[农学]《节水灌溉》课件 第四章 喷灌工程技术.ppt

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1、第四章 喷灌,烟草固定式喷灌,草坪喷灌,头喷,喷灌的主要技术参数,射流式喷头的水力学原理,喷灌系统,概述与喷灌技术要求,喷灌的主要内容,摇臂式喷头的结构,喷灌系统的类型,喷灌系统的规划设计,喷灌技术的主要内容,喷灌系统的分类与组成,概 述,喷头性能,喷头的种类和工作原理,喷灌系统自动化,第一节 喷灌及其特点,一、概 述,国外喷灌技术发展概况与前景,喷灌最初产生于19世纪末，在1920年以前主要用于喷灌草坪和公园以及少量的蔬菜、苗圃、果树。 上世纪40年代以后，喷灌真正的用于大田灌溉，随之出现了射程远而结构简单的摇臂式喷头和薄壁铝管和合金管 从50年代以后开始陆续研制了许多移动管道的机械系统，纵

2、拖式（1948年）、滚移式（1935年）、时针式（1955年）绞盘式（1965年）平移式（1978年）相继研制成功,1983年世界喷灌面积达到4亿亩 以色列、罗马尼亚、联邦德国、捷克斯洛伐克等 国的喷灌面积占其灌溉面积的100 美国、苏联的喷灌面积占其灌溉面积的40，但 其分别占总灌溉面积的1/3 主要灌溉作物为蔬菜、果树、葡萄、经济作物、 牧草、玉米和小麦,世界喷灌发展的三大趋势,一是在灌溉作物方面，由果树、蔬菜等少数经济作物向行播大田作物发展 二是微灌的增产效果和节水潜力依然是各国研究的重点。 三是在灌溉方式上由地表向地埋式发展，尤其是地下滴灌技术已成为研究热点。,世界喷灌发展的三大趋势,

3、不断提供机械化与自动化水平，喷灌面积持续增长 注意节能、着手开发与利用新能源 日益广泛地应用新技术、重视提高喷灌质量,我国喷灌技术发展概况,我国的喷灌发展起步较晚，1949年以后才开始研究喷灌和运用喷灌方法灌溉蔬菜 喷灌在我国的发展大致分为两个阶段： 第一阶段（19491973）引进、试验阶段 当时主要学习苏联的技术，于50年代在上海、南京、重庆、武汉等大城市建立一批喷灌站,第二阶段（1973至今）研究试点、推广应用阶段 从1973年我国掀起了一个研究与推广喷灌的热潮，到1998年底喷灌面积达到160万km2。,全国喷灌面积约160万hm2 ，占全国灌溉总面积的3.1%。其中，轻、小型喷灌机的

4、灌溉面积约占喷灌总面积的75%，大中型喷灌机的灌溉面积约占10%，半固定式喷灌面积约占15%。,我国适合发展喷灌的灌溉面积约有4000万hm2。据90年代中期完成的中国灌溉农业节水规划预测，到2010年，我国喷灌面积将达到366.7万hm2，2020年将达到666.7万hm2。,二、喷灌的定义：,喷灌是把由水泵加压或自然落差形成的有压水通过压力管道送到田间，再经喷头喷射到空中，形成细小水滴，均匀地洒落在农田，达到灌溉的目的一种灌溉方式。 喷灌几乎适用于除水稻外的所有大田作物，以及蔬菜、果树等 经过30多年的努力，现在我国已有喷灌面积160多万hm2,三、喷灌技术的优点,省水、增产 省劳力 提高

5、土地利用率 防止土壤冲刷和盐碱化,省水、增产,利用喷灌技术与一般的地面灌溉可以节约用水2030%,喷灌对地形的适应性强,喷灌可以调节田间小气候，增加近地表层空气湿度，在炎热季节降低气温，有利于作物的生长，还能冲刷掉茎叶上的灰尘，以利于作物的呼吸和光合作用。,玉米、小麦、棉花、大豆等采用喷灌一般比沟灌、畦灌可增产1030 % ，蔬菜喷灌则可增产l2倍。,水稻在高温季节保持水层并进行喷灌，增加了田间空气湿度，降低了温度，增加了日夜温差，空壳率减少，取得了每亩增产一成的效果。,省劳力,由于喷灌的机械化程度高，可以大量减轻劳动强度，节约劳动力。一般移动机组可以成倍提高工效。如果大面积采用固定式喷灌系统

