微灌工程与应用 - 图文

第一章 概述

微灌作为现代最先进的灌水技术，已广泛地应用于世界各国的农业灌溉领域。我国现代微灌技术是1974年从墨西哥引进滴灌设备开始的，经过近30年的试验研究和完善，现已经全国各地较迅速地得到推广应用，并已取得了较好的经济效果。截止2005年，我国微灌面积已达到60万hm2以上，是1991年的30倍，增长速度位于世界前列。预计到2010年，完全有可能达到或接近100万hm2，微灌面积占全国灌溉面积的比例将提高到2%左右。

第一节 微灌技术的发展和现状

一、国外微灌技术的发展和现状

在微灌之中，渗灌出现得最早。1860年在德国首次利用排水瓦管进行地下渗灌试验，结果可使种植在贫瘠土壤上的作物产量成倍增加。这项试验连续进行了20多年。1920年在水的出流方面实现了一次突破，研制出了带有微孔的陶瓷管，使水沿管道输送时从孔眼流入土壤。1923年苏联和法国也进行了类似的试验，研究穿孔管系统的灌溉方法，主要是利用地下水位的改变来进行灌溉。

1934年美国研究用多孔帆布管渗灌。自1935年以后着重试验各种不同材料制成的孔管系统，研究根据土壤水分的张力确定管道中流到土壤里的水量。荷兰、英国首先应用这种灌溉方法灌溉温室中的花卉和蔬菜。

第二次世界大战以后，塑料工业迅速发展，出现了各种塑料管。由于它易于穿孔和连接，且价格低廉，使灌溉系统在技术上实现了第二次突破，成为今天所采用的形式。到了50年代后期，以色列研制成功长流道管式滴头，在滴灌技术的发展中又迈出了重要的一步。70年代以来许多国家对滴灌开始重视，滴灌得到了快速发展，获得了广泛的应用。

微喷灌出现的较早，在滴灌出现以前，以色列就重点研究过。1969年首先在南非研制试用，1976年被美国列为专利，70年代在世界上得到了发展，80年代以后得到了进一步完善和大面积的推广应用。

近十年来，微灌作为新兴的灌溉技术在世界各国得到了较快的发展。根据国际灌排委员会的微灌工作组所作的三次调查，1991年世界微灌面积为1，768，987公顷（约合2，650万亩），比五年前增长了63%，比十年前增长了329%。尽管至今微灌在世界总灌溉面积中所占的比重很小，不到0.8%，但其增长率远高于其它灌溉技术。

目前美国的微灌面积最大，为606，000公顷，从1986年至1991年增加了55%。其它国家微灌面积排序为：西班牙（160，000公顷），澳大利亚（147，011公顷），南非（144，000公顷），以色列（104，302公顷）。这些为微灌面积较大的国家，超过4万公顷以上的国家还有意大利、埃及、墨西哥、日本、印度、法国和泰国。以微灌面积占各国总灌溉面积的比重来排序，则塞浦路斯所占比重最大，为71%。以后为以色列（51%），约旦（21%），南非（13%）。美国、西班牙和澳大利亚微灌占总灌溉面积的3～8%。微灌的应用仍以经济作物为主，各类作物所占比例为：果树为55.4%，蔬菜（包括大田和温室）为12.5%，大田作物（包括棉花、甘蔗等）为7%，花卉（包括苗圃和温室）1.5%，其它作物（包括玉米、花生、药材等）为23.6%。

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二、国内微灌技术的发展和现状

我国山西省临汾的龙子祠引泉工程、河南省济源的合瓦地灌排工程是最早的渗灌工程。1975年以后，山西省万荣县、河南省许昌市及江苏省的常熟、睢宁、南通、启东、徐州等地进行了渗灌试点。做法是把透水管埋于地下40～50厘米处，间距3～3.5米，灌溉水通过管壁微孔渗出，再利用毛细管作用扩散在管道周围浸润土壤，供作物吸收利用。渗灌优点很多，但由于渗灌管的制造、材质、投资、施工和表土湿润差、堵塞不易及时检修等问题，当时仅限于试验阶段，没有得到广泛应用。

我国现代微灌技术的发展主要是在引进、消化技术的基础上，从无到有，逐步被人们认识和接受。首先引进的是滴灌设备，这以后国内对滴灌进行了重点研究，取得了不少成果和经验。随后，微喷灌也得到了较快的发展。1983年湖南省零陵柑桔示范园用澳大利亚赠送的全套微灌设备，发展了300亩柑桔喷灌。1984年国内几家科研机构仿制了几种微喷头，投入批量生产，使我国的微喷灌技术有了很好的起步。1985年福建省龙溪地区引进安装了当时达世界先进水平的美国整套微喷灌设备，大大促进了我国微喷灌技术和设备的发展。随着制造水平的提高和材料的改进，渗灌管的性能和质量有了一定的提高，正在逐步推广应用中。

到1991年，我国微灌使用面积已有2万多公顷，在过去的20多年里，在设备研制和经验积累等方面都为我国微灌的进一步发展打下了一定的基础。最近几年，由于国家的重视和实际的需要，各地大力发展节水灌溉，微灌在我国进入了快速增长阶段。

三、微灌的前景

世界各国的实践证明，微灌是一种最省水而灌溉效果显著的先进灌溉技术。由于世界上水资源越来越紧张，若干年后，在干旱地区主要依赖于微灌，而在非干旱地区，必须提高水的利用率。我国幅员辽阔，自然条件各异，包括干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区。降雨量少的地区急需发展节水灌溉技术，在降雨量充沛的地区，由于降雨时空分布不均，也经常发生季节性春旱、夏旱和秋旱，微灌将会得到广泛的应用。

第二节 微灌技术的特点

一、微灌的概念

微灌，即是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准备地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。与传统的地面灌溉和全面积都湿润的喷灌相比，微灌只以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤，因此又叫做局部灌溉。

二、微灌的优缺点 （一）优点 1．省水

微灌系统全部四管道输水，很少有沿程式渗漏和蒸发损失：微灌属局部灌溉，灌水时一般只湿润作物根部附近的部分土壤，灌水流量小，不易发生地表径流和深层渗漏；另外，微灌能适时适量地按作物生长需要供水，较其它灌水方法，水的利用率高。因此一般比地面灌溉省水1/3~1/2，比喷灌省水15~25%。

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2．节能

微灌的灌水器在低压条件下运行，一般工作压力为50~150Kpa，比喷灌低；又因微灌比地面灌溉省水，灌水利用率高，对提水灌溉来说意味着减少了能耗。

3．灌水均匀

微灌系统能够做到有效地控制每个灌水器的出水量，灌水均匀度高，均匀度一般可达80~90%。

4．增产

微灌能适时适量地向作物根区供水供肥，有的还可调节棵间的温度和湿度，不会造成土壤板结，为作物生长提供了良好的条件，因而有利于实现高产稳产，提高产品质量。许多地方的实践证明，微灌较其它灌水方法一般可增产30%左右。

5．对土壤和地形的适应性强

微灌系统的灌水速度可快可慢，对于入渗率很低的粘性土壤，灌水速度可以放慢，使其不产生地面径流；对于入渗率很高的沙质土，灌水速度可以提高，灌水时间可以缩短或进行间歇灌水，这样做既能使作物根系层经常保持适宜的土壤水分，又不至于产生深层渗漏。由于微灌是压力管道输水，不一定要求对地面整平。

6．在一定条件下可以利用咸水资源

微灌可以使作物根系层土壤经常保持较高含水状态，因而局部的土壤溶液浓度较低，渗透压比较低，作物根系可以正常吸收水分和养分而不受盐碱危害，实践证明，使用咸水滴灌，灌溉水中含盐量在2~4g/L作物仍能正常生长，并能获得较高产量。

便是利用咸水滴灌会使滴水湿润带外围形成盐斑，长期使用会使土壤恶化，因此，在干旱和半干旱地区，在灌溉季节末期应用淡水进行洗盐。

7．节省劳动力

微灌系统不需平整土地，开沟打畦，可实行自动控制，大大减少了田间灌水的劳动量和劳动强度。

（二）微灌的缺点 1．易于引起堵塞

灌水器的堵塞是当前微灌应用中最主要的问题，严重时会使整个系统无法正常工作，甚至报废。引起堵塞的原因可以是物理因素、生物因素或化学因素，如水中的泥沙、有机物质或是微生物以及化学沉淀物等。因此，微灌对水质要求较严，一般均应经过过滤，必要时还需经过沉淀和化学处理。

2．盐分积累

当在含盐量高的土壤上进行微灌或是利用咸水微灌时，盐分会积累在湿润区的边缘，在半干旱区如遇小雨，这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害；在干旱地区，降水极少，土壤盐分的积累会对中耕作物来年的播种出苗造成伤害。前者可通过下雨时开启微灌系统灌水加以解决；后者，如果降雪量大，溶雪水可起到压盐洗盐效果，不会产生问题。降雪量很少地区，需在秋末冬初进行一次洗盐压盐。

3、限制根系发展

由于微灌只湿润部分土壤，加之作物的根系有向水向肥性，如果湿润土体太少或靠近地表，会影响根系下扎和发展，严寒地区可能产生冻害，此外抗旱能力也弱。但这一问题可通过合理设计，正确布置灌水器和科学的田间管理加以解决。

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总之，微灌的适应性较强，使用范围较广，各地就根据当地自然条件、作物种类等因地制宜地选用。

第三节 微灌工程的组成与分类

一、微灌系统的组成 （一）微灌系统的组成

典型的微灌系统通常由水源工程、首部枢纽、输配水管网和灌水器4部分组成。如图1-1所示。

（二）微灌系统各部分的作用 1．水源工程

微灌系统的水源可以是机井、泉水、水库、渠道、江河、湖泊、池塘等，但水质必须符合灌溉水质的要求。微灌系统的水源工程一般是指：为从水源取水进行微灌而修建的拦水、引水、蓄水、提水和沉淀工程，以及相应的输配电工程。

2．首部枢纽

微灌系统的首部枢纽包括动力机、水泵、施肥（药）装置、过滤设施和安全保护及量测控制设备。其作用是从水源取水加压并注入肥料（农药）经过滤后按时按量输送进管网，担负着整个系统的驱动、量测和调控任务，是全系统的控制调配中心。

微灌常用的水泵有潜水泵、离心泵、深井泵、管道泵等，水泵的作用是将水流加压至系统所需压力并将其输送到输水管网。动力机可以是电动机、柴油机等。如果水源的自然水头（水塔、高位水池、压力给水管）满足微灌系统压力要求，则可省去水泵和动力。

过滤设备是将水流过滤，防止各种污物进入微灌系统堵塞灌水器或在系统中形成沉淀。过滤设备有拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等。当水源为河流和水库等水质较差的水源时，需建沉淀池。各种过滤设备可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。

施肥装置的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、除草剂、化控药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过微灌系统输送到田间。

流量、压力测量仪表用于管道中的流量及压力测量，一般有压力表、水表等。安全保护装置用来保证系统在规定压力范围内工作，消除管路中的气阻和真空等，一般有控制器、传感器、电磁阀、水动阀、空气阀等。调节控制装置一般包括各种阀门，如闸阀、球阀、蝶阀等，其作用是控制和调节微灌系统的流量和压力。

3．输配水管网

输配水管网包括干、支管和毛管3级管道。毛管是微灌系统的最末一级管道，其上安装或连接灌水器。输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水流按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，包括干管、支管、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。由于微灌系统的大小及管网布置不同，管网的等级划分也有所不同。

4．灌水器

灌水器是微灌设备中的关键部件，是直接向作物施水的设备，其作用是消减压力，将水流变为水滴或细流或喷洒状施入土壤，包括微喷头、滴头、滴灌管（带）等。

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图1-1 微灌系统组成图

1.水源 2．水泵 3.供水管 4.蓄水池 5.逆止阀 6.施肥开关 7. 灌水总开关 8.压力表 9. 主过滤器 10. 水表 11. 支管 12. 微喷头 13. 滴头14. 毛管(滴灌带、渗灌管) 15.滴灌支管 16.尾部开关阀 17.冲洗阀 18.肥料罐 19.肥量调节阀 20.施肥器 21.干管

