喷灌系统的规划设计

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一、灌溉方式种种

科学用水,充分发挥灌溉水的最大增产效益,就需要选择正确的灌溉方式。灌溉方式一般有以下几种:

地面灌溉,这是水从地表面借重力作用和毛管作用浸润土壤的一种灌溉方式,其中包括畦灌、沟灌、淹灌等几种灌水方法,适用于不同的作物。地面灌溉需要设备少,技术要求简单,是目前广泛采用的灌溉方式。地下灌溉是将水引入地下暗管或孔洞,从地面下借毛管作用自下而上湿润土壤的灌溉方式。该方法具有一定优点,但地下管道易淤塞,造价高,施工和维修麻烦,目前采用并不广泛。

喷洒灌溉是利用机械或天然坡度所形成的水压力,将水喷洒至空中呈雨点状湿润土壤的灌溉方式。与传统地面灌溉相比,喷灌明显具有省水、增产和不破坏土壤结构等优点,近年来发展很快。

此外,近年来还有一种滴水灌溉方式,它根据作物需要,通过埋设于地下或布置在地面的塑料管,精确地将水分和养分直接滴到每棵作物的根部。滴灌适用于干旱缺水地区,在我国北方有着较大的发展前途。二、灌区勘测调查

生产上在选择喷灌方案时,要依据当地地形、土壤、水源等实际情况,结合灌溉的需要及实际经济条件等加以确定。灌区勘测调查就是要对这些自然和经济条件进行调查研究,意在取得有关喷灌工程设计的基础资料。其内容主要有:

1.地形地势调查

此项调查是要了解灌区范围内的地形特点和起伏变化情况,一般需要有大比例尺地图,以便根据需要和可能,确定灌区的部位、范围以及水泵的位置和各级管道的大体布局等。

2.土壤调查

土壤调查的重点在于搞清灌区内土壤的渗透率,即每小时水渗入土壤的深度(以厘米/小时为单位)。一般砂质土壤保水能力差,就要求喷洒强度大一些;粘质土壤渗透率小,喷酒强度要求小一些。搞清灌区内土壤质地及其分布对工程设计具有重要作用。

3.水源调查

水源调查主要要查清区内作为灌溉水源的河、渠、井、泉的水位高程及其变幅,分析供水水量的各证率,进而研究水源工程问题。

4.气象调查

气象调查是收集当地降水、气温、地温、风向、风力等与喷灌有密切关系的农业气象资料,为喷灌方案的确定提供气象学方面的依据。例如当地降水的多少及其年内分布,将影响喷灌水量的确定,风力大小又会影响喷灌的均匀程度等。

5.对当地种植制度和作物品种的调查

各种作物在不同的生长期内耗水量是不同的,对种植制度和作物品种进行调查,对确定不同季节的灌水是和灌水周期关系极大。

三、喷灌系统中喷头的选择

在喷灌系统中,影响喷灌质量的主要设备是喷头。喷头也叫喷雨器,它的作用是将泵站抽出的有压水流喷射到空中,散成细小雨滴并均匀地散布在控制范围内的灌溉用地上。喷头的种类很多,按其工作压力不同有低压喷头(工作压力1~3千克/厘米2)、中压喷头(工作压力3~5千克/厘米2)和高压喷头(工作压力>5千克/厘米2)的区别;按其射程远近又有近射喷头(射程小于15米)、中射喷头(射程15~40米)和远射喷头(射程大于40米)的不同。目前用得较多的是中压中射程喷头。

喷头按其结构形式与水流形状主要有两种类型:漫射式和射流式。前者射程短(5~10米),喷射强度大,喷洒水不够均匀,多用于公园、菜地和温室等处。后者是使压力水通过喷管和喷嘴形成一股集中的水舌射出出,经空气阻力和粉碎机构作用将水舌粉碎成细小水滴,由旋转机构使喷管和喷嘴围绕竖轴缓慢前旋转,使水滴均匀地洒向四周,形成一个以射程为半径的圆形湿润面积。射流式喷头射程较远,喷洒较均匀,是中远射程的喷头的主要型式,使用也最为普遍。

射流喷头的射程除取决于水压大小和喷射角度外,还受喷头旋转速度的影响,转速大时射程变小。在实际应用中为维持较大射程,转速不宜过大。具体设计时,当确定喷头的流量和射程后,可按产品说明书的技术指标说明,选择规格合适的喷头类型。

四、喷灌工程设计中的计算问题

在喷灌工程系统的设计中,为使系统各组成部分互相匹配,需要进行必要的计算工作。下面仅将喷灌系统规划设计活动中有关的计算问题作一简单介绍。

1.控制面积的计算

喷灌系统的控制面积,指一台喷灌机组成一座固定泵站,在一定灌水周期内,使全地块轮灌一次的面积。计算如下:

A=Q·T·t/m0

式中A——控制面积(公顷);

Q——流量(立米米/小时);

T——灌水周期(日);

t——每日工作小时数(小时/日);

m0——灌水定额(立方米/公顷)。

2.设计流量的计算

喷灌系统中,同时作业的喷头总出水量,应与水源供水的保证能力相适应。在缺水地区,应采用蓄水办法补充枯水期水源的不足。

喷灌系统中每支喷头的流量,可以根据设计的喷洒强度和管道布置间距进行计算,公式为

q=l·b·ρ/1000

式中q——流量(米2/小时);

l——喷头间距(米);

b——支管间距(米);

ρ——喷洒强度(毫米/小时);

1000——单位换算系数。

如计算同时作业的喷头总出水量,只要将每支喷头的流量再乘以喷头总数就可以了。

3.支管控制面积的计算

计算公式为

B=L·b

式中B——一条支管的控制面积(米2);

L——支管长度(米)

b——相邻两支管间的距离。

4.喷水时间的计算

喷水时间指为达到确定的灌水定额,喷头在每个位置上所需喷水的时间,计算公式为

t=Sm0/q

式中t——喷水时间(小时);

S——喷头在工作位置上实际控制面积(公顷);

q——喷头定额(米3/小时);

m0——灌水定额(米3/公顷)。

当计算支管作业时间时,上式S、q则分别代表支管的控制面积和支管上同时作业的喷头总出水量,则t 即为每条支管的作业时间。

五、喷头喷洒方式和组合形式的选择

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