6、工效还会更高。此外，采用喷灌还可以减少修筑毛渠、畦、沟、埂的投工。,提高土地利用率,采用喷灌可以大大减少沟渠占地，不仅节省土石方工程，而且能腾出515%的沟渠、地埂占地，扩大作物种植面积。,喷灌可以根据土壤质地的轻重和透水性大小合理确定水滴大小和喷灌强度，以保护土壤的团粒结构，避免造成土壤冲刷。在土壤盐碱化的地区，采用喷灌控制湿润深度，消除深层渗漏，可以防止由于地下水位上升而引起的次生盐碱化。,防止土壤冲刷和盐碱化,四、喷灌技术的缺点,受风的影响大 一般在34级风以上，部分水滴在空中被吹走，灌溉均匀度大大降低，就不宜进行喷灌 在空气中的损失大 空气相对湿度过低时，水滴未落到地面之前在空中的蒸发

7、损失可以达到10 %,对土壤表层湿润比较理想，而深层湿润不足。采用低强度喷灌(即慢喷灌)，使喷头的平均喷灌强度远低于土壤的入渗速度，这样使水分能充分地渗入土壤下层，而又不会产生积水和地表径流 需要一定的机械设备，在水源比较丰富的平原地区一般投资较高,第二节 喷灌系统的组成及分类,一、喷灌设备 喷灌设备又称喷灌机具，是进行喷灌的主要手段，按功能可分为： 1、 喷洒设备：喷头 2、 增压设备：水泵、动力机、移动设备 3、 输水设备：管道及附件接头、三通、四通、 阀门、堵头,第二节 喷灌系统的组成及分类,4、 行走设备：动力传动设备行走设备。 5、 量测设备：真空表、压力表、流量计、土壤 湿度计 6

8、、 控制设备：压力调节器 流量调节器。,1、定义： 喷灌系统是把水源，喷灌设备和田间工程有机地结合起来，使他成为为一个相对独立的整体，以达到将灌溉用水均匀地喷灌到农田，来满足农作物生长对水分的要求，这样一种水利设施称之为喷灌系统。,二、 喷灌系统组成,2、喷灌系统组成 喷灌系统通常由水源(包括水泵与动力)，输水系统(管道渠系和田间工程)，喷灌装置(喷头)三大部分。,(1) 水源 喷灌系统与地面灌溉系统一样，首先要解决水源问题，常见水源有：河流、渠道、水库、塘坝、湖泊、机井、山泉。 喷灌对水源的要求： (a)水量满足要求； (b) 水质符合灌溉用水标准(农田灌溉水质标准GB508492 )， (

9、c)另外在规划设计中，特别是山区或地形有较大变化时，应尽量利用水源的自然水头，进行自压喷灌，选取合适的地形和制高点修建水池，以控制较大的灌溉面积。,(2) 水泵：常用泵为离心泵，还有喷灌系列泵。 (3) 动力：常用的动力设备有：电动机、柴油机、小型拖拉机、汽油机。 (4) 田间工程：田间沟渠及建筑物，机组行走的道路。 (5) 管道系统：一般分干、支两级，还可以为干、支、分支三级，管道上还需配备一定数量的管件和竖管。,(6) 喷灌机：一种喷水机器，由喷头、水泵、动力、输水管道以及行走设备组成的可移动的机械。 a、 人工移动式 机械移动式 自动行走式。 b、 轻型机组 (24.5KW) 小型(7.

10、59KW） 中型(2030KW) 大型(40KW以上)的喷灌机组。,三、 喷灌系统分类,喷 灌 系统,管道喷灌系统,机组喷灌系统,固定式喷灌系统,半固定式喷灌系统,移动式喷灌系统,小型机组喷灌系统,平移式喷灌系统,中心支轴式喷灌系统,卷管式喷灌系统,固定式喷灌系统(solid-set system),棉花固定式喷灌,向日葵固定式喷灌,移动式喷灌系统(Portable system),移动式喷灌系统,半固定式喷灌系统(Semi-portable system),半固定式喷灌系统,时针式喷灌系统(Center-pivot system),机组喷灌系统,时针式喷灌机,机组喷灌系统,时针式喷灌机田间布

11、置鸟瞰图,绞盘式喷灌机,卷管式喷灌机,大田棉花用卷管式喷灌机,平移式喷灌系统(Linear-move system),滚移式喷灌机,第三节 喷灌的主要技术要素,喷灌的主要技术参数,喷灌强度,喷灌均匀度,水滴打击强度,1、喷灌强度,定义： 单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量，mm/h 技术要求： 喷灌强度土壤的渗吸速度 原则：地表不能形成积水和径流,喷灌强度: 点喷灌强度 和平均喷灌强度 (面积和时间都平均)两个概念。 点喷灌强度 是指在一定时间(t)内，喷洒到某一点土壤表面的水深h，即：,平均喷灌强度：是指在一定面积上(一个喷头，或许多喷头，或喷头设置点控制的面积)，各点在单位时间内的喷灌水

