淺談滴灌系統(tǒng)中灌水器的選型

齊肖華

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆 石河子 832000）

1 滴灌及灌水器概述

滴灌是一項(xiàng)現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)，它適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)各種作物及較復(fù)雜的地形，較常規(guī)的地面灌溉節(jié)水、節(jié)能、省肥、省工，且能提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。滴灌在我國特別是在新疆地區(qū)已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

滴灌是一種利用滴頭、滴灌管（帶）等設(shè)備，以滴水或細(xì)小水流的方式，濕潤植物根區(qū)附近部分土壤的灌水方法。灌水器是滴灌系統(tǒng)的末級(jí)出流裝置，包括滴頭和滴灌帶、滴灌管。灌水器是直接向作物施水的設(shè)備，是滴灌系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，其作用是把末級(jí)管道中的壓力水流均勻而穩(wěn)定的分配到田間土壤，滿足作物對(duì)水分的需要，還可隨水施肥施藥。

滴灌是局部灌溉，僅濕潤局部土壤，土壤濕潤體的大小和形狀決定作物的生長狀況。而土壤濕潤體不僅受灌水量的影響，也受滴頭流量的影響。

目前，在滴灌設(shè)計(jì)中，對(duì)滴頭流量的選擇或設(shè)計(jì)尚無成熟的方法。一般情況下，選擇滴頭流量時(shí)，對(duì)于砂性土壤應(yīng)選擇流量大的滴頭，對(duì)于黏性土壤應(yīng)選擇流量小的滴頭。但在具體應(yīng)用時(shí)，并沒有什么標(biāo)準(zhǔn)。

2 灌水器的合理選擇在滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性

滴灌系統(tǒng)中，滴頭流量的選擇關(guān)系到灌水的均勻性問題。目前，滴灌設(shè)計(jì)中，對(duì)于滴頭流量的設(shè)計(jì)或選擇隨意性較大，大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，這樣往往無法使土壤設(shè)計(jì)濕潤深度和濕潤寬度同時(shí)得到滿足。

滴頭流量選擇過大，田間出現(xiàn)徑流；滴頭流量太小，使土壤濕潤帶較窄，影響作物生長，造成作物生長高矮不齊；滴頭間距太大，使?jié)駶檸贤寥浪址植疾痪?，同一行作物波浪生長。因此，滴頭流量的選擇，直接影響著作物對(duì)水分的利用及土壤的濕潤均勻性，是滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。灌水器質(zhì)量差，出水不均勻，也影響作物生長。灌水器是滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，滴灌系統(tǒng)的效率取決于灌水器的選擇和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

另外，灌水器的選擇還關(guān)系到工程造價(jià)的問題。一個(gè)滴灌系統(tǒng)往往需要成千上萬個(gè)灌水器，其價(jià)格對(duì)工程造價(jià)影響很大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)多個(gè)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，選擇價(jià)格便宜且質(zhì)量好的灌水器。好的灌水器應(yīng)該出流量小、出水均勻、抗堵塞性能好、制造精度高、便于安裝、堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜。

3 滴頭流量與土質(zhì)的關(guān)系

在滴灌設(shè)計(jì)中，要求在設(shè)計(jì)灌水時(shí)間內(nèi)，土壤濕潤區(qū)寬度和深度同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值，為此，必須合理選擇滴頭流量，才能滿足這一要求。

土壤垂直入滲量、土壤水分水平運(yùn)移速率、地表積水及計(jì)劃濕潤層深度和寬度都是選擇滴頭流量時(shí)應(yīng)考慮的因素，但是這些因素在滴頭流量選擇時(shí)所起的作用不同。根據(jù)某實(shí)驗(yàn)研究知，土壤黏性越大，田間持水量也越大，其濕潤峰垂直運(yùn)移速率就越小，相應(yīng)的水平運(yùn)移速率越大，土壤濕潤區(qū)隨滴頭流量的增加而變得越寬淺。在相同時(shí)間內(nèi)，砂壤土、中壤土、重壤土的濕潤峰水平運(yùn)移距離均隨滴頭流量的增大而增加，但重壤土和中壤土的濕潤峰垂直運(yùn)移距離卻隨滴頭流量的增大而減少。

