論文：微灌技術的應用
我國自1974年首次從墨西哥引進滴灌技術，迄今已走向快速發(fā)展的軌道，"九五"期間共發(fā)展微灌面積210萬畝。微灌的方式也從最初單一的滴灌發(fā)展成為包括滴灌、微噴灌、涌流灌和滲灌等多種方式的灌水技術，主要應用于溫室大棚、果園和經(jīng)濟作物的灌溉上；部分干旱缺水地區(qū)利用窯窖蓄水在大田糧食作物灌溉上也使用滴灌技術。
微灌水器的品種規(guī)格顯著增加，部分產(chǎn)品開始形成系列化，主要產(chǎn)品有：離心式微噴頭、折射式微噴頭、微管式滴頭系列及組合式滴頭、大流量迷宮式滴頭、孔口滴頭系列、補償式滴頭、雙上孔滴灌帶、雙腔管微灌帶、單腔管微灌帶、內(nèi)鑲式滴灌帶、迷宮式滴灌帶、脈沖式滴灌管及各種材質(zhì)的滲灌管等。近幾年來，隨著節(jié)水灌溉技術的發(fā)展，一些微灌設備生產(chǎn)企業(yè)從國外引進生產(chǎn)工藝、配方、模具或生產(chǎn)線，提高了微灌設備的質(zhì)量和性能。
1.滴灌
1.1滴灌的特點及適用范圍
滴灌是將具有一定的壓力水，過濾后經(jīng)滴灌系統(tǒng)及滴水器均勻而緩慢地滴人植物根部附近土壤的局部灌溉技術。滴灌具有以下特點：
(1)省水：滴灌是局部灌溉方法，它可根據(jù)作物的需要精確地進行灌溉，用管道輸水，非常省水，一般比地面灌省水30%-50%，有些作物可達80%左右，比噴灌省水10%-20%。
(2)灌水均勻：滴灌可有效控制每個滴頭的出水量，灌水均勻度高，一般可達80%-90%。
(3)節(jié)能：滴灌工作壓力要比噴灌低得多，節(jié)能，灌溉水利用率高，所以減少了抽水量，相應也減少了抽水的能量，這在高揚程灌區(qū)效果更明顯。
(4)土壤和地形的適應性強：滴灌幾乎可以適應任何復雜的地形，甚至在亂石灘上種的樹也可滴灌。滴灌的灌水強度低，可以適應人滲率低的粘性土壤，又由于灌水時間長，勤澆勤灌，即使在透水性很大的砂性土壤也不會造成嚴重的深層滲漏。在一定條件下，滴灌還可適應于微咸水灌溉。
(5)增產(chǎn)：保持穩(wěn)定的土壤濕度，提高作物產(chǎn)量，增強耐鹽能力，滴灌能適時適量地向作物根區(qū)供水施肥，不會造成土壤板結，為作物生長提供了良好的水分、養(yǎng)分條件，可同時提高產(chǎn)品品質(zhì)。
(6)省工：滴灌便于自動控制，節(jié)省勞動力，滴灌還可用來施肥和噴灑其它農(nóng)藥，即省肥(藥)，又省力，非常方便。
(7)方便田間作業(yè)：滴灌田塊大部分地面是干燥的，便于在灌水的同時進地進行其它農(nóng)事操作。
滴灌的'主要缺點是投資較高，容易堵塞，對水質(zhì)要求高。它主要適用于果樹、蔬菜、花卉、溫室大棚等經(jīng)濟作物和水源極缺的地區(qū)、高揚程抽水灌區(qū)及地形起伏較大地區(qū)的灌溉，同時對透水性強、保水性差的砂質(zhì)土壤和咸水地區(qū)也有一定的發(fā)展前景。
1.2滴灌系統(tǒng)的組成
滴灌系統(tǒng)一般由水源、首部樞紐；輸水管道和滴頭組成。
(1)水源：各種符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)要求的水源，只要含沙量較小及雜質(zhì)較少，均可用于滴灌，含沙量較大時，則應采用沉淀等方法處理。
(2)首部控制樞紐：首部控制樞紐一般包括水泵、動力機、過濾器、化肥罐、調(diào)節(jié)裝置等。化肥罐用于灌水施肥施藥，常用的化肥罐有壓差式、開敞式、文丘里注入式和注射泵等四種形式，肥料罐一般安裝在過濾器之前，以防造成堵塞。過濾器對滴灌十分重要，目前過濾器一般有篩網(wǎng)過濾器，旋流砂石分離器、砂過濾器、疊片式過濾器四種。
篩網(wǎng)過濾器：是將尼龍或不銹鋼網(wǎng)固定在支架上。篩網(wǎng)孔徑一般以不超過滴頭水流通道直徑10%一20%，它適用于過濾無機物質(zhì)，有機或生物雜質(zhì)易于堵塞。
旋流水砂分離器：是將壓力水流沿切線方向流入園形或圓錐形過濾罐，作旋轉(zhuǎn)運動，在離心力作用下，比水重的雜質(zhì)移向四周，逐漸下沉，清水上升，水砂分離，砂石過濾器可以連續(xù)過濾高含沙量的滴灌水，但是與水比重相近或較輕的雜質(zhì)，過濾作用不明顯，一般田干初級討浦。
砂過濾器：是在過濾罐放置1.5-4mm的砂礫石，水在礫石中流動時，清除雜物，它主要適用于有機物雜質(zhì)的過濾。
疊片過濾器：一般是將帶槽的園片疊加壓緊而成，水在疊片槽中流動時除去雜質(zhì)，并可松開疊片除去清洗雜質(zhì)，它適用于有機質(zhì)和混合雜質(zhì)過濾。
