干旱风沙区喷灌蒸发漂移损失试验研究余根坚 高占义 黄介生摘 要 ： 本 文 通 过 在 甘 肃 省 现 场 喷 灌 蒸 发 漂 移 损 失 测 试 及 结 果 分 析 ， 可 以 得 出 ：在 平 均 风 速 为 03.4m/s 的 范 围 内 ， 蒸 发 漂 移 损 失 为 5.6%15.6%； 影 响 蒸 发 漂 移损 失 大 小 最 重 要 的 因 子 是 风 速 ， 其 次 是 温 度 ， 相 对 湿 度 的 影 响 程 度 最 小 ； 选 择 平 均风 速 4.7m/s 以 下 的 时 间 进 行 喷 灌 ， 可 以 使 喷 洒 水 利 用 系 数 可 以 达 到 0.8 以 上 ，能 够 满 足 作 物 的 需 水 要 求 。 测 试 结 果 符 合 国 内 外 的 大 部 分 研 究 结 果 ， 也 符 合 喷 灌 系 统 技 术 规 范 中 给 出 的 喷 洒 水 利 用 系 数 值 （ ） 。1 概 述喷 洒 水 利 用 系 数 是 指 喷 洒 在 作 物 和 地 面 上 的 水 量 与 喷 头 出 水 量 的 比 值 。 而 喷 洒水 量 损 失 主 要 包 括 蒸 发 漂 移 损 失 和 作 物 冠 层 截 留 ， 本 文 对 作 物 冠 层 截 留 水 量 不 做 深入 的 研 究 。 对 于 设 计 合 理 的 喷 灌 系 统 来 说 ， 喷 灌 水 的 利 用 系 数 主 要 取 决 于 蒸 发 漂 移损 失 的 大 小 ， 因 此 这 一 参 数 就 成 为 评 价 喷 灌 技 术 可 行 性 的 重 要 指 标 ， 在 干 旱 半 干 旱地 区 尤 为 受 到 关 注 。 在 我 国 西 北 干 旱 风 沙 区 ， 喷 灌 的 蒸 发 漂 移 损 失 是 大 家 关 注 的 焦点 。 有 些 专 家 认 为 ， 在 极 端 干 旱 风 沙 区 的 喷 灌 蒸 发 漂 移 损 失 占 总 水 量 的 30%以上 ， 不 适 宜 喷 灌 的 推 广 。 本 文 的 目 的 在 于 ： 在 春 小 麦 灌 溉 季 节 内 ， 通 过 选 取 有 风 的地 点 ， 进 行 喷 灌 的 蒸 发 漂 移 损 失 测 试 ， 为 喷 灌 技 术 在 我 国 西 北 干 旱 风 沙 区 的 适 应 性评 价 提 供 依 据 。2 国 内 外 对 蒸 发 漂 移 损 失 的 研 究 情 况自 喷 灌 问 世 以 来 ， 喷 洒 水 利 用 系 数 就 一 直 受 到 关 注 ， 并 对 其 进 行 了 较 深 入 的 研究 ， 这 些 研 究 包 括 室 内 测 试 、 田 间 测 试 和 数 学 模 拟 等 。 由 于 不 同 研 究 采 用 的 测 试 方法 及 其 精 度 之 间 的 差 别 ， 得 出 的 蒸 发 漂 移 损 失 值 的 变 化 范 围 很 大 。Frost 和 Schwalen（ 1955） 1用 集 雨 筒 法 测 得 的 蒸 发 损 失 为 3%45%。 而K D Kohl 等 人 （ 1987） 利 用 化 学 示 踪 剂 法 2 测 得 的 蒸 发 损 失 为0.4%1.4%。 Walter L Trimmer（ 1987） 3对 Frost 的 诺 模 图 进 行 更 深 入 的 计算 ， 得 出 的 蒸 发 损 失 为 7.6%19.7%。 而 原 苏 联 中 亚 茹 林 灌 溉 研 究 所 （ 1984） 4的研 究 人 员 通 过 喷 洒 雨 量 分 布 、 雨 滴 大 小 、 雨 滴 表 面 积 和 雨 滴 在 空 中 飞 行 的 轨 迹 方 程来 计 算 损 失 量 ， 得 出 的 结 论 是 ； 即 使 在 干 旱 地 区 ， 蒸 发 损 失 也 不 会 超 过 灌 水 量 的1%。 Yazar（ 1984） 用 电 导 率 法 5 测 得 蒸 发 损 失 范 围 为 喷 洒 总 量 的 1.5%16.8%。