微 灌

微灌
1 微灌的定义和特点
1.1 微灌定义
微灌就是“利用专门设备，将有压水流变成细小的水流和水滴，湿润作物根部附近土壤的灌水方法”（参见水利部标准SL130－95附录A名词术语A1.0.1）。

1.2 微灌特点
微灌的特点主要有以下几点：
1.2.1流量小，每次灌水的时间较长，使作物都能获得相同的水量，灌水均匀度较高，为高额增产提供了最佳的土壤湿度。

1.2.2需要的工作压力低，一般只有喷灌工作压力的1／3～1／4。

1.2.3只灌溉作物根部附近的土壤，属局部灌溉类型，节省大量灌溉水。

1.2.4地表不产生积水和径流，不破坏土壤结构，土壤中的养分不易被淋溶流失。

2 微灌的种类
微灌主要包括滴灌、微喷灌、脉冲微喷灌、渗灌等几种。

2.1 滴灌
滴灌是将输水管内的有压水流通过消能滴头，将灌溉水以水滴的形式一滴一滴的灌入土壤中。

水滴离开滴头时压力为零，只有重力作用于土壤表面。

滴灌不同于传统的地面灌或喷灌要将土壤全部表面灌水，而是只湿润作物根系附近的局部土壤。

采用滴灌灌溉果树，其灌水所湿润土壤面积的湿润比只有15％～30％。

因此，它比任何型式的灌溉都省水。

由于滴灌是缓慢给水、灌水流量小，管内水的工作压力和摩擦损失都小，这就为实行低能耗、高均匀度（指滴头滴水均匀度）提供了物质条件，也为更高的单方水作物产量和更好的农产品质量提供了可靠的保证。

滴灌与任何事物一样，有其自身的缺陷。

与其它灌溉方式相比，不具有防干热风、调节田间小气候的作用。

对于粘质土壤，因灌水时间较长，根系区土壤水分长期保持高含水量状态，作物根部易生病害。

另一害处是土壤长期定点灌水会使土壤湿润区与干燥区的交界处盐分聚积，有可能产生土壤次生盐渍化，对作物生长不利。

最后一点是长期以来一直没有彻底解决的问题，就是滴头的堵塞问题。

2.2 微喷灌
微喷灌是通过管道系统将有压水送到作物根部附近，用微喷头或微喷带将灌溉水喷洒在土壤表面进行灌溉的一种新型灌水方法。

微喷灌与滴灌一样，也属局部灌溉。

其优缺点也与滴灌基本相同，节水增产效果明显，但抗堵塞性能优于滴灌，而耗能又比喷灌低。

同时还可用于降温、除尘、防霜冻、调节田间小气候等方面。

2.3 脉冲微喷灌
脉冲微喷灌是由导流阀（又称脉冲发生器）和膜片微喷头工作的结果，其工作过程是通过充水增压和高速喷水减压两个互为独立工作阶段自动往复循环而完成的。

