微喷灌及雾喷技术pdf

  微喷灌及雾喷技术 （一）微喷灌的特点及其适用条件 微喷灌是通过低压管道系统，以较小的流量将水喷洒到土壤表面 进行灌溉的一种灌水方法。它是在滴灌和喷灌的基础上逐步形成的一 种新的灌水技术。微喷灌时水流以较大的流速由微喷头喷出，在空气 阻力的作用下粉碎成细小的水滴降落在地面或作物叶面。由于微喷头 出流孔口和流速均大于滴灌的滴头流速和流量，从而大大减小了灌水 器的堵塞。微喷灌还可将可溶性化肥随灌溉水直接喷洒到作物叶面或 根系周围的土壤表面，提高施肥效率，节省化肥用量。 雾喷灌（又称为弥雾灌溉）与微喷相似，也是用微喷头喷水，只 是工作所承受的压力较高（可达 200～400 干帕）。因此，从微喷头喷出的水滴 极细而形成水雾。雾喷灌在增加湿度方面有显著效果。如各种花卉及 蔬菜生长需要一定的空气中水分含量条件，其湿度条件要见表 4-10 所示。 微喷灌和雾喷灌具备比较好的喷洒降温效果。保护地蔬菜、全光谱 育苗、黑木耳等生长时期，需要控制一定的温度。在高温情况下进行 微喷灌可降低保护地田间近地气温 2～3℃，且可增加空气中水分含量，有 利于这些作物生长。 微喷灌与雾喷灌一般适用于地面灌溉或其他灌水方式难以保障的 保护地特种作物，如温室育苗、花卉栽培或观赏作物对湿度有较高要 求，用微喷灌或雾灌可直接实现对作物的灌溉或调节保护地室内环境 湿度或温度；或通过微喷灌实现清洗作物叶面灰尘等。 （二）微喷灌系统的类型与组成 根据微喷灌系统的可移动性，可将微喷灌系统分为固定式和移动 式两种。固定式微喷灌系统的水源、水泵及动力机械、各级管道和微 喷头均固定不动，管道埋入地下。其特点是操作管理方便，设备使用 年限长。移动式微喷灌系统是指轻型机组配套的小型微喷灌系统，它 的机组、管道均可移动，具有体积小、重量轻、使用灵活、设备利用 率高、投资省、便于综合利用等优点，但常规使用的寿命较短、设备正常运行费 用高。 微喷灌系统主要由水源、首部、管网和微喷头等四部分所组成。各 部分功能基本与滴灌相同，只是由于其喷洒半径不同，布置时有一定 的特点。 （三）喷头及过滤器 1．微喷头的分类与结构特点微喷头是微喷灌系统中的重要部件， 它必然的联系到喷洒质量和总系统运行可不可靠。按现有的微喷头的 结构及形式和工作原理，微喷头大体上分为射流式、离心式、折射式和缝 隙式四种。 目前，保护地微喷灌工程上最常用的微喷头主要有折射式和射流 式两种。折射式没有旋转部件，一般又称为固定式微喷头；而射流式 则不同，喷头在喷水的同时也在不停的旋转，故又称之为旋转式微喷 头。微喷头的工作所承受的压力一般为 50～2000 干帕，喷嘴直径为 0．8～2．2 毫米，喷水量一般小于 240 升／小时。 2．微喷头的选择微喷头的选用要参考作物种类、种植间距、土壤 质地等，使微喷灌系统的灌水强度小于土壤入渗能力，不造成地 面积水。同时，从灌水均匀、作物受水量尽可能一致的要求出发，应 保证各个微喷头的工作所承受的压力及其出流量相对灌水均匀。影响微喷灌灌 水均匀度的重要的因素是喷头的工作所承受的压力和微喷头的制造误差，当采用 单喷头布置时，其喷洒均匀系数用式（4-24）计算，即 Cu=100(1.0-1.27Fs)qn/qa (4-24) 式中 Cu 设计微喷头喷酒均匀系数（%）； Fs 系统制造误差系数； qn 与最小压力对应的微喷头流量（升/小时）； qa 微喷头的平均流量或设计流量（升/小时）。 式中的系数 1．27，表明 80％的喷洒区域符合喷洒均匀性条件。 一般设计均匀系数 Cu 值不小于 85％。 若选定 Cu 值，并根据土壤和作物选定 qa，则可用式（4－25）反 求 Fs 当种植作物为密植作物，喷头应采用一定的组合方式，微喷头的 组合方式及其选择见后文。 3．过滤器微喷灌系统与滴灌系统相比较，虽不易发生堵塞，但仍 然存在堵塞问题，应引起格外的重视。堵塞的出现不但会降低系统的效 益及灌水的均匀性，严重时将堵死管道，使系统无法正常运行，必须 采用过滤才能保证系统正常运行。由于微喷灌出水器的出水孔径一般 比滴水器的出水孔径较大，因此微喷灌的过滤器的孔目直径也相对 大。 注：英寸为非法定计量单位，1 英寸=25．4 毫米。 （四）微喷灌系统规划布置与设计 1．微喷灌系统的设计内容和原则 微喷灌系统模块设计总的要求是： ①微喷灌系统的设计灌水均匀度应大于 85％； ②微喷灌系统的组合喷灌强度应小于土壤的入渗能力； ③雾化指标应适应作物和土壤的耐冲刷能力； ④工程建成后应具有较高的经济效益，初步分析的益本比大于2．0。 2．微喷头组合方式及其选择微喷头的组合方式有正方形。矩形、 正三角形和等腰三角形等四种组合方式。 微喷头的组合方式除受到保护地边界条件所限外，还受到其他条 件制约。因此，其组合形式按下列步骤进行： （1）微喷头的喷洒方式微喷头的喷洒方式因其形式不同有多种形 式，如全圆喷洒、扇形喷洒、带状喷洒等。