12、深的平均值，用平均喷灌水深h0与相应喷灌持续时间t的比值表示。,单喷头的喷灌强度,定义： 单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量，或单位时间内喷洒在灌溉土地上的水深,单位：mm/h,上式中： q=喷头的流量 A1个喷头的湿润面积,喷头的水量分布,单个旋转式喷头的典型水量分布图,影响水量分布的因素： 压力 风速，风向 喷头转速（均匀与否） 喷头布置形式和间距,单喷头水量分布图,压力对水量分布的影响,压力适中,压力过高,压力过低,2、喷灌均匀度 喷灌面积上水量分布的均匀程度。 喷灌均匀度的影响因素： 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、地面的坡度和风速、风向等

13、因素都有密切关系。,喷灌均匀度一般以喷洒均匀系数（克里斯琴森系数）Cu表示，其计算方法如下：,整个喷灌面积上的平均喷灌强度 n 观测计算喷灌强度点的总数 P 各点的喷灌强度 不计正、负的绝对值,喷头组合示意图,上式中：,喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定,3、水滴打击强度,定义：就是单位喷洒面积的水滴对作物和土 壤的打击动能。,表示方法：,雾化指标 H/d喷头的工作压力与主喷嘴直径之比,水滴的直径,雾化指标H/d,不同种类的雾化指标,mm水柱,直径：mm,水滴直径的确定及其对土壤的影响,水滴直径根据作物、用途、风速和土壤等因素确定。 水滴太大，容易破坏土壤表层的团粒结构，造成土壤板结，甚至打伤作物

14、的幼苗或造成某些作物倒伏，还会把土溅到作物叶面上影响作物的生长。,水滴太小?,在空中蒸发损失大，受风的影响也大。,因此，要根据灌溉作物和土壤性质选择恰当的水滴直径。一般要求最远处水滴平均直径为: 13mm,喷头的组合方式,喷头及支管间距计算,R设KR 式中： R设喷头的设计射程 K与喷灌系统的形式、风速、等有关的系数，一般等于0.7-0.9;对于固定式喷灌系统由于竖管装好后就无法移动，如有空白就无法补救，故可以采用0.8，多风地区采用0.7。 R喷头的射程(产品性能表上查的数值),组合平均喷灌强度,式中：q=喷头流量 Sm支管间距 Sl喷头间距,允许的喷灌强度,土壤的入渗速率过程,注：允许的喷

15、灌强度应小于土壤的入渗速率,第四节 喷 头,喷头是喷灌系统中的关键设备。 喷头的作用是将有压的灌溉水以喷洒形式均匀地散在田间对农作物进行灌溉。 喷头的种类 结构 机械能性和 水力性能,喷头是喷灌机与喷灌系统的重要组成部分。 它的作用是把有压水流喷射到空中，散成细小的水滴，并均匀喷洒在灌溉土地上。 因此喷头的性能、结构形式及制造质量的好坏将直接影响喷灌的质量。,按其工作压力和射程的大小可以分为： 低压喷头(或称近射程喷头)、 中压喷(或称中射程喷头)和 高压喷头(或称高射程喷头),一、喷头的种类和工作原理,喷头按其工作压力和射程的大小分类,高压喷头很少用到。中压喷头用得最多，一般大田作物喷灌都用

16、中压喷头。对于苗圃、幼嫩蔬菜或城市中的草地、花卉常用低压喷头。,目前用得较多的国产喷头有ZY喷头、PY型、PYS型等喷头。 进口喷头有美国的雨鸟、以色列的雷欧喷头等。 目前国产喷头质量已达到较高水平，而且价格明显低于进口喷头。,固定式喷头,喷灌过程中，所有部件固定不动，水流以全圆 或扇形同时向四周散开 水流分散，射程小（510m）喷灌强度大 水滴细小，工作压力低 结构简单，工作可靠，寿命长 用途： 公园、苗圃、温室等,特点：,旋转式喷头,根据转动机构的特点，将旋转式喷头分为摇臂式、叶轮式、和反作用式齿轮式四种。 齿轮式、摇臂式喷头分别是农业和草坪灌溉中最广泛的两种喷头,与固定式喷头比较,工作压

17、力较高，绝大多数喷头的工作压力在150700 kPa。 射程范围大，小的大约为6m，大的可大于30m。 流量较大，一般为90450 L/min。 灌水强度较小，因为它的喷洒面积较大，其喷灌强度一般为6-50 mm/h， 适合于坡地灌溉、细质土壤以及其它低入渗率的土壤。,二、喷头的基本参数和性能,1、喷水量,喷水量(或称喷头流量)是指喷头在单位时间内，喷射出来的水的体积。 表示符号：q 常用单位： m3/h 有时也用L/s表示 转换关系： 1L/s3.6 m3/h 测定方法：常采用体积法，循环水池三角堰或水表测定。,上式中: q喷嘴流量（L/h) Cd流量系数（0.90.96） d喷嘴直径（mm