其主要优点是比滴灌的抗堵塞性能要强，主要缺点是加工制造工艺复杂，亩投资比滴灌、微喷灌略高一些。

其它优缺点基本与滴灌、微喷灌相同。

2.4 渗灌
渗灌是地下暗管灌溉的一种，地埋渗水管分孔口式渗水和全壁型渗水两种。

地埋暗管灌溉国内外早就有了。

如河南省济源县的地下暗管灌溉至今已有一、二百年历史了。

德国首次使用地下排水瓦管进行地下灌溉试验是在1860年。

但至今没能大面积推
广使用的原因，首先是全壁型渗水管的抗堵塞性能如何，使用寿命多久等问题。

堵塞原因和滴灌一样，除砂粒、粘粒等物理性堵塞外，还有因水中溶解盐析出后凝积在管壁中的化学性堵塞，以及细菌类的生物性堵塞。

上述原因造成的堵塞会使渗水管的渗水性能不断降低直至失效。

其次是渗水管的埋深、间距和渗水强度都随管道材质、土壤质地、作物、地下水埋深等等因素的变异而不同，而这些至今尚无完善的能用于农业生产的技术成果。

最后是亩投资较大，一般为喷灌的4倍，此外，检查、维修都比较麻烦。

这些都是至今没能大面积推广的原因。

3 微灌的适宜范围
微灌的主要特点是最大限度减少灌溉水的无效损失，包括土壤蒸发损失，以求用最少量的水生产最高产量的优质农产品。

由于微灌工程投资较高，因此，就连微灌技术和设备的发明地以色列也不用微灌来大面积灌溉粮食作物，而是灌溉果树、蔬菜、花卉等经济作物，将其产品出口到世界市场，用这些高附加值的农产品所获取的高额外汇利润，换回低附加值的粮食，供给以色列国人的需求。

因此，微灌在我国现阶段最好用于灌溉果树、苗圃、蔬菜、花卉、药材和其它经济作物，以使农民投入后能尽快地获得较好的经济效益和社会效益。

4 微灌系统
微灌系统主要包括水源工程、枢纽工程、输水管网、灌水器等四部分。

4.1 水源工程
微灌水源包括河流、湖泊、水库、塘堰、沟渠、井、水窑（窖）等。

为了利用上述各种水源进行微灌，所修建的提、引、蓄水工程和输配电工程，均为水源工程。

4.2 枢纽工程
微灌的首部枢纽是微灌工程的心脏，主要由加压水泵、动力机、控制阀、过滤器、施肥罐、流量计、压力表和保护装置等组成，是整个系统的驱动、检测和调控中枢。

4.3 输水管网工程
输水管网一般为2～4级，其最末一级为灌水管，多铺设在地表，其它各级输水管多埋入地下，各级输水管的首端均设有控制阀，有的支管控制阀前还装有网式过滤器。

此外，输水管网还设有进、排气阀。

4.4 灌水器
微灌用灌水器按其出水方式分为滴水式、喷水式、涌泉式、渗水式和间歇式。

也可分为滴灌灌水器、微喷灌水器和渗灌灌水装置。

4.4.1 滴灌灌水器
滴灌灌水器有滴头和滴灌带两种。

滴头根据其与给水管的联接型式分为管间式、管上式和管端式3种。

管间式滴头的两端均与毛管相连，水流从管与滴头中间流过，同时流入滴头的消能部位，最后从滴孔滴出。

如内螺纹管式滴头和迷宫式管式滴头均为管间式滴头。

管间式滴头因其易堵塞、安装施工复杂、堵塞后维修、更换麻烦，现采用这类滴头的滴灌工程越来越少了。

管上式滴头是根据设计的滴头间距，一个个装在毛管的外壁上，灌溉水由管道进入滴头进水口流入滴头，消能后从滴孔滴出。

如纽扣式滴头、蜗流式滴头、压力补偿式滴头。

管上式滴头因其比管间式安装、维修、更换简便而更受用户欢迎。

管端式则是在毛管上安装旁通，每个旁通又与微管相接，各微管的另一端与滴头相联。

一般管端式滴头多用在果树滴灌工程和盆栽花卉。

滴头按消能结构可分为螺纹式滴头、迷宫式滴头、蜗流式滴头、膜片式滴头和压力补偿式滴头。

滴灌带自从第一代的单壁孔口式滴灌带问世到双壁式，到有过滤隔层的双层孔口式，到现在的内镶有补偿式滴头的滴灌带，已是第四代了，国外第五代的滴灌带也已进入市场。

由于滴灌带比滴头安装更便捷，管理更方便，其使用面积越来越大，但堵塞后只能更换新滴灌带。

4.4.2 微喷灌水器
微喷灌水器按其工作原理分缝隙式、折射式、射流式和离心式。

目前市场上较多的是射流式微喷头。

这种灌水器的工作原理是利用射流的反作用力使之自动旋转。

这种灌水器的制造工艺比缝隙式、折射式灌水器都复杂，难点主要是当微喷头旋转时转速必须均匀，且不可过快，以防影响射程和均匀度。

因此，限速装置是这种灌水器的关键部件。

从各种微喷灌水器的工作原理就可看出，微喷头本来就是从喷灌用喷头演变而来。

根据陈大雕、李蔼铿两位教授编写的《微喷灌》一书，他们认为微喷头和喷头的区别，主要是喷嘴直径的大小，小于2.5mm的是微喷头，大于此值时，尽管喷嘴也很小，由于微喷灌的优点无法充分体现出来，所以，仍应称之为喷灌用的小喷头，而不是微喷头。

