第四部分 喷 灌 技 术第一节 喷灌系统的分类与组成目的：目的： 认识喷灌系统, 了解喷灌系统的组成 了解和掌握不同类型喷灌系统的特点、使用条件喷灌 系统 组成 水源河流、渠道、塘库、井泉、湖泊 水泵离心泵、潜水泵、喷灌专用泵 动力机电动机、柴油机、汽油机、拖拉机 管道系统主管、支管、竖管、管件、阀门 喷头喷 灌 系 统 分 类滚移式喷灌机固定式喷灌系统(solid-set system) 特点 适用范围固定式喷灌系统移动式喷灌系统(Portable system) 特点 使用范围小型机组式喷灌机半固定式喷灌系统(Semi-portable system) 特点 适用范围半固定式喷灌系统半固定式喷灌系统绞盘式喷灌机 特点 适用范围平移式喷灌系统(Linear-move system)特点 适用范围平移式喷灌机时针式喷灌系统(Center-pivot system) 特点 适用范围圆型喷灌机鸟瞰喷灌技术的优缺点 优点： 增产 省水 少占耕地 适应性强 节约劳力 灌水均匀 缺点：受风的影响较大，投资高第二节 喷灌系统技术要求技术指标 喷灌强度 喷灌均匀度 水滴打击强度喷灌强度 定义： 单位时间内喷洒在土地上的水量( 深)，mm/h 技术要求：与土壤的透水特性相适应，即，喷灌强度不应超过土壤的渗吸速度，不致在地表形成积水和径流喷灌均匀度 定义在喷灌面积上水量分布的均匀程度，常用克里斯琴森（ Christiensen）表示：式中：X喷灌面积上每一个喷灌强度观测值与平均值之差的绝对值； n-观测值总数 m-喷灌强度观测值的平均值喷灌均匀度 影响因素： 喷头结构、工作压力、喷头组合、地面坡度和 风速等 技术要求： 一般要求喷灌系统的均匀度75%喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定水滴打击强度 定义：喷灌水滴对土壤或作物的打击动能用落在地面或作物上水滴的直 径来表示。水滴直径大，打击强度 也大。或用雾化指标表征：H/d (喷头的 工作压力与主喷嘴直径之比)水滴打击强度 影响因素：喷头孔嘴大小，工作压力，喷嘴结构。 技术要求：水滴直径根据作物、用途、风速和土壤 等因素确定，一般要求最远处水滴平均直 径为13mm第三节 喷 头主要内容： 喷头的种类 喷头的水力性能和参数喷头的分类和工作原理 目的和意义 按工作压力和射程分类喷 头 按 结 构 形 式 分 类固定式喷头 特点： 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（510米）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、反作用式和齿轮式四种。摇臂式喷头和齿轮式喷头分别是农业和草坪灌溉中最广泛的两种喷头旋转式喷头 结构和工作原理：由喷嘴、喷管、粉碎机构、转动机构、扇形 机构等部分组成。 压力水流通过喷管及喷嘴形成 一股集中水舌射出，水舌在空气阻力及粉碎机构 的作用下被粉碎成细小的水滴。转动机构使喷管 围绕竖轴慢慢旋转，水滴均匀地喷洒在喷头四周 。 特点：与固定式喷头比较，水滴直径较大，射程远。喷头的水力性能 目的意义喷头的优劣（结构、性能）喷头的选择 表征喷头的水力性能的主要参数工作压力流量或喷水量射程水量分布（均匀度）单喷头喷灌强度水滴直径（雾化度）工作压力 定义：喷头正常工作时的喷头进口处的压力。 计算公式：式中：Hd-工作压力（m），d-喷嘴直径（mm），Kd-水 滴粉碎系数，一般：Kd=10-17；好：Kd=11-14 影响因素 举例：计算喷嘴直径为7.5 mm喷头所需的工作压力最小水头：最大水头：因而可接收的工作压力范围为：2747 m最优的工作压力范围（Kd=11-14）为: 30-38m喷头流量 定义：喷头在在单位时间内喷洒出来的水量，单位： /时 或L/时 计算喷头流量的半经验方程：式中: q-喷嘴流量（L/h)，Cd-流量系数（0.9 0.96），d-喷嘴直径（mm），H-喷嘴进口压力（m），A 单位换算系数（上述单位时A12.5） 影响喷头流量的因素 举例：喷嘴直径5mm, 工作压力300kPa, 假定Cd=0.94, 计算其流量， 并与样本对比。喷头射程 定义：喷头喷射出来的水滴所能达到的最远距离。国家标准喷头试验规 范”中规定，喷头的射程是指雨量桶收集的水深为0.3mm/h(喷头流 量小于250L/h的喷头为0.15 mm/h )的那一点至喷头中心的距离， 一般用 R 表示。 计算公式：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。 