18、） H喷嘴进口压力（m） A单位换算系数（上述单位时A12.5）,计算喷头流量的半经验方程：,喷嘴直径5mm, 工作压力300kPa, 假定Cd=0.94, 计算其流量。,Example:(实例）,喷头要求在一定的水压力下才能正常工作。水压力由水泵供给或利用天然水头。故： 工作压力：喷头正常工作时，所要求的喷头进口处的水压力 表示符号：H,2、工作压力,常用单位：米水柱高或公斤平方厘米 转换关系： 1公斤平方厘米 10米水柱高 = 98.07kPa 测定方法：一般用压力表测定,工作压力的计算公式,上式中： Hd工作压力（m） d喷嘴直径（mm） Kd水滴粉碎系数 一般：Kd=1017 好：Kd

19、=1114,3、射程,射程：指在无风条件下喷头喷洒的水流所能达到的 最远距离。 表示符号：R （或L） 常用单位：m 测定方法： 规定喷灌强度等于各点喷灌强度平均值 5的那一点，至喷头的距离作为喷头的射程。 影响因素： 工作压力 喷水量 喷头结构 自转速度,上式中： L射程（m） d-喷嘴直径（mm） h-压力水头（m） B-单位换算系数，当 B=1.4 当 射程分别减少2和4%,射程的计算,计算下列条件下喷头的射程，喷嘴直径1.2英寸，压力水头h=600kPa，,Example:,利用公式：,射流式喷头的水力学原理,工作压力、喷水量和射程之间的关系自由出流喷嘴的流量可按下式计算：,式中： 喷

20、嘴的流量系数，一般等于0.9 0.95 喷嘴的过水断面积（以平方米为单位） H 喷嘴的出口压力（以米为单位，等于喷头的工作压力 减去喷头内的水头损失）。,影响射程的其他因素,喷射仰角,喷头自转速度,喷管结构,流 量,喷射仰角：固体在真空中抛射，射程以仰角45最远。但水舌在空气中喷射仰角与射程的关系，根据实验的结果分析得知，当其它因素相同时，喷射仰角为2832时射程最远。,喷射仰角,目前用得最多的是中、近射程喷头，因为它消耗的能量较小，而且比较容易得到较好的喷灌质量。,第五节 喷灌管材及其附件,1、固定管道塑料管,塑料管的规格以外径标称 塑料管的承压能力差 塑料管优缺点 内壁光滑，水头损失小 施

21、工容易 能适应一定的不均匀沉陷 放置在地表时，易老化 塑料管的连接 丝口连接、法兰连接、粘结、焊接、承插连接,三、管道及附件,Pvc 管,Pvc 管,PE 管,2、固定管道铸铁管,承压：一般可承受1MPa的压力 使用寿命：大于30年 管段短、接头多、施工量大 易锈蚀 性脆，承受动载荷能力差 管壁厚，重量大,铸铁管,承压：1.56.0Mpa 使用寿命：15年左右 管壁薄、重量轻 管段长、接口少、铺设简便 韧性强、能承受动载荷 易锈蚀,4、固定管道钢管,钢管,移动管道（一）,强度高 重量轻 耐腐蚀 寿命1520年 硬度差、易变形、价格较高 管段长一般为5m、6m,铝铝合金管,强度高 重量仅为普通钢

22、管的五分之一，但比铝管重 耐腐蚀 寿命长,移动管道（二）,镀锌薄壁钢管,钢管,移动管道（三）,有锦塑软管和胶管两种，用锦纶丝或维纶丝织成网状管坯，然后在内外壁涂一层塑料制成。可承压400800kPa 胶管 用橡胶作为原材料，当中夹布制成，价格较高,塑料软管,快速接头,便于管道快速移动，移动管道各段间采用快速接头连接，常用的快速接头的结构形式有以下几种： 1、杠杆紧扣式（或称球形连接） 组成：由接合碗、杠杆扣紧环和带橡胶密封圈的承碗 特点：密封性好，最大偏角可达30度但不能自动琐紧和脱扣，在插入后要用手将搭钩琐紧,杠杆紧扣式,V形橡胶密封圈止水，插入时搭扣自动滑入挂钩槽内,2、搭扣式,3、弹簧锁