二、微灌系统的分类

根据微灌灌水器的不同，微灌工程可分为滴灌、微喷灌、涌泉灌和渗灌等，其灌水器分别为滴头、微喷头、涌水器和渗灌管等多种形式。

1. 滴灌

滴灌是通过安装在毛管上的滴头、滴灌带等灌水器使水流成水滴状滴入作物根区土壤内的灌水形式。滴灌时，滴头周围的土壤水分处于饱和状态，并借毛细管作用向四周扩散。润湿土体的大小和几何形状取决于土壤性质、滴头水量和土壤前期含水量等因素。

2. 微喷灌

微喷灌是灌溉水通过微型喷头喷洒在植物枝叶上或植株冠下地面上的灌水形式。它与喷灌的主要区别在于微喷头的工作压力小、流量小，在果园灌溉中仅湿润部分土壤，因此将其划分在微灌范围内。

3. 涌泉灌

涌泉灌是通过安装在毛管上的涌器而形成的小股水流，以涌流方式进入土壤的灌水形式，又称小管出流灌。它的流量比滴灌和微喷灌大，一般都超过土壤入渗速度。为防止产生地面径流，需在涌水器附近挖掘小的灌水坑以暂时储水。涌泉灌可避免灌水器堵塞，适于水源丰富的地区或林、果灌溉。

4. 渗灌

渗灌是借助工程设施将水送入地面以下并从渗灌管缝隙或小孔渗出以浸润根层土壤的灌水方法。这种灌溉方式能充分满足作物在生长过程中不同时期所必需的水和肥，准确适量地直接送到作物根系周围，从而达到大量节水、节肥、增产和减少病虫害等目的。

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5．膜下滴灌

膜下滴灌是把工程节水——滴灌与农艺节水——覆膜栽培两项技术集成的一项崭新的节水农业技术，从而产生了一系列新的功能，它是干旱绿洲农业现代化的一项具有可控性、基础性和战略性的关键技术。

膜下滴灌这一关键技术是把滴灌带（毛管）铺于地膜之下，同时嫁接其它有关技术和管道输水技术以及水资源可持续利用的供水技术，构成大田膜下滴灌系统工程。具体说是在传统灌溉的斗口设供水站，水源可用渠水、井水等，包括泥沙过滤系统、电力系统和施肥、量测装置等，用塑料干、支管代替斗、农、毛渠，用滴灌带代替沟、畦、漫灌，以膜下滴灌为主，兼用秸秆等覆盖技术和其它灌溉技术，如微喷、微喷带、渗灌、地下灌、涌泉灌、管灌等，以适应各种作物和乔木、灌木、人工草地的灌水要求。

根据微灌工程配水管道在灌水季节中是否移动，可以将微灌系统分成以下3类： 1、固定式微灌系统

在整个灌水季节，系统各个组成部分都是固定不动的。干管、支管一般埋在地下，根据条件，毛管有的进入地下，有的放在地表或悬挂在离地面一定高度的支架上。这种系统主要用于宽行大间距果园灌溉，也可用于条播作物灌溉，因其投资较高，一般应用于经济价值较高的经济作物。

2、半固定式微灌系统

首部枢纽及干、支管是固定的，毛管连同其上的灌水器可以移动。根据设计要求，一条毛管可以在多个位置工作。

3、移动式微灌系统

系统的组成部分都可以移动，在灌溉周期内按计划移动安装 在灌区内不同的位置进行灌溉。

半固定式和移动式微灌系统提高了微灌设备的利用率，降低了单位面积微灌的投资，常用于大田作物，但操作管理比较麻烦，仅适合在干旱缺水而又经济条件较差的地区使

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用。

第二章 微灌工程常用材料设备

第一节 水泵与变频设备

一、水泵

微灌工程中常用的水泵有井用潜水电泵、离心泵（单吸单级和单吸多级）、管道泵等数十种。各中结构型式的水泵对适用条件都有具体要求，在选用时，主要根据工程所在位置的环境、水源条件和设计扬程等实际情况，参照水泵制造厂商提供的性能指标参数表及水泵的性能曲线图选定所需的水泵型号。当水源为河流和水库，且水质较差时，需建沉淀池，一般选用离心泵。水源为机井时，一般选用潜水泵。

1．井用潜水电泵

井用潜水电泵是电机与水泵直联一体潜入清水中工作的提水工具，具有结构简单、体积小、重量轻、移动灵活、安装维修方便、运转安全可靠、高效节能等特点。主要适用于农田灌溉、城乡供水、园林绿化等领域。井用潜水电泵型号的字母代号说明如图2-1所示。外形结构及安装示意图见图2-2。

2．离心泵（单吸单级和单吸多级）

常用的离心泵有单吸单级和单吸多级两种。SLS单吸单级立式离心泵是按最新国家标准设计制造的高效节能产品。泵体结构紧凑、体积小、外形美观，运行平稳，无渗漏，安装维修方便，并可依据设计流量和扬程的要求，采用并、串联方法，增加所需的流量和扬程。SLS单吸单级立式离心泵是IS卧式离心泵的更新换代产品。SLD型单吸多级离心泵是常规产品的新颖立式离心泵。离心泵主要适用于农田排灌，粮田、果树、园林、经济作物等喷微灌，乡镇供水等领域。

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离心泵的适用介质为无腐蚀性液体，灌溉水中的介质固体不溶物，其体积不得超过单位体积的0.1%，粒度不小于0.2mm，周围环境温度不超过40℃，使用介质温度在80℃以下，海拔高度不超过1000m，相对温度不超过95%。

二、变频设备

变频设备是微灌管网实现全自动化变频调速恒压供水的关键配套设备。全自动恒压供水设备可根据给水管网瞬间用水量的变化，自动调节给水泵的转速和启动台数，使管网始终保持在恒定的设定压力以满足用户所需的水量，它可取代传统给水系统中的高水箱（水池）、水塔和气罐。

主要特点：自动化程度高，节电效果明显，综合造价低，减少对电网的影响，运行可靠，管理方便，保护功能齐全，安装简单，减少供水二次污染。主要适用在农业灌溉、工业用水、生活用水等领域。

变频柜根据其用途，系列型号很多，常用的有ZQK型系列水泵控制柜和MCS系列深井变频高速恒压供水设备。ZQK系列和MCS系列型号的字母代号说明见图。

三、动力设备

在微灌系统中，与微灌设备配套的动力设备主要有柴油机、汽油机、电动机及风力电动机等设备。

第二节 过滤设备与施肥器

一、过滤设备

微灌系统中灌水器出吕孔径一般都很小，灌水器极易被水源中的污物和杂质堵塞。任何水源（如湖泊、库塘、河流和沟溪水）中，都不同程度地含有各种污物和杂质，即使良好的井水，也会含有一定数量的砂粒和可能产出化学沉淀的物质，因此对灌溉水质进行严格的净化处理是微灌不必不可少的首要步骤，是保护微灌系统正常运行、延长灌水器使用寿命和保证灌水质量的关键措施。

灌溉水中所含污物及杂质分为物理、化学和生物3类。微灌系统中对物理杂质的处理设备与设施主要有：拦污栅（筛、网）、沉淀池、过滤器等。选择净化设备和设施时，要考虑灌溉水源的水质、水中污物种类、杂质含量，同时还要考虑系统所选用灌水器的种类规格、抗堵塞性能等。

微灌常用的过滤器从过滤器结构原理分为旋流式水砂分离器、砂过滤器、筛网过滤

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器、叠片过滤器、全自动和半自动旋转清洗式过滤器。各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。其技术要求和规格型号如下。

（1）罐体几何形状和尺寸偏差应符合下列规定：罐体圆柱度误差≤5mm，罐体端面倾斜度≤1.5mm，罐体长度偏差每米≤2mm。

（2）封头几何尺寸和尺寸偏差应符合JB3-2932的有关规定。封头的圆度误差≤3mm，封头的端面倾斜度≤1.5mm，封头的高度偏差上偏差不大于+10mm，下偏差不大于—3mm。

（3）罐体或接管法兰螺栓孔不应和罐体中心线重合，而应对称地分布在它的两侧，罐体上接管法兰平面应垂直于接管中心线，其倾斜度不大于接管口径的2%。

（4）过滤器外表面不应有明显锤击的凹坑凸包，接口焊缝必须打磨平整。 （5）焊缝对接处的边缘偏差应符合JB2932的有关规定。

（6）过滤器试验压力为1.5倍工作压力。水压试验应付合SLJ201规定的程序。 （7）滤砂效果：大于额定滤网孔径的杂物不允许通过。 1．旋流式水砂分离器

旋流式水砂分离器又称离心式过滤器或涡流式水砂分离器，常见的形式有圆柱形和圆锥形两种。如图

用途：离心式过滤器主要用于含砂水流的初级过滤，可分离水中的砂子和小石块。在满足过滤要求的条件下，采用60~150目的离心式过滤器，分离砂石的效果为92%~98%。圆锥形离心式过滤器技术参数见表

表 锥形离心过滤器技术规格

规格型号 外型尺寸(mm) 流量（m3/h） 连接方式 重量（Kg） LX-25 420×250×550 LX-50 500×300×830 LX -80 800×500×1320 10-40 Dg80法兰 51 LX –100 950×600×1700 30-70 Dg100法兰 90 LX -125 1350×1000×2400 60-120 LX -150 1400×1000×2600 80-160 1-8 Dg25锥管螺纹 9 5-20 Dg50锥管螺纹 21 Dg150法兰 180 Dg150法兰 225 原理：此类过滤器基于重力及离心力的工作原理，清除重于水的固体颗粒。水由进水管切向进入离心式过滤器体内，旋转产生离心力，推动泥沙及密度较高的固体颗粒沿

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管壁移动，形成旋流，使砂子和石块进入集砂罐，净水则顺流沿出水口流出，即完成水砂分离。过滤器需定期进行排砂清理，时间按当地水质情况而定。

注意事项：

（1）离心式过滤器在开泵与停泵的工作瞬间，由于水流失稳，影响过滤效果。因此，常与网式过滤器同时使用效果更佳。

（2）在进水品前应安装一段与进水口等径的直能管，长度是进水口直径的10~15倍，以保证进水水流平稳。

2．砂过滤器

砂过滤器又称砂介质过滤器，它是利用砂石作为过滤介质的一种过滤设备，分为单罐反冲洗砂过滤器和双罐反冲洗砂过滤器两种，其反冲洗原理如图所示，砂过滤器技术规格见表

图 砂过滤器反冲洗原理

表 砂过滤器技术规格

规格型号 罐体直径（mm） 连接方式 流量（m3/h） 进出口内径（mm） 进出口流速（m3/s） 灌溉面积（亩） SS-50 500 Dg50锥管螺纹 8-15 50 1.13-2.13 36-68 SS-80 750 Dg80法兰 15-30 80 0.83-1.66 136-273 SS-100 900 Dg100法兰 30-40 100 1.06-1.42 273-364 SS-125 1200 Dg125法兰 40-80 125 0.9-1.81 364-727 SS-150 15100 Dg150法兰 80-130 150 1.26-2.04 727-1182 注：表中SS-50为单罐运行，其余为双罐运行。

用途：主要用于灌溉水质较好或水质较差时与其他形式的过滤器组合使用，作为末级过滤设备。

原理：此砂石过滤器是通过均质颗粒层进行过滤的，其过滤精度视砂粒大小而定。过滤过程为：水从壳体上部的进水口流入，通过在介质层孔隙中的运动向下渗透，杂质被隔离在介质层上部。过滤后的净水经过过滤器里面的过滤元件进入出水口流出，即完

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成水的过滤过程。砂石过滤器根据灌溉工程用量及过滤要求，可单独使用，也可多个组合或与其他过滤器组合使用。

注意事项：

（1）要严格按设计流量使用，因为过大的流量可造成砂床流道效应，导致过滤精度下降。

（2）过滤器的清洗通过反冲洗装置进行，当进出口压力降大于0.07Mpa时就应进行反冲洗。

（3）砂床表面污染最严重的地方，应用干净砂粒代替，视水质情况而定，一年处理1~4次。

（4）该过滤器可单独使用，也可与其他过滤器组合使用。 3．筛网过滤器

筛网过滤器是一种简单而有效的过滤设备，它的过滤介质是尼龙筛网或不锈钢筛网，见图所示。筛网过滤器技术参数见表。

表 筛网过滤器技术规格

规格型号 罐体直径（mm） 连接方式 流量（m3/h） 进出口直径（mm） WS-160x50 160 Dg50锥管螺纹 5-20 50 WS-160x80 160 Dg80法兰 10-40 80 WS–200x100 200 Dg110法兰 20-80 100 用途：主要用于水库、塘坝、沟渠、河源及其他开放水源。可分离水中的水藻、漂浮物、有机杂质及淤泥。