土壤質(zhì)地對(duì)滴灌入滲的影響很大。對(duì)于砂土，選用較大流量的滴頭，可增大水分的橫向擴(kuò)散范圍。砂土一般濕潤寬度較小，在不產(chǎn)生深層滲漏與地表徑流的情況下，地表濕潤直徑為0.6m左右。對(duì)于黏性土，宜選用小流量的滴頭，以避免形成地面徑流。對(duì)重壤土和中壤土，滴頭流量不大于3L/h，即可避免產(chǎn)生地面徑流。

4 滴頭流量與灌水延時(shí)的關(guān)系

選擇滴頭流量時(shí)，還要考慮滴灌系統(tǒng)運(yùn)行管理是否方便。系統(tǒng)輪管組數(shù)及一次灌水時(shí)間與滴頭流量的大小相關(guān)。

如某滴灌系統(tǒng) Iα=Eα=5.5mm/d（Iα，設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度）；C=20h（C，系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間）；η=0.9（η，灌溉水利用系數(shù)）；Se=0.3m（Se，滴頭間距）；SL=0.9m（SL，毛管間距）；SW=0.55m（SW，濕潤寬度）；γ=1.55g/cm3（γ，土壤容重），z=45cm（z，計(jì)劃濕潤層深度）；p=SW/SL=0.55/0.9=0.61（p， 濕 潤 比 ）；θmax=90%β田，θmin=65%β田（θmax、θmin，適宜土壤含水率上、下限）；β田=24%（β田，田間持水量）。

根據(jù)以上參數(shù)，計(jì)算該滴灌系統(tǒng)灌溉制度：

（1）最大凈灌水定額

（2） 設(shè)計(jì)灌水周期 T≤mmax/Iα=25.53/5.5=4.64，取 T=4.5d

（3） 設(shè)計(jì)毛灌水定額 m'=TIα/η=4.5×5.5/0.9=27.5mm

（5）輪灌組數(shù)N≤C.T/t

當(dāng)一次灌水延續(xù)時(shí)間t=2.5h時(shí)，N=20×4.5/2.5=36個(gè)；

當(dāng)一次灌水延續(xù)時(shí)間t=5.0h時(shí)，N=20×4.5/5.0=18個(gè)。

根據(jù)上面計(jì)算可以看出，當(dāng)其它參數(shù)不變，選擇滴頭流量qd=3.0L/h時(shí)，系統(tǒng)一次灌水延續(xù)時(shí)間為2.5h，輪灌組數(shù)為36個(gè)，灌水周期為4.5d。即在4.5d的灌水周期內(nèi)，每隔2.5h要開關(guān)一次閥門，將36個(gè)輪灌組按順序輪灌完。當(dāng)選擇滴頭流量qd=1.5L/h時(shí)，系統(tǒng)一次灌水延續(xù)時(shí)間為5h，輪灌組數(shù)為18個(gè)，灌水周期為4.5d。即在4.5d的灌水周期內(nèi)，每隔5h開關(guān)一次閥門，將18個(gè)輪灌組按順序輪灌完。

由以上結(jié)果可以看出，一次灌水延續(xù)時(shí)間與滴頭流量成反比，即滴頭流量大一倍，其灌水時(shí)間縮短1倍。如果滴頭流量較小，則一次灌水延續(xù)時(shí)間較長，系統(tǒng)輪灌組數(shù)較少，系統(tǒng)運(yùn)行較方便。如果滴頭流量較大，則一次灌水延續(xù)時(shí)間較短，系統(tǒng)輪灌組數(shù)較多，需要頻繁啟閉閥門，操作繁雜，系統(tǒng)運(yùn)行不便。