同 时 确 定 风 速 和 相 对 湿 度 （ 水 气 压 差 ） 是 影 响 蒸 发 损 失 的 决 定 性 因 素 ， 探 明 蒸 发 损失 与 风 速 和 水 气 压 差 之 间 是 一 种 指 数 关 系 ， 如 ：当 仅 考 虑 风 速 一 个 因 子 时 ：式 中 ： E = 蒸 发 损 失 （ %） ； （ es-ea） = 水 气 压 差 （ mba） ； es = 饱 和 水气 压 ； ea =实 际 水 气 压 ； W = 风 速 （ m/s） 。Yazar（ 1984） 5 用 氧 化 镁 法 测 得 的 漂 移 损 失 变 化 于 1.5%15.1%。 漂 移损 失 与 风 速 的 平 方 成 正 比 ， 而 与 顺 风 向 距 离 成 反 比 。Yazar（ 1984） 5的 研 究 还 表 明 ， 对 于 工 作 条 件 已 知 的 喷 灌 系 统 ， 其 综 合 损 失可 从 试 验 所 得 成 果 估 算 而 得 ， 综 合 损 失 变 化 于 利 用 水 量 的 1.7%30.7%。 就 平 均而 言 ， 当 风 速 大 于 4.0m/s 时 ， 漂 移 损 失 占 总 损 失 的 47%， 当 风 速 小 于 4.0m/s时 ， 漂 移 损 失 占 总 损 失 的 25%。关 于 蒸 发 和 漂 移 损 失 占 总 损 失 的 比 例 ， 不 同 研 究 者 得 出 的 结 果 差 别 较 大 。Kraus（ 1966） 指 出 漂 移 占 总 损 失 的 36%， 而 Sternberg（ 1967） 指 出 60%的 损 失是 由 漂 移 引 起 的 ； Kohl 等 （ 1977） 的 研 究 表 明 蒸 发 和 漂 移 分 别 占 损 失 的 60%和40%。我 国 宋 毅 夫 等 研 究 人 员 6从 1978 年 至 1982 年 先 后 在 朝 阳 、 沈 阳 、 旅 大 等地 对 玉 米 、 花 生 、 萝 卜 叶 片 等 进 行 了 大 量 的 蒸 发 损 失 测 试 ， 对 象 为 中 心 支 轴 式 喷 灌机 、 固 定 式 和 半 固 定 式 喷 灌 系 统 。 结 果 表 明 ： 蒸 发 损 失 为 0.1%3.84%， 蒸 发 速率 与 空 气 湿 度 相 关 密 切 ， 与 气 温 相 关 不 显 著 ， 但 未 对 风 速 加 以 研 究 。1983 年 1985 年 ， 我 国 喷 灌 系 统 技 术 规 范 编 制 组 7对 不 同 生 态 区 的 喷洒 水 利 用 系 数 进 行 了 大 量 试 验 研 究 （ 施 均 亮 ， 1985） ， 结 果 指 出 ， 风 速 是 影 响 喷洒 水 利 用 系 数 的 主 要 环 境 因 子 。 基 于 这 些 研 究 ， 在 喷 灌 系 统 技 术 规 范 中 按设 计 风 速 给 出 了 喷 洒 水 利 用 系 数 值 （ ） ： 风 速 低 于 3.3m/s， =0.80.9； 风 速为 3.45.4m/s， =0.70.8。我 国 李 久 生 等 研 究 人 员 8于 2001 在 位 于 干 旱 风 沙 区 的 内 蒙 古 自 治 区 达 拉 特旗 ， 对 春 小 麦 生 长 期 节 内 的 喷 洒 水 利 用 系 数 进 行 了 监 测 ， 结 果 表 明 ： 喷 洒 水 利 用 系数 变 化 范 围 为 0.650.98， 在 灌 溉 季 节 内 平 均 值 为 0.850.89。 喷 洒 水 利 用 系 数与 灌 水 期 间 的 风 速 、 温 度 、 相 对 湿 度 等 有 关 ， 其 中 风 速 是 影 响 喷 洒 水 利 用 系 数 的 重要 因 素 ， 当 平 均 风 速 不 大 于 1.9m/s 时 ， 试 验 所 在 地 的 喷 洒 水 利 用 系 数 一 般 能 达 到0.8 以 上 。