原理：此种过滤器价格低，结构简单，使用方便。过滤过程为：水由进水口进入罐内，通过不锈钢网芯表面，将大于网芯孔径的物质截留在外表面，净水则通过网芯流入出水口，即完成水的过滤过程。

注意事项：

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（1）当过滤网上积聚了一定的污物后，过滤器进、出水口之间的压力降会急剧增加，当压力降超过0.07Mpa时需要将网芯抽出，进行冲洗。

（2）本过滤器规定进水方向必须由网芯表面进入网芯内表面，切不可反向使用。 （3）如发现网芯、密封圈损坏，必须及时更换，否则将失去对水的过滤效果。 4．叠片式过滤器

叠片式过滤器一般是用带沟槽的塑料圆片作为过滤介质，其外形如图所示。

叠片式过滤器技术参数表 过滤面积 最大压力 (cm2) 1.402 （Mpa） 1.0 最小冲刷压力 （Mpa） 0.3 30 最大流量 (m3/h) 20

冲刷流量 (m3/h) 8.8 型号 2SV 3NV 过滤元件 3X-130叠片/Disc 3X-130叠片/Disc

5．组合式过滤系统

根据水质处理的需要，常对各种过滤器组合使用，组成过滤站：离心式过滤器与网式过滤器组合；砂石过滤器与网式过滤器组合；也可以离心、砂石、网式三种过滤器组合。

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表组合过滤系统技术参数

规格型号 LWS-200 离 心 + 筛 网 LWS-80 LWS-100 级别 第一级 第二级 第一级 第二级 第一级 第二级 第一级 第二级 第一级 第二级 类型 LX-720×200×100 WS-200×100 LX-530×150×100 WS-200×100 LX-400×100×80 WS-160×80 LX-250×80×80 WS-160×80 LX-200×50×50 WS-160×50 件数 1 4 1 3 1 2 1 1 1 1 10-40 1150×250×1330 30-80 1260×600×1950 180-240 1760×1200×2995 流量（m3/h） 外型尺寸(mm) LWS-150 80-180 1560×900×2500 LWS-50 5-20 1090×200×1300

二、施肥装置

微灌系统中向压力管道内注入可溶性肥料或农药溶液的设备及装置称为施肥（药）装置。常用的施肥装置有压差式施肥罐、开敞式肥料罐自压施肥装置、文丘里注入器、注射泵等。见图。

进水管 盛肥容文丘里注入图2-22 文丘里式施肥

图2-21 胶囊施肥罐 图2-25 自动灌溉施肥器 13

为了确保微灌系统施肥时运行正常并防止水源污染，必须注意以下三点： （1）化肥或农药的注入一定要放在水源与过滤器之间，肥液先经过过滤器之后再进入灌溉管道，使未溶解化肥和其他杂质被清除掉，以免堵塞管道及灌水器。

（2）施肥和施农药后必须利用清水把残留在系统内的肥液或农药全部冲洗干净，防止设备被腐蚀。

（3）在化肥或农药输液管出口处与水源之间一定要安装逆止阀，防止肥液或农药流进水源，更严禁直接把化肥和农药加进水源而造成环境污染。

压差式系列施肥罐技术参数见表。

表2.2-23压差式施肥罐技术参数表 施肥罐容量（L） 施肥时间（min） 适用条件 10 10-20 大棚 30 20-50 50 30-70 大田 100 50-100 150 120-150

第三节 管材与管件

一、微灌用管村与管件的基本要求

1． 能承受一定的水压力。微灌系统各级管网均为压力管网，必须能承受一定的压力才能保证安全输水与配水。

2．抗老化性能强。微灌管网中，干管、支管使用年限一般都很长，因此要求具有较强的抗老化性能，以保证管道长期安全、可靠地运行。

3．规格型号多样化、系列化。为满足各种微灌系统的不同供水要求，微灌工程中往往需要各种规格型号的管材。必须有多种规格、多种型号、系列化的产品供用户选用。

4．规格尺寸与公差必须符合技术标准。各种管道必须按照有关部门的技术标准要求进行生产。

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5． 价格低廉。微灌用管材、管件在整个工程中所占比重较大，应力求选择满足微灌工程要求且价格便宜的管道。

6．便于运输和施工安装。各种管道均应按规定制成一定长度，以便于运输及安装和减少连接管件用量，节省投资。

二、硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、管件

PVC-U管是给水用硬聚氯乙烯管材，主要优点是重量轻、易于运输和安装，耐化学腐蚀性优良，管壁光滑不结垢，对介质的流动阻力小，卫生无毒，对输送的介质不会造成污染，施工便捷，使用寿命长，维修方便等。PVC管的抗紫外线和抗冻性能差，一般不宜直接铺设在地面裸露使用，最好埋设在冻土层以下使用。

PUC-U给水管的形式分为平放口管和柔性承插管两种，管道的结构图如图所示。这两种管材的规格系列相同，仅区别于一端的扩口形状和安装连接不同，平放口管施工连接方式采用的是涂胶粘接法，柔性承插管施工连接方式采用的是加止水胶圈。

微灌用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，应符合中华人民共和国国家标准GB/T10002.1-1996 、JB/T5152-91产品标准和行业标准SL/T96.1-1994。

硬聚氯乙烯（PVC-U）管材的公称直径、壁厚及公差见表，管材的物理机械性能及弯曲度应符合表和要求。

表硬聚氯乙烯管材公称直径、壁厚及公差

公称外径 ?0.3 200?0.3 250?0.3 3200.25 ?0.3 0.50?0.3 0.70?0.3 0.80?0.3 1.00?0.4 1.20?0.4 1.40压 力 等 级 (MPa) 0.4 0.6 ?0.3 1.00 ?0.3 1.00?0.4 1.20?0.4 1.600.70?0.3 0.50?0.3 0.70?0.3 0.80?0.3 1.00?0.3 400?0.3 500?0.3 630?0.3 750?0.3 900?0.4 1100?0.3 0.80?0.3 1.00?0.4 1.40?0.4 1.70?0.4 2.00?0.5 2.50?0.4 1.30?0.4 1.60?0.4 2.00?0.5 2.20?0.5 2.70?0.6 3.20?0.4 1.90?0.5 2.40?0.5 3.00?0.6 3.60?0.7 4.30?0.8 4.80?0.4 1250?0.5 1600?0.6 2000?0.7 2250?0.8 2500?1.0 3150?0.4 1.60?0.4 2.00?0.5 2.50?0.5 2.80?0.6 3.10?0.6 2.90?0.7 3.70?0.8 4.60?0.9 5.20?1.2 6.80?0.6 3.70?0.8 4.70?0.9 5.90?1.0 6.60?1.1 7.30?1.4 9.20?0.9 5.40?1.1 7.00?1.4 8.70?1.5 9.80?1.7 10.90?2.1 13.70 ?1.24000 ?1.44500 ?1.610.60 ?1.812.40 ?2.3 15.30 表PVC-U管技术规格表

工作压力等级Mpa 外径 壁厚及 公差

0.4 近似重量Kg/m 壁厚及 公差 0.6 近似重量Kg/m 壁厚及 公差 1 近似重量Kg/m 15

的公式，为：

Qmhf?fbL （4-30）

d式中：hf--沿程水头损失，m；

f—摩阻系数； Q--流量，L/h； d--管道内径，mm； L--管道长度，m m—流量指数； b—管径指数。

不同管材的f、m、b值，可按表4-9选用。

表4-9 微灌管道沿程水头损失计算系数、指数表

管 材 硬 塑 料 管 d>8mm Re>2320 d≤8mm Re≤2320 f 0.464 0.505 0.595 1.75 m 1.77 1.75 1.69 1 b 4.77 4.75 4.69 4 微灌用聚乙烯管 注：1.Re：为雷诺数。

2.微灌用聚乙烯管的f值相应于水温10℃，其他温度时应修正（表4-10）。

表4-10 温度修正系数

温度（℃） α 5 1.038 10 1.000 15 0.966 20 0.937 25 0.910 30 0.884 3．多出水口管的沿程水头损失计算

微灌支管和毛管是沿程多口出流管道，为简化计算，先假设所有的水流都通过管

道全长，计算出该管路的水头损失，然后再乘以多口系数。目前，等距、等流量多出水口管的多口系数近似计算能通用公式是克里斯琴森（Christiansen）公式：

?H?Fhf (4-31)

?11m?1???1?xN???2?m?12N6N??? （4-32） F?N?1?x式中：ΔH-多孔出流沿程水头损失，m；

F-多口系数（表4-11）；

N—管道上出水口数目；

m—流量指数，层流m=1，光滑紊流层流m=1.75，完全紊流m=2； x—进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比。

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表4-11 多口系数F值

N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m=1.75 x=1 0.650 0.546 0.498 0.469 0.451 0.438 0.428 0.421 0.415 x=0.5 0.533 0.456 0.426 0.410 0.401 0.395 0.390 0.387 0.384 N 11 12 13 14 15 16 17 18 19 m=1.75 x=1 0.410 0.406 0.403 0.400 0.398 0.395 0.394 0.392 0.390 x=0.5 0.382 0.380 0.379 0.378 0.377 0.376 0.375 0.374 0.374 N 20 21 22 23 24 25 26 27 28 m=1.75 x=1 0.389 0.388 0.387 0.386 0.385 0.384 0.383 0.382 0.382 x=0.5 0.373 0.373 0.372 0.372 0.372 0.371 0.371 0.371 0.370 N 29 30 32 34 36 40 45 50 100 m=1.75 x=1 0.381 0.380 0.379 0.378 0.378 0.376 0.375 0.374 0.369 x=0.5 0.370 0.370 0.370 0.369 0.369 0.368 0.368 0.367 0.365 依据SL103-95《依据微灌工程技术规范》，当N≥3时，微灌系统的支、毛管为等距多孔管时其沿程水头损失可按下式计算

mm?1fSqd??N?0.48?S0??m?h??N?1???f??bdm?1S???? （4-33）

式中：hf′--等距多孔管沿程水头损失，m；

S--分流孔间距，m；

S0--多孔管进口至首孔的间距，m； N--分流孔总数

qd--单孔设计流量，L/h。

[例4-5]：有一滴灌支管，内径d=32mm，管长L=120m，上面有20个出水口，出水口的间距S=6m，每个出水口的流量q=220 L/h，水温t=15℃，试计算该支管的沿程水头损失。 解：采用由表4-8可知，当水温t=15℃，水的运动黏度ν=0.0115，Q=20q=20×220 L/h =4400 L/h，由勃拉修斯公式得：

1.47?0.25Q1.751.47?0.01150.25?44001.75hf?L??120?9.72(m) 4.754.75d32由表4-11可知，N=20，多口系数F=0.389（x=1），因此该支管沿程水头损失：

?H?Fhf?0.389?9.72?3.78(m)

二、局部水头损失计算

微灌管网中，各种连接部件（如灌水器、接头、三通、旁通、弯头等）、阀门等，以及水泵、过滤器、肥料罐等装置都产生局部水头损失。局部水头损失计算公式为：

v2hj??? （4-34）

2g 47

式中：hj—局部水头损失，m； v—管内平均流速，m/s； g—重力加速度，9.81m/s2； ξ—局部损失系数，见表4-12

表4-12 局部水头损失系数表

直角状进口 嘈叭状进口 滤网 滤网带底阀 90°弯头(焊接) 0.5 45°弯头(焊接) 0.2 渐细接头 2-3 渐粗接头 5-8 逆止阀 0.2-0.3(加5%) 闸阀全开 0.1-0.15加(50%) 直流三通 0.1 折流三通 0.25 分流三通 1.7 直流分支三通 0.1-0.5 出口 0.1 1.5 1.5 0.1-1.5 1 如有条件，干管上的局部水头损失最好通过计算确定。当参数缺乏时，干支管的局部水头损失可按沿程水头损失的5%-10%计算，即局部水头损失扩大系数为1.05~1.1；毛管的局部水头损失可取沿程水头损失的10%~20%，即局部水头损失扩大系数为1.1~1.2。水表、过滤器、施肥装置等产生的局部水头损失应使用企业产品样本上的测定数据。

