第3章滴灌系统及其设备.docx

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第3章滴灌系统及其设备

第3章滴灌系统及其设备

第1节滴灌系统的组成与分类

3.1.1滴灌系统的组成

典型的滴灌系统由水源工程、首部控制枢纽、输配水管网和灌水器4部分组成。

图3-1滴灌系统示意图

⑴水源工程

河流、湖泊、水库、塘堰、沟渠、井泉等，只要水质符合滴灌要求，均可作为滴灌的水源。

为了利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水、提水工程，以及相应的输配电工程；当以含泥沙量较多的河渠为水源时，还应修建沉沙池工程等。

这些通称为水源工程。

⑵首部控制枢纽

滴灌工程的首部通常由水泵及动力机、控制设备、施肥装置、水质净化装置、测量和保护设备等组成。

其作用是从水源抽水加压，施入肥料液，经过滤后按时按量送进管网。

采用水池供水的小型系统，可直接向迟中加施可溶性肥料省去施肥装置；如果直接取水于有压水源（水塔、压力给水管、高位水池等）则可省去水泵和动力机。

首部枢纽是全系统的控制调度中心。

图3-2典型滴灌系统首部布置图

⑶输配水管网

包括干管、支管、毛管，将各级管路连接为一个整体所需的管件和必要的控制、调节设备（如闸阀、减压阀、流量调节器、进排气阀等）。

根据滴灌系统所控制灌溉面积的规模，管网的等级划分也有所不同。

其作用是将压力水或肥料溶液输送并均匀地分配到灌水器。

⑷灌水器（滴头）

滴灌系统的关键部分。

其作用是使毛管中压力水流经过细小的流道或孔眼，造成能量损失，减小压力，变成水滴或微细流而均匀地分配于作物根区土壤。

一个滴灌系统工作的好坏，最终取决于灌水器施水性能的优劣。

因此，通常称灌水器为滴灌系统的心脏。

3.1.2滴灌系统的分类

滴灌是微灌中的一种最主要灌溉形式，目前分类方法比较杂乱，尚无一种公认的标准分类方法。

一般而言：

按毛管铺设位置可分为地上滴灌和地下滴灌，地上滴灌又可分为地表滴灌和悬挂式滴灌，地表滴灌又可分为无覆膜滴灌和膜下滴灌，地下滴灌可分为深层（耕层）滴灌和浅埋式滴灌；按使用作物对象可分为大田作物滴灌、果树滴灌、大棚滴灌、温室滴灌等；按水源可分为河水滴灌和井水滴灌；按压力源配套可分为加压滴灌和自压滴灌；按毛管类型可分为滴灌管滴灌、滴灌带滴灌；按灌水器工作特性可分为压力补偿式滴灌和非压力补偿式滴灌；按支毛管是否移动可分为固定式滴灌和移动式滴灌等等。

以下介绍几种主要滴灌系统：

⑴固定式和移动式滴灌系统

固定式滴灌系统系指首部枢纽、输配水管网、灌水器在整个灌溉季节位置固定不变的系统。

移动式滴灌系指滴灌系统中部分或全部设备在灌溉季节移动的系统，主要是毛管在灌溉季节按设计要求进行移动的系统。

实践证明移动式滴灌系统虽然节省了大量毛管和灌水器，从而降低了滴灌系统投资，但劳动强度太大；随着滴灌技术的进步和滴灌设备价格的降低，特别是滴灌管（带）价格的降低，移动式滴灌在集约化、规模化生产方面毫无兼职力，已逐渐被淘汰。

目前新疆99%以上的滴灌系统均为固定式滴灌系统。

⑵自压和加压滴灌系统

按滴灌系统获得压力的方式可分为自压滴灌系统和加压滴灌系统。

当水源位于高处时首先应考虑自压滴灌系统，因为它运行费用低节约能源。

自压滴灌系统和加压滴灌系统在设计理念上是完全不同的：

在设计自压滴灌系统时，应尽量利用自然水头所产生的压力以减小输配水管网管径降低系统造价；在设计加压滴灌系统时，管网造价和能量消耗所产生的运行费用必须同时考虑，从经济山讲，二者之和最低的系统才是最佳系统，特别是作物生育期降雨很少的纯灌溉农业区。

⑶地上和地下滴灌系统

地上滴灌系统系指毛管和灌水器铺设于地表以上的滴灌系统；地下滴灌系统系指毛管和灌水器铺设于地表以下的滴灌系统。

地上滴灌系统一般情况下干、支管均埋设于地下，而毛管和灌水器敷设于地表。

果树滴灌系统也有利用树干将毛管和灌水器挂在空中的，毛管离地面约40cm。

地下滴灌系统除首部枢纽外输配水管网以及灌水器全部埋设于地表以下。

真正意义上的地下滴灌系统是指毛管和灌水器埋设于耕作层以下多年使用的滴灌系统，它与地上滴灌系统有着本质的区别，影响灌水器出水量的因素十分复杂，堵塞几率增加，对毛管和灌水器有特殊要求，必需在毛管尾部增加冲洗用的排水系统。