4.4.3 脉冲微喷灌水器
脉冲微喷头是脉冲微喷系统的专用微喷头，与脉冲发生器配套使用。

通过充水增压和高速喷水减压两个互为独立的工作阶段，自动往复循环，完成喷洒灌水。

5 影响我国微灌发展的主要原因
20年来影响我国微灌发展的原因，主要是设备质量方面的问题，其次才是设计和管理方面的问题。

5.1 产品方面的问题
5.1.1 材质差
国外生产微灌产品的主原料，多是PE－HD，即高密度聚乙烯，欧洲有的国家已使用PB（聚丁烯）为原料，生产时添加O2F辅料，使生产的PB管具有高度氧化稳定性和良好的抗热伸缩性。

生产管件用的原料多为PVDF，属非塑性耐液压PVC。

我国生产微灌产品的主原料绝大多数是低密度聚乙烯，即PE－HD，少量采用UPVC，即硬聚氯乙烯。

这种原料加工工艺比PE－HD容易，但抗老化性和抗热伸缩性都不如PE －HD。

由于我国对微灌塑料产品的原料牌号、配方及原料的性能指标没做规定，加之国产原料本身性能不十分稳定，同一牌号不同生产厂的质量不尽一致，就是同一生产厂的一批和另一批也有差异。

个别县乡小厂为了降低成本，在生产微灌设备时，加入碳酸钙或回收再生不纯净的PE－LD粒料，这就使这些厂的微灌产品质量更差了。

上述原因是国产微灌产品从一开始就先天不足的原因。

5.1.2 模具精度差
我国生产微灌设备的厂家多为中小企业，许多厂家的设备、工艺、技术工人都不如大型企业。

而微灌设备的生产模具要求的精度较高，且模具价格又十分昂贵，有些管件年销售量很少，微灌设备又都是农用设备，价格高了农民算算没有效益就不会买了。

因此，许多小塑料厂用的模具大多不是专业模具厂加工制造的，制造模具的材料、加工精度都达不到生产高精度产品的要求。

此外，在模具的设计制造过程中又没考虑产品脱模后各部位的收缩量是不相同的，应在设计时进行尺寸的修正。

所以，市场上
有那么多的不合格的产品也就不奇怪了。

5.1.3 产品配套性差
由于有些微灌产品用量很少，而模具的制造费用却很高。

因此，许多小企业对销量少的产品就不开或少开模具，造成市场上微灌产品可选用的品种不多，给用户和设计人员的感觉是缺东少西，只能根据厂家有什么用什么。

如变径三通、变径四通、变径直管和90°换向球阀等。

故需用1只90°换向球阀就解决问题时，只能用2个阀门来替代。

因而往往因产品配套性较差而增加了投资，还给设计、施工、使用、管理、维修带来诸多不便。

5.2 设计方面的问题
我国的微灌工程多数只有几十亩、几百亩，大型微灌工程也不过一、二千亩。

因此，工程设计大多由当地水利部门自行设计，很少由微灌专业人员或专业单位进行设计，非微灌专业人员由于对有关规范和国内市场上微灌产品的现状了解、掌握不够，使得设计不能尽如人意。

问题主要表现在对微灌灌水器的设计选用不当，以及对过滤装置的设计不符合规范要求。

武汉水利电力大学董文楚教授曾对此调查过15项已建的微灌工程，其中就有5项工程由于过滤装置过于简单，没按规范要求设计和管理过滤设备，工程建成后第二、三年就因灌水器堵塞严重或过滤器损坏而不能使用，造成工程报废。