第六节 灌水小区的水力设计

灌水小区是微灌系统的最基本设计单元，一个微灌系统，特别是大型微灌系统，往往由很多个进口压力一样的灌水小区所组成。一般情况下，一条支管及其所带毛管（一条支管所控制的面积）称为一个灌水小区；若采用辅管的滴灌系统，一条辅管及所带毛管称为一个灌水小区。因此，更确切的定义是：一条带毛管的输配水管（支管或辅管）及其所带毛管称为一个灌水小区。

明确灌水小区的非常重要，因为田间灌水的均匀性是通过灌水小区水力设计来实现的，灌水小区的大小涉及毛、支管长度，而毛、支管长短的确定又是涉及管理的一个技术经济问题。

一、基本公式

微灌灌水小区水力设计的基本公式为：

48

qv?qmax?qmin??qv? （4-35A）

qd或

hmax?hminhv???hv? （4-35B）

hd qd?qa （4-36A） hd?ha （4-36B）

或

??h???h?h （4-37）

va式中：qv—灌水小区的灌水器流量偏差率；

hv—灌水小区的灌水器水头偏差率；

qmax—灌水小区内流量最大灌水器的流量，L/h； hmax—灌水小区内流量最大灌水器的工作水头，m； qmin—灌水小区内流量最小灌水器的流量，L/h； hmin—灌水小区内流量最小灌水器的工作水头，m； qd—灌水小区内所有灌水器流量的平均值，L/h； hd—流量为qd的灌水器的工作水头，m； qa—灌水小区内灌水器设计流量，L/h； ha—灌水小区的灌水器设计工作水头，m； [qv]—允许的灌水器流量偏差； [hv]—允许的水头偏差；

[ΔH] —灌水小区允许水头偏差，（采用补偿式滴头时，灌水小区内设计允许的水头偏差应为该滴头允许工作的水头范围），m。

上述公式中，式（4-34A）和式（4-34B）是使灌水小区各灌水器的出流量满足流量偏差率要求，两公式是等价的；式（4-35A）和式（4-35B）是使灌水小欧各灌水器流量的平均值等于灌水器设计流量，两公式也是等价的。

二、灌水小区中允许水头偏差的分配

每个灌水小区中既有支管又有毛管，因此灌水小区中水头差由支管的水头差和毛管水头差两部分组成，它们各自所占的比例由于所采用的管道直径和长度不同，可以有许多种组合，因此存在着水头差如何合理地分配给支管和毛管的问题。

允许水头差的最优分配比例受所采用的管道规格、管材价格、灌区地形条件等因素的影响，应通过技术经济比较确定。均匀地形坡且支毛管的降比均不大于1时，分配比例参照SL103-95《微灌工程技术规范》可由下式计算：

[?h]?L2J2?L2J1(?1n1)(4.75?1.75a)/(4.75?a)?1??L?[?h]??2(?1n1)(4.75?1.75a)/(4.75?a)?1??L1?

（4-38A）

49

（r1≤1，r2≤1）

?2?1??1 （4-38B）

C?b0d? （4-38C）

式中：β1--允许水头偏差分配给支管的比例；

β1--允许水头偏差分配给毛管的比例； L1--支管长度，m； L2--毛管长度，m； J1--沿支管地形比降； J2--沿毛管地形比降；

α1--支管上毛管布置系数，单侧布置时为1，双侧对称布置时为2； n1--支管上单侧毛管的根数； r1、r2—支、毛管的降比；

a—指数，由管道价格与管内径（mm），按式（4-34C）回归求出。

由于a值受材料和能耗价格等影响不是一个固定不变数，设计者很难获得，给公式的使用造成一定困难。胡卫东于2005年底对国内主要滴灌生产厂家所生产的PVC-U管材进行回归分析所得a值见表4-13，在使用时可参考。

表4-13 国内主要生产厂家管材管径指数表

生产厂家 宝硕 屯河 天业 PVC-U管直径范（mm） 50~400 63~315 63~250 管径指数a值 1.9575 2.0599 1.9654 （4.75-1.75a）/(4.75+a) 0.20 0.17 0.20 上述分配方法是将压力调节装置装在支管进口的情况，故允许水头差分配给支、毛管两级。当采用在毛管进口安装调压装置在方法来调节毛管的压力，可使毛管获得均等的进口压力，支管上的水头变化不再影响灌水小区内灌水器出水均匀度，因此，允许水头差可全部分配给毛管，即

ΔH毛=ΔHs (4-39)

这种做法虽然安装较麻烦，但可以使支管和毛管的使用长度加大，降低了管网投资。

[例4-6]：某一微灌系统设计灌水器流量偏差率qv=0.2，现有种灌水器，第一种灌水器的流量压力关系为q=0.41h0.685，第二种灌水器的流量压力关系为q=0.632h0.5，设计工作水头均为hd=10m，试求灌水小区中支、毛管允许的水头差。支、毛管长度分别为60m和90m，毛管根数40条，支管铺设方向地面坡度为0，毛管顺坡单向布置，其地面坡度为0.5%，试求支、毛管各自的允许水头差。 解：1、第一种灌水器，x=0.685 允许的最大水头：

1x10.685hmax?(1?0.65qv)h?(1?0.65?0.2)a?10?11.95(m)

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三、有关法律、法规、技术标准

微灌工程规划时应遵守国家及所在省、地（市）、县的有关法律、法规。比较重要的在《中华人民共和国建筑法》、《中华人民共和国质量法》、《中华人民共和国水法》等。有关的技术标准很多，与微灌工程关系比较密切的有：SL207-98《节水灌溉技术规范》、SL103-95《微灌工程技术规范》、SL18-91《渠道防渗工程技术规范》、SD188-96《农用机井技术规范》、GB5084-92《农田灌溉水质标准》、GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》等。

四、规划内容 1．勘测收集基本资料

通过勘测、调查和试验等手段，收集灌区自然条件、社会经济条件、已在灌溉试验资料、现有工程设施，以及有关灌溉区划、农业区划、水利规划等基本资料，作为工程规划的依据。对收集到的资料和试验成果应进行必要的核实和分析，做到选用数据切实可靠。

2．水量平衡和灌溉用水量分析

根据微灌工程和其他用水单位的需水要求和水源供水能力，进行水量平衡计算和分析，确定微灌工程的规模。在进行水量平衡计算时，必须首先考虑生态用水，在灌区水源兼顾工业、城市生活用水的情况下，应先保证工业和城市生活用水。因此，要根据水源情况，遵循保证重点、照顾一般的原则，统筹兼顾，合理安排。灌溉用水量是指为满足作物生长需要，由水源向灌区提供的水量。在进行灌溉用水量分析时，要综合考虑微灌工程面积，作物种植情况，土壤、水文地质和气象条件等因素。

3．水源工程规划

（1）选择取水方式及取水位置。根据水源条件，选择引水到高位水池、提水到高位水池、机井直接加压、地面蓄水池配机泵加压等，需根据水源条件及地形、地质等具体条件选择。

（2）选择蓄水工程的类型、数理与位置。蓄水工程有小水库、蓄水池等类型，其形式工、数量与位置应根据水源类型、地块分布、地形地貌、地质条件，以及施工、管理等因素合理规划，做到经济、安全、可靠。

（3）蓄水工程容积的确定。根据设计标准满足灌溉用水要求，并尽量节省工程量的原则，通过来水和用水的水量平衡计算，确定蓄水工程容积。

4．微灌类型选择

根据灌区自然条件和社会经济条件，因地制宜地选择微灌类型，并常需对可能选择的几种类型从技术和经济上加以分析比较，择优选定。

5．工程规划布置和总体布局

在综合分析水源位置、地块形状、耕作方向、地形、地质、气象，以及现有排水、道路、林带和供电系统等因素的基础上，作出微灌工程规划布置，绘出规划布置图，以有利于工程达到安全可靠、投资较低和方便运行管理的目的。

6．投资概算和效益分析

对主要材料和设备的用量和投资造价以及工程运行费用作出估算，面上的工程和设备可以典型地块的计算结果为指标，扩大概算出全灌区的数值。对工程建成后的增产、增收效益及主要经济指标作出分析计算。

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7．工程实施方案和项目管理机构

根据灌区的规模，选用的微灌技术、工程投资筹集等情况进行综合研究，制定工程的实施方案。实施方案包括交错筹措计划、项目总体实施计划和分期实施计划。为确保工程项目能按计划实施，必须成立相应的项目管理机构。

五、规划成果 1．工程规划书

（1）灌区基本情况：简要简明灌区的自然条件、生产条件和社会经济条件。 （2）微灌可行性分析：根据自然、生产和社会经济条件从技术和经济两方面对微灌的必要性和可能性作出论证。

（3）微灌类型的选择：从技术和经济是论证所选系统的合理性。

（4）水源分析及水源工程规划：阐明设计标准的选定，水源来水量和微灌用水量的计算方法与成果，以及水源工程的规划文字。

（5）微灌工程的规划布置：阐明规划布置的原则，对骨干管道的位置、走向以及枢纽工程的布置作出必要的说明。

（6）投资概算及效益分析：列出工程提交概算的方法和成果，以及对工程建成后可能获得的经济效益的分析预计成果。

2．规划布置图

在地形图上绘出灌区的边界线，压力分区线，水源工程、泵站等主要建筑物和骨干管道的初步布置。为使图幅大小适用，所用地形图比例尺：灌区面积333hm2以下者宜为1/2000~1/5000，333hm2以上者宜为1/5000~1/10000。

3．主要材料设备和工程概算书

列出各种设备和建筑材料的规格型号及用量清单，对主要材料和设备的用量和投资造价以及工程运行费用作出估算，面上的工程和设备以典型地块的计算结果为指标，扩大概算出全灌区的数值。工程概算书包括编制依据和投资估算两部分。

第三节 微灌工程设计的基本资料

为使微灌工程规划设计经济合理、切实可行，首先必须对规划区进行基本资料的调查、收集和整理工作。基本资料是微灌工程规划设计的基础，只有基本资料准确、齐全、可靠，才有可能做出正确、合理、科学、符合实际的规划设计。

一、自然条件资料

自然条件资料主要包括项目区的地理位置与地形资料、气象资料、水源资料、土壤和工程地质资料、农作物栽培和灌溉试验资料等。

1．地理位置与地形资料

地理位置资料应包括项目所处的经纬度、海拔高度、范围和面积及其东南西北相邻地区等。

地形资料是进行工程规划设计的最主要资料，地形资料一般用地形图反映，进行微灌工程规划设计时要收集或测量绘制比例适合、绘制规范的地形图。

灌溉面积在333～667hm2以上的微灌工程，规划布置图定用1/10000-1/5000比例尺的地形图，灌溉面积超过667hm2的微灌工程可用更小比例尺的地形图；灌溉面积小于

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333hm2的微灌工程宜用1/5000-1/2000比例尺的地形图。

规划阶段典型设计和设计阶段用地形图，地形平坦情况下的一般微灌系统，宜采用1/2000-1/1000比例尺地形图；若地形比较复杂或低压滴灌系统，宜采用1/1000-1/500比例尺地形图。

2．气象资料

气象资料包括项目区的降水、蒸发、气温、湿度、日照、积温、无霜期、风速风向、冻土深度、气象灾害等与灌溉密切相关的农业气象资料。气象资料是确定作物需水量和制定灌溉制度的基本依据。所需气象资料可到邻近的气象台收集。

降水资料包括项目区历年的年平均降水量、月平均降水量、旬平均降水量、季节降水量特征等，可从当地气象台站获得。当实测资料不具备或不充分时，可根据当地降水量等值线图进行查算。当进行作物需水量计算时，需选用作物生育期内的逐日、逐旬或逐月降水量，还要考虑历年最大降水量及发生的日期等。

蒸发资料包括项目区的多年平均蒸发量、月蒸发量、最大日蒸发量、历年最大蒸发量及发生的日期等。根据蒸发的性质不同，可将蒸发分为水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发三种类型。在当地缺乏作物需水量资料时，可利用水面蒸发资料估算作物需水量。

气温直接影响作物生长所需的灌水量和灌溉系统统计。当计算作物需水量时，应选用日或旬或月平均气温、平均最低和平均最高气温。

湿度分绝对湿度和相对湿度。绝对湿度系指空气中的水汽含量，当采用重量单位时以g/m3表示，当采用压力单位时以Pa表示。相对湿度系空气绝对湿度与同一时刻的饱和水汽含量之比。