3 蒸 发 漂 移 损 失 现 场 测 试3.1 试 验 地 点 与 时 间喷 灌 蒸 发 漂 移 损 失 现 场 测 试 在 甘 肃 省 境 内 三 个 地 点 分 别 进 行 。 其 中 在 引 大 灌 区甘 露 池 示 范 区 的 数 据 是 引 用 “甘 肃 省 灌 溉 试 验 培 训 中 心 ”1999 年 所 测 4 组 数 据 。第 一 个 地 点 为 甘 肃 省 引 大 灌 区 甘 露 池 示 范 区 ， 共 4 组 数 据 ， 测 试 时 间 为1999 年 5 月 17 日 18:2519:47， 5 月 18 日 6:247:00 和 12:4514:45， 6 月 23日 13:1016:10。第 二 个 地 点 为 武 威 市 凉 州 区 二 坝 乡 天 桥 村 六 组 （ 黄 羊 河 灌 区 节 水 示 范 园 区 ） ，共 3 组 数 据 ， 测 试 时 间 为 2002 年 6 月 4 日 10:4212:42， 6 月 4 日17:3519:35 和 6 月 5 日 6:369:05（ 共 2h， 中 间 停 泵 抢 修 过 滤 装 置 ） 。第 三 个 地 点 为 武 威 市 民 勤 县 麻 鹊 滩 高 新 节 水 技 术 试 验 示 范 园 区 ， 共 2 组 数据 ， 测 试 时 间 为 2002 年 6 月 6 日 9:0411:04 和 6 月 6 日 13:5215:52。3.2 试 验 设 施 与 布 置3.2.1 设 施集 雨 用 的 雨 量 筒 、 手 持 风 速 仪 和 压 力 表 采 用 1993 年 “欧 盟 援 建 甘 肃 省 喷 灌示 范 项 目 ”所 引 进 的 仪 器 。 雨 量 筒 安 装 高 度 1.2m， 可 直 接 读 取 该 点 处 的 喷 洒 水 深mm； 手 持 风 速 仪 离 地 面 2m 高 ， 每 隔 10min 测 记 一 次 数 据 ， 取 平 均 值 ； 压 力 表 测 量喷 头 （ 4 个 ） 的 工 作 压 力 。 每 个 被 测 喷 头 的 水 量 测 量 采 用 水 表 。 温 度 和 湿 度 采 用 干湿 球 温 湿 计 测 量 ， 每 隔 20min 测 记 一 次 数 据 ， 取 平 均 值 。3.2.2 喷 灌 系 统 布 置因 为 三 个 地 点 的 测 试 方 法 和 系 统 布 置 基 本 相 同 ， 所 以 本 文 仅 以 武 威 市 黄 羊 河 灌区 节 水 示 范 园 区 半 固 定 式 喷 灌 系 统 布 置 为 例 予 以 说 明 ， 其 余 两 个 地 点 的 系 统 布 置 就不 再 赘 述 。 该 系 统 采 用 ZY-2 型 摇 臂 旋 转 式 喷 头 ， 喷 嘴 直 径7.03.0mm， 0.25MPa 工 作 压 力 下 流 量 为 3.5m3/h， 射 程 为 18.0m。 支 管 间 距22m， 喷 头 间 距 18m， 雨 量 筒 布 置 间 距 33m。 系 统 布 置 如 图 1。3.3 计 算 方 法（ 1） 计 算 测 试 区 雨 量 筒 收 集 的 平 均 降 雨 强 度 h（ mm/h） ；（ 2） 水 量 收 集 区 的 面 积 S（ m2） ；（ 3） 计 算 喷 洒 到 收 集 区 的 水 量 Qcan=hS/1000（ m3） ；（ 4） 计 算 水 表 流 量 Q 表 （ m3） ；（ 5） 水 量 蒸 发 漂 移 损 失 Loss(%)=1-（ Qcan/Q 表 ）这 里 ， 仅 以 武 威 市 黄 羊 河 灌 区 节 水 示 范 园 区 半 固 定 式 喷 灌 系 统 的 一 组 测 试 数 据为 例 加 以 计 算 ， 其 余 八 组 测 试 数 据 就 不 再 逐 一 计