微灌技术应用及其工程规划设计

常贵，单陆丹，高金梅，顾正南

（江苏省淮安市水利勘测设计院有限公司，233005，淮安）

微灌技术应用及其工程规划设计

常贵，单陆丹，高金梅，顾正南

（江苏省淮安市水利勘测设计院有限公司，233005，淮安）

微灌；节水技术；规划设计

微灌技术作为最重要的节水灌溉工程技术之一，具有显著的节水、节地、节能、省工等优点。本文结合所承担的微灌工程规划设计，从微灌技术的类型、特点进行分析，重点介绍微灌工程的规划设计要点。

一、微灌的分类与特点

1.微灌的分类

微灌常按选用灌水器的不同进行分类，即不同灌水方法采用不同的灌水器。

①滴灌。利用滴头、滴灌管（带）等灌水器以滴水或者细小水流的方式缓慢而均匀地湿润作物根区部分土壤的灌水技术称为滴灌。由于滴头流量很小，只湿润滴头所在位置的土壤，水主要借助土壤毛管张力入渗和扩散。滴头流量一般不大于12L/h，常用滴头流量为1～4L/h。滴头置于地面时，称为地表滴灌；滴头置于地面以下，将水直接施到地表下的作物根区，称为地下滴灌；把滴灌管（带）铺设在农膜下的灌溉方式称为膜下滴灌。

②微喷灌。又称微型喷 （洒）灌（溉），是利用微喷头、微喷带（管）等灌水器，将压力水以喷洒状的水流形式喷洒在作物根区附近土壤表面的一种灌水方式。微喷头流量一般不大于250 L/h，常用的微喷头流量为20～240 L/h。

③涌灌。又称涌泉灌溉，是通过从开口小管涌出的小水流将水灌入土壤。由于灌水流量较大（但一般不大于220 L/h），需要筑沟埂在地表形成小水洼来控制灌水。这种灌水方式的工作压力很低，不易堵塞，但田间工程量较大，适合地形较平坦地区。为了克服滴灌堵塞，有一种将滴灌系统的滴头取下，称作小管出流灌溉的灌水方法，也属于涌灌。

④雾灌。又称弥雾灌溉，与微喷灌很相似，只是工作压力较高（可达到 200 kPa～400 kPa）， 喷出的水滴极细，灌水时形成水雾且以调节田间空气湿度为主要目的，如全日照喷雾育苗就要采用雾灌。

2.微灌的特点

①小流量局部高频灌溉与传统地面灌水方法（沟、畦灌等）和喷灌的最大区别是灌水均匀，灌溉水利用率高。微灌通过管道系统将水直接送往作物根部附近，只湿润主根层所在的耕层土壤，作物基本上没有棵间蒸发，作物需水量本身就比较小。同时，微灌设备可以按照需要准确控制灌水量，既不存在深层渗漏亦无喷灌条件下的飘移蒸发损失，在现有的灌水方法中，微灌所需要的灌水量最小，田间灌溉水有效利用系数最高。

②适时适量供水供肥。微灌可按作物需求适时适量地向作物根区供水供肥，肥料及药剂可通过微灌系统随着灌溉水直接施到根系土壤中。微灌可实现自动化灌溉施肥，使作物根系活动层土壤一直处于良好的水、热、气和养分供给状态，改善了作物的生长环境，为作物增产和改善品质提供了有利条件。

③工作压力低，节约能源。微灌灌水器要求的工作压力比喷头低得多，与喷灌相比可以大幅度降低能量消耗。同时，微灌田间灌溉水有效利用系数高，对需要消耗能源的提水灌区，节水也就意味着节能。

④可适应各种土壤和地形。微灌是利用压力管道将水输送到作物根部区域，适用于各种土壤和地形，甚至可以在某些陡坡或者沙石滩上有效灌溉，还能根据土壤的入渗特性选用相应的灌水器，避免地表径流和深层渗漏。

二、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四部分组成。微灌用管道和管件对防堵塞的要求较高，同时工作压力较低，工程设计中多采用塑料材质（主要有PVC-U管和PE管）的管道和管件，末级毛管多用半软管。

1.微灌用灌水器

灌水器又称配水器，其作用是按照作物的需要，消杀或分散有压管道输送来的集中水流中的能量，并向每棵作物的根区土壤配水。灌水器种类繁多，使用条件也各有差异，常用的有以下几类：

①滴头。在滴灌系统中，通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流状的装置称为滴头。滴头常用塑料压注而成，结构多样，规格型号各异，如按安装位置不同可分为管上式、管间式、内镶式；按照压力分为压力补偿式和非压力补偿式等。

②滴灌管（带）。在制造过程中将滴头与毛管组装成一体的管状或带状的灌水器称为滴灌管（带），其兼具输配水和滴水功能。当管内无专用滴头时，直接在结合缝处热合成流道或做成双壁管等形式，毛管管壁薄，可压扁成带状称为滴灌带；管壁较厚，管内或管间装有专用滴头，毛管卷曲不易变形的称为滴灌管。目前国内外大量使用的性能较好的薄壁滴灌带有边缝式滴灌带、中缝式滴灌带、内镶贴片式滴灌带等。