日照是每日阳光照射在地面上的时间长短。当计算作物需水量时，选用按日或月统计日照小时数后按日或旬或月数平均。

积温是作物在其他生活因子得到满足的情况下，完成生长发育周期所要求的日平均温度的总和。一般包括年平均积温、大于0和大于10积温。

无霜期是指露地作物不受霜降影响的首尾时间。应收集年平均无霜期天数、早霜和晚霜的日期。

风速风向是条田防护林设计的重要依据，直接影响到微灌管网的布置以及作物栽培方式和滴头的布设。当计算作物需水量时，需用2m高处旬或月的平均速度、白天平均风速和夜晚平均风速，若系其他高度的风速，则应得相关公式进行换算。

冻土深度是指温度在0或0以下，因冻结而含冰的各种土层深度。微灌工程规划设计必须知道项目区的最大冻土层深度，以确定选用何种材质管道及埋设深度。 3.水源资料

水源资料系指为工程项目提供水源的水库、河流、渠道、塘坝、井泉等的逐年供水能力，年水量、水位变化情况，水质、水温、泥沙含量变化情况，特别是灌溉季节的供水、用水情况。

水源水质包括水温和水中杂质含量，水温影响作物正常生长，也是进行输配水管路水力计算的影响因素。微灌工程对水源水质有特殊要求，应对水源的水质进行化验分析，测定水源中的泥沙、污物、水生物、含盐量、氯离子的含量及PH值，以便决定采取相应的处理措施，保证微灌工程正常运行。

4．土壤与工程地质资料

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土壤资料主要包括土壤质地、土壤容重、田间持水量、土壤孔隙度、土壤渗吸速度、土层厚度、土壤PH值和土壤肥力等。对于盐碱地，还包括土壤盐分组成、含盐量、盐渍化及次生盐碱化情况、地下水埋深和矿化度。

土壤质地是指在特定土壤或土层中不同大小类别的矿物质颗粒的相对比例。土壤结构是指土壤颗粒在形成组群或团聚体时的排列方式。土壤质地与结构两者一起决定了土壤中水和空气的供给状况，是影响微灌条件下土壤水分分布和湿润模式的最主要和基础因素。

土壤容重是指单位体积自然干燥土壤的重量，单位为。土壤容重可以反映土壤的孔隙状况和松紧程度，它是计算土壤孔隙度、估算土壤水分和养分储量及评价土壤结构等的基本参数。土壤容重应实测确定。

土壤孔隙度指土壤孔隙的体积占整个土壤体积的百分数。土壤孔隙是水分、空气的通道和贮存场所，因此土壤孔隙的数量和质量在农业生产和农业工程中极为重要。

土壤田间持水量是在灌溉条件或降水条件下，田间一定深度的土层中所能保持的最大毛管悬着水量。当土壤含水量超过这一限度时，过剩的水分将以重力水的形式向下渗透。田间持水量是划分土壤持水量与向下渗透量的重要依据，也是指导灌溉的重要依据。

土壤渗吸速度指单位时间入渗土壤的水层厚度。土壤渗吸速度与土壤质地、结构状况、孔隙度、耕作状况及土壤原始含水量等因素密切相关。在灌溉过程中土壤渗吸速度是变化的，开始由于土壤比较干燥吸水很快，随着土壤水分的增加渗吸速度逐渐减小，最后趋向一个稳定数值。土壤渗吸速度见表

表不同质地土壤的稳定渗吸速度 土壤质地 砂土 砂壤土 壤土 壤黏土 黏土 渗吸速度（mm/h） 20 15 12 10 8 同时，根据工程需要收集所需要的有关地质资料。 5．作物栽培和灌溉试验资料

收集项目区规划设计作物的栽培资料。对于一年生作物，收集作物种类、品种、栽培模式、耕作层深度、生长季节、种植比例、种植面积、种植分布图及轮作倒茬计划、条田面积和规格、防护林布设等；对于多年生作物，应收集树种、行向、株距和行距、冬季是否埋土、田间管理要求等。同时还要了解原有的高产、稳产农业技术措施，产量和灌溉制度等。

当地的灌溉试验资料是进行微灌工程规划设计的最宝贵资料，在无当地灌溉试验资料情况下出可收集条件类似地区的灌溉试验资料进行参考。

必须指出提：在进行微灌工程规划设计时，应坚持灌溉与栽培技术的协调统一原则。在进行微灌作物栽种模式设计时，应注意听取作物栽培专家的意见。

二、生产状况资料

生产状况资料包括项目区的水利工程现状资料、节水灌溉工程现状资料、农业生产现状资料、动力资料、当地材料及设备生产供应情况资料、用水状况及水资源管理资料。

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1．水利工程和灌溉现状资料

收集项目区水利工程现状及管理情况资料，在进行滴灌工程规划设计时应考虑充分利用现有的水利设施，确保在可靠的水源并尽可能减少投资；特别应收集农村人畜饮水工程的有关资料，规划设计时应注意保护其水资源。

2．农业生产资料

农业生产资料包括土地资源面积，耕地面积，作物资料，各种主要作物单位面积产量，农、林、牧、渔在农业结构中所占比例、现状和发展计划、产值等。同时还应收集项目区能反映现状的和工程建设后的作物产量与农业措施。作物资料包括项目区的作物种类、播种面积、复种指数、品种、种植面积及比例、分布位置、生育期、各生育阶段及天数、主要根系层活动深度、需水量、灌溉制度等。

作物资料是确定灌溉制度和灌溉用水量的主要依据，也是确定水源工程和整个微灌工程规模的主要依据。农业资料是进行项目前后经济效益分析比较的基本资料，向当地农业、水利等部门收集。

3．动力资料

动力资料包括现有的动力、电力及水利机械设备情况，电网供电情况以及动力设备价格、电费及柴油价格等。要了解当地目前拥有的动力及机械设备的数量、规格及使用情况，了解输变电线路和变压器数量、容量及现有动力装机容量，还应收集当地的施工队伍和施工机械情况。

4．材料和设备供应资料

当地材料和设备生产供应资料包括水泥、砂、石、建筑材料、微灌设备、管材、管件等材料的规格、型号、性能、价格以及当地的生产供应情况，以供规划设计时选择和进行投资估算和概算。

5．用水状况和水资源管理资料

用水状况资料包括工业、生活、农业及生态用水量情况。

水资源管理资料包括水资源费征收情况、水价情况、水费征收情况等，用以进行项目前和项目后的效益分析。水资源管理资料向水利部门收集。

三、社会经济状况资料

社会经济状况资料包括项目区的行政区划资料、经济情况资料、交通情况资料和有关发展规划及相关文件资料。

1．项目区的行政区划资料

项目区的行政区划资料包括项目区所属的省（自治区、直辖市）、县（市、兵团团场）的名称，国土面积，所管辖县（区）、乡（镇）、村（街道委员会）的数量、总人口、农业非农业人口、外出劳力、现村内常年劳力、从事农业生产的劳力数量及文化素质等。工程建设后必须便于管理，因此应了解现行的行政区划界线，生产管理制度，尽量使所建滴灌工程的管理和生产管理范围相一致。行政区划资料向统计部门收集。

2．经济情况资料

经济情况资料包括当地工农业生产水平，乡镇企业发展，工矿企业生产状况，工农业生产总值，农业生产总值，现有耕地、荒地、草场及森林的分布和面积、牲畜状况、缺水地区的范围与缺水程度，产品价格，经营管理水平，组织管理机构的体制和人员配备情况等，是选择微灌工程时必须考虑的因素。

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3．交通情况资料

交通情况资料包括项目区对外的交通运输能力及运输价格情况，以便进行投资效益计算。

4．有关发展规划和相关文件资料

进行微灌工程规划设计时，主要收集以下与滴灌工程规划设计有关的规划及文件资料：

（1）有关批准文件。主要包括立项申请的批件、可行性研究报告的批件、与工程项目有关的资金筹措承诺文件和环保单位的审批评估文件、有关部委要求的文件等。

（2）有关行业发展规划。主要包括所在地区的五年、十年中长期国民经济发展计划和规划、水利发展规划、水资源功能发展区划、农业发展规划及区划、节水灌溉发展规划、水土保持规划、城镇国民经济发展规划等。

（3）有关标准。主要包括SL207-98《节水灌溉技术规范》、SL103-95《微灌工程技术规范》等。

（4）相关材料。主要包括作物生产资料、土壤普查实测资料、不同作物灌溉制度资料、灌溉成本、用水定额与节水灌溉发展相关的资料。

第四节 微灌工程的设计标准

一、设计标准的概念

我国灌溉规划中常采用灌溉保证率法确定灌溉设计标准。微灌工程设计保证率应根据自然条件和经济条件确定。灌溉用水量得到保证的年份称为保证年，在一个既定的时期内，保证年在总年数中所占的比例称为灌溉用水保证率。在农田水利工程设计中，灌溉用水保证率时常是给定的数值，称之为设计保证率。设计保证可因各地自然条件、经济条件的不同而有所不同，就全国范围来讲，在50%-90之间。由于自然和经济条件的关系，一般在南方采用值较高，在北方采用值较低；在水资源丰富的地区采用值较高，水资源紧缺地区采用值较低；在自流灌区采用值较高，扬水灌区采用值较低；在作物经济价值较高地区采用值较高，在作物经济价值不高地区采用值较低；在近期计划中采用值较低，在远景规划中采用值较高。国家质量技术监督局和建设部联合发布的GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》中规定灌溉设计保证率应根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素，按表4-1确定。

表灌溉设计保证率

灌水方法 地区 干旱地区 或水资源紧缺地区 地面灌溉 半干旱、半湿润地区 或水资源不稳定地区 湿润地区 或水资源丰富地区 喷灌、微灌 各类地区 作物种类 以旱作为主 以水稻为主 以旱作为主 以水稻为主 以旱作为主 以水稻为主 各类作物 灌溉设计保证率（%） 50-75 70-80 70-80 75-85 75-85 85-95 85-95 二、设计代表年及其选择方法

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设计代表年即作为设计依据的年份，通常是以往的年份中选出符合保证率的某一年作为设计代表年，并以此作为规划水源工程的依据。设计代表年的选择，应视掌握资料的情况，按气象资料或来水量资料或用水量资料进行选择，也可按来水、用水情况综合进行选择。

（一）按气象资料选择 1．用降水量资料

以灌区多年降水量资料组成系列，进行频率计算，推求符合设计保证率的降水量，并按照年降水量与其相近而其降水分布又对灌溉不利的原理，选择年份作为设计代表年。根据实际计算经验，可以选5个设计代表年，即降雨量频率为5%者为湿润年，25%者为中等湿润年，50%者为中等年，75%者为中等干旱年，95%者为干旱年。当灌区作物单一或存在主要作物时，如用年降水量计算，可能出现作物生长期降水频率与设计保证率不符的情况，故宜用主要作物灌水临界期的降水量进行频率计算，并据此设计代表年。

2．用蒸发量资料

用项目区年水面蒸发量（或主要作物灌水临界期的水面蒸发量）系列，以递增次序排列进行频率计算，选择频率和设计保证率相同（或相近）的年份作为设计代表年。

3．用蒸发量与降水量的差值

用年水面蒸发量与降水量的差值（或主要作物灌水临界期两者的差值）组成系列，以递增次序排列进行频率计算，并选择设计代表年。

（二）按来水量资料

用水源的来水量组成系列进行频率计算，选择频率和设计保证率相同（或相近）的年份作为设计代表年。采用此法时，应注意根据不同的水源类型对其供水量资料作认真分析，排除人为影响因素，以避免因没有考虑现状用水情况而造成的误差。

（三）按用水量资料选择

利用本地区的灌溉试验与生产实践资料或利用水文气象资料推求历年作物需水量，并通过频率计算符合设计保证率的代表年。此法需要较长系列的灌溉试验或调查资料，一般不易获得，且对所得资料应作分析修正，以建立在同一基础上。如用气象资料推算历年作物需水量，则计算工作量较大。

（四）按来水、用水资料综合选择

用来水和用水的差值或用调节后的蓄水容积组成系列进行频率计算，并选择设计代表年。此法反映了灌溉设计保证率的真实含义，但所需资料甚多，计算工作量大，工程规模较大的有条件项目区可以考虑采用。

