手機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方式對無*的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，如對小到一個(gè)公園、大到一個(gè)城市甚至幾個(gè)城市的所有園林灌溉系統(tǒng)，均可由一臺(tái)*計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。
這種*計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)是真正意義上的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。目前在很多發(fā)達(dá)國家的園林綠地灌溉系統(tǒng)，以及高爾夫球場的灌溉系統(tǒng)中已被廣泛采用。
例如，在美國拉斯維加斯城，只用了三套*計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將所有和花卉實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，一套用于控制全城的公園綠地、、街道花卉等灌溉，另兩套則用于130多所大學(xué)的所有綠地灌溉。
九，噴灌系統(tǒng)用水的方式
用水管理是噴灌系統(tǒng)全部管理工作的核心。噴灌系統(tǒng)建成后，用水管理的好壞，直接關(guān)系到噴灌系統(tǒng)能否發(fā)揮其應(yīng)有的作用。用水管理的基本任務(wù)是，根據(jù)噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和當(dāng)?shù)貧夂?、生育階段、土壤水分、水源供水等狀況，合理組織噴灌作業(yè)，達(dá)到提高灌溉效率、保持。生長狀態(tài)的目的。其具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。
灌水計(jì)劃的制定
噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般是按滿足zui不利的條件作出的，可滿足zui大的需水要求。而在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定灌水計(jì)劃，包括灌水時(shí)間、灌水延續(xù)時(shí)間、灌水周期等。
1、灌水時(shí)間
灌溉季節(jié)，在一天內(nèi)的大部分時(shí)間均可灌水。但應(yīng)避免在炎熱的夏季中午灌水，以防燙傷，而且此時(shí)蒸發(fā)量zui大，水的利用率低。夜間灌水可避免上述情況，但人們往往擔(dān)心因葉面濕潤時(shí)間太長，容易引發(fā)病害。夜間灌水的這一弊端可通過施用殺菌劑來解決。清晨灌水，陽光和晨風(fēng)可使葉面迅速變干，是較為理想的灌水時(shí)間。但對于非自動(dòng)控制的噴灌系統(tǒng)，夜間和清晨灌水對操作人員會(huì)帶來一些不便，因此，傍晚灌水也是較好的選擇。
灌水時(shí)間還受到人為活動(dòng)的限制。如高爾夫球場，基本上都在夜間灌水，這樣不會(huì)對白天球員打球產(chǎn)生影響；足球場應(yīng)在比賽之前一天灌水完畢，以減輕比賽時(shí)對場地的損壞和影響運(yùn)動(dòng)員的比賽成績。
2、灌水延續(xù)時(shí)間
灌水延續(xù)時(shí)間的長短，主要取決于系統(tǒng)的組合噴灌強(qiáng)度和土壤的持水能力，即田間持水量。當(dāng)噴灌強(qiáng)度大于土壤的滲透強(qiáng)度時(shí)，將產(chǎn)生積水或徑流，水不能充分滲入土壤；灌水時(shí)間過長，灌水量將超過土壤的田間持水量，造成水分及養(yǎng)分的深層滲漏和流失。因此，一般的規(guī)律是，砂性較大的土壤，土壤的滲透強(qiáng)度大，而田間持水量小，故一次灌水的延續(xù)時(shí)間短，但灌水次數(shù)多，間隔短，即需少灌勤灌；反之，對粘性較大的土壤則一次灌水的延續(xù)時(shí)間長，但灌水次數(shù)少。
采用測定土壤水分的儀器，可以更加科學(xué)地確定灌水延續(xù)時(shí)間。目前在工程上常用的儀器有電子土壤水分測試儀和張力計(jì)。
3、灌水周期
灌水周期，即灌水間隔或灌水頻率，除與上述提到的土壤性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于本身。灌水過于頻繁，會(huì)使發(fā)病率高，根系層淺，抗踐踏性差，生長不健壯；而灌水間隔時(shí)間太長，草坪會(huì)因缺水使正常生產(chǎn)受到抑制，影響草坪質(zhì)量。
灌水計(jì)劃不是一成不變的，應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)按旬或月為單位制定，但在實(shí)際執(zhí)行時(shí)需參照實(shí)際灌水效果和天然降雨情況隨時(shí)加以調(diào)整。
建立系統(tǒng)運(yùn)行檔案
對噴灌系統(tǒng)的運(yùn)行情況，包括開機(jī)時(shí)間、灌水時(shí)間、用水量、用電量等，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)記錄存檔，并及時(shí)分析這些數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步改進(jìn)管理和監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀況提供依據(jù)。
灌水效果評(píng)價(jià)
在噴灌系統(tǒng)投入使用后，可以直觀地對生長狀況、綠色期的延長以及節(jié)水、節(jié)省人工的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。也可以通過實(shí)際測試，對系統(tǒng)的噴灑均勻度、灌溉水的利用率等加以評(píng)估，以便及時(shí)修正灌水計(jì)劃，并為提高今后噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)水平提供參考。
十，噴灌灌溉的缺點(diǎn)與局限性
噴灌也有一定缺點(diǎn)和局限性，主要是以下幾方面；
投資較高
與地面灌溉相比，噴灌投資較高，目前半固定式噴灌如不計(jì)輸變電和人工雜費(fèi)，一般每畝300～500元，全包括約500～800元。固定式噴灌就更高，有的高達(dá)1000元/畝。
噴灌受風(fēng)和空氣濕度影響大
當(dāng)風(fēng)速在5.5～7.9m/s即四級(jí)風(fēng)以上時(shí)，能吹散水滴，使灌溉均勻性大大降低，飄移損失也會(huì)增大?？諝鉂穸冗^低時(shí)，蒸發(fā)損失加大。據(jù)美國德克薩斯州西南大平原研究中心的試驗(yàn)，當(dāng)風(fēng)速小于4.5m/s(三級(jí)風(fēng))時(shí)，蒸發(fā)飄移損失小于10%；當(dāng)風(fēng)速增至9m/s時(shí)，損失達(dá)30%。我國通過在寧夏、陜西、云南、河南、湖北、北京、福建、新疆等八個(gè)省市的統(tǒng)一實(shí)測，在相對濕度為30%～62%、風(fēng)速0.24～6.39m/s的情況下，噴灑水損失為7～28%。
為了使噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)和達(dá)到灌水均勻，必須給水一定壓力，除自壓噴灌系統(tǒng)外，噴灌系統(tǒng)都需要加壓，消耗一定的能源。
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