《喷灌工程技术》PPT课件.ppt

第四章第四章 喷灌工程技术喷灌工程技术烟草固定式喷灌草 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 国外喷灌技术发展概况与前景v 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v本世纪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v 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v1983年世界喷灌面积达到4亿亩v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100v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1/3v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v不断提供机械化与自动化水平，喷灌面积持续增长v注意节能、着手开发与利用新能源v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v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v喷灌在我国的发展大致分为两个阶段：v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v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80年代喷灌面积达到1千万亩喷 灌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20多年的努力，现在我国已有喷灌面积80多万hm2喷灌技术的优点省水、增产省劳力 提高土地利用率 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出间小气候，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 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棉花固定式喷灌向日葵固定式喷灌半固定式喷灌系统移动式喷灌系统时针式喷灌机时针式喷灌机田间布置鸟瞰图卷管式喷灌机大田棉花用卷管式喷灌机滚移式喷灌机喷灌的主要技术参数 喷灌强度喷灌强度 喷灌均匀度喷灌均匀度 水滴打击强度水滴打击强度 1、喷 灌 强 度v定义：单位时间内喷洒在单位面积土地上的水量，mm/hv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强度有点喷灌强度 i 和平均喷灌强度 (面积和时间都平均)两个概念。

点喷灌强度 i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单喷头水量分布图压力对水量分布的影响压力对水量分布的影响压力适中压力适中压力过高压力过高压力过低压力过低灌水深度灌水深度2 2、喷管均匀度、喷管均匀度 就是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： 上式中： 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 喷灌均匀度和喷灌强度的田间测定3 3、水滴打击强度、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水滴打击强度的影响因素 喷头孔嘴大小 工作压力 喷嘴结构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 R设设设设KRKR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，多风地区采用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：允许的喷灌强度应小于土壤的入渗速率喷头性能 喷 头喷头的种类和工作原理 射流式喷头的水力学原理 摇臂式喷头的结构 喷水量工作压力 射程二、喷头 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 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/s 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） 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：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= kPa 测定方法：一般用压力表测定 工作压力的计算公式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=11143、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 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：射程的大小，主要决定于工作压力和喷水量，但也受喷头结构、自转速度等因素的影响 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)其划分界线大致可以按表1所列的范围分类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按照喷头的结构型式与水流性状可以分为旋转式、固定式和孔管式三种喷头的种类和工作原理 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= 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，喷嘴直径英寸，压力水头h=600kPa，Example:利用公式： 喷 头 类 别 性 能低压喷头中压喷头高压喷头 工 作 压 力 （kg/cm2)13355喷 水 量 （m3/h ）40射 程 （m）40喷头按其工作压力和射程的大小分类喷头按其结构分类旋转式喷头 管孔式喷头 固定式喷头 单列孔管 多列孔管 反作用式 叶轮式 摇臂式 离心式 缝隙式 折射式 固定式喷头折射式喷头 离心式喷头特点：v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v 水流分散，射程小（510m）喷灌强度大v 水滴细小，工作压力低v 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、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： 喷嘴的流量系数，一般等于 喷嘴的过水断面积（以平方米为单位） 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）由这个公式可以看出：在喷嘴大小相同时，流量与水头的平方根成正比 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 喷射仰角喷头自转速度转速：当喷头以13分转的速度旋转时，比喷头在静止状态的射程减少1015，射程越大减少的百分数越大，转速越大减少的百分数也越大喷管与整流器 为了争取更大的射程，就必须力求从喷嘴射出的水舌密实透明(即掺气少)，表面光滑，水舌内的水流紊动小 为达到达些要求，除了喷嘴加工应尽量光滑之外，更重要的是进入喷嘴的水流应经过整直，使水流平稳达到大部分流线都平行于水舌轴线摇摇臂臂式式喷喷头头的的结结构构 喷 嘴 喷 管整 流 器 弯 管摇 臂弯 管 摆臂弹簧 摇 臂 轴 扇形机构 空 心 轴 轴 套 防沙弹簧 垫 圈 三、管道及附件管 道固定式管道移动式管道薄壁铝合金管镀锌薄壁管塑料软管胶 管塑 料 管铸 铁 管钢 管聚氯乙烯管（PVC管）聚乙烯管（PE管）1、固定管道塑料管v塑料管的规格以外径标称v塑料管的承压能力差v塑料管优缺点内壁光滑，水头损失小施工容易能适应一定的不均匀沉陷放置在地表时，易老化v塑料管的连接 丝口连接、法兰连接、粘结、焊接、承插连接Pvc 管Pvc 管PE 管2、固定管道铸铁管铸铁管承压：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，重量大钢管使用寿命：15年左右管壁薄、重量轻管段长、接口少、铺设简便。