果树涌泉灌溉方式的技术应用

微管的出流量不但与工作水头、直径和长度 3 个因素有
关, 更与安装形式有关。在3 个因素相同的条件下, 直线
散放式比缠绕式流量大, 因此可利用局部损失的大小控
制流量。为了做到流量偏差小于 20% , 需要确定毛管的
适宜长度。
3. 2. 1 利用多孔系数法计算沿程损失[ 3]
管径不变, 出水口间距相等, 各出水口流量相同的
第 21 卷 增刊 68 2005 年 2 月
农业工程学报 T ransactio ns o f the CSA E
V ol. 21 Supp Feb. 2005
果树涌泉灌溉方式的技术应用
杨素哲, 沈菊艳, 黄宝全, 陈玉民
( 水利部中国农科院农田灌溉研究所, 新乡 450003)
摘 要: 涌泉灌又称小管出流。涌泉灌溉技术是针对滴 灌系统使用过程中灌水器容易堵塞, 以及农业生产管 理水平不高而 设计的一种微灌技术。它具有节水、节能、灌水均匀、水肥同步、适应性强、管理方便等优点。经过试用, 涌泉灌 溉果树一般较 传统的地面灌节水 50% ～70% , 增产 6% ～10% , 灌水均匀度在 90% 以上。该 文介绍了涌泉灌溉技术及田间设计要点。 关键词: 果树涌泉灌溉; 技术; 应用 中图分类号: S 275. 9 文献标识码: A 文 章编号: 1002-6819( 2005) ZK -0068-04
程损失。
2) 微管长度 L 的计算 安装方式有直线和缠绕两种, 其长流道的滴头水流
经验公式[ 4] 为
q = 0. 859h0. 785d 3. 395L - 0. 785 ( 微管直线安装)
( 4)
q = 0. 556h0. 745d L 3. 06 - 0. 745 ( 微管缠绕安装) ( 5)
2 涌泉灌溉技术的特性[ 1]
1) 节水节能特性 涌泉灌溉仅湿润渗水沟及作物 根系活动层的部分土壤, 不会产生深层渗漏, 节水效益 显著; 由于涌泉灌溉流道相对较大, 过滤器及灌水器的 局部水头损失小, 因此运行过程中所需的工作压力较低 ( 与滴灌系统一致) 。
2) 抗堵性能强 涌泉灌溉灌水器的流道直径比滴 灌灌水器的流道或孔口的直径大得多( 表 1) , 并且管内
3) 适应性强 对各种地形、各类土壤要求不高; 适 用于各种果树、宽行蔬菜及大田作物的灌溉。
由于涌泉灌溉灌水器孔径较大, 对水质要求不高, 一般地表水源, 如河、湖、塘水都可作为水源, 从而扩大 了这一灌溉技术的使用范围, 并且提高了灌水设备运行 的可靠性。
3 果树涌泉 灌溉方式及在田间应用设计要点
20040405作者简介主要从事节水灌溉研究河南省新乡市水利部中国的微灌技术自1974年以来先后研制和改进了滴灌设备微灌面积发展到33涌泉灌溉技术是针对中国滴灌系统使用过程中灌水器容易堵塞的难题以及农业生产管理水平低的状况形成的一种微灌技术涌泉灌溉技术的发展涌泉灌溉技术是由滴灌技术演变而来的滴灌是最节水的灌溉技术小流量出流方式将水供应到作物的根区土壤灌水强度小于土壤入渗速度滴灌对水质要求高严重时系统将无法使用是利用直径mmpe塑料微管解决了我国滴灌系统使用过程中灌水器容易堵塞的难题改善了农业生产管理低水平的状况节水节能特性涌泉灌溉仅湿润渗水沟及作物根系活动层的部分土壤节水效益显著过滤器及灌水器的局部水头损失小抗堵性能强涌泉灌溉灌水器的流道直径比滴灌灌水器的流道或孔口的直径大得多并且管内无消能的迷宫结构大流量的灌水器解决了长期以来滴灌系统灌水器容易堵塞的难题tbale1comparisonbetweentheapertureofbubbleirrigationandmicroirrigation名称涌泉灌微喷灌滴灌地下滴灌孔径mm1060082002120212适应性强对各种地形从而扩大了这一灌溉技术的使用范围并且提高了灌水设备运行的可靠性果树涌泉灌溉方式及在田间应用设计要点涌泉灌溉系统包括干管按照微灌系统的设计原则同一调压区各滴头的流量偏差不宜超过10否则出水量差异太大丘陵区田间涌泉灌溉系统的设计由于丘陵区地形坡度变化大应采用微管加稳流器作为灌水器与毛管连接的形式稳流器具有能随着工作压力的变化自动调节流量补偿作用并能使沿毛管各灌水器流量均匀分布毛管设计可不再受首尾压力偏差20的限制对国产现有规格毛管和两种流量调节器做了计算平原地区田间涌泉灌溉系统的设计平原地区坡度变化不大流量为q60lh稳流器的适宜毛管长度值tbaleappropriatelengthofcapillarypipeofstableapparatusattheflowoflh毛管首部压力kpa灌水器间距1mm1mm15mm33948554544754811115587588178515334453848流量为q0lh稳流器的适宜毛管长度值tbale3appropriatelengthofcapillarypipeofstableapparatusattheflowof7lh毛管首部压力kpa灌水器间距1mm1mm15mm44538515875881
m —— 流量指数; X —— 进口端到第一个出水口的距
离与孔口间距离之比。
3. 2. 2 微管长度的计算
1) 首先根据每个出水口所对应的工作压力
hi = H - H ti
( 3)
式中 hi —— 第i 个出水口的工作压力; H —— 毛管首
部工作压力; H ti —— 毛管首部到第 i 个出水口处的沿