浅埋式滴灌系指将毛管和灌水器埋设于地表以下3～5cm的滴灌系统，主要用于大田滴灌一次性毛管系统，目的是解决大田地表滴灌易遭受风害问题，效果很好。

它与地表滴灌没有本质区别，可完全按地表滴灌系统规划设计方法进行设计。

⑷大田、果树和保护地滴灌系统

滴灌技术是现代作物栽培技术措施之一，滴灌系统是为作物栽培服务的，不同的栽培对象有不同的问题和要求，必须有针对性才能产生良好的经济效益，因此它们使用的滴灌设备是不同的。

大田滴灌系统必须首先解决降低投入和因每年耕作所带来的一系列问题，必须适应集约化生产和机械化生产的发展要求；果树滴灌应注意多年生作物的特点，滴灌设备必须质量好、运行可靠、使用年限长；保护地栽培，特别是大棚、温室群，作物种类繁多、生育阶段不一致、倒茬频繁等，为保证供水宜配置变频装置，并针对需水量最大作物，按随机取水模式进行设计，因一般情况下作物种植行很短应采用专用小口径毛管。

⑸压力补偿式和非压力补充式滴灌系统

压力补充式滴灌系统系指采用压力补偿式灌水器的滴灌系统。

非压力补充式滴灌系统系指采用一般非压力补偿灌水器的滴灌系统。

压力补偿式灌水器是借助水流压力使灌水器内弹性部件或流道变形致使过水断面积变化，实现灌水器流量稳定。

压力补偿式灌水器能在一个较的压力范围内保持灌水器流量不变，一般在地形复杂、起伏较大的山丘地或毛管必须铺设很长的情况下使用。

压力补偿式灌水器构造复杂，制造偏差系数通常较大且价格较高；它们的性能受温度、材料疲劳强度的影响较大，随着弹性部件的疲劳、老化补偿性能会降低。

一般情况下建议设计成非压力补偿式滴灌系统。

第2节膜下滴灌

3.2.1膜下滴灌的定义和内涵

膜下滴灌是在滴灌技术和覆膜种植技术基础上，使其有机结合，扬长避短、相互补偿，形成的一种特别适用于机械化大田作物栽培的新型田间灌溉方法。

其基本原理是将滴灌系统的末级管道和灌水器的复合体——滴灌带，通过改装后的播种机，在拖拉机的牵引下，布管、铺膜与播种一次复合作业完成，然后按与常规滴灌系统同样的方法将滴灌带与滴灌系统的支管相连接。

灌溉时，有压水（必要时连同可溶性化肥或农药）通过滴灌带上的灌水器变成细小的水滴，根据作物的需要，适时适量地向作物根系范围内局部地供应水分和养分，是目前世界上最为先进的灌水方法之一。

膜下滴灌技术的内涵概括起来有以下几点：

⑴覆膜和滴灌两者缺一不可

膜下滴灌是覆膜栽培技术和滴灌技术的有机结合，二者相互补偿、扬长避短缺一不可。

它有效地解决了常规覆膜栽培时生育期无法追施肥料而产生的早衰问题，大大减轻常规了地面灌溉地膜与地表粘连揭膜难造成的土壤污染问题；滴灌带上覆膜，大大减少湿润土体表面的蒸发，降低灌溉水的无效消耗，使滴灌灌水定额进一步降低。

⑵采用性能符合要求、价格低廉的一次性滴灌带

膜下滴灌技术的关键，必须有性能符合要求、价格低廉的滴灌带。

膜下滴灌技术之所以得到快速推广，关键在于滴灌带国产化方面实现了突破——“天业”开发出了性能较好、价格低廉的一次性滴灌带。

对于规模化大田农业而言，“一次性”的优势在于：

价格低、堵塞几率小、避免了多年使用滴灌带的老化问题和难度极大的保管和重新铺设问题。

⑶布管、铺膜与播种一次复合作业完成，特别适用于机械化大田作物栽培

膜下滴灌技术的最大特点是：

布管、铺膜与播种一次复合作业完成，特别适用于机械化大田作物栽培。

膜下滴灌技术是现阶段促进新疆农业向规模化、机械化、自动化、精准化方向发展的关键技术措施；是具有中国特色、实现新疆农业现代化的必由之路。

3.2.2膜下滴灌的优点

⑴节水、节肥、节农药、节地

棉花膜下滴灌湿润土体由地膜覆盖，作物行间保持干燥，灌水均匀，同时又没有输水损失，能把棵间蒸发、深层渗漏和地表流失降低到最低限度，因此节水。

通过新疆农垦科学院、石河子大学、新疆生产建设兵团农八师等单位的试验示范资料（见表7-1），棉花膜下滴灌节水效果十分显著，棉花膜下滴灌的平均灌溉定额为3160.4m3/hm2，较沟灌平均灌溉定额减少3517.5m3/hm2，平均节水率为53.96%。