因此，滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇適宜的滴頭流量，使得一次灌水延續(xù)時(shí)間盡量長。滴頭設(shè)計(jì)流量（每米滴頭流量）值在滿足作物峰值用水期、生長特點(diǎn)要求及地表面不產(chǎn)生徑流的條件下，輪灌組一次灌水時(shí)間延續(xù)20h，滴灌管管徑相對(duì)大的鋪設(shè)長度大，系統(tǒng)管理最方便，并且有利于自動(dòng)化控制。

5 灌水器的選型應(yīng)考慮的其它因素

灌水器的選型還受多種因素的制約和影響，下面列舉一些主要因素：

5.1 作物種類和種植模式

不同作物對(duì)灌水的要求不同，相同作物不同的種植模式對(duì)灌水的要求也不同。例如條播作物，要求濕潤區(qū)為帶狀，濕潤比大。而對(duì)于株、行距較大的果樹，需要繞樹濕潤土壤。

5.2 工作壓力及范圍

每種滴頭都有其適宜的工作壓力和范圍，工作壓力大的滴頭，適應(yīng)地形能力強(qiáng)，但能耗也大。因此，設(shè)計(jì)滴灌系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)因地制宜的選擇適宜的工作壓力。

5.3 灌水器壓力和流量的關(guān)系

壓力水頭和流量變化之間的關(guān)系是灌水器的一個(gè)最重要的特征值。灌水器流量對(duì)壓力變化的敏感程度直接影響著灌水的均勻性和水的利用率，選用流態(tài)指數(shù)小的灌水器，對(duì)提高灌水均勻度有利。

5.4 灌水器的制造精度

灌溉的均勻度與灌水器的制造精度關(guān)系密切。實(shí)際上要制造出兩個(gè)完全相同的灌水器是不可能的，灌水器的制造偏差引起的流量變化也不容忽視，應(yīng)該選用制造偏差系數(shù)小的滴頭。

5.5 對(duì)堵塞的敏感性

灌水器流道大約在0.01～0.1in之間，這樣小的流道使得灌水器易于堵塞，因此，需要對(duì)各種灌溉水源進(jìn)行仔細(xì)過濾。抗堵塞能力差的滴頭，要求高精度的過濾系統(tǒng)，這就可能增大系統(tǒng)的工程造價(jià)。灌水器的流道或出水孔的斷面越大，越不易堵塞。但過水?dāng)嗝孢^大，又逢小的出流量，則流速過低，易使細(xì)粒徑雜質(zhì)沉淀，造成局部堵塞。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮灌水器對(duì)堵塞的敏感性。

5.6 對(duì)溫度變化的敏感性

灌水器流量對(duì)水溫的敏感程度取決于兩個(gè)因素：灌水器的流態(tài)，層流型灌水器的流量隨水溫的變化而變化，而紊流型灌水器的流量受水溫的影響小。因此，在溫度變化大的地區(qū)，宜選用紊流型灌水器。

5.7 成本與價(jià)格

滴灌系統(tǒng)中灌水器的用量較大，其價(jià)格的高低對(duì)工程投資的影響很大。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇質(zhì)量好且價(jià)格便宜的灌水器。

6 結(jié)語

灌水器的選型決定著滴灌系統(tǒng)的效率。選擇灌水器需要主觀推斷與客觀情況相結(jié)合。目前，灌水器的種類很多，性能不一，選擇是否合理，直接影響著工程的投資和灌水的質(zhì)量。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，通過對(duì)各種因素的分析、計(jì)算，并且借鑒一些灌溉均勻、運(yùn)行良好的滴灌系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，來選擇合適的灌水器。陜西水利

[1]顧列烽.滴灌工程設(shè)計(jì)圖籍[M].中國水利水電出版社.

[2]李明思,康紹忠,孫海燕.點(diǎn)源滴灌滴頭流量與濕潤體關(guān)系研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)[J],2006年4月.