浅谈滴灌系统中灌水器的选型

2014-07-25齐肖华

陕西水利 2014年2期

齐肖华

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司新疆石河子 832000）

1 滴灌及灌水器概述

滴灌是一项现代化节水灌溉技术，它适应性强，能适应各种作物及较复杂的地形，较常规的地面灌溉节水、节能、省肥、省工，且能提高作物产量和品质。滴灌在我国特别是在新疆地区已得到广泛应用，并取得了显著的经济、社会和生态效益。

滴灌是一种利用滴头、滴灌管（带）等设备，以滴水或细小水流的方式，湿润植物根区附近部分土壤的灌水方法。灌水器是滴灌系统的末级出流装置，包括滴头和滴灌带、滴灌管。灌水器是直接向作物施水的设备，是滴灌系统中最关键的部件，其作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定的分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。

滴灌是局部灌溉，仅湿润局部土壤，土壤湿润体的大小和形状决定作物的生长状况。而土壤湿润体不仅受灌水量的影响，也受滴头流量的影响。

目前，在滴灌设计中，对滴头流量的选择或设计尚无成熟的方法。一般情况下，选择滴头流量时，对于砂性土壤应选择流量大的滴头，对于黏性土壤应选择流量小的滴头。但在具体应用时，并没有什么标准。

2 灌水器的合理选择在滴灌系统设计中的重要性

滴灌系统中，滴头流量的选择关系到灌水的均匀性问题。目前，滴灌设计中，对于滴头流量的设计或选择随意性较大，大多是根据经验进行选择，这样往往无法使土壤设计湿润深度和湿润宽度同时得到满足。

滴头流量选择过大，田间出现径流；滴头流量太小，使土壤湿润带较窄，影响作物生长，造成作物生长高矮不齐；滴头间距太大，使湿润带上土壤水分分布不均，同一行作物波浪生长。因此，滴头流量的选择，直接影响着作物对水分的利用及土壤的湿润均匀性，是滴灌系统设计的基础。灌水器质量差，出水不均匀，也影响作物生长。灌水器是滴灌系统的关键部件，滴灌系统的效率取决于灌水器的选择和设计标准。

另外，灌水器的选择还关系到工程造价的问题。一个滴灌系统往往需要成千上万个灌水器，其价格对工程造价影响很大。因此，设计时，需要对多个厂家的产品进行对比，选择价格便宜且质量好的灌水器。好的灌水器应该出流量小、出水均匀、抗堵塞性能好、制造精度高、便于安装、坚固耐用、价格便宜。

3 滴头流量与土质的关系

在滴灌设计中，要求在设计灌水时间内，土壤湿润区宽度和深度同时达到设计值，为此，必须合理选择滴头流量，才能满足这一要求。

土壤垂直入渗量、土壤水分水平运移速率、地表积水及计划湿润层深度和宽度都是选择滴头流量时应考虑的因素，但是这些因素在滴头流量选择时所起的作用不同。根据某实验研究知，土壤黏性越大，田间持水量也越大，其湿润峰垂直运移速率就越小，相应的水平运移速率越大，土壤湿润区随滴头流量的增加而变得越宽浅。在相同时间内，砂壤土、中壤土、重壤土的湿润峰水平运移距离均随滴头流量的增大而增加，但重壤土和中壤土的湿润峰垂直运移距离却随滴头流量的增大而减少。

土壤质地对滴灌入渗的影响很大。对于砂土，选用较大流量的滴头，可增大水分的横向扩散范围。砂土一般湿润宽度较小，在不产生深层渗漏与地表径流的情况下，地表湿润直径为0.6m左右。对于黏性土，宜选用小流量的滴头，以避免形成地面径流。对重壤土和中壤土，滴头流量不大于3L/h，即可避免产生地面径流。