膜下滴灌水产比（1m3水生产籽棉千克数）为1.32～1.83kg/m3，平均1.61kg/m3，较沟灌平均增加0.99kg/m3，水产比提高159.7%。

棉花膜下滴灌水效益平均为5.64元，较沟灌平均水效益提高158.7%。

棉花膜下滴灌可将水溶性肥料和农药随滴灌水流直接送达作物根系部位，肥料可以少施勤施，便于作物吸收，同时减少了由于淋溶，杂草生长和流失造成的肥料损失。

肥料和农药的利用效率高。

平均可节约肥料20%，有的达40%以上；可省农药10%以上，杀虫效果好，不易伤及害虫天敌。

此外还能减轻化肥、农药对对土壤、环境的污染。

棉花膜下滴灌系统由埋入地下或铺设于地表的输水管道代替原来占地的农渠及毛渠，因此，一般可省地5～7%。

⑵保土、保肥、增温、调温

膜下滴灌可有效避免土肥流失，其保土、保肥作用在大坡度地区更加显著。

据测定，常规沟灌在地面坡度为8‰的中壤土田块上，灌水沟长度为100m时，沟尾流出的每升水中的泥沙含量为12.4g，灌水沟上游冲深可达8～15cm，冲宽15～30cm，不仅增大了输水断面，也破坏了土壤团粒结构，影响作物根系的正常生长；当地面坡度为6.5‰时，沟灌土壤中速效氮含量灌后比灌前减少24.4PPM。

膜下滴灌由封闭管网输水，通过滴灌带上的灌水器直接将水肥输送到作物根部附近土壤中，可水、肥同步，不会产生任何土、肥流失现象。

膜下滴灌可采用干播湿出，不用进行冬灌，播种时土壤水分含量低，地温回升快，苗期具有明显的增温作用。

据新疆农垦科学院对棉花膜下滴灌地和覆膜沟灌地播种后连续30天膜下5cm地温测定，滴灌地较沟灌地平均每天高0.90～0.92℃，30天积温高27.0～27.6℃，对棉花苗期的生长十分有利。

6月下旬以后，地膜覆盖棉田的地温迅速上升，中午膜内表土温度达40℃以上，对棉花生长发育不利，此时正是棉花需水较多的时期，设计、管理较好的膜下滴灌系统一般采用高频灌溉，能有效地调节膜下地表温度，为棉花中后期生长创造良好的地温环境。

⑶节省人工和机力，提高劳动生产率

滴灌标志着传统的地面灌水技术走向管道化和有压输水，使农工从繁重的地面灌作业中得到解放，为灌溉自动化开辟了道路。

棉花膜下滴灌布管、铺膜、膜上点播由改装的播种机一次完成，通过管网系统随水施肥、施药，无需修渠、打埂、平埂、人工浇地、中耕松土、锄草、人工或机械施肥等，大大节省了人工和机力，使棉田的人工管理定额大幅度提高；同时，灌溉时不妨碍其他任何农事活动；因此，劳动生产率得到大显著提高。

常规灌溉种植棉花，一个劳动力最多只能管理2hm2，而膜下滴灌棉花，一个劳动力可管理6～8hm2，提高3～4倍。

若灌溉水源为井水，单井的规模效益也将大大提高，常规灌溉情况下，出水量80m3/h的机井，每口井只能承担20.00～26.67hm2的棉花用水，生产4.5万kg籽棉；而膜下滴灌同一口井可满足46.67～53.33hm2的棉花用水，生产24.5万kg籽棉，每口井的规模效益提高4倍。

因此，棉花膜下滴灌技术有利于发挥规模经营效益，有效缓解国营农场普遍存在的地多人少的矛盾，使职工增收，企业增效。

例如：

农八师121团王新归家庭农场，2000年采用膜下滴灌植棉技术后，承包面积由上年的43.33hm2增加到63.33hm2，单产籽棉由上年的4185kg/hm2提高到5055kg/hm2，每公顷效益由上年的5616元提高到7512元，年总收入47.6万元，比上年增加23.3万元。

该团张合全家庭农场，2000年采用膜下滴灌植棉技术后，承包面积由上年的18hm2增加到36hm2，单产籽棉由上年的3090kg/hm2提高到4269kg/hm2，每公顷效益由上年的2520元提高到5427元，年总收入19.5万元，比上年增加15万元。

⑷提高棉花品