第四章-设施水环境因素综述

这样经过处于离心室中心的喷嘴射出的水膜同时具有 离心速度和圆周速度,在空气阻力的作用下水膜被粉碎 成水滴散落在微喷头的四周。
特点
优点:所需工作水压低;水滴尺寸小,雾化度、均匀
度高;喷嘴孔口大,不易堵塞。
缺点:射程小。
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④缝隙式微喷头
喷嘴
结构
缓冲室 进水口
原 理:缝隙式微喷头水流经过缝隙喷出,在空
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（2）内镶式滴头
滴头镶嵌在管带内部,对软管的厚度要求较高,使用寿命比滴灌带长。
圆柱形滴头
条形滴头
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（3）管上式滴头
• 在毛管上直接打孔,然后将计划使用的滴头安插在毛管上。滴头的间距 可以根据实际需要任意调整,滴头在安装时间上也较随意。
• 根据滴头是否补偿压力情况,管上式滴头分:
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二、设施灌溉系统的主要类型及技术设备
（一）滴灌 （二）微喷灌 （三）地面灌溉节水技术 （四）地膜覆盖灌溉技术 （五）农艺节水技术
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（一）滴灌:将水通过输送管路,利用安装在末级管道上的灌水器,
或与管道制成一体的滴管带,将压力水以水滴状湿润土壤的一种微灌方式 。
• 滴灌带的分类
滴灌带有单翼迷宫式与虎头式滴灌带两种
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单翼迷宫式滴灌带
迷宫式滴灌带是在制造薄壁管的同时,在管的一侧或 中间部位热合出各种形状减压流道的滴水出口。
特点:1、加大了滴灌带直径,通水量提高明显; 2、改变流道形状,抗堵塞能力加强;
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迷宫稳流
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水分不足胚轴不能伸长 土壤湿度过高导致幼苗徒长或烂根
土壤湿度过高容易引起土传病害 土壤不得缺水,空气湿度应当较低
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第二节 作物对设施内水环境的要求
一、蔬菜 二、花卉 三、果树
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第三节 设施水环境的调节技术及设备
一、设施灌溉系统的组成
（自动） 控制系统
水源
首部枢纽 供水管网 灌溉系统
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孔口消能型滴头
• 靠孔口出流造成的局部水头损失消能来调 节出水量的大小。
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纽扣管上式滴头
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（4）多出口滴头
• 滴头的每个滴孔连接一根管线,水从各分流管线直 接流向作物根部。
• 多出口滴头一般为压力补偿式
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（5）管间式滴头
技术参数
类别及工作原理：
①折射式微喷头 ②旋转式微喷头 ③离心式微喷头 ④缝隙式微喷头
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①折射式微喷头
结构
原理
支架 折射锥
喷嘴
进水口
特点
优点:简单可靠、价格便宜,雾化度高。
缺点:射程小、水滴大小不一,喷水力度大,喷水不均
匀;雾化度过高,干旱地区水雾易蒸发。
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射程
• 包括湿润半径和有效湿润半径。
有效湿润半径:单位面积上的受水量高于 平均受水量10%处与喷头之间的距离。
湿润半径:喷洒水能够到达的最大距离。
• 射程大小主要取决于喷头种类;
• 同种喷头的射程与喷嘴直径、 工作压力大小呈正相关。
有效湿润半径
• 喷头射程与成本间的关系
湿润半径
设计需要值。 ③灌水均匀度:表示所有同时工作的微喷头之间流量的差异性。 设计时主要考虑微喷头的工作压力区别对灌水均匀度的影响。 ④喷洒均匀度:喷灌系统空置面积上的水量分布均匀程度。 设计时应尽量满足和保证系统的灌水均匀度。 ⑤组合喷灌强度:多个微喷头组成微喷系统。
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少,运行成本低,但射程小
头 射
使得管道用量增加,设备成 程
本高;额定压力高则相反。
工作压力
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流量