23、紧式 4、暗销式 5、偏心扣式等等,还有：,管道附件,给水栓 管网系统的给水装置或出水口,用于半固定式系统或移动式系统中支管和主管的快速连接和拆卸,给水栓,自闭阀,用于支管与安有喷头的竖管的快速连接 特点：只有在竖管插进时水流才能通过， 竖管一拆下，阀门自动关闭。,自闭阀,其它附件和管件：,阀门、逆止阀、过滤器 安全阀、空气阀 三通、弯头 堵头、流量调节器、压力调节器等,第六节、喷灌动力设备,1、柴油机 2、电动机,小型喷灌机组,动力机的选配,动力机的选配功率用下式计算：,(hp),(kw),第七节 喷灌机,单喷头喷灌机,按行走系统的结构与移动方式可以分为手抬式、手推车式、牵引拖车式和拖拉机悬

24、挂式四种,1减载链；2机架；3泵减速器；4吸水管； 5水力液压缸；6喷头；7喷头旋转机构； 8施肥设施；9万向轮；10气流抽真空装置； 11铰接轴 拖拉机悬挂式大型喷灌机,单喷头喷灌机田间工程的布置特点,控制面积有限，为了进行大面积的喷灌，就要在田间布置供水系统和喷灌机的移动道路,单喷头喷灌机一般从明渠中取水,供水渠道的间距也就是喷头的组合间距,如果供水渠道中水深较浅而不能完全淹没吸水管的滤网或淹没深度不够，需挖集水坑,喷头可以是全圆喷洒，也可以是顺风向作240300扇形喷洒,滚移式喷灌机,滚移式田间工程的布置,滚移式喷灌机一般是由有压管道供水,喷灌管道与给水栓之间用软管连接，供水管道间距为

25、最大喷灌管道长度的两倍,给水栓间距一般等于垂直支管方向的喷头组合间距,但是如果配有较长的软管可由一个给水栓给两个喷头 供水，那么间距就可以加大一两倍，也可取减少装卸 软管的时间,纵拖式喷灌机田间工程布置特点,纵拖式喷灌机一般由压力管网供水,供水干管一般布 置在田块中间,纵拖的喷灌管道交替在干管两侧工作,供水干管一般应埋在地下，以免影响喷灌管道的拖移,干管上每隔一个组合间距就要装一个给水栓，先后给两侧的喷灌管道供水,绞盘式喷灌机,绞盘式喷灌机多是从高压管网取水,绞盘式喷灌机田间工程布置特点,在给水栓处还要有垂直于供水管道的田间小道,高压管道的间距大致为喷灌机软管长度的两倍,沿高压管道地面应有道路

26、，以便拖移喷灌机给水栓间 距约为喷头射程R的2倍,双悬臂式喷灌机,双悬臂式喷灌机的基本特点是将喷灌管道及喷头都装在向两边伸出的悬臂式桁架上，这样可以用较低的压力而又能同时灌溉较大的范围按照悬臂运动的方向不同，这种喷灌机可以分成两大类: 平移双悬臂式喷灌机 旋转双悬臂式喷灌机,平移式喷灌机,田间工程是一系列平行的机行道随其紧邻的供水渠道 机行道的间距为两个悬臂长度之和 路渠两侧 不能有树木和电线杆等障碍物 供水渠道应有足够的过水断面以保 证供水，给一台喷灌机供水时一般要求通过流量0.10.13m3/ h 还要求渠中保持一定的水深，一般水深至少60cm,双悬臂式喷灌机田间工程布置特点,1.平移双悬

27、臂式喷灌机,2.旋转双悬臂式喷灌机,田间工程则是一个压力供水管网 有的喷灌机上附有一根略比悬臂长一点的软管，这样可以将给水栓布置在两个喷点的中间，两个喷点共用一 个给水栓 湿润面积略有重复，而且整个喷灌面积都能为各喷点工作的喷灌机的湿润面积所覆盖 在给水栓处的水压力应等于喷灌机的工作压力，一般为400650 kPa 各喷点之间要布置道路，以便拖移,时针式喷灌机,小麦用时针式喷灌机,第八节 喷灌系统的规划设计,1、基本资料的收集,(1)灌区地势、地形资料：一般应有1/5001/1000比例的地形图，以此了解水源情况，确定灌区部位、范围、水泵位置及高程；设计管路或渠道网以及道路的布局和尺寸，按合理

28、的耕作方向，拟定喷灌系统的作业方式等。 (2)水源调查：要测定流量和水位高程及变幅，可供水量和保证率，研究水源工程问题。如果是井水，考虑群并汇流的可能条件。,(3)种植制度及群众高产灌溉经验： 了解当地种植结构、轮作制度、机械化水平，以 及与开展喷灌有关的农业种植、耕作的现状与存 在问题，确定主要喷灌作物和喷灌任务，在总结 当地群众生产经验的基础上，拟定喷灌制度(包 括喷灌时间、次数、每次喷水量和总用水量)。,(4)农业气象： 收集降水、气温、地温、风向、风力等与喷灌有 密切关系的农业气象资料，据以分析确定喷灌任 务、喷灌制度、喷灌的作业方法、田间喷灌网的 合理布局,(5)土壤： 土壤透水性是

