噴灌試驗(yàn)的主要內(nèi)容與方法

戰(zhàn)冬梅，禇育剛

(1.五常市民樂灌區(qū)管理站，黑龍江 五常 150200;2.寧安市渤海灌區(qū)中心水利站，黑龍江 寧安 157431)

噴灌始于19世紀(jì)末，1920年以前僅限于蔬菜、苗圃和果樹，20世紀(jì)40年代后才開始于大田灌溉。至20世紀(jì)中期后快速發(fā)展，已普及國內(nèi)外。而噴灌的不斷發(fā)展始終是依靠研究設(shè)計(jì)單位和使用單位的大量試驗(yàn)加以完善改進(jìn)的。

噴灌試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括:噴灌機(jī)機(jī)械試驗(yàn)、噴頭水力試驗(yàn)及噴灌田間試驗(yàn)三部分，本文概述頭兩個(gè)部分。

1 噴灌機(jī)械試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是了解噴灌機(jī)的機(jī)械性能，主要指機(jī)具工作的可靠性及耐久性。

一般通過實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)來檢查機(jī)組配套安裝的質(zhì)量，試驗(yàn)時(shí)要全面觀察機(jī)組工作情況，如動力機(jī)及水泵工作是否正常，傳動是否可靠，各部件安裝聯(lián)結(jié)是否牢固，機(jī)組停放、移動是否穩(wěn)定靈活等，并記錄整機(jī)的耗油(電)量，動力機(jī)及水泵轉(zhuǎn)速，噴頭工作壓力等。

噴頭多按結(jié)構(gòu)要求確定零件尺寸，因此通常都不進(jìn)行專門的機(jī)械力學(xué)試驗(yàn)，只通過實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況來檢查噴頭的機(jī)械性能，但在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)前必須嚴(yán)格檢查控制零件的加工及裝配質(zhì)量。

2 噴頭水力性能試驗(yàn)

噴頭水力性能試驗(yàn)的目的是測量噴灌均勻度，噴灌強(qiáng)度和雨滴打擊強(qiáng)度等水力性能及其影響因素，以評價(jià)噴頭的水力性能。

噴頭的水力性能試驗(yàn)應(yīng)在可以調(diào)節(jié)壓力，并供水充足的供水系統(tǒng)上進(jìn)行，試驗(yàn)前，對供試噴頭及測量儀表均應(yīng)調(diào)整合適，各連接部位不得有明顯的泄漏。

2.1 工作壓力

進(jìn)行噴頭水力性能試驗(yàn)，首先必須控制工作壓力，所謂噴頭的工作壓力，是指水進(jìn)入噴頭前的水壓力，單位以kg/cm2(力)計(jì)，可用壓力表測定。

壓力表的規(guī)格要合適，其最大量測范圍應(yīng)是待測壓力的兩倍(待測壓力應(yīng)在壓力表量程1/3—2/3范圍內(nèi))。鑒定性測試應(yīng)選用0.35級精度的壓力表。

測壓孔應(yīng)在離噴頭進(jìn)口20 cm處，測壓孔與管的內(nèi)壁應(yīng)成直角，孔的邊緣不得有毛刺，測壓孔與壓力表用軟管連接，壓力表的安置高度應(yīng)與測壓孔等高，壓力表前應(yīng)裝有三通旋塞，以便在讀數(shù)之前打開旋塞把壓力表內(nèi)之空氣排出。調(diào)壓閥門一般不應(yīng)安裝在豎管上，以保證水流平順地進(jìn)入噴頭，減少測壓誤差。

2.2 噴水量

噴頭的噴水量是指噴頭在單位時(shí)間內(nèi)噴灑出來的水量，通常以m3/h計(jì)，目前測定噴水量的方法很多，概括起來可分兩大類。

一是測定噴頭實(shí)際噴出的水量W，同時(shí)記錄相應(yīng)的因時(shí)t，由此求得噴頭的噴水量

噴頭噴出的水量可用體積法測量，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)用1/10秒表記時(shí)，并重復(fù)多次測定，取噴水量的自述平均值以保證足夠的精度。

體積法雖然試驗(yàn)操作的比較煩鎖，但去具有較高的精度，尤其適于單噴嘴、小噴水量的噴頭采用。

另一種途徑是，測量進(jìn)入噴頭的流量，作為噴頭的噴水量。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，流經(jīng)噴頭的水量損失趨近于零，進(jìn)入噴頭的流量與噴頭噴出的流量相等，為此，常在噴頭前的管道上安裝流量計(jì)進(jìn)行測量。

壓力管道上的流量計(jì)有很多型式。常有物有孔板流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)及文吐里流量計(jì)等，這類流量計(jì)都是在管道內(nèi)造成過水?dāng)嗝娴木植渴湛s，使水充在兩個(gè)斷面之間出現(xiàn)壓力差，ωc小于孔口的面積ω。在此斷面水流具有最大的流速。由于流速增大，水流的單位動能增加，相應(yīng)地使得單位勢能減小，也就是說，C—C斷面的壓力低于1—1斷面的壓力，測得1—1斷面和C—C斷面之間的壓力差ΔZ，即可推得流量:

式中:C稱為流量計(jì)的流量系數(shù)。一般用體積法或三角堰精確測定流量，同時(shí)測量二斷面的壓力差來確定。

壓力差一般可用水銀示差壓力計(jì)來測量，但在試驗(yàn)時(shí)切忌突然猛開閥門，以免水銀被高速水流帶走，有條件時(shí)最好能采用無汞儀表，因?yàn)檫@種儀不僅具有精度高、量測范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，而且還為電測、遙測等自動化量測創(chuàng)造了條件。