在保护地中，除了微喷头 喷洒半径必须小于保护地尺寸要求外，在保护设施边界处应选择扇形 喷洒，而中间部位可选择全圆喷洒方式。全圆喷洒能充分的利用射程， 使系统造价较低。 （2）选择组合方式微喷头的组合形式，就是指微喷头在田间的布 置形式，一般用相邻的 4 个微喷头的平面位置组成的图形表示。其组 合间距用 Se 和 Sl 表示：Se 表示同一条支管上两相邻微喷头的间距； Sl 表示相邻两支管的间距。一般应尽可能使支管间距 Sl 大于或等于 喷头间距义 Se，即选择正方形喷洒组合或矩形喷洒组合，以减少支 管用量，节省设备投资。 （3）组合间距：保护地中的微喷灌灌溉组合间距应根据保护地边 界条件，用作图法进行组合间距布置。也可参考本章喷灌部分的有关 内容。 3．微喷灌设计的关键技术微喷灌系统模块设计一定要考虑土壤的干容重、 田间持水率、允许喷灌强度及计划湿润层深度等，依次计算灌水定额、 允许组合喷灌强度等；当根据保护地条件选择好组合方式后，进行微 喷灌设计。 （1）微喷灌强度计算微喷灌强度是指单位时间内微喷头喷洒在单 位土壤表面上的水层深度，通常用表示，按式（4－26）计算。 （2）微喷灌日耗水强度的确定 微喷灌大多数都用在保护地中的果园、 苗圃及部分条播作物，此时只有部分土壤表面被作物覆盖，灌水时也 只湿润部分土壤或冲洗作物叶面。与地面灌溉相比较，作物耗水量主 要用于本身的生理蒸腾，地面蒸发损失较小。因此，其耗水强度用式 （4-27）和式（4-28）计算。 通常来说，除为冲洗作物叶面或降低保护地温度的微喷灌外，应 选择全生育期月平均作物耗水强度量大值作为设计耗水强度。 （3）微喷灌灌水定额的确定 当根据保护地微喷灌系统的用途，确 定了微喷灌强度、日耗水强度后，可以用式（4－29）计算微喷灌的 设计灌水定额。 （4）微喷灌灌水周期的确定保护地中由于不考虑降水补给，所以， 通常情况下其设计灌水周期用式（4－30）计算 （5）微喷灌灌水时间的确定一次灌水延续时间可根据式（4一31） 计算 （6）管道水力计算微喷灌管道水力计算和动力机选配与滴灌系统 相似，仅仅是在微喷灌及喷灌系统中为降低管网的综合造价，在 适当的位置应采用调压管来减小部分管道的管道直径。调压管的计算 方法可参照滴灌系统中的调压管计算。 （五）微喷灌设计应用举例 陕西省三原县花卉苗木公司有13米 64．5米的冷暖育苗温室一处， 温室周围为露天苗木种植区，保护地平面布置及灌溉系统布置如图 4 －14 所示。区内有供水能力为 10 米 3 ／小时，配套完好的机井一眼， 且拟在温室北侧修建一座 20 米 3 的蓄水池。现计划在温室中栽培盆 栽花卉，要求做灌溉系统模块设计。 1．基本资料苗圃区土壤为中壤土，水质较好，主要种植各种苗木。 温室中以育苗为主，在适当的情况下种植盆栽花卉。 2．灌水方法的选择依据水源、温室及田间实际，温室内选择微喷 及雾喷组合灌溉，露地亩区采用喷灌办法来进行灌溉。 3．灌溉系统布置 根据地形及保护地分布。 本例主要介绍温室中的微喷灌系统模块设计。 4．微喷灌设计 （1）灌水定额及温室每次灌溉水量的计算根据温室种植花卉的要 求，微喷灌系统是为满足灌溉要求，土壤干容重为d=1．40 克／厘米3，计划湿润深度为H=30厘米，土壤田间持水量=24％， 土壤适宜含水率max=90％，min=70％，土壤湿润比p=90％， 其灌水定额 ma 为考虑到灌水效率 （一般取92％），ma 可取 20 毫米。温室中每次灌溉用水量 V 的计算： （2）灌水周期的确定温室内花卉的设计日耗水强度取5 毫米／日 （3）一次灌水延续时间依据保护地内地形条件，中间两条支管上 的微喷头选用MQ 型全圆喷洒式微喷头，周围两条支管上的微喷头选 用半圆喷洒式的微喷头，微喷头工作参数如表 4-16 所示。支管一次 灌水延续时间 t 为 式中 t 一次灌水延续时间（小时）； ma 灌水定额，即一次灌溉用水量，20 毫米； Se 微喷头间距，3.5 米； St 毛管间距，4.9 米； 灌溉水利用系数，0.92； q 微喷头流量，140 升/小时。 （4）管道水力计算每条支管上安装20 个微喷头，沿温室周围的 微喷头均采用半圆喷洒，且所有微喷头不得喷洒在保护地的墙上。根 据上述条件，分别计算各条支管上的水头损失结果 由上述计算结果能看出，每条毛管上的沿程阻力损失不超过微 喷头工作所承受的压力的 20％，且管道流速为经济流速区域内。 干管水力计算：温室中的四条支管同时开启，其流量为： （5）水泵及动力机的选配按最远处设计 h 沿=4.67+0.93=5.60(米） h 局0.1h 沿=0.6 米 首部水头损失 h 首损=9 米 井内静水位和动水位分别为 30 米和 38 米，即井深 H 井=38 米；管 网入口与灌水器间的高差 Z=2.0 米；微喷头工作所承受的压力 p＝20 米。则水 泵扬程为：即水泵的扬程需达到 75.2 米以上。

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