因此必须：
5.2.1 要按规范要求设计、安装、管理过滤系统
要按规范要求设计过滤系统，首先需对水源水质进行化验、评价，然后才能考虑过滤系统的级数、采取什么过滤装置、过滤器的大小。

以免造成系统过大而浪费，或过小而使过滤器负荷过大，导致过滤器损坏、工程报废。

《微灌工程技术规范》规定“进入微灌管网的灌溉水应经过净化处理，不应含有泥沙、杂草、鱼卵、藻类等物质。

”其次是“微灌水质的pH值一般应在5.5～8.0范围内”、“总含盐量不应大于2000PPM”、“含铁量不应大于0.4PPM”、“总硫化物含量不应大于0.2PPM”。

根据《日本土地改良工程规划指南》滴灌分册（以下简称《指南》）介绍，“灌溉水的pH值如果达到7.5以上，碳酸钙或碳酸镁就会在过滤器、滴头等处沉淀。

”比我国微灌规范（SL130－95）规定又提高了0.5个pH值。

《指南》中滴头堵塞程度与水质的关系如表1。

注：肥料也是堵塞原因，要把含有肥料的水装入玻璃瓶中，在暗处放置12小时，然后在光照下观察，是否有沉淀情况。

根据《指南》表2“水质评价数值表”，即可按评分评价水质优劣，详见表3“水质评分及水质优劣表”。

表2 水质评价数值表
注：①若pH值在7.5以上，等级至少提高2级
②含有介质较多时，等级至少提高4级
③化学性评价是根据“溶解物质”和“总铁或锰”两者进行，系用两者评分中评分大的一方。

当三者之和在10以上时，即需采取过滤和其它对策。

例如一微灌工程可选用的水源有A、B、C三处，三处水源水质如表4。

表4 水质指标
根据3处水源水质分析结果，对3处水源的水质评价及采取的对策如表5。

表5 水质评价及对策
我国《微灌工程技术规范》（SL103－95）规定：
（1）当灌溉水中无机物含量小于10PPM，或粒径小于80μm时，宜选用砂过滤器、200目筛网过滤器或叠片式过滤器。

（2）灌溉水中无机物含量在10～100PPM之间，或粒径在80～500μm之间时，宜先选用旋流水砂分离器或100目筛网过滤器作初级处理，然后再选用砂过滤器。

（3）灌溉水中无机物含量大于100PPM，或粒径大于500μm时，应使用沉淀池或旋流水砂分离器作初级处理，然后再选用200目筛网或砂过滤器。

沉淀池的表面负荷率不宜大于3.0mm／s。

（4）灌溉水中有机污物含量小于10PPM时，应选用砂过滤器或200目筛网过滤器。

（5）灌溉水中有机污物含量大于10PPM时，应选用初级拦污筛作第一级处理，再选用砂过滤器或200目筛网过滤器。

5.2.2灌水器的选用选用
微灌灌水器时一定要满足微灌设计土壤湿润比、微灌均匀系数、土壤允许渗吸速度、灌水器设计允许的流量偏差率和工作水头偏差率等。

《微灌工程技术规范》中对上述微灌技术参数都有明确规定，只要遵照执行就行了。

同时还应注意使用、管理、维修、更换方便。

5.2.3微灌设备产品厂家的选择
设计微灌工程不仅要完成技术设计，同时也要根据设计所需要的微灌设备，选择产品质量好、价格合理、管件配套齐全的生产厂。

目前我国微灌设备好的生产厂有中国灌排技术开发公司下属的绿源公司等。

国内目前尚不过关的微灌设备，如自控装置、电磁阀等，可采用进口设备。

目前在我国设有公司的国际上微灌设备质量上乘的有以色列的耐特菲姆公司、雷鸥公司、澳大利亚的易润产品、美国的雨鸟公司等。

作者单位：中国灌排技术开发公司北京100761
摘自《节水灌溉》微灌信息网。