4 滴头流量与灌水延时的关系

选择滴头流量时，还要考虑滴灌系统运行管理是否方便。系统轮管组数及一次灌水时间与滴头流量的大小相关。

如某滴灌系统 Iα=Eα=5.5mm/d（Iα，设计供水强度）；C=20h（C，系统日运行时间）；η=0.9（η，灌溉水利用系数）；Se=0.3m（Se，滴头间距）；SL=0.9m（SL，毛管间距）；SW=0.55m（SW，湿润宽度）；γ=1.55g/cm3（γ，土壤容重），z=45cm（z，计划湿润层深度）；p=SW/SL=0.55/0.9=0.61（p，湿润比）；θmax=90%β田，θmin=65%β田（θmax、θmin，适宜土壤含水率上、下限）；β田=24%（β田，田间持水量）。

根据以上参数，计算该滴灌系统灌溉制度：

（1）最大净灌水定额

（2）设计灌水周期 T≤mmax/Iα=25.53/5.5=4.64，取 T=4.5d

（3）设计毛灌水定额 m'=TIα/η=4.5×5.5/0.9=27.5mm

（5）轮灌组数N≤C.T/t

当一次灌水延续时间t=2.5h时，N=20×4.5/2.5=36个；

当一次灌水延续时间t=5.0h时，N=20×4.5/5.0=18个。

根据上面计算可以看出，当其它参数不变，选择滴头流量qd=3.0L/h时，系统一次灌水延续时间为2.5h，轮灌组数为36个，灌水周期为4.5d。即在4.5d的灌水周期内，每隔2.5h要开关一次阀门，将36个轮灌组按顺序轮灌完。当选择滴头流量qd=1.5L/h时，系统一次灌水延续时间为5h，轮灌组数为18个，灌水周期为4.5d。即在4.5d的灌水周期内，每隔5h开关一次阀门，将18个轮灌组按顺序轮灌完。

由以上结果可以看出，一次灌水延续时间与滴头流量成反比，即滴头流量大一倍，其灌水时间缩短1倍。如果滴头流量较小，则一次灌水延续时间较长，系统轮灌组数较少，系统运行较方便。如果滴头流量较大，则一次灌水延续时间较短，系统轮灌组数较多，需要频繁启闭阀门，操作繁杂，系统运行不便。

因此，滴灌系统设计时，应选择适宜的滴头流量，使得一次灌水延续时间尽量长。滴头设计流量（每米滴头流量）值在满足作物峰值用水期、生长特点要求及地表面不产生径流的条件下，轮灌组一次灌水时间延续20h，滴灌管管径相对大的铺设长度大，系统管理最方便，并且有利于自动化控制。

5 灌水器的选型应考虑的其它因素

灌水器的选型还受多种因素的制约和影响，下面列举一些主要因素：

5.1 作物种类和种植模式

不同作物对灌水的要求不同，相同作物不同的种植模式对灌水的要求也不同。例如条播作物，要求湿润区为带状，湿润比大。而对于株、行距较大的果树，需要绕树湿润土壤。

5.2 工作压力及范围

每种滴头都有其适宜的工作压力和范围，工作压力大的滴头，适应地形能力强，但能耗也大。因此，设计滴灌系统时，应因地制宜的选择适宜的工作压力。

5.3 灌水器压力和流量的关系

压力水头和流量变化之间的关系是灌水器的一个最重要的特征值。灌水器流量对压力变化的敏感程度直接影响着灌水的均匀性和水的利用率，选用流态指数小的灌水器，对提高灌水均匀度有利。

5.4 灌水器的制造精度

灌溉的均匀度与灌水器的制造精度关系密切。实际上要制造出两个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变化也不容忽视，应该选用制造偏差系数小的滴头。

5.5 对堵塞的敏感性

灌水器流道大约在0.01～0.1in之间，这样小的流道使得灌水器易于堵塞，因此，需要对各种灌溉水源进行仔细过滤。抗堵塞能力差的滴头，要求高精度的过滤系统，这就可能增大系统的工程造价。灌水器的流道或出水孔的断面越大，越不易堵塞。但过水断面过大，又逢小的出流量，则流速过低，易使细粒径杂质沉淀，造成局部堵塞。因此，设计时，应综合考虑灌水器对堵塞的敏感性。