毛管首部 压力/ kPa
300 250 250 150
灌水器间距 /m
2、3、4、5 2、3、4、5 2、3、4、5 2、3、4、5
毛管长度/ m
5 10/m m
30、39、 48、55
28、36、 40、50
24、30、 36、40
18、24、 28、30
5 12/ mm
42、54、 64、75
40、48、 60、65
由于丘陵区地形坡度变化大、不平整, 应采用微管 加稳流器作为灌水器与毛管连接的形式。
稳流器具有能随着工作压力的变化自动调节流量 补偿作用, 将出水口流量控制在一定范围, 并能使沿毛 管各灌水器流量均匀分布, 从而提高田间灌水均匀度。 加有流量调节器的涌泉灌溉更适于丘陵地区的灌溉。
这时的涌泉灌溉是补偿式出流, 故微管设计成一样 长。毛管设计可不再受首尾压力偏差( 20% ) 的限制, 可 适当长些。表2、表3 对国产现有规格毛管和两种流量调 节器做了计算, 可供设计时参考[ 2] 。 3. 2 平原地区田间涌泉灌溉系统的设计
多口管的沿程损失, 用多口系数法计算。即先以多口管
进口流量计算出无分流管道的沿程损失 H f , 再乘以多
口系数 F, 即
H t = H f õF
( 1)
F=
N
(
m
1 +
1+
1 2N
+
m6N 2
N - 1+ X
1) -
1+
X
( 2)
式中 H t—— 多口管沿程损失; H f —— 无分流管道
的 沿 程 损 失; F—— 多 口 系 数; N —— 出 口 数 目;
平原地区坡度变化不大, 根据经济、可靠的原则, 应 采用微管作为灌水器直接与毛管连接的形式( 不加稳流 器) 。
增刊
杨素哲等: 果树涌泉灌溉方式的技术应用
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表 2 流量为 Q = 60 L / h 稳流器的适宜毛管长度值 T bale 2 A ppr opr iate length o f capillar y pipe of stable a ppara tus at the flo w o f 60 L / h
涌泉灌田间灌溉系统布设一般按干管、支管、毛管
三级管道尽量相互垂直, 使得管道长度最短, 水头损失 最小。在系统的布置中毛管的布置是否合理, 直接关系
到工程造价、材料用量和管理运行是否方便等。
果树涌泉灌毛管长度的确定应根据灌水器流量保
证在渗水沟内具有较高流速, 以满足灌水均匀度。根据 毛管、微管适宜长度试验, 给出适于平原地区的毛管适
毛管首部 压力/ kPa
300 250 250 150
灌水器间距 /m
2、3、4、5 2、3、4、5 2、3、4、5 2、3、4、5
毛管长度/ m
5 10/m m
28、36、 44、50
24、33、 36、45
22、27、 32、35
16、21、 24、25
5 12/ mm
38、51、 60、70
34、45、 52、60
30、39、 44、50
22、30、 36、40
5 15/ mm
58、75、 88、100
52、66、 80、90
44、57、 68、80
34、45、 52、60
这时的涌泉灌溉不是补偿式出流, 当工作水头发生
变化时, 各出水口的流量将不一样。如何保持同一毛管
安装的各个微管的出流量相差不大, 就成了设计关键。
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农业工程学报
2005 年
表 5 毛管首部未装稳流器的涌泉 灌毛、微管适宜长度 T able 5 A ppr opr iate lengths of capilla ry pipe and micro pipe without installing stable appar atus
毛管首部压力 /kPa
92. 63 91. 98 92. 49 90. 89
毛管长度 /m 26 26 24 20
微 管 长 度/ m ( 1, 2, 3, 4, 5…号出口, 省略号与前者相同)
1. 5, 1. 2, 1. 0, 0. 8, 0. 3, … 1. 5, 1. 2, 1. 0, 0. 8, 0. 3, … 1. 5, 0. 7, 0. 5, 0. 5, 0. 5, 0. 3, … 1. 5, 0. 7, 0. 5, 0. 5, 0. 5, 0. 3, …
100 100
灌水器流量 / L·h- 1
94. 5 91. 8
灌水器间距 /m
1. 5 2. 5
灌溉均匀度 Cu /%
94. 15 90. 81
毛管长度 /m
20 29
微 管 长 度/ m ( 1, 2, 3, 4, 5…号出口, 省略号与前者相同)
head was installed w ith a stat le appa ratus at the flow o f 500 L / h
灌水器流量 / L·h- 1 44. 82 44. 19 43. 69 33. 62
灌水器间距 /m 2. 5 2. 5 2. 0 1. 5
灌溉均匀度 Cu /%
当微管的内径 d 一定时, 流量 q 将随着工作水头 h
和管长 L 而变。如果欲使微管出流量 q 保持恒定, 那么,
只要根据工作水头 h 的大小, 改变微管长 L 即可。
L = 0. 824 dq14..237542h ( 微管直线安装)
( 6)
L =
0.