第五节 微灌工程规划设计的方法步骤

`

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第四章 微灌工程规划设计

微灌工程规划布置是进行微灌工程规划设计的第一步。科学、合理的工程规划布置可以均衡合理地分配水流，方便管理，并且能够降低工程造价，因此是微灌工程设计中很重要的环节。

第一节 微灌工程规划布置

一、微灌工程总体布置

规划阶段工程布置主要是确定灌区具体位置、面积、范围及分区界限；确定水源位置，对沉淀池、泵站、首部等工程进行总体布局；合理布设主干管线。地形状况和水源在灌区中的位置对管道系统布置影响很大，一般应将首部枢纽与水源工程布置在一起。

1． 灌区范围的确定

根据工程建设方案的要求和行政区划及土地的具体情况，结合微灌技术的特点，选定微灌工程的位置，并确定微灌面积、范围及灌区的界限。

2．水源工程的布置

沉淀池、泵站、蓄水池、首部枢纽等统称为微灌水源工程。在布置水源工程时，一个重要的影响因素是水源的位置和地形。当有几个可用的水源时，应根据水源的水量、水位、水质以及微灌过程的用水要求进行综合考虑。通常在满足灌水量、水质需要的条件下，优先选择距灌区最近的水源，以便减少输水干管的投资。在平原地区利用井水作为微灌的水源时，应尽可能地将井打在灌区中心。蓄水和供水建筑物的位置应根据地形

地质条件确定，必须有便于蓄水的地形和稳固的地质条件，并尽可能使输水距离短。在有条件的地区尽可能利用地形落差发展自压滴灌。为了节省能源可以一级或多级提水灌溉，并应经过技术经济比较确定。在需建沉淀池的灌区，可以与蓄水池结合修建。

3． 系统首部枢纽和输水干管的布置

系统首部枢纽通常与水源工程布置在一起，但若水源工程距离灌区较远，也可单独布置在灌区附近或灌区中间，以便于操作和管理。

二、工程规模的确定

规划阶段应该首先进行水量平衡计算，以确定合理的控制面积。水源为机井时，应根据机井出流量确定最大可能的控制面积。水源为河、塘、水渠时，应同时考虑水源水量和经济两方面的因素确定最佳控制面积。

目前地表水滴灌工程，一个首部控制的灌溉面积一般为33.3~200hm2(500—3000亩)，根据新疆特点，较为经济的控制面积为33.3~100hm2 (500~1500亩)，最好不要超过200公顷(3000亩)，而且大多数是灌溉单一作物。

目前可依据收集到的基本资料用下列方法计算：

1． 在水源供水流量稳定且无调蓄能力时，如利用机井灌溉，可用下式确定灌溉面积，称之为―以水定地‖。反之，灌溉面积已定时可求得系统供水量，如河、渠水源，也可用式计算，称之为―以地定水‖：

A?

?QC10Ia (4-1)

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Q?10IaA10mA (4-2) 或Q?TC?C式中：A——可灌面积，hm2； Q——可供流量，m3/h；

Ia——设计供水强度，mm/d； Ia =Ea-P0 Ea——设计耗水强度，mm/d； P0——有效降雨量，mm/d； C——水源每日供水时数，h/d； η——灌溉水利用系数。

2．在水源有调蓄能力且调蓄容积已定时，可按下式确定滴灌面积：

A??KV蓄10?IiTi (4-3)

式中：K——塘坝复蓄系数，K=1.0—1.4； η蓄——蓄水利用系数，η=0.6—0.7； V——蓄水工程容积，m3；

Ii——灌溉季节各月的毛供水强度，mm/d； Ti——灌溉季节各月的供水天数，d。 三、微灌管网的布置 一、毛管和灌水器布置 1．单行毛管直线布置

毛管顺作物行向布置，一行作物或几行作物布置一条毛管，滴头安装在毛管上或采用滴灌管（带）。这种布置方式适用于窄行密植作物（如蔬菜、花卉、棉花等）和密植果树。如图4-1。

2． 双行毛管平行布置

当滴灌高大作物时，可采用双行毛管平行布置的形式，沿树行两侧布置两条毛管，每株树两边各安装2-4个滴头。这种布置形式使用的毛管数量较多。如图4-2

3． 单行毛管环状布置 当滴灌成龄果树时，可沿一行树布置一条输水毛管，围绕每一棵树布置一条环状灌水管，其上安装3-6个单出水口滴头。如图4-3。 以上各种布置方式中毛管均沿作物行向布置，在山丘区一般采用等高种植，故毛管是沿等高线布置的。对于果树，滴头（或滴水点）与树干的距离通常为树冠半径的2/3。 果树毛管果树毛管果树毛管毛管果树毛管毛管 图4-1单行毛管直线布置图 4-2双行毛管平行布置 29

灌水器绕树环状管果树毛管 图4-3单行毛管环状布置

毛管的长度直接影响灌水的均匀度和工程费用，毛管长度越大，支管间距越大，支管数量越少。工程投资越少，但灌水均匀度降低。因此，布置的毛管长度应控制在允许的最大长度以内，而允许的最大毛管长度应满足设计均匀的要求，并由水力计算确定。

4．新疆大田作物滴灌毛管的布置形式

经过新疆各地不断的实践和探索，目前棉花、加工番茄膜下滴灌毛管的布置形式，，已形成一膜两管四行（一幅地膜布置两条滴灌带种植四行作物）、一膜一管四行、机械采棉等多种布置方式。几种大田膜下滴灌作物种植模式及毛管布置形式如图4-4、4-5、4-6所示。

棉花一膜二管四行种植膜式30滴灌带603060306030909090棉花一膜一管四行种植膜式图4-4 一膜两管四行布置图 2040206020402060204020滴灌带14001400 图4-5 一膜一管四行布置图 棉花机采棉宽窄膜种植膜式106610661074.6910661098.43150.54 图4-6 机采棉毛管布置图

二、干、支管的布置

干、支管的布置取决于地形、水源、作物分布和毛管的布置，应达到管理方便、工程费用少的要求。在山丘地区，干管多沿等高线布置。支管则垂直于等高线向两边的毛管配水。在水平地形，干、支管应尽量双向控制，两侧布置下级管道，以节省管材。当地形水平时，采用丰字形布置时，干、支管可分别布置在支管和毛管的中部，如图4-7所示。当沿毛管方向有坡度时，支管应向上坡方向移动，使上坡毛管长度短于下坡毛管。即存在支管定位问题，将在后面相关内容中详述。

目前，新疆应用面积较大的滴灌系统输水管网一般采用固定式管网，其布置形式主要采用树状管网，依据水源的种类和位置以及管网类型不同，其布置形式有如下几种。

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水源位于田块一侧，树状管网一般呈―一‖形、―T‖形、和―L‖形。这三种布置形式主要适用于控制面积较小的井灌灌区，一般控制面积为10-33.3公顷(150-500亩)，如图4-8、4-9。

水源位于田块一侧，控制面积较大，一般为40-100公顷(600-1500亩)。地块成方形或长方形，作物种植方向与灌水方向相同或不相同时可布置成梳齿形或丰字形，如图4-10所示。

6012012012012060125毛管支干出地管毛管管水源125管 图4-8 “一”字形布置

6012012012012060125毛管支毛管125干管管出地管水源 图4-9 “T”形布置

60120毛管分支干出地管管支干出地管管管毛管管120120120毛管管60水源125干125125毛管分125 图4-10梳齿形布置

水源位于田块中心，控制面积较大时，常采用―工‖字形和长―一‖字形树枝状管网布置形式如图4-11、4-12。

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6012012012012060125毛管分支管干出地管干水源支管管干出地管毛管管125125毛管分毛管管 图4-11 “工”形布置

60120毛管分支干出地管125 120120毛管管水源120120毛管分支干出地管120120120120毛管管60125125管管 图4-12长“一”形布置

第二节 系统设计参数的确定

微灌工程设计的主要技术参数有：灌溉设计保证率、设计耗水强度、设计灌溉补充强度、土壤湿润比、灌水均匀度、灌溉水利用系数、滴头设计工作水头和灌溉制度等。设计技术参数是根据所收集项目区有关资料及标准规定选用或通过计算所得到的主要设计依据，是决定工程设计质量好坏的前提。

一、灌溉设计保证率

设计保证率：依据《微灌工程技术规范》，微灌工程设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，不应低于85%。

二、微灌设计耗水强度与设计灌溉补充强度 1．耗水强度（Ea）：

微灌耗水强度也叫微灌作物需水量。微灌只润湿部分土壤，与地面灌溉与喷灌相比，地面蒸发损失较小。一般应由当地试验资料确定，无实测资料时，可采用联合国粮农组织推荐的方法。

Ea?Kr?Er （4-1）

Gekr? （4-2）

0.85式中：Ea—微灌作物耗水强度，mm/d； kr—作物的遮荫率对耗水量的修正系数， Ge—作物遮荫率；

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Ec—传统灌溉条件下的作物需水量，mm/d。 2．设计耗水强度（Ic）

设计耗水强度是指在设计条件下微灌的作物耗水强度，一般取设计年灌溉季节朋平均耗水强度作为设计耗水强度，即

（4-3） Ic?max12i?1(Eai)在无资料时，可参阅表4-1选取，但要根据本地区经验进行认证后选取。

表4-1 设计耗水强度Ic 建议值

单位：mm/d

灌溉方式 作物种类 果树 葡萄、瓜类 保护地蔬菜 露地蔬菜 粮、棉、油等作物 滴灌 3~5 3~6 2~3 4~7 4~6 微喷灌 4~6 4~7 5~8 5~8 3．设计灌溉补充强度

设计灌溉补充强度是指在设计条件下微灌的灌溉补充强度。作物生长所消耗的水量来源于天然降雨、地下水补充、土壤中原有的含水量和人工灌溉所补给的水量。微灌的灌溉补充强度是指为了保证作物正常生长必须由微灌提供的水量，指作物需水高峰期有一定可靠降水、根据层土壤或地下水补给，微灌系统补充灌溉情况下的设计灌水强度。通常有两种情况：

（1）对于湿润地区，微灌作为补充灌溉，此时的微灌设计灌溉补充强度为：

Ia?Ic?P0?S （4-4）

式中：Ia—微灌设计灌溉补充强度，mm/d；

P0--日均有效降雨量（对于在作物耗水峰值月份降雨比较均匀的地区，可取典型年作物耗水峰值月份的日均有效降雨量；对于降雨不均匀的地区，在计算系统的最大灌水能力时，建议P0=0），mm/d；

S—根层土壤或地下水补给的水量，mm/d； 其余符号同前。

（2）在年降水量小于250mm的干旱、半干旱地区，一般没有可靠降水、根层土壤水或地下水补给时，作物生长所消耗的水量全部由微灌提供，其微灌设计灌溉补充强度为：

Ia?Ic （4-5）

淋洗水量不应加在设计补充灌溉强度中，应单独考虑，并在作物非生长季节或需水低峰时进行淋洗。

设计灌溉补充强度是确定微灌系统最大供水能力的依据，因此，在确定设计灌溉补

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充强度时，既要考虑作物对水分的需求情况，又要考虑经济上合理可行。

[例4-1]：某干旱地区果园位于北纬30°，地面高程95m，地面翻耕无杂草，冬季有严重霜冻。7月份平均气温T=28.5℃，平均日照时数为11.5h，平均相对湿度RH=55%，最大相对湿度Rmax=80%，有效降雨量为31.5mm。２m高处的日均风速v＝0.4m/s，苹果树已种植十年，果树对地面的覆盖率或遮阴率为0.7。如果7月份为耗水高峰期，果园拟采用滴灌，试计算该月的滴灌作物需水量、设计日耗水强度、设计灌溉补充强度。

解：

（1）滴灌果树需水量。根据以上所提供的资料，采用改进彭曼公式计算参照作物腾发量ET0=7.3mm/d，得用公式ETC=KC×ET0（KC=0.7）计算出苹果传统灌溉条件下的作物需水量ETC=6.6mm/d，利用公式4-1计算出苹果微灌条件下的作物需水量

Ea?Kr?Er?0.7?6.6?5.44(mm/d) 0.85（2）设计日耗水强度。7月份为耗水高峰期，因此

Ic?Ea?5.44(mm/d)

（3）设计补充灌溉强度。果园处于干旱地区，

Ia?Ic?5.44mm/d

三、土壤湿润比（P）：

设计土壤湿润比是指被湿润土体体积与计划土壤湿润层总土体体积的比值。湿润比的大小取决于作物、滴头流量、灌水量、滴头和毛管间距、土壤理化特性及地面坡度等因素。由于滴灌为点源三维入渗，数学模型复杂，且有很多近似假设，求解比较困难，最好通过田间试验确定。在工程规划设计时，湿润比常以地面以下20-30cm处的平均湿润面积与作物种植面积的百分比近似的表示。

（1）单条毛管直线布置，其湿润比为

20.785Dwp??100% （4-4）

Se?Sl式中：P——土壤湿润比，%；

Dw——土壤水分水平扩散直径，即湿润带宽度，m，它的大小取决于土壤质地、滴头流量和灌水量大小； Sl——毛管间距，m； Se——滴头间距，m。

《美国国家灌溉工程手册》推荐的计算公式为：

p?式中：P——土壤湿润比，%；

nSeDw?100% （4-5）

StSrSt，Sn为毛管直线布置时一

SeSn34

n——一棵作物所占有的灌水器数目；n?