29、确定喷灌强度和灌水量的重要指标组合喷灌强度应该小于土壤入渗强度。,(6)作物耗水量：设计时采用喷灌作物耗水最旺时期平均日耗水量为准(以毫米日计)。用Ea表示。在设计灌水深m(以毫米计)为已知的情况下，喷洒水利用系数为 可得：,(7)其它：调查有关喷头、水泵、动力设备、管材产品和工程材料及价格等。社会经济状况,了解当地群众的年平均收入。,2、水量平衡分析,目的：确定灌溉面积，蓄水工程规模,步骤：,2.供水分析,3.用水平衡计算,2、水量平衡分析,3.用水平衡计算,当来水总量满足要求，但在时间分配上不能满足，修建蓄水池调节,来水总量及其在时间上的分配都能满足用水要求时，不建蓄水池,当来水总量不能满

30、足要求，确定适宜的灌溉面积。,3、选择喷灌系统的形式,固定式喷灌系统用于喷灌次数多，经济价值高 的作物 半固定式喷灌系统用于小麦等 小型机组式山区或经济价值较低的作物 绞盘式喷灌机小麦等大田作物 大型平移或时针式喷灌机大型农场,选择喷头及确定喷头的组合形式,喷头的选择,喷头的组合方式,计算喷头和支管的间距,计算组合平均喷灌强度,4,4.1、 喷头的选择,考虑灌溉作物： 蔬菜水滴小和喷灌强度较小的中低压 喷头 玉米、高粱等水滴较大和喷灌强度较 大的高压喷头 考虑土壤： 砂壤土喷灌强度较大的喷头 粘壤土喷灌强度较小喷头,考虑风速： 风速大的地方宜选用喷灌强度较大、水滴直径较大的中高压喷头 例如：灌

31、溉作物为蔬菜，砂壤土，宜选用喷灌强度较大而水滴直径较小的喷头。 如选用ZY2喷头： 喷嘴直径7.0mm，工作压力350kPa， 喷头流量q=3.2m3 /h，射程R18m,4.1、 喷头的选择,4.2、 喷头的组合方式,原则：在保证喷洒均匀、不留空白的情况下，使 喷头和支管的距离应尽量大 组合方式有：正方形、矩形、正三角形、三角形 和扇形等,水量偏少,图 正方形布置时的水量偏少区域,灌溉地点的风速 使用的最大间距 （km/h） （%直径） 0 5 55 610 50 1120 45,正方形布置风速与允许喷头间距,图 三角形布置方式,S代表喷头间距, L代表支管间距。在一个正三角形布置时，L是S

32、的0.866倍。,灌溉地点的风速 最大间距 (km/h) (直径的%) 05 60 611 55 1120 50,三角形风速与允许喷头间距,矩形: 矩形布置方式具有抗风的优点, 并且适合灌溉有直线边界和角落的地区。,灌溉地点风速 最大间距 (km/h) (直径的%) 05 L=60, S=50 611 L=60, S=45 1120 L=60, S=40,4.3、计算喷头和支管的间距,设计射程：R设KR (K=0.70.9, K反映了风的影响),不同的布置方式及喷头、支管间距,4.4、计算组合平均喷灌强度,按如下公式计算：,5、管网布置,布置原则：,（1）管道总长短，造价低,（2）有利于管理（

33、轮灌或分区）,（3）平原区：支管与作物种植方向一， 在山区：支管沿等高线布置,（4）管线纵剖面应力求平顺，减少折点（避免 负压）,（6）支管上各喷头的工作压力力求一致，或在允许的范围内，遵循水利设计准则。 陡坡上（下坡）缩小管径 （上坡）管道不宜太长,（7）水源应在地块中央，经济。,6、拟定喷灌工作制度,（1） 灌水定额：,6、拟定喷灌工作制度,（2）一次灌水时间：,（3） 允许一次同时工作的喷头数,6、拟定喷灌工作制度,图 静水压力示意图,7、管道水力计算,静水压力,图23 动水压力示意图,动水压力,7、管道水力计算,7、管道水力计算,水头损失：水流经过管道过程中机械能的损失 分为局部水头损

34、失和沿程水头损失,沿程水头损失：发生在管道均匀流的直线段，由于水流内部磨擦而消耗的机械能 局部水头损失：发生在水流边界突然发生变化的流段，由于水流运动状态紊乱从而引起水流内部磨擦而消耗的机械能。如在变径、管件等处,水流通过管道的速度快，除摩擦损失大外，大的水流速度还会引起一些其他问题。因此管道中的流速不能过大，根据经验，喷灌管道中可接受的最大流速为1.5 m/s。流速超过1.5m/s时，其压力损失会急剧增大。,7.1 水头损失计算,总水头损失：,沿程水头损失,局部水头损失,7.1 水头损失计算,沿沿程水头损失：（达西公式）,管道沿程阻力系数 v管道平均流速（m/s) g重力加速度，g=9.8m

