节水灌溉机械化技术设计要点

    我国是世界13个贫水国家之一，人均淡水占有量约2300m³，是世界平均值的25％。而农业用水约占全国总用水量的3／4，这就意味着发展节水型农业，减少农业用水，不但关系到农业本身的可持续发展问题，而且直接影响着整个社会和国民经济发展的大局。

    目前，我国农业灌溉用水主要还是以地面水漫灌为主，水的利用率仅有0．3—0．4，远远落后于发达国家0．7—0．8的指标。节水灌溉机械化技术的推广和应用，不仅可以减少浪费、节约用水。而且可以改良土壤结构，增加田间持水量、防止径流、减少蒸发，提高水的利用率，为我国的经济发展和生态建设服务。

    一、喷灌机械化技术设计要点

    喷灌机械化技术是节水效益很高的灌溉技术，是利用专门的机械设备(水泵)加压或利用水的自然落差，通过管网将水输送到灌溉地段，经喷洒器(喷头)喷射到空中，分散成细小水滴后，均匀地洒落在田间，供给作物水分的一种灌溉方法。

    据试验表明：喷灌比一般地面灌溉节约用水30％—50％，灌水均匀度可达80％—90％，在透水性强、保水能力差的土壤上，节水效果更明显，可达70％以上。

    喷灌机械化技术设计的内容一般包括：基本资料收集、喷灌系统选型和管网规划、水力计算和结构计算等三个步聚。

    (一)基本资料收集

    (1)地形资料 应有标明灌区位置、边界、海拔和水源、道路、房屋及动力线路等位置的地形图。

    (2)气象资料 应有气温、日照、降雨、蒸发量等。

    (3)土壤资料 应有土壤类别、土层厚度、容重、土壤持水能力等。

    (4)作物资料 应有各种作物的种植比例和轮作情况以及农作物种植耕作现状，并重点了解各种作物现行的灌溉条件。

    (5)水源资料 应有水源属性(个人或集体)、种类、位置、水质、含沙情况、水位、供水能力、利用和配套情况等。

    (6)环境条件 应有行政区划界线，生产管理制度、交通和供电状况等。

    (二)喷灌系统的选型和管网规划

    (1)喷灌系统形式的选择应根据当地的地形、作物、经济及机械设备条件，考虑各种形式喷灌系统的优缺点，选定适当的喷灌系统形式。在喷灌次数多，经济价值高的作物或地形坡度大的丘陵山区可优先考虑采用固定形式；大田作物喷灌次数少，则宜采用移动形式和半固定形式；在有自然落差的地方，尽量选用自压式喷灌系统，以降低机械设备的投资和运行费用。

    (2)确定喷洒方式和喷头组合形式 喷头的喷洒方式有全园喷洒和扇形喷洒两种。喷头组合形式也称布置形式，在全园喷洒情况下，有正方形、正三角形、矩形和等腰三角形等四种几何组合形式。

    (3)选择喷头 首先要考虑喷头的水力性能是否适合喷灌作物和土壤特点，其次要根据农业要求、现有机械设备条件以及喷头型号综合考虑确定。在山丘斜坡地形，喷灌系统内的压力是随地形高低而变化的，在最高处压力最小，应选用低压喷头；在中间，选用中压喷头；在最低处压力最大，选用高压喷头。如果压力过高，还需装置减压器，降低管内压力。

    (4)管网规划，也称管网布置 应根据实施喷灌的实际地形、水源等条件，提出几种可能规划的方案，然后进行技术经济比较，择优选定。

    管网布置一般应遵循以下几点原则。

    ①管网布置应使管道总长度最短、管径小、造价低，有利于水管防护。

    ②管网布置应考虑各用水单位的需要，方便管理，有利于组织轮灌和迅速分散流量。

    ③支管一般应与作物种植方向一致，丘陵坡地的支管一般应沿等高线布置，在可能的条件下，宜使支管垂直主风向

    ④管的纵剖面应力求平顺，减少折点。

    ⑤支管上各喷头的工作压力要求接近一致，或在允许的差值范围内。

    ⑥供水泵站应尽量布置在整个喷灌系统的中心地点，以减少输水的水头损失。

    (三)水力计算和结构计算

    (1)喷灌制度 喷灌制度一般包括灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水周期、喷灌时间等。

    (2)计算同时工作的喷头数和支管数。

    (3)确定支管轮灌方式 轮灌方式应本着就近、便于工作和节省管网投资为原则。运行中各轮灌组喷头数应尽量保持一致。

    (4)管道水力计算 主要计算管道的沿程水头损失及弯头、三通、闸阀、变径管等局部水头损头。

    (5)结构计算 即选择水泵及配套动力。首先要确定喷灌系统的水泵设计流量和扬程，水泵设计流量应为全部同时工作的喷头流量之和，然后根据确定水泵型号再与动力(电力或柴油机等动力机械)配套。

