节水灌溉（微灌）系统设计与设备、材料选择

2014-03-28万勇

长江蔬菜 2014年19期

万勇

一个完整的灌溉系统，从灌溉受水点到水源，一般由灌水器、各级输水管道和管件，各种控制和量测设备，过滤器、施肥（施药）装置和水泵电机、电器控制装置、水源等配套组成。概括起来系统可划分为首部枢纽、输水管网、灌水器三大部分。现在使用的各种微灌方式，最根本的区别就在于灌水器的不同，其系统组成基本是相同的。

1 灌溉系统首部枢纽

灌溉系统的首部枢纽由水泵机组、过滤设备、量测仪表、控制设备以及管道、阀门等组成。其作用是经加压、过滤、加肥等措施，将灌溉水处理成符合灌溉要求的水流，并通过管网送到灌水器进行灌溉。首部枢纽正确，合理的设计、选型和安装，对于灌溉系统长期、安全、正常使用有着十分重要的意义。

1.1 水泵机组

简单的灌溉系统一般采用直接启闭水泵来控制，由于投资较低，在生产实际中也有应用；但水泵直接供水系统对于给不是同时启动和关闭的多个灌溉系统供水时，由于管网的流量变化，会出现在不同的工作区水泵运行供水水压不稳定的情况。在这种情况下，就需要考虑应用稳压供水系统。常用的有无塔恒压压力罐稳压和变频恒压供水系统。

①无塔恒压压力罐稳压供水系统由气压水罐、水泵、压力传感系统、自动控制柜、管道、阀门等组成。该系统具有结构简单、安装使用方便，能实现自动控制等特点。

②变频恒压供水系统是一种先进的节能恒压供水系统，由水泵机组、压力传感系统、变频器、微机控制器及管网、阀门等组成。它可根据供水管网流量的变化，以设定的压力要求和其他程序自动调节水泵的运转速度、启动、停止，保证管网供水压力恒定，极大提高了灌溉制度变化的灵活性。

在小流量用水的情况下，变频恒压供水系统可与气压水罐联合使用，能避免小流量供水造成水泵低速长时间运行，减少能耗，延长设备使用寿命。变频恒压供水系统常常与多台水泵并联使用，在大流量用水的情况下起到调节作用。

1.2 过滤设备

堵塞是引起微灌系统故障的主要原因，正确的选择过滤设备非常关键。目前微灌系统中主要使用4种过滤器：颗粒过滤器、筛网过滤器、叠片式过滤器和旋流式水沙分离器（亦称离心式过滤器）。

①颗粒过滤器（包括沙石过滤器和其他介质过滤器）是使水通过有一定厚度的颗粒层来完成过滤的。这些颗粒可以是砂、砾石或其他粒状材料，过滤精度取决于颗粒的有效尺寸和通过过滤器的过滤速度。灌溉系统中常用到的是石英砂介质过滤器。砂过滤器是含有有机物和淤泥水质的最适宜的过滤类型，其特点是具有很高的去除污物的能力，但这种设备较贵，对管理的要求较高。

②筛网过滤器筛网过滤器基本上采用塑料或金属材料的筛网，当悬浮颗粒超过筛网网孔的尺寸后即被截留，当一定数量的污物积累在筛网后，应对筛网进行冲洗。其因结构简单、价格便宜有一定应用。

③叠片式过滤器主要过滤原件由一组压紧的带有微细流道的环状塑料片组成，清水由片间的细小流道通过，而污物被截留在叠片四周及片间。其特点是过流能力大、结构简单、维护方便、寿命长，适用于有机物含量高的水质条件。使用中也需要冲洗，冲洗时将压紧的叠片松开，将叠片之间滞留的污物彻底冲洗干净。大流量叠片式过滤器价格较贵，在系统流量较大时，可选择几个小流量叠片式过滤器并联使用，以降低成本。

④旋流式水沙分离器利用了旋流和离心原理，因此只有当被分离颗粒的比重高于水时才能有效使用。旋流式水沙分离器一般作为过滤系统的第一级处理设备，最适宜去除水中的泥沙和石屑。

1.3 施肥（施药）装置

利用微灌系统可迅速大面积完成施肥施药，均匀、省力、省时、安全、避免浪费。特别是对于采用地膜覆盖的作物，微灌是解决施肥困难的最佳途径。

向系统的压力管道内注入可溶性肥料或农药溶液的设备称为施肥（施药）装置。主要有泵注式、文丘里式、压差式、水驱动混合注入式等，其中水驱动混合注入式以控制精确、无附加动力等特点而逐步得到广泛运用，其缺点是压力损失大，价格较高。该类产品目前主要依靠进口。文丘里式施肥装置因结构简单、安装方便、价格便宜，尤其适合设施栽培中每个大棚种植不同作物、需同时施放不同肥料（药物）的种植模式，目前已得到大面积推广应用。

2 输水管网、管材及管件

系统输配水管网由各管道和管件按设计要求组合安装而成，起着向灌溉区输水和配水的作用。管道和管件在系统中用量大、规格多，其规格、质量直接关系到工程费用、工程质量和使用寿命。因此，设计和使用人员要了解各管道和管件的作用、种类、型号及性能，才能合理地设计、管理好灌溉系统。

2.1 管材和管件的基本要求

①能承受一定的压力输配水管网为压力管网，各级管道必须能承受设计工作压力，才能保证安全输水和配水。

②耐腐蚀抗老化性能好管道和管件在输配水过程中应能不发生或极少发生锈蚀、沉淀和微生物繁殖等，避免灌水器和系统产生堵塞现象。

③参数必须符合技术标准管径偏差与壁厚及偏差应在技术标准容许范围内，管道内壁要光滑平整以减少水头损失。

④价格适宜管道和管件在系统投资中所占比例较大，应选择既能满足系统要求，价格又便宜的管材与管件。

⑤施工安装简单各种管件间及管道与管件间的连接要简单、方便且在要求压力下密封不漏水。

2.2 管材的种类

微灌系统中一般采用塑料管，当塑料管及管件不能满足设计要求时，可采用其他材料的管道和管件，但要防止锈蚀堵塞灌水器和系统。过滤器后的管道最好全部采用塑料管。目前微灌系统中采用的塑料管有硬聚氯乙烯（UPVC）管和聚乙烯（PE）管。

①聚乙烯（PE）管分为高压低密度聚乙烯管和低压高密度聚乙烯管两种。前者为半软管，管壁较厚，对地形的适应性强；后者为硬管，管壁较薄，对地形的适应性没前者好。

高压聚乙烯管材具有抗冲击能力强、韧性好、耐低温性能强等特点，抗老化性能比聚氯乙烯管好，但耐高温性能差。该管材一般为黑色。高压聚乙烯管材规格标准有内径标准和外径标准两种，与它们配套的管接件也不同，设计选用时务必注意。

②硬聚氯乙烯（UPVC）管常用的一般为白色和灰色。按使用压力分为轻型和重型两类。常温下承受内水压不超过600 kPa时可使用轻型管材；每节管长一般为4～6 m。其虽具有良好的抗冲击和承压能力、刚性好，但耐高温性能差，在50℃以上时即会软化变形，所以在泵房首部配管时，尤其是采用变频控制系统中要求采用金属管制作，以防受热变形。