454
d 4. 1 1 q1. 343
h
宜长度( 毛管Á 12、微管Á 4) 数据, 供参考( 见表 4、5) 。
毛管首部压力 /kPa 200 100 200 200
表 4 毛管首部装有 500 L / h 稳流器的涌泉灌毛、微管适宜长度 T bale 4 A ppr opriate leng ths of capillar y pipe and m icro pipe w hen the ca pห้องสมุดไป่ตู้llary pipe
32、42、 52、55
26、33、 40、45
5 15/ mm
64、81、 100、115
58、75、 88、100
50、63、 76、85
38、48、 64、65
表 3 流量为 Q = 70 L / h 稳流器的适宜毛管长度值 T bale 3 A ppr opr iate length o f capillar y pipe of stable a ppara tus at the flo w o f 70 L / h
表 1 涌泉 灌水器孔径与微灌灌水器出水孔径比较[2] T bale 1 Co mpar iso n betw een the aper tur e of bubble
ir r iga tion and micro -irr ig atio n
名称
涌泉灌
微喷灌
滴灌
地下滴灌
孔径/m m 1. 0～6. 0 0. 8～2. 0 0. 2～1. 2 0. 2～1. 2
(
微管缠绕安装)
( 7)
式中 q—— 微管出流量, L / h; h—— 所对应出水口处
工作水头, m; d —— 微管内径, m m; L —— 微管长度, m。
利用改变微管长度的方法来应变毛管内压力变化
这一特点, 可以大幅度降低涌泉灌系统的工程造价, 同
时满足滴水均匀度的要求。
3. 2. 3 适于平原地区的涌泉灌毛管长度
0 引 言
中国的微灌技术自 1974 年以来, 先后研制和改进 了滴灌设备、微喷设备、滴灌带、孔口滴头、压力补偿式 滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设 备, 总结出一套适合中国国情的微灌设计参数和计算方 法, 建立 了 一批 微灌 设备 企业, 微 灌面 积 发展 到 3. 3 万 hm2左右。涌泉灌溉技术是针对中国滴灌系统使用过 程中灌水器容易堵塞的难题, 以及农业生产管理水平低 的状况形成的一种微灌技术。
1 涌泉灌溉技术的发展
涌泉灌溉技术是由滴灌技术演变而来的, 滴灌是最 节水的灌溉技术, 它采用低压、小流量出流方式将水供 应到作物的根区土壤, 减少了渗漏和蒸发, 灌水强度小 于土壤入渗速度, 避免了深层渗漏, 实现了节能省水。然 而, 滴灌的致命弱点限制了它的快速发展, 滴灌对水质 要求高, 灌水器易堵塞, 进而造成出水不均匀, 严重时系 统将无法使用。因此考虑用大孔径的涌泉灌来代替小孔 径的滴头。涌泉灌溉( 小管出流灌) 是利用直径( mm ) 为 Æ3、Æ4 和 Æ6 的 P E 塑料微管( 或加流量调节器) 作为灌 水器与毛管连接, 并辅以田间渗水沟, 以细流( 射流) 状 局部湿润作物根区附近土壤。解决了我国滴灌系统使用 过程中灌水器容易堵塞的难题, 改善了农业生产管理低 水平的状况, 形成了一种新的微灌技术。
涌泉灌溉系统包括干管、支管、毛管、微管灌水器 ( 或稳流器) 及渗水沟组成。涌泉灌溉实际上是一种长流 道的滴头。水在管内流动时消能, 并以细流的方式出流, 可以靠管径和管长的组合确定流量。按照微灌系统的设 计原则, 同一调压区各滴头的流量偏差不宜超过 10% , 否则出水量差异太大, 影响作物生长。 3. 1 丘陵区田间涌泉灌溉系统的设计
收稿日期: 2003-12-11 修订日期: 2004-04-05 作者简介: 杨素哲( 1967- ) , 女, 副 研究员, 副处长, 主 要从事节水灌 溉 研究。河 南 省新 乡市 水 利 部、中 国 农科 院 农田 灌溉 研 究所, 453003
无消能的迷宫结构。大口径、大流量的灌水器解决了长 期以来滴灌系统灌水器容易堵塞的难题。