喷灌试验的主要内容与方法

战冬梅，禇育刚

(1.五常市民乐灌区管理站，黑龙江 五常 150200;2.宁安市渤海灌区中心水利站，黑龙江 宁安 157431)

喷灌始于19世纪末，1920年以前仅限于蔬菜、苗圃和果树，20世纪40年代后才开始于大田灌溉。至20世纪中期后快速发展，已普及国内外。而喷灌的不断发展始终是依靠研究设计单位和使用单位的大量试验加以完善改进的。

喷灌试验的主要内容包括:喷灌机机械试验、喷头水力试验及喷灌田间试验三部分，本文概述头两个部分。

1 喷灌机械试验

试验的目的是了解喷灌机的机械性能，主要指机具工作的可靠性及耐久性。

一般通过实际运转来检查机组配套安装的质量，试验时要全面观察机组工作情况，如动力机及水泵工作是否正常，传动是否可靠，各部件安装联结是否牢固，机组停放、移动是否稳定灵活等，并记录整机的耗油(电)量，动力机及水泵转速，喷头工作压力等。

喷头多按结构要求确定零件尺寸，因此通常都不进行专门的机械力学试验，只通过实际运转情况来检查喷头的机械性能，但在进行实际运转试验前必须严格检查控制零件的加工及装配质量。

2 喷头水力性能试验

喷头水力性能试验的目的是测量喷灌均匀度，喷灌强度和雨滴打击强度等水力性能及其影响因素，以评价喷头的水力性能。

喷头的水力性能试验应在可以调节压力，并供水充足的供水系统上进行，试验前，对供试喷头及测量仪表均应调整合适，各连接部位不得有明显的泄漏。

2.1 工作压力

进行喷头水力性能试验，首先必须控制工作压力，所谓喷头的工作压力，是指水进入喷头前的水压力，单位以kg/cm2(力)计，可用压力表测定。

压力表的规格要合适，其最大量测范围应是待测压力的两倍(待测压力应在压力表量程1/3—2/3范围内)。鉴定性测试应选用0.35级精度的压力表。

测压孔应在离喷头进口20 cm处，测压孔与管的内壁应成直角，孔的边缘不得有毛刺，测压孔与压力表用软管连接，压力表的安置高度应与测压孔等高，压力表前应装有三通旋塞，以便在读数之前打开旋塞把压力表内之空气排出。调压阀门一般不应安装在竖管上，以保证水流平顺地进入喷头，减少测压误差。

2.2 喷水量

喷头的喷水量是指喷头在单位时间内喷洒出来的水量，通常以m3/h计，目前测定喷水量的方法很多，概括起来可分两大类。

一是测定喷头实际喷出的水量W，同时记录相应的因时t，由此求得喷头的喷水量

喷头喷出的水量可用体积法测量，试验时应用1/10秒表记时，并重复多次测定，取喷水量的自述平均值以保证足够的精度。

体积法虽然试验操作的比较烦锁，但去具有较高的精度，尤其适于单喷嘴、小喷水量的喷头采用。

另一种途径是，测量进入喷头的流量，作为喷头的喷水量。因为在正常情况下，流经喷头的水量损失趋近于零，进入喷头的流量与喷头喷出的流量相等，为此，常在喷头前的管道上安装流量计进行测量。

压力管道上的流量计有很多型式。常有物有孔板流量计、喷嘴流量计及文吐里流量计等，这类流量计都是在管道内造成过水断面的局部收缩，使水充在两个断面之间出现压力差，ωc小于孔口的面积ω。在此断面水流具有最大的流速。由于流速增大，水流的单位动能增加，相应地使得单位势能减小，也就是说，C—C断面的压力低于1—1断面的压力，测得1—1断面和C—C断面之间的压力差ΔZ，即可推得流量:

式中:C称为流量计的流量系数。一般用体积法或三角堰精确测定流量，同时测量二断面的压力差来确定。

压力差一般可用水银示差压力计来测量，但在试验时切忌突然猛开阀门，以免水银被高速水流带走，有条件时最好能采用无汞仪表，因为这种仪不仅具有精度高、量测范围宽等优点，而且还为电测、遥测等自动化量测创造了条件。

