喷灌系统的规划设计

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
在喷灌系统中，喷头的喷洒方式一般分为全圆周喷洒和240度扇形喷洒两种形式；喷头在喷灌地块的平面面置基本分为方形和三角形两种形式。

为使土壤湿润均匀，并使控制面积最大，在实际布设时，应使喷头控制面积有适当重叠，参见《活页资料》第5－3页图2所示常用的喷头组合形式。

当喷头为全圆周喷洒时，可采用正方形布置（图2（a）），此时喷头间距(l)为有效喷洒半径(R)的1.414倍（有效喷洒半径也叫有效射程，是指喷洒半径末端喷灌强度等于各点喷灌强度平均值30％的那一点至喷头的距离），相邻两排支管间距也等于有效喷洒半么径的1.414倍，计划控制面积相当于实际控制面积的63.7%；当采用等边三角形布置（图2（b））时，喷头间距为有效喷洒半径的1.732倍，相邻支管间距为有效喷洒半径的1.5倍，计划控制面积相当于实际控制面积的82.7%。

当喷头喷洒方式选择为240o扇形喷洒时（多用于移动式喷灌机），可采用长方形或等腰三角形布置（如图（2（c）和（d））。

当采用长方形布置时，喷头间距等于有效喷洒半径，两邻支管的间距为有效半径的1.732倍，计划控制面积相当于实际控制面积的82.7%；采用等腰三角形布置时，喷头间距也等于有效喷洒半径，两相邻支管间距为有效半径的1.866倍，计划控制面积相当于实际控制面积87％。

不难看出，上述四种组合方式中全圆周喷洒等边三角形布置和扇形喷洒等腰三角形布置更具合理性，因而也就比较常用。

喷灌系统应如何规划设计
灌溉系统设计的工作内容可分为：1、资料收集2、水源分析3、设计参数的选择4灌水器的选择5、灌水小区设计6、轮灌组划分与最不利轮灌组的选择7、确定支毛管管径8、确定干管直径9、首部枢纽设计10、确定系统工作压力11、水泵选型12、系统校核与压力均衡13、绘制系统布置图、结构及安装图14、材料单和预算15、施工注意事项16、运行管理注意事项
下面就系统设计的工作内容中的几个重要环节作如下说明：
1、主要设计指标的确定
（1）确定灌溉用水量
根据农业园区发展规划，总结当地生产经验及相关农业生产技术资料的基础上，拟定灌溉区域内各种作物的需水量。

具体包括内容：作物需水量计算，作物耗水强度、灌溉补充强度、灌水均匀度、灌溉水利用系数及相应灌溉工作制度的确定。

（2）选择灌水器及工作压力
在滴灌、微喷及大田喷灌三大类中选用适合园区作物的灌水器进行选型。

然后根据灌水器的技术参数，确定工作压力。

工作压力是灌溉系统的重要技术参数，它直接决定喷头的射程，喷洒均匀度及雾化程度，并关系到设备运行成本、喷灌质量和工程占地等。

如采用大田喷灌高压喷头，则其配套功率大，运行成本高，同时应考虑喷水范围受风影响大。

喷灌质量受客观影响大，如采用微喷则运行成本低，且其雾化良好，喷洒均匀，多见于温室大棚中，灌溉质量容易保证。

如采用滴灌，则应充分考虑其压力补偿，抗堵塞，出水均匀性，抗老化性等多方面因素。

因此，灌水器选型确定工作压力时，要根据农业技术要求、经济条件综合进行比较而确定。

（3）喷头组合形式的确定，在微喷及大田喷灌喷头之间布置距离时应选用正方形布置、矩形布置、正三角形布置还是等腰三角形布置。

（4）确定水泵型号
水泵选型的参数主要确定喷滴系统的水泵设计流量和设计扬程。

设计流量Q=NQ（M3/H）
式中N为同时工作的喷头数量，Q为单个喷头的喷水量。

设计扬程H=HO+HJ+（Z1-Z2）
HO为最不利轮灌组所要求的干管进口工作水头（M）
HJ为干管进口至水源的水头损失（M）
Z1为干管进口外的地面高程（M）
Z2为水源动力位。

根据设计流量和设计扬程H，可以选定水泵型号及计算配套动力机的功率。

2、总管网的布置
设计管网、布置泵站主管干路、支路时就应注意以下几方面：
（1）泵站应布置在整个喷灌系统的中心，以减少输水的泵力损失；
（2）管材选择总体上要求轻巧、耐压。

其耐压程度取决于水泵的扬程水压
（3）为降低投资，管理设计一般由2—4种管径组成。

最小管径不应小于最大管径的一半，通常支管流速应限制在2M/S之内。

（4）支管上各喷头的工作压力要求接近一致。

（5喷灌系统应根据轮灌要求设置控制设备，管网过长时在干管与支管连接口应设置必要的空气阀。

3、结论
总之，在进行喷灌系统规划时，首先必须经过勘测、调查、收集当地的地形、气象、土壤及水文等资料，并根据实际种植情况和经济设备条件等，然后考虑各种形式喷灌系统的优缺点，反复进行技术经济的方案比较，选定灌溉方式后，再进行下一步的规划设计。