影响射程的因素 举例：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，喷头的水滴打击强度 定义：水滴打击强度指单位受雨面积内，水滴对土壤的 或作物的打击动能，一般用水滴直径来表示或雾化指标 来表示雾化指标：H/d (喷头的工作压力与主喷嘴直径 之比)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灌水深度 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压力对水量分布的影响压力适中灌水深度压力过低压力过高喷头的组合喷头的组合方式喷头及支管间距计算R R设设K KR R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)喷头及支管间距计算组合平均喷灌强度 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2、喷灌管网布置 系统布置原则：田间管道系统的布置取决于田块的形状、地面坡度、耕作与种植方向、灌溉季节的风速与风向、喷头的组合间距等因素，进行方案比较，择优选用： 尽量使加压泵站位于地块中央，以减少管道用量和输水管道水头损失、降低投资造价和运行费用。要充分考虑原有的道路，林带和排水沟系，尽量避免管道穿越道路和沟渠，一般情况下不应打乱原有的排水系统。喷灌管网布置喷洒支管应尽量与耕作和作物种 植方向一致。 有可能时宜将支管布置成垂直主 风向，以便增大布置间距。 喷洒支管与上一级管道的连接， 应避免锐角相交，支管铺设应力求平顺 、减少折点 应尽量利用自然水头实现自压或 半自压喷灌。喷灌管网布置当不具备自然水头时，除非有充分理由（如供电不保证或水源、耕地位于山的两侧等特殊地 形），不宜将低处的水扬到山顶蓄存，再放下来“自压”喷灌。在这种情形下一般应将水就地蓄存，加压喷灌，以免造成能源的浪费。系统布置应主要服从地形条件，当地面坡度较陡或在梯田上，支管需平行等高线或沿梯田田面布置。喷灌管网布置 管网布置形式平原地区地势平坦，地块整齐，管 网布置常采用“丰字”形或“梳子”形；山区、丘陵区由于地形复杂，地块 不整，长用“树枝”形布置。 丰字形布置123451234565 梳子形布置12345939495第三节 喷灌系统设计 喷灌管道属压力管道：管内压力过大可能造成管道爆裂管内压力过小，不能满足喷灌要求二者均会造成喷灌均匀度降低管网压力分配又影响着系统投资的大小。因此： 管道水力学计算的任务：计算各级管道的水头损失从喷灌压力要求和经济性两方面考虑确定管网压力 分配，进而选定各级管道的材质和管径合理选配加压泵进行水锤计算，确定相应的安全保护措施管道水力学计算方法基本概念 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H1H2 H3水头损失计算 总水头损失： 沿程水头损失：（达西公式）水头损失计算 喷灌中常采用以下经验公式计算沿程水头损失式中，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。 局部水头损失计算：可根据水力学有关公式计算多口管水力学计算一般计算方法：多口管水力学计算简易计算方法：喷灌支管的特点：每隔固定间距， 就有一个喷头分流，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：多口管沿程水头损失的计算 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，即：多口系数已制成表，不必计算，可直接查取 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设计工作压力； 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）L0.4L3/4HfHfZ1/2ZH0支管进口水头计算20% 规则 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%,干管支 管竖 管H0HfHf0举 例已知：喷头流量q=3.2m3/h, 喷头个数8，喷头间距18米，竖 管高度1米，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多孔出流时的水头损失： Hf Hf0 F=51.3 0.387=19.8 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 m3. 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固定式喷灌系统规划设计实例一、 收集规划收集所需的资料，包括：地形，气象，土壤（质地、土层厚度、冻土深度、土壤入渗率等），作物品种和种植制度，动力，水源（出水量、动水位等）假设，灌区120亩（270米290米），作物为蔬菜，地形为平地，土壤为壤土，水井供水量60m3/h ,动水位20米，每天开机14