    二、微灌机械化技术设计要点

    微灌机械化技术就是利用专门的机械设备，通过低压管网与安装在末端管道上的灌水器(滴头、微喷头、涌水器等)将灌溉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一种灌溉方法。主要包括滴灌、微喷灌、涌泉灌(小管出流灌)和渗灌等4种。

    微灌机械化技术是一种先进的灌溉方法，技术含量较高，且具有节水省能、灌水均匀，同时具有水肥同步输送、适应性强、操作方便等优点。为了正确安装和使用微灌机械化技术，必须进行科学合理的规划和必要的设计计算，目的是在保证作物灌水需要的条件下，根据水源状况和使用要求，合理布置管道系统、提高灌水质量和经济效益，尽量降低系统投资。

    微灌机械化技术设计要点主要包括：基本资料收集、系统类型和灌水方法的确定、设计参数的确定、灌溉制度的确定和管网水力计算。

    (一)基本资料收集 可参考前述喷灌机械化技术设计要点中基本资料收集部分。

    (二)系统类型和灌水方法的确定

    微灌系统类型可分为固定式、半固定式和移动式三种。确定系统类型时应根据当地的自然条件、社会和经济状况以及灌区的水源、地形和作物种植情况综合考虑确定。固定式常用于价值较高的经济作物，半固定式和移动式常用于大田作物。由于半固定式和移动式提高了微灌机械设备的利用率，降低了单位面积投资，所以较适合在干旱缺水、经济条件较差的地区使用，但操作管理比较麻烦。

    灌水方法的确定应根据作物种类、作物的种植制度、种植季节、水源等情况，合理地选择相对投资较省、灌溉保证率较高且有利于作物生长的灌水方法。微灌机械化技术灌水方法主要有滴灌、微喷灌、涌泉灌(小管出流灌)和渗灌等4种。

    滴灌是借用重力作用将作物生长所需的水分和养分均匀而又缓慢地滴入作物根部附近，使土壤经常保持最佳含水状态的一种灌水方法，属于局部灌溉。适用于果树、蔬菜、花卉和大棚等经济作物和水源极缺的地区。

    微喷灌是利用微喷头或喷水带将灌溉水喷出，在空气的作用下将水粉碎成细小的水滴洒落到土壤表面，以吸水方式湿润土壤的一种灌水方法。适用于各种地形、土质下的果树、花卉及苗圃、城市园林绿化等。

    涌泉灌(小管出流灌)是利田①4mm的小管与毛管连接，以细流(射流)状局部湿润作物根区附近土壤的一种灌水方法。它适应性强，对各种地形、土壤的果树和宽行蔬菜及大田作物均可应用。

    渗灌是通过埋没在作物根系范围内的渗灌管，向作物根系层适时、适量灌水的一种灌水方法。适用于蔬菜和果树，特别适合于宽行距的行播作物。

    (三)设计参数的确定 设计参数主要有作物需水量、作物耗水强度、灌溉补充强度、土壤湿润比和灌水均匀度等5个参数。这些参数均可查阅SL103—95《微灌工程技术规范》的有关计算方法及各种系数来确定。

    (四)确定灌溉制度 灌溉制度是指作物全生育期内的灌水次数、灌水周期(即每次灌水间隔时间)、灌水定额和灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位灌溉面积上的灌水量，各次灌水定额之和是灌溉定额。灌水定额和灌溉定额是微灌机械化技术设计和运行管理的重要依据。其有关计算方法和各种系数均可查阅SL103—95《微灌工程技术规范》和SL207—97《节水灌溉技术规范》。

    (五)管网水力计算 管水力计算的主要内容包括：流量计算、各级管道的沿程压力损失计算、各级管道的管径计算、各毛管入口工作压力计算、各轮灌组入口工作压力计算和首部水泵扬程计算。这些计算均可参考SL207—97《节水灌溉技术规范》的有关计算方法进行计算。  （信息来源：摘自2006年第4期《广西农机化》）