35、/s2,喷喷灌中常采用以下经验公式计算沿程水头损失,式中： Q 管道中流量（m3/h） L 计算管长（m） d 管径（mm） f 与沿程阻力系数有关的摩阻系数 m 流量指数 b 管径指数 上述f, m, b 值可从有关表中查得,（单位：m）,沿程水头损失公式中的f、m、b值,注：n为粗糙系数。,局部水头损失计算：,可根据水力学有关公式计算,式中: hj为各管件局部水头失,m; 为各管件局部阻力系数; V为管道中流速，m/s g为重力加速度(9.81m/s2),局部水头损失一般可不作详细计算，只进行估算。,7.2 多口管水力学计算,一般计算方法:,简易计算方法： 喷灌支管的特点：每隔固定间距，就

36、有一个喷头分流，每个喷头分流量或喷头出水量近似相等这种等间距、等流量分流的管称为多口出流管，有一种简便计算沿程总水头损失的方法,7.3多口管沿程水头损失的计算,其方法为： 首先根据管首流量计算沿程流量不变时（不考虑分流）的水头损失hf,然后再乘以一个小于1的折减系数（多口系数）F 即得多口管的沿程水头损失： 多口系数F与出流孔数目，孔口位置及流量指数等有关，其计算公式为：,式中：m流量指数（与材质有关） N管上出水口总数（或喷头总数） x第一个出水口到管道进口距离与出水口间 距的比值 多口系数已制成表，不必计算，可直接查取,X多孔支管首孔位置系数，即支管入口至第一个喷头（或孔口）的距离与喷头（

37、或孔口）间距之比； m流量指数,多口系数计算简表,X多孔支管首孔位置系数，即支管入口至第一个喷头（或孔口）的距离与喷头（或孔口）间距之比； m流量指数,多口系数计算简表（续）,平均压力或平均流量所处的位置在： 距离支管进口0.4L处，此处的水头损失为3/4Hf 要求此处的压力等于喷头的工作压力 支管进口水头 H0H喷头设计压力H竖管高度3/4Hf1/2Z（下坡，上坡）,支管设计主要的设计任务是限制喷头间的流量偏差，获得满意的均匀度和灌水效率。 一般原则为：控制同一支管上任意两个喷头的喷水量之差在10以内。此原则也等同于：控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差不超过喷头设计工作压力水头的20%

38、 此即为20%规则,20%原则,Example:,已知：喷头流量q=3.2m3/h, 喷头个数8，喷头间距18m，竖管高度1m，喷头工作压力350kPa，平地，支管采用PVC管,试分别计算：,1.支管允许的最大压力差 2.当支管管径采用D163mm和D2=50mm时的支管水头损失和支管进口水头,9m,18m,1. 支管允许的最大水头偏差： 350kPa20%=70kPa=7m 2. 水头损失和支管进口水头计算 当D50mm时（内径46mm） 无旁孔出流时的水头损失： Hf0=1.1 fLQm/db =1.1 0.948105(718+9) (3.28)1.77/464.77=51.3 m,解：

39、,多孔出流时的水头损失： Hf Hf0 F=51.3 0.387=19.8 m 支管进口水头： H0H喷头设计压力H竖管高度3/4Hf1/2Z 35m+1m+3/4 19.8 m+0=50.85 m,当D63mm时（内径58mm） 无旁孔出流时的水头损失： Hf0=1.1 fLQm/db = 1.1 0.948105(718+9) (3.28)1.77/584.77=16.9m,多孔出流时的水头损失： Hf Hf0 F=16.9 0.387=6.55 m 支管进口水头： H0H喷头设计压力H竖管高度3/4Hf1/2Z 35m+1m+3/4 6.55 m+0=40.91 m,七、喷灌设备的多种用

40、途,省力喷洒,环境保护喷洒,防灾喷洒,省力喷洒,喷洒农药,冲洗及充填,洒水,喷洒其他化学药品,喷洒肥料,环境保护喷洒,美化环境,防尘净化环境,废水（料）处理,降温,鱼塘充气增氧,供水供电,防灾喷洒,防冻霜,防风蚀,防海潮风害,洒水除雪,八、固定式喷灌系统规划设计实例,假设，灌区120亩（270m290m），作物为蔬菜，地形为平地，土壤为砂壤土，水井供水量60m3 /h ,动水位20m，每天开机14h，作物最大日耗水强度e=6mm/d,作物耗水高峰期日均降雨P=0 mm/d，设计灌水周期7d 。,（一）、 收集规划收集所需的资料 地形、气象 水文地质、土壤（质地、土层厚度、冻土深度、土壤入渗率等