条毛管灌溉的作物行数。

Se——滴头间距（m）； Dw——湿润带宽度（m）； St——作物株距（m）； Sr——作物平均行距（m）。

（当沿毛管灌水器间距较大，湿润带直径Dw≤Se时，其湿润比可式4-4计算） 式4-5要求滴头间距Se必须不大于0.8 Dw，如果滴头间距大于0.8 Dw则按Se=0.8 Dw

计算。

[例4-2]：某一葡萄园，土壤质地为中壤土，滴头流量q=2.3L/h，滴头间距Se=0.75m，毛管间距为葡萄行距，Sl= Sr=4m，株距St=1.5m，确定土壤湿润比。

解1：由式4-4：

20.785Dw0.785?0.752p??100%??100%?14.7%

Se?Sl0.75?4解2：由式4-5：

p?nSeDw2?(0.8?0.75)?0.75?100%??15.0%StSr1.5?4式4-4和式4-5计算的结果基本是一致的。需要强调的是，用公式计算，造成误差的确关键因素是式中的土壤水分水平扩散直径的取值是否正确，因此，湿润带宽度的正确确定是十分重要的，应尽量采用实测结果。

不同土壤、不同灌水器流量和间距时的土壤湿润比见表4-1。 （2）双行直线毛管布置，其湿润比为：

p?p1S1?p2S2Sr?100% （4-6）

式中：P——土壤湿润比，%；

S1——双地毛管的内间距，应为表4-1中给定流量和土壤类别，对应于于p=100%时的推荐值，m； Pl——根据S1由表查得，%； S2——双行毛管的外间距，m。 Pl——根据S2由表查得，%； Sr——作物平均行距，m。

[例4-3]：某梨园中梨树的行间距Sr=6.0m，用滴灌方法灌溉。毛管双行布置，滴头流量q=4.0L/h。土壤为中等结构，确定土壤湿润比、灌水器（滴头）和毛管间距。

解：已知q=4.0L/h，中等结构土壤，使一对窄行毛管间的全部土壤湿润（p1=100%）的毛管间距S1=1.2m（查表），滴头间距Se=1.0m，于是S2=6.0-1.2=4.8m，同样查表得p2=24%，因此：

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p?p1S1?p2S2Sr?100%?100%?1.2?24%?4.8?39%

6（3）绕树环状多出水点布置，其湿润比为

p?式中：P——土壤湿润比，%；

nSeSw?100% （4-7）

StSrn——每棵作物的灌水器数目； Se——灌水器间距（m）；

Sw——湿润带宽度（m），即在给定的灌水器流量和土壤条件下，表中，p=100%时相应的毛管间距SL值，m； St——作物株距（m）； Sr——作物行距（m）。

[例4-4]:果园，土质为砂壤土，果树的株、行距均为6.0m，选用q=4.0L/h的滴头作为灌水器，每株果树下安装6个灌水器，试确定灌水器间距Se 和土壤湿润比p

解：已知土壤结构中等，灌水器流量q=4.0L/h，查表得灌水器间距Se=1.0m。同时，查表，当p=100%时Sw=SL=1.2m。

又因果树的株、行距St= Sr=6.0m，因此：

p?nSeSw6?1.0?1.2?100%??100%?20%

StSr6.0?6.0（4）微喷头沿毛管均匀布置时的土壤湿润比为

p?Aw?100% （4-8）

SeSlAw??360??R2 （4-9）

式中：Aw-微喷头的有效湿润面积，m2；

θ-湿润范围平面分布夹角，当为全圆时喷洒时θ=360°。 R-微喷头的有效喷洒半径，m； 其余符号意义同前。

（5）一株树下布置n个微喷头的土壤湿润比计算公式为

p?nAw?100% （4-10）

SeSl式中：n-一株树下布置的微喷头数目，个；

其余符号意义同前。

大量试验表明，不同作物在不同的土壤和气候条件下，合理的湿润比表现出

了很大的差异，在缺少试验资料的情况下，可参考表选取。

表4-2 微灌设计土壤湿润比取值范围

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单位：%

灌溉方式 作物种类 果树 葡萄、瓜类 蔬菜和大田密植作物 滴灌 25~40 30~50 60~90 微喷灌 40~60 40~70 70~100

四、灌水均匀度

为了保证灌水质量和提高水利用效率，要求微灌灌水均匀或达到一定的要求，一般用微灌灌水均匀度或灌水均匀系数来表征。影响灌水均匀程度的因素很多，如灌水器工作压力的变化，灌水器的制造偏差，堵塞情况，水温变化，地形变化等。微灌的灌水均匀度有多种表达方法。

1．克里斯琴森（Christiansen）均匀系数Cu：

N1??qCu?1?式中：Cu--克里斯琴森均匀系数；

i?q （4-11）

Nq?q--灌水器平均流量；

? qi—同时灌水的第i个灌水器的流量； N—灌水器个数。

由式（4-11）可以看出，克里斯琴森均匀系数反映的是工程结束后系统应用时的灌水均匀程度。

2．流量偏差率qv

微灌系统设计中，一般采用流量偏差率来控制灌水均匀度。

微灌系统是由多个灌水小区组成的，灌水小区的基本构成如图所示，每个灌水小区中有支管、多条毛管，每条毛管上又有几十个甚至上百个滴头或灌水器，由于水流在管道中流动产生水头损失的缘故，每个灌水器的出流量都是不相同的。当地形坡度为零时，工作水头最大的是距离支管最近的第1条毛管的第1个灌水器，工作水头最小的为距离支管进口最远的一条毛管的最末一个灌水器，微灌系统的均匀度是由限制灌水小区中灌水器的最大流量差来保证。这个流量的差异，一般用流量偏差率来表示，即

qv?式中：qv—流量偏差；

qmax?qmin （4-12）

qa qmax—灌水小区中灌水器最大流量，L/h； qmin—灌水小区中灌水器最小流量，L/h； qa—灌水器设计流量，L/h。

灌水小区中灌水器的流量差异取决于灌水器的水头差异，灌水器的最大水头和最小

37

水头与流量偏差率的关系为

hmax?(1?0.65qv)h1x

1xa（4-13）

hmin?(1?0.35qv)ha式中：hmax—灌水小区中灌水器最大水头，m； hmin—灌水小区中灌水器最小水头，m； x—灌水器流态指数； ha—灌水器设计水头，m。

由式（4-13）可得灌水小区允许的最大水头差为

1x1x?h?hmax?hmin?ha(1?0.65qv)?ha(1?0.35qv) （4-14）

而灌水小区允许的最大水头差是由小区内支管水头损失和毛管水头损失组成的，即

?h??h支??h毛 （4-15）

因此

?h支??h毛?hmax?hmin?ha(1?0.65qv)?ha(1?0.35qv)1x1x （4-16）

式中：⊿h—灌水小区允许的最大水头差，m； ⊿h支—灌水小区支管允许的最大水头差，m； ⊿h毛—灌水小区毛管允许的最大水头差，m；

其它符号意义同前。

若选定了灌水器，已知流态指数，则可用式（4-15）或式（4-16）求出与流量偏差率相应的灌水小区中允许的最大水头差。

3．Keller灌水均匀度Eu

上述克里斯琴森均匀系数Cu和流量偏差率qv均只是考虑了水头差对灌水均匀度的影响，美国农业部土壤保持局推荐使用一种考虑水头差异和制造偏差两个因素后的灌水均匀度表达式，称Keller灌水均匀度Eu，即

C??qmin??? （4-17） Eu??1?1.27v????n??qa??式中：Eu—灌水均匀度，%； Cv—灌水器的制造偏差； n—每株作物的灌水器数；

qmin—灌水小区中灌水器最小流量，L/h； qa—灌水器平均或设计出水流量，L/h。

Keller灌水均匀度不仅考虑了水头差异和制造偏差对均匀度的共同影响，并且强调了灌水小区中最小出水量的重要性，认为小于平均滴头流量的数值比大于平均值的数量更重要，因为滴灌系统是以非常小的水量灌溉作物根系层的一部分，重视水分不足部分比过量灌溉部分更重要。

当设计均匀度Eu确定后，由式（4-18）可以求出灌水小区中允许的灌水器最小流量qmin。

38

qmin????Euqa? （4-18） ????1?1.27Cv??????n?????qmin????k???d?1x进而利用灌水器流量压力关系式计算出灌水小区中与最小流量对应的灌水器最小水头

hmin （4-19）

式中：kd—灌水器流量压力关系式中的流量系数；

其它符号意义同前。

而灌水小区中允许的最大水头差近似为

?h?2.5(ha?hmin) （4-20）

式中：Δh—灌水小区中允许压力偏差，m。

4．设计均匀度的确定

在设计微灌工程时，选定的灌水均匀度越高，灌水质量越高，水利用系数也越高，而系数的投资和运行管理费用也就越大。因此，设计灌水均匀度的确定，应根据作物对水分的敏感程度、经济价值、水源、地形和气候等综合确定。

当采用流量偏差率来表征灌水均匀度时，SL103-95《微灌工程技术规范》建议，流量偏差率不应大于20%，当采用Keller灌水均匀度Eu，可按照表4-3选取。

滴灌系统中，灌水器设计允许流量偏差率qv应不大于20%，设计灌水均匀度不应低于0.95。

表4-3 推荐的不同条件下的Eu值

灌水器 类型 每株作物的灌水器数 均匀坡，坡点源 ≥3 度不大于2% 均匀坡，坡点源 ＜3 度不大于2% 起伏地形点源 ≥3 或坡度大于2% 起伏地形点源 ＜3 或坡度大于2% 80~90 线源 85~90 线源 85~90 微喷 90~95 微喷 地形 Eu （%） 灌水器 类型 每株作物的灌水器数 地形 均匀坡，坡度不大于2% 均匀坡，坡度不大于2% 起伏地形或坡度大于2% 起伏地形或坡度大于2% 70~85 80~90 85~90 90~95 Eu （%） 五、灌溉水的利用系数η。

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灌溉水的利用系数为满足作物消耗和淋洗的有效水量占灌溉供水量的百分比。它主要与灌水均匀度、由于土壤湿润模式和不定时的降雨可能产生的渗漏损失等有关。但只要设计合理、精心管理，渗漏损失是可以避免的，而过滤冲洗水量损失、管线冲洗损失所占比例很小。微灌工程技术规范规定：

（1）对于滴灌，灌溉水利用系数η≥0.9； （2）对于微喷灌，灌溉水利用系数η≥0.85。 六、灌水器设计工作水头

灌水器的工作水头影响着系统的运行费用，对灌水均匀度也在影响，灌水器的设计工作水头应综合考虑地形、所选用的灌水器的水力性能、滴灌管（带）的承压能力、运行费用和灌水均匀度。

SL103-95《微灌工程技术规范》规定；灌水器设计工作水头应取所选灌水器的额定工作水头，没有额定工作水头的灌水器应由灌水器水头与流量关系曲线确定但不宜低于2m。