单位时间内流经喷头的灌溉水体积。
• 常见微喷头流量一般在20~250L/h之间。 • 流量较小时,输水管道尺寸小,设备成本低。
但喷嘴流道直径小,易堵塞,对过滤设备性能 要求高,增加了过滤设备的投资和管理费用 。 • 流量较大时正好相反,流量过大时会造成喷 灌强度过高。
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2、土壤湿度较大 原因:温室内空气湿度更接近饱和,蒸发量、蒸腾
量仅为露地的70%左右。
★设施内水份收支决定土壤湿度, ★土壤湿度直接影响作物的产量、品质。
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二、设施湿度的调节方法
1、通风和强制通风 2、加热提高空气含水量 3、采用节水灌溉措施 4、采用吸湿材料
①作物种类及种植模式:线源滴头 点源滴头 ②土壤性质:沙土 黏土 ③工作压力及范围:选用工作压力小、范围大的滴头; ④流量压力关系:选用流态指数小的滴头 ⑤成本与价格 ⑥使用寿命
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滴头水流量与水压间的关系
qkhx
q——滴头流量 k——流量指数 h——工作水头,流动中水流的压力在水力学中用水头来表示 x——流态指数
微喷头
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微喷头孔径较滴灌灌水器大，比滴灌抗堵塞，供水快。
微喷适合于果树、花卉、部分露地蔬菜，各种土壤条件下都 适用。在设施环境中灌溉花卉、育苗效果较好。
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2、微喷头
作用：将管道内的连续水喷射到空中，形成小液滴， 洒落到空气中或地面上，在一定范围内补充土壤水 分。
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三、湿度对作物生长的影响
空气湿度是设施水分多少的反映:
水分不足:影响细胞分裂及伸长,影响产量品质。 水分严重不足:蒸腾受阻,气孔关闭,光合下降。 湿度过大:茎叶徒长、影响花果;甚至导致病害多发。
种子发芽期:需要大量水分 幼苗生长期:土壤需要保持湿润
营养生长期:作物抗旱,但需水量大 生殖生长期:对空气、土壤湿度要求严格
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雾化效果
• 反映了微喷头喷洒水被粉碎的程度。
水滴直径:喷洒出的水珠大小,常用水滴平均直径 或中数直径表示。
雾化指标: d微喷头的工作压力和喷嘴直径的比值。
d
100H d
H:喷头的工作压力（kPa） d:喷嘴直径（mm）
• 雾化效果与成本间的关系。
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喷灌强度
（2）双行毛管平行布置: 用于滴灌较为高大的树木。
（3）单行毛管环状布置: 每棵成龄果树都围绕布置一条环
状灌水管。
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（二）微喷灌
微喷灌:通过管道系统将有压水送到田间,用微喷头或多孔管将灌溉
水喷洒出去的灌溉方式。
1、微喷灌系统
水源
自 首部枢纽: 动 水泵、过滤设备、施肥设 控 备、测控设备等 制 设 备 供水管网
②旋转式微喷头
结构
原理
支架 分流器
喷嘴
进水口
特点
优点:射程远,喷灌强度低,喷洒均匀度较高。
缺点:水滴尺寸大、雾化度低,分流器精密易磨
损,使用寿命短。
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③离心式微喷头
结构
喷嘴 离心室 进水口
原 理:利用离心力来喷洒的微喷头,主体是一个离心
室,水流从切线方向进入离心室,使水流绕垂直轴旋转,
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（1）滴 灌 带
• 定义
滴头与毛管制造成一整体,兼具配水和滴水功能的滴灌管称为滴灌 带是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水利用率可达 95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果,同时可以结合施肥,提高肥 效一倍以上。不足之处是滴头易结垢和堵塞,因此应对水源进行严格的 过滤处理。
1、滴灌水量分布 2、滴灌灌水器的种类及其性能特点 3、滴灌系统的设计
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1、滴灌水量分布
黏性土壤:形成浅而宽的湿润球;沙性土壤:形成窄而深的湿润球
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不同土壤条件下单滴头最大湿润直径
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2、滴灌灌水器的种类及其性能特点