移动式喷灌机自明渠取水时，还可利用量水堰测定流量，在喷灌机取水位置的上、下游渠道上各设一个量水堰，待喷灌机正常工作后观测堰前水位，由堰的水位—流量关系推得相应的流量，喷水量即为上、下游流量之差。

在无合适的测流装置时，可以根据厂家提供的水泵特性曲线估算喷水量，为此，必须用压力表和测速表分别测出水泵的工作压力和水泵转速。

2.3 水量分布图形

优化设计水量分布图形是取得喷灌效果的重要途径。

为了要测绘水量分布图要在喷头的喷洒范围内布置一定数量的量雨筒，记录试验的起讫时间及筒内承接的水量，即可描绘水量分布图。

量雨筒的形状、大小规格应力求一致，尤其是上部开敞口，要求大小适中，面积最好为整数，周边应呈刀刃型，考虑到试验时搬运方便，理想的量雨筒应为开敞口直径16 cm，高度为15～20 cm以上的圆截锥形金属器皿，试验场地的地形要求平坦、开阔、无高大的障碍物，地表植被要求均一、最好是低矮的草地、以减少筒内外水滴交错飞溅，若为高秆作物之类，则应将量雨筒放在桩顶上，以免枝叶拦截阻挡。

因为风对喷灌水量分布情况的干扰较大。因此，测绘水量分布图应选择无风的天气进行，每次试验均应记录风速和风向，风速可用手持风速仪测定。经验证明，离地面2 m高处的风速接近3 m/s时，就不宜进行试验，通常要求风速不超过1 m/s，当然如果要了解风对喷灌效果的影响，试验则不受此限制。

单喷头水量分布图形的测试范围，应为喷头正常工作情况下的控制范围，为减少试验工作量，考虑到无风时喷洒图形的对称性，允许只在半圆范围内布设雨量筒，扇形喷灌的喷头，试验时必须准确调整并记录扇形角，并使正、反转次数相等，为减少水流脉动的影响，必须待水压稳定后才能开始试验、试验持续时间不得少于20 min，记时最好用秒表。并用标准量筒记录各个量雨筒内所承接的水量。按下式求得量雨筒所在点的实际喷灌强度:

式中:W为量雨筒承接的水量，m3;t为试验持续时间，min;ω为量雨筒上部开敞口面积，cm3。

根据各测点的实际喷灌强度，可以按勾绘地形图上等高线的方法，把喷灌强度相等的点连成一条条封闭的曲线，这就是喷头的水量分布图或称等水量图。

2.4 射程试验

喷头的喷洒湿润范围，常以喷洒半径，即射程来表示。所谓射程，即喷头在正常工作状态下，喷灌强度等于平均喷灌强度5%的那一点至喷头的距离。

初估喷头的射程，比较简单，只要在喷洒半径方向设立一些距离标志，如以喷头所在位置为起点，埋设里程术士等，即可观察，估计出喷头的射程，但由于风及水流脉动的影响，准确测量射程往往不易实现，因而除沿径向布置一排量雨筒专门进行射远试验外，喷头的射程常在喷头水量分布图测试中确定。

2.5 水滴打击强度

水滴打击强度为单位面积内，水滴对土壤或作物的打击动能，它与水滴的质量、降落速度和密度有关，当前一般用水滴直径来衡量。

测量水滴直径的途径很多，但是还没有一种切实可行的方法。

在国外，普遍采用的是滤纸法和面粉法，其余如根据水在粘性液体中降低的速度、水滴对光的吸收、喷灌时形成虹的亮度和颜色，以及冻结法、闪光照相，这些方法既要求有复杂的设备，研究得也很不充分，而且多数只适于测量很细小的水滴。

国内目前普遍采用滤纸法测量水滴直径。

3 喷灌田间试验

因其篇幅过长，本文略。

[1] 武汉水利电力学院.喷灌技术[M].北京:科学出版社，1979.