灌水小区允许水头偏差：根据《微灌工程技术规范》规定，灌水小区内灌水器工作水头偏差率应按下列公式计算：

hv?式中：hv—灌水器水头偏差率，%；

hmax?hminhd （4-20）

hmax—灌水器最大工作水头，m； hmin—灌水器最小工作水头，m； hd—灌水器设计工作水头，m。

灌水器工作水头偏差率hV与流量偏差率qV之间的关系可用下式表示：

qv1?xhv?(1?0.12qv) （4-21）

xx式中：X——滴头流态指数。 灌水小区允许水头偏差按下式计算：

[ΔH]= hV×hd （4-22）

式中：[ΔH]——灌水小区允许水头偏差，m； 七、设计灌溉制度

1．设计灌水定额：应根据当地试验资料按下面公式之一计算

mmax=0.1γZP(θmax-θmin)/η （4-23） 或 m=0.1ZP(θ/max-θ/min)/η （4-24）

式中：m——设计灌水定额mm；

γ——土壤容重g/cm3，可根据表2.3-1选用；

z——计划土壤湿润层深度（根据各地的经验，各种作物的适宜土壤湿润

层深度为：蔬菜0.2-0.3m,大田作物0.3-0.6m，果树1.0-1.2m），m；

P——湿润比 %；

θmax、θmin——适宜土壤含水率上、下限（占干土重的百分比），θmax可

40

取田间持水率的90%，θmin可取田间持水率的60%，可根据表4-4选用；

θ/max、θ/min——适宜土壤含水率上、下限（占土壤体积百分比），θ/max

可取田间持水率的90%，θ/min可取田间持水率的60%，可根据表4-4选用；

η——灌溉水利用系数。

上式求得的灌水定额为作物需水高峰期的值。

表4-4 不同土壤的物理特性表

土壤 质地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 中粘土 重粘土 容重 （g/cm3） 1.45-1.80 1.36-1.54 1.40-1.52 1.40-1.55 1.38-1.54 1.35-1.44 1.30-1.45 1.32-1.40 田间持水量 重量（%） 16-20 22-30 22-28 22-28 22-28 28-32 25-35 30-35 体积（%） 26-32 32-40 30-36 30-35 32-42 40-45 35-45 40-50 凋萎系数 重量（%） 4-6 4-9 6-10 6-13 15 12-17 体积（%） 5-9 6-12 8-15 9-18 20 17-24 2．设计灌水周期T：

微灌条件下的设计灌水周期为作物耗水高峰期的允许最大灌水周期，可按下式计算

T?mIa （4-25）

式中： T——设计灌水周期，d；

Ia——设计耗水强度，mm/d。

（3） 一次灌水延续时间t

a.单行直线毛管，等间距滴灌布置：

t?mSeSlqa? （4-26）

式中：t——一次灌水延续时间，h；

qa——灌水器流量，L/h。

b.宽行果树，每棵树布多个灌水器时：

t?mStSrnqa （4-27）

式中：Sr、St-分别为果树的株、行距，m。

八、系统日最大运行时数C

系统设计时，应留出一段非运行时间用于系统检修和其他预想不到的停机故障等。SL103-95《微灌工程技术规范》规定，日最大运行小时数不大于20h。但根据国内外实

41

践经验，为了降低系统投资，日最大运行时间可以达到22h。

第三节 微灌灌水器的选择

灌水器选择是否恰当，直接影响微灌工程的投资和灌水质量。设计人员应熟悉各种灌水器的性能和适用条件，考虑以下因素选择适宜的灌水器。

一、应考虑的因素 1．作物种类和种植模式

不同的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。如条播作物，要求沿带状湿润土壤，湿润比高；而对于果树等高大的林木，株、行距大，一棵树需要绕树湿润土壤。作物不同的株行距种植模式，对灌水器流量、间距等的要求也不同。

2．土壤性质

土壤质地对滴灌入渗的影响很大，对于沙土，可选用大流量的滴头，以增大土壤水的横向扩散范围；对于粘性土壤应用流量小的滴头，以免造成地面径流。

3．工作压力及范围

任何灌水器都有其适宜的工作压力和范围，工作压力大，对地形适应性好，但能耗大。例如：压力补偿式滴头需要较高的工作压力；一次性薄壁滴灌带不能承受较高的工作压力；温室、大棚需要的工作压力更低。

4．流量压力关系。

压力与流量变化之间的关系是灌水器的一个重要牲值。流态指数x变化在0~1，完全补偿灌水器x=0，紊流灌水器x=0.5，层流灌水器x=1。X值越大，流量对压力的变化越敏感。目前，层流灌水器已淘汰，国内外大量使用的滴灌灌水器的流态指数，滴头和滴灌管一般为0.2~0.5；滴灌带一般为0.4~0.6。各种形式的灌水器的流态指数在0~1.0之间变化，，见表4-5。

表4-5 灌水器流态指数及流态

灌水器形式 流态指数 0 压力补偿式 非压力补偿式 涡流式 孔口式、迷宫式、双腔式 长流道及螺旋流道式 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 涡流 全紊流 光滑紊流 流态 5. 灌水器的制造精度

灌水器的出水的均匀度与灌水器的精度密切相关，在许多情况下，灌水器的制造偏差所引起的流量变化，超过水力学引起的流量变化。灌水器质量的评价指标，参见表4-6。

表4-6 灌水器制造质量分类(Cv—灌水器的制造偏差)

质量分类 滴头或微喷头 滴灌管或滴灌带 42

好 一般 较差 差 不能接受 Cv＜0.05 0.05＜Cv＜0.07 0.07＜Cv＜0.11 0.11＜Cv＜0.15 0.15＜Cv Cv＜0.1 0.1＜Cv＜0.2 0.2＜Cv＜0.3 0.3＜Cv 6． 对温度变化的敏感性

灌水器流量对水温度反应的敏感程度取决于两个因素：灌水器的流态，层流型灌水器的流量随水温的变化而变化，而紊流型灌水器的流量受水温的影响小，因此在温度变化大的地区，宜选用紊流型灌水器。灌水器的某些零件的尺寸和性能易受水温的影响，例如压力补偿滴头所用的弹性补偿片，可能随水温而变化，从而影响滴头的流量。

7．对堵赛的敏感性。

灌水器对对堵赛的敏感性主要取决于灌水器的流道尺寸和灌水器内的水流速度。流道过水断面尺寸与流道抗堵塞性的关系是：（1）非常敏感：小于0.7mm；（2）敏感：0.7~1.5mm；（3）比较敏感：大于1.5mm。根据经验，对于滴灌，需要把大于灌水器流道直径1/10的颗粒全部由过滤器过滤掉，对于微喷灌，需要把大于灌水器流道直径1/7的颗粒全部过滤掉。

8．成本与价格。一个微灌系统有成千上万的灌水器，其价格的高低对工程投资的影响很大。设计时，在保证系统正常运行的前提下，应进可能选择价格低廉的灌水器。

二、灌水器选择的原则

1．满足设计湿润比的要求。在毛管和灌水器布置方式确定的情况下，选择合适的灌水器类型和流量，使其满足设计湿润比的要求。

2．灌水器流量应满足灌溉制度的要求。在水量平衡的前提下，如在规定的灌水周期内和系统日最大允许小时数内，不能将整个灌溉面积灌完，就需调大滴头流量或重新选择流量比较大的灌水器。

3．应尽可能选用紊流型灌水器。

4．应选用制造偏差系数Cv值小的灌水器。 5．选择抗堵塞性能强的灌水器。 6．选择寿命长而价格低的灌水器。

一种灌水器不可能满足所有的要求，在选择灌水器时，应根据当地的具体条件选择满足主要要求的灌水器。

三、常用滴灌灌水器的选型

在滴灌系统中，对于条播作物和瓜果蔬菜，选用沿毛管灌水器间距较小的滴灌带（管）较多，对于株行距较大的树木，应选用沿毛管间距较大的灌水器。表4-7是目前滴灌中普遍采用的出水孔流量和间距的范围，可供参考。

表4-7 常用滴灌灌水器选择参考表

作物种类 土壤质地 砂土 作物、瓜果蔬菜 壤土 灌水器选择 流量（L/h） 2.1~3.2 1.5~2.1 滴孔间距（m） 0.3 0.3~0.5 43

粘土 1.0~1.5 0.4~0.5

第四节 微灌系统工作制度与轮灌组的划分

一、微灌系统工作制度

微灌系统的工作制度通常分为续灌、轮灌和随机供水3种情况。工作制度影响着系统的工程费用。在确定工作制度时，应根据作物种类，水源条件和经济状况等因素作出合理选择。

1．续灌

续灌是同时灌溉灌区内所有作物的一种工作制度。在灌溉面积小的灌区，例如，小于6.67hm2的果园，种植单一的作物时可采用续灌的工作制度。

2．轮灌

较大的微灌系统为了减少工程投资，提高设备利用率，增加灌溉面积，通常采用轮灌的工作制度。一般是将干管、支管分成若干组，由干管轮流向支管供水，支管轮流向辅管或同时向毛管供水，一条支管（辅管）所控制的面积为一个灌水小区，由若干个小区构成一个轮灌组。

3．随机取水

当灌水小区很多，且各自的用水时间无法预计时，应采取能适应随机取水的供水方式进行设计。例如设施农业大棚温室群，往往有几十座甚至几百座温室或大棚。各温室大棚栽种的作物种类繁多，时间出前后不一；即使同一温室或大棚，受市场的影响或作物倒茬的需要，今年和明年所种的作物可能不同；即使种同种作物也有种植早晚的不同，而同种作物的生育阶段不同。

二、划分轮灌组的原则： 1．控制面积相等

每个轮灌组控制的面积和流量尽可能相等或接近，以便水泵工作稳定，提高动力机和水泵效率，减少能耗。

2．与管理体制相适应

轮灌组划分应照顾农业生产责任制和田间管理的要求，尽可能减少农民之间的用水矛盾，并使灌水与其他农业技术措施较好的配合。

3．方便管理

为了便于运行操作和管理，手动控制时，通常一个轮灌组的控制范围宜集中连片，轮灌顺序可通过协商由下而上或由上而下进行。在采用自动控制时，为了减少输水干管的流量，宜采用插花操作的方法划分轮灌组。

三、轮灌组划分方法

轮灌组的数目取决于灌溉面积、系统流量、所选灌水器的流量、日运行最大小时数、灌水周期和一次灌水延续时间等。首先利用式（4-27）粗估轮灌组的个数：

q?N? （4-27）

Q式中：N—轮灌组的数目，个；

44

Σ

q—整个灌溉面积上的滴头总流量，m3/h；

Q—水量平衡要求的最小系统设计流量，m3/h。

最大轮灌组数目应满足：

N?N最大?式中：Nmax—最大轮灌组数目；

CTt （4-28）

C—系统日最大运行时数，h/d； T—最大设计灌水周期，d； t—一次灌水延续的时间，h。

如果N不为整数，可以采取两种办法，一为增大水泵流量，但不宜增大过多，否则会增大系统投资，并且水泵流量不能超过水源供水流量；二为通过微调灌水器设计水头来调整灌水器流量，最终使式（4-27）计算值成为整数。

第五节 微灌管道水力计算常用公式

微灌

一、沿程水头损失计算

1．微灌管道内的水流属于光滑紊流，常用勃拉修斯（Blasius）公式计算沿程水头损失。

1.47?0.25Q1.75hf?L (4-29) 4.75d 式中：hf--沿程水头损失，m；

ν--水的运动黏度（运动黏滞系数），随水温而变化，cm2/s。 Q--流量，L/h； d--管道内径，mm； L--管道长度，m。

不同温度下，水的运动黏度ν值见表4-8。

表4-8 水的运动黏度ν值

温度（℃） ν（cm2/s） 0 2 4 6 8 0.0179 0.0167 0.0157 0.0147 0.0139 温度（℃） ν（cm2/s） 10 12 14 16 18 0.0131 0.0124 0.0118 0.0112 0.0106 温度（℃） ν（cm2/s） 20 22 24 26 28 0.0101 0.0096 0.0091 0.0088 0.0084 温度（℃） ν（cm2/s） 30 32 0.0080 0.0066 d＞8mm的微灌用聚乙烯管推荐用勃拉修斯（Blasius）公式，硬塑料管推荐公式

与勃拉修斯（Blasius）公式差别很小，因此除d＜8mm和管道外，建议一般微灌管均采用勃拉修斯（Blasius）公式进行计算。

2．SL103-95《微灌工程技术规范》推荐公式

SL103-95《微灌工程技术规范》推荐公式是根据我国微灌管道水力试验结果提出

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