1）滴灌带 2）内镶式滴头 3）管上式滴头 4）多出口滴头 5）管间式滴头 6）微管滴头 7）滴箭型滴头
管间式滴头:连接、安装在2段输水毛管之间,内有迷宫式涡流流道,滴水 孔为单出口狭缝。当出现堵塞时便于拆卸清洗。
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（6）微管滴头
• 把一种直径为0.8mm—1.5mm的塑料管插入毛管,水在 微管中流动消能,并以滴流状出流,主要形式有缠绕式和 直线散放式
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（7）滴箭型滴头
流态指数反映了灌水器流量与水管压力之间的关系。当采用非
压力补偿灌水器时,x=1。流量与工作水头成正比;当采用理想的压 力补偿灌水器时,x=0。说明灌水器流量不受水管压力影响。x取值 范围在0~1之间。
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4、滴头的布置
（1）单行毛管直线布置: 毛管沿作物行向布置,一行作物布
置一条毛管。适用于窄行密植作物和 幼树。
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（1）最小工作压力
是指水量分布能达到一定均匀度的最低压力,在此压力 下,水滴相对较大。
（2）额定工作压力
是指微喷头的最优运行压力,微喷头普遍采用的额定压 力为0.2MPa,有些折射式微喷头的额定压力为0.15 MPa。
（3）最大工作压力
是指在保持有效的水滴尺寸和湿润直径条件下的最大 压力,不同类型的微喷头,可以有不同的最大压力。
滴箭可以与压力补偿式接头相连,保证灌溉量不受水流压 力和安装位置的影响;滴箭还可以多头出水,多用于盆栽作物和 无土栽培。
消能方式有: ① 通过微管流道内壁的 阻力消能; ②依靠滴箭头部的迷宫 型流道消能。
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3、滴头的选择
• 滴头的选择直接影响灌水质量和工程成本 • 选择滴头时应考虑:
压力补偿型 可使滴头流量自动保持在一个变化幅度很小的范围 内,流量随压力变化不大;
非压力补偿型 流量随压力增大而增大。
常见的压力补偿型滴头有:
孔口滴头 纽扣管上式滴头
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压力补偿滴头
利用水流压力对滴头内 的弹性体的作用,使流道形状 改变或过水断面面积发生变 化。
即当压力减小时,增大过 水断面积;压力增大时,减小 过水断面积,从而使滴头出流 量自动保持稳定,同时还具有 自清洗功能。
第四章 设施水环境及调控
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第一节 设施水环境的特点
一、设施内部的湿度特点
1、高空气湿度:
出现原因:
表现: ①湿度90%左右; ②夜间湿度高,白 天湿度低; ③与天气、温度、
通风换气量、土
壤含水量、设施
大小、设施结构
等有关。
①封闭系统,室内外空气交换度低;
②室内外温差大,围护结构内表面 易结露; ③作物本身从土壤中吸水; ④室内易发生雾霭。
气阻力作用下,裂散成水滴的微喷头 。
特点
优点:水滴尺寸小,喷洒均匀度很高;喷洒效
果可调节。
缺点:射程小。
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微喷头的技术参数
①工作压力 ②流量 ③射程 ④雾化效果 ⑤喷灌强度 ⑥水量分布
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工作压力
微喷头的工作压力是指微喷头入口处的压力,由 于此处距喷嘴距离很短,实用中往往可以反映喷嘴 处的压力大小。微喷头可在一定的压力范围内工作 ,其工作压力上限、下限虽不能固定在某一具体数 值上,但也有较为明确的界定。
• 单位时间内微喷头喷洒在土壤表面上的水层厚度。
s
q r2
q:单个喷头的流量（L/h） r:喷头的射程（m）
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水量分布
• 水量分布取决于喷头的喷洒形状,也会受到 工作压力、风力等条件影响。
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3.微喷灌系统的设计
①设计耗水强度:每天作物生长需要消耗水层的深度。 设计时选择作物全生育期月平均耗水强度的最大值。 ②土壤湿润比:实际湿润土体占计划湿润总土体的百分比。 湿润比越大,灌溉效果越好,成本也越高。设计时,计算值应略大于
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额定压力是影响微喷头性能的一个关键参数,当额定
压力变化时,微喷头的射程和雾化度将发生变化。当微喷
头低于额定压力工作时,喷头雾化度较低,喷洒直径随压
力增加而增大;而当超过额定压力工作时,因雾化度增大,
水滴直径变小,受到的空气阻力增大,喷洒直径随压力增
大而降低。
额定压力
额定压力低,能量消耗 喷