41、） 作物品种和种植结构 动力、水源（出水量、动水位等） 社会经济状况,目的： 已知水源供水量，确定灌溉面积 已知灌溉面积，确定引水量和调蓄容积,（二）、水量平衡计算,方法： 如果已知水源为水井，要求确定灌溉面积 假设灌水周期为T天，日耗水e毫米 T天水井可供水量： T（天） C日开机小时数Q井 (m3/h) T天用水量： T（天） (e-p)/1000 A 667,（二）、水量平衡计算,来用水平衡：来水量用水量，即：,T（天） C日开机小时数Q井（ m3/h ） T（天） (e-p)/1000 A 667,得：可灌溉的面积,本例中： A14 60/(0.667 e)=209亩 (120亩）,根

42、据前面讲述： 固定式喷灌系统用于喷灌次数多，经济价值高的作物 半固定式喷灌系统用于小麦等 小型机组式山区或经济价值较低的作物 绞盘式喷灌机小麦等大田作物 大型平移或时针式喷灌机大型农场 本例中 灌溉作物为经济价值较高的蔬菜，选择固定式喷灌系统,（三）、选择喷灌系统的形式,根据前面讲述： 1. 喷头的选择 考虑灌溉作物：蔬菜水滴小和喷灌强度较小的中 低压喷头 玉米高粱等水滴较大和喷灌强度 较大的高压喷头 考虑土壤： 砂壤土喷灌强度较大的喷头 粘壤土喷灌强度较小喷头 考虑风速：风速大的地方宜选用喷灌强度较大水滴直径较大的中高压喷头,（四）、选择喷头及确定喷头组合形式,灌溉作物为蔬菜，砂壤土，宜选用

43、喷灌强度较大而水滴直径较小的喷头。 可选用ZY2喷头： 喷嘴直径7.0mm， 工作压力350kPa， 喷头流量q=3.2m3/h， 射程R18m,本例中:,原则：在保证喷洒均匀、不留空白的情况下，使喷头和支管的距离应尽量大 组合方式有：正方形、矩形、正三角形、三角形和扇形等 本例采用正方形布置,2. 喷头的组合方式,3.计算喷头和支管的间距,设计射程R设KR (K=0.70.9, K反映了风的影响) 本例中： R设0.71812.6 m 如采用正方形布置，喷头和支管间距为： L=b=1.42 R设=1.4212.617.8m18m,4.计算组合平均喷灌强度,满足要求,支管的埋设,竖管的固定,竖

44、管的固定,竖管的固定,（五）、拟定喷灌工作制度,1. 灌水定额： 2.一次灌水时间：,3. 允许一次同时工作的喷头数,本例中：,（六）、管网水力学计算,目的：确定干管、支管直径，系统总扬程和流量， 配置水泵,1、确定支管直径和计算支管进口水头,计算支管上允许的最大压力差（20规则） h允许=H喷工20 350kPa2070kPa=7m,计算支管水头损失若选用D63mm的PVC管， 如前例， 当D63mm时，h支=6.55m7m,计算支管进口水头H支管进口 H喷头设计压力H竖管高度3/4h支 1/2Z 35m+1m+3/4 6.55 m+0 =40.91 m,2. 计算干管水头损失、确定干管管径

45、,选取最不利轮灌组，以最不利轮灌组确定干管管径。 本例中，第一轮灌组（顶端）为最不利轮灌组,干管流量Q干83.2251.2m3/h 干管长L270m,若选用干管为D110mm（内径100mm）的PVC管 h干1.1fLQm/db=8.61m,3. 计算干管进口水头,H H干管进口 h首动水位49.52+2+20=73.52m Q= 51.2m3/h,4. 计算水泵扬程和流量,5. 反算其他支管,270m,290m,干管,（七）、布置干、支管,（八）、图纸绘制 （九）、材料统计 （十）、工程预算 （十一）、经济评价及效益分析 （十二）、施工,九、喷灌系统自动化,主要目的：,提供劳动生产率和设备利用率、节约劳力和进一 步减轻繁重的灌水劳动。 为了提高灌水质量，保证准确地根据作物的需要适时适量的进行灌溉，充分发挥喷灌效益，提高产品的质量，节约用水。 为了保证设备的安全可靠的运行。,自动化喷灌系统包含三个方面,自动检测 自动操纵 自动调节,自动化喷灌系统的分类,全自动化喷灌系统 半自动化喷灌系统 远动化喷灌系统,自动化喷灌系统工作原理方框图,喷灌系统自动化的操纵方式,电力有线操纵 电力无线操纵 水力操纵 电水操纵,