移動式噴灌機(jī)自明渠取水時(shí)，還可利用量水堰測定流量，在噴灌機(jī)取水位置的上、下游渠道上各設(shè)一個(gè)量水堰，待噴灌機(jī)正常工作后觀測堰前水位，由堰的水位—流量關(guān)系推得相應(yīng)的流量，噴水量即為上、下游流量之差。

在無合適的測流裝置時(shí)，可以根據(jù)廠家提供的水泵特性曲線估算噴水量，為此，必須用壓力表和測速表分別測出水泵的工作壓力和水泵轉(zhuǎn)速。

2.3 水量分布圖形

優(yōu)化設(shè)計(jì)水量分布圖形是取得噴灌效果的重要途徑。

為了要測繪水量分布圖要在噴頭的噴灑范圍內(nèi)布置一定數(shù)量的量雨筒，記錄試驗(yàn)的起訖時(shí)間及筒內(nèi)承接的水量，即可描繪水量分布圖。

量雨筒的形狀、大小規(guī)格應(yīng)力求一致，尤其是上部開敞口，要求大小適中，面積最好為整數(shù)，周邊應(yīng)呈刀刃型，考慮到試驗(yàn)時(shí)搬運(yùn)方便，理想的量雨筒應(yīng)為開敞口直徑16 cm，高度為15～20 cm以上的圓截錐形金屬器皿，試驗(yàn)場地的地形要求平坦、開闊、無高大的障礙物，地表植被要求均一、最好是低矮的草地、以減少筒內(nèi)外水滴交錯飛濺，若為高稈作物之類，則應(yīng)將量雨筒放在樁頂上，以免枝葉攔截阻擋。

因?yàn)轱L(fēng)對噴灌水量分布情況的干擾較大。因此，測繪水量分布圖應(yīng)選擇無風(fēng)的天氣進(jìn)行，每次試驗(yàn)均應(yīng)記錄風(fēng)速和風(fēng)向，風(fēng)速可用手持風(fēng)速儀測定。經(jīng)驗(yàn)證明，離地面2 m高處的風(fēng)速接近3 m/s時(shí)，就不宜進(jìn)行試驗(yàn)，通常要求風(fēng)速不超過1 m/s，當(dāng)然如果要了解風(fēng)對噴灌效果的影響，試驗(yàn)則不受此限制。

單噴頭水量分布圖形的測試范圍，應(yīng)為噴頭正常工作情況下的控制范圍，為減少試驗(yàn)工作量，考慮到無風(fēng)時(shí)噴灑圖形的對稱性，允許只在半圓范圍內(nèi)布設(shè)雨量筒，扇形噴灌的噴頭，試驗(yàn)時(shí)必須準(zhǔn)確調(diào)整并記錄扇形角，并使正、反轉(zhuǎn)次數(shù)相等，為減少水流脈動的影響，必須待水壓穩(wěn)定后才能開始試驗(yàn)、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不得少于20 min，記時(shí)最好用秒表。并用標(biāo)準(zhǔn)量筒記錄各個(gè)量雨筒內(nèi)所承接的水量。按下式求得量雨筒所在點(diǎn)的實(shí)際噴灌強(qiáng)度:

式中:W為量雨筒承接的水量，m3;t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，min;ω為量雨筒上部開敞口面積，cm3。

根據(jù)各測點(diǎn)的實(shí)際噴灌強(qiáng)度，可以按勾繪地形圖上等高線的方法，把噴灌強(qiáng)度相等的點(diǎn)連成一條條封閉的曲線，這就是噴頭的水量分布圖或稱等水量圖。

2.4 射程試驗(yàn)

噴頭的噴灑濕潤范圍，常以噴灑半徑，即射程來表示。所謂射程，即噴頭在正常工作狀態(tài)下，噴灌強(qiáng)度等于平均噴灌強(qiáng)度5%的那一點(diǎn)至噴頭的距離。

初估噴頭的射程，比較簡單，只要在噴灑半徑方向設(shè)立一些距離標(biāo)志，如以噴頭所在位置為起點(diǎn)，埋設(shè)里程術(shù)士等，即可觀察，估計(jì)出噴頭的射程，但由于風(fēng)及水流脈動的影響，準(zhǔn)確測量射程往往不易實(shí)現(xiàn)，因而除沿徑向布置一排量雨筒專門進(jìn)行射遠(yuǎn)試驗(yàn)外，噴頭的射程常在噴頭水量分布圖測試中確定。

2.5 水滴打擊強(qiáng)度

水滴打擊強(qiáng)度為單位面積內(nèi)，水滴對土壤或作物的打擊動能，它與水滴的質(zhì)量、降落速度和密度有關(guān)，當(dāng)前一般用水滴直徑來衡量。

測量水滴直徑的途徑很多，但是還沒有一種切實(shí)可行的方法。

在國外，普遍采用的是濾紙法和面粉法，其余如根據(jù)水在粘性液體中降低的速度、水滴對光的吸收、噴灌時(shí)形成虹的亮度和顏色，以及凍結(jié)法、閃光照相，這些方法既要求有復(fù)雜的設(shè)備，研究得也很不充分，而且多數(shù)只適于測量很細(xì)小的水滴。

國內(nèi)目前普遍采用濾紙法測量水滴直徑。

3 噴灌田間試驗(yàn)

因其篇幅過長，本文略。

[1] 武漢水利電力學(xué)院.噴灌技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社，1979.