③微喷头。就是微型喷头，是微喷灌的出流部件。按照结构特征可划为折射式、旋转式；按喷射水流湿润范围的形状有全圆和扇形之分；按结构形式有固定式和移动式之分。

④微喷带。微喷带是采用激光或者机械打孔方法生产的多孔喷水带。随着工作压力不同，微喷带的喷幅发生变化。微喷带具有喷水柔和、适量、均匀，低水压，低成本，铺设、移动、卷收方便等优点，主要适用于农田、果园、菜地、林草花卉等。

2.微灌用过滤设备

微灌系统微灌要求灌溉水中不含有造成灌水器堵塞的污物和杂质，而任何水源 （包括水质良好的井水）都不同程度地含有污物和杂质，这些污物和杂质可区分为物理、化学和生物类，诸如尘土、砂粒、微生物及生物体的残渣等有机物质，碳酸钙等易产生沉淀的化学物质，以及菌类、藻类等水生动植物。在进行微灌工程规划设计前要对水源水质进行化验分析，并根据选用的灌水器类型和抗堵塞性能，合理地设计选定水质净化设备。

作为微灌系统的初级水质净化设备有拦污栅、沉淀池和离心式泥沙分离器等。作为微灌系统的末级过滤器，其形式有多种，按安装方式有立式和卧式，按材质有塑料和金属，按清洗方式有人工清洗和自动清洗，按滤网形状有筒式和叠片式之分，应根据需要和设备供应情况合理选用。

三、微灌工程的规划设计

1.微灌设计参数

①作物需水量。微灌属于局部灌溉，局部灌溉下作物需水量可不考虑棵间蒸发量，只与作物对地面的遮阴率大小有关，公式为：

式中，ETd为作物耗水强度，mm/d；ETc为作物需水量，mm；Kr为作物遮阴率对耗水量的修正系数，小于等于1。

②灌水定额。在管网设计中，采用作物生育期内各次灌水量中最大的一次作为设计灌水定额。微灌系统的作物生育期最大净灌水定额可由式（2）确定：

式中，m为灌水定额，mm；γ为土壤容重，g/cm3；z 为计划湿润层深度，cm；p为设计土壤湿润比（%）；θmax为适宜含水量（质量百分比）上限（%）；θmin为适宜含水量（质量百分比）下限（%）。

③设计灌水周期。在设计灌水定额和设计日耗水量的条件下能满足作物需要，两次灌水之间的最长时间间隔，可按式（3）计算：

④一次灌水延续时间。即式（4）：

式中，t为次灌水延续时间，h； Sr、St分别为灌水器间距、毛管间距，m；q为灌水器流量，L/h。

⑤灌水次数与灌水量。微灌工程中作物全生育期灌水次数比传统的地面灌溉多。灌水次数应当根据当地气象和作物需水特点等确定。灌水总量为生育期内各次灌水量的总和。

2.灌溉工作制度

微灌系统工作制度分为续灌、轮灌和随机取水三种方式。其中随机取水方式适用于灌溉系统面积较大、区内用水单位多并且作物种植结构复杂，取水随意性大的情况。

轮灌组的个数取决于灌溉面积、系统流量、灌水器的流量、日运行最大时数、灌水周期和一次灌水延续时间等，轮灌组数目可由下式计算：

式中，N为实际轮灌组数，个；n总为系统灌水器总数，个；qd为灌水器设计流量，L/h；Q 为系统设计流量，L/h。

3.微灌管道流量及水力设计

①流量计算。在根据作物种类、水源条件和经济状况等因素等条件合理选择工作制度基础上，根据每个灌水器（出水口）流量依次计算毛管、支管及干管流量。

②水头偏差计算。灌水小区中灌水器的流量差异取决于灌水器的水头差异，灌水器的水头偏差率与流量偏差率的关系为：

式中，hv为灌水小区中灌水器水头偏差率，%；qv为灌水小区中灌水器偏差率，%；x为灌水器流态指数。

③沿程水头损失计算。微灌系统的支毛管多为等距多孔管，其水头损失按式（7）计算：

式中，hf为等距多孔管沿程与局部水头损失，m；S 为分流孔间距，m；S0为多孔管进口至首孔的间距，m；N为分流孔总数；q 为单孔设计流量，L/h；f、m、b分别为管道的沿程水头损失计算系数、指数。

④管径计算。水头损失等于或接近于允许管网最大水头损失时的管径就是恰当的。当Q＜120 m3/h时，D=； 当 Q＞120 m3/h时，D=11.5Q为管道内流量，m3/h；D为管道内径，mm。

⑤水泵选型。微灌工程的水泵与配套动力的选择主要根据系统设计扬程和设计流量进行。

依据以上水力学计算结果和管网布置长度与形式，以及供水需求量和水源情况可确定所需水泵的扬程与流量。在微灌工程中常用的是中小型离心泵和潜水泵。

四、结论

①微灌技术在农林业中应用广泛，如何有效地发挥微灌系统的作用，设计是关键。设计工作者要严把设计关，本着科学、合理、高效、节约的原则，设计出符合现代农林业生产的微灌系统。

②微灌技术设计中，土壤湿润比、作物需水量和水源是基础，管网布局与水力计算是依据，管网和水泵的选择与确定是关键。■

[1]姚彬.微灌工程技术[M].郑州：黄河水利出版社，2012.

[2]郭元裕.农田水力学[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

[3]金兆森，朱克成.喷微灌工程规划设计指南[M].南京：河海大学出版社，2002.

责任编辑 李建章

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1000-1123（2014）09-0034-02

2014-03-20

常贵，工程师。