(3)輸水管網(wǎng)：滴灌系統(tǒng)的輸水管網(wǎng)一般由干支毛三級管網(wǎng)組成，干支管一般為硬質(zhì)塑料管(PVC/PE)，毛管用軟塑料管(PE)。
(4)滴水器：它是在一定的工作壓力下，通過流道或孔口將毛管中的水流變成滴狀或細流狀的裝置，其流量一般不大干12 l/小時。按滴水器的構造方式不同，滴水器通常分滴頭和滴灌管兩大類。
滴頭通常有長流道型滴頭；孔口型滴頭、渦流型滴頭等多種形式。滴頭與毛管采用外連接。注意選用抗堵塞性強、性能穩(wěn)定的滴頭。
滴灌管是將滴頭與毛管制造成一整體，分內(nèi)鑲式滴灌管和薄壁式滴灌管兩種。其滴頭孔口直徑為0.5-0.9mm，流道長度為30-50cm；管直徑為10-16mm；管壁厚為0.2-1mm；工作壓力為50-100KPa，孔口出流量為1.5-3.0l/小時m。滴灌管同時具有輸水和滴水兩項功能，使用方便。缺點是孔口較小，鋪設于地面上的滴灌管妨礙田間其它農(nóng)事操作。
隨著滴灌技術的發(fā)展，為了提高滴灌的灌水均勻性，減小管道壓力變化而造成滴頭出水流量變化，目前采用壓力補償技術改變灌水器流量，使灌水器出流更為均勻。
滴灌設計選擇滴頭形式時，應根據(jù)土壤及種植作物灌溉制度及經(jīng)濟等情況。根據(jù)滴頭工作壓力和流量選擇合適的滴頭。
2.微噴灌
2.1微噴的特點及適用范圍
微噴灌是介于噴灌與滴灌之間的一種灌水方法。微噴灌主要具有以下優(yōu)點。
(1)節(jié)水、灌水質(zhì)量高：微噴雖然在整個田塊灌水并不均勻，但它把水直接輸送到作物的根部，滿足作物全部需水要求，灌水質(zhì)量高。而且微噴灌采用管道輸水，靠近地面噴灑，大大減少了蒸發(fā)損失和輸水過程中的損失。加之微噴是局部灌溉，減少了部分土壤無效耗水，因而節(jié)水。
(2)對土壤、地形和作物的適應性強：微噴灌是一種管道輸水的局部灌溉，水一直送到作物附近，它幾乎適應各種復雜地形。與滴灌相比，由于微噴灌濕潤面積比滴頭大得多，避免大流量滴頭在粘土土壤中發(fā)生地表徑流和形成水洼及透水性很大的沙土的深層滲漏問題，對土壤的適應性好。
(3)防堵塞性能好：微噴頭的孔徑比滴頭大得多，防堵塞性能好，對水質(zhì)過濾要求要低，相對也降低了成本。
(4)增產(chǎn)：微噴灌還可以結合作物葉面施肥、噴藥等使用，噴水時霧化程度較高，可以增加作物濕度，調(diào)節(jié)土壤溫度，且對作物打擊強度小，具有顯著增產(chǎn)作用，這對一些花卉、木耳等對溫、濕度有特別要求的作物更為明顯。同時微噴灌還具有獨特景觀。
微噴灌的適應性強，可用于各種地形、土質(zhì)下的果樹、花卉及苗圃、城市園林綠化等。
2.2常用微噴頭形式
按照工作原理，常用微噴頭有射流式、離心式、折射式和縫隙式四種。射流式有運動部件，又稱旋轉(zhuǎn)式噴頭，后三種又稱固定式微噴頭。
(1)折射式微噴頭：壓力水從孔口噴出并碰到孔頂部擴射時，水流受阻折射并形成薄水層后向四周射出，在空氣阻力和內(nèi)部形成渦流被粉碎，形成水滴灑落在地面進行灌溉，其工作壓力通常為 100-350KPa，射程為1-7m，流量為30-250 l/小時。其優(yōu)點是結構簡單，沒有運動部件，工作可靠，價格便宜，適用于果園、苗圃、溫室、花卉等的灌溉。
(2)射流式噴頭：是通過曲線型的導流槽使水流以一定的仰角向外噴水，利用水流的反作用，使搖臂帶著水作快速旋轉(zhuǎn)，使水 分均勻的灑在地面上。其工作壓力一般為1000-1500KPa，噴灑半徑為1.5-7m，流量為45-2501/小時。適用于果樹、溫室、苗圃和城市園林綠化的灌溉，特別適合于全面噴灑灌溉與密植作物、透水性較強的沙土和透水性弱的粘土等。
(3)離心式微噴頭：是水流從切線方向進入離心室，繞垂直軸旋轉(zhuǎn)后，從離心室中心射出，在空氣阻力作用下粉碎成水滴灑灌在微噴頭四周。這種微噴頭的特點是工作壓力低，霧化程度高。
(4)縫隙式微噴頭：水流經(jīng)縫隙噴出，在空氣阻力下粉碎散成水滴。同滴頭類似，微噴頭的性能主要是工作壓力、額定流量、射程等。
3.涌流灌（小管出流灌溉）
3.1灌水技術的特點
小管出流灌水是針對國產(chǎn)微灌系統(tǒng)使用過程中，灌水器易被堵塞的難題和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平不高的現(xiàn)實，打破微灌灌水器流道的截面尺寸(一般直徑為0.5-1.2mm)，而采用超大流道，以3、4和6的PE塑料小管替代滴頭，并輔以田間滲水溝，形成一套以小管出流為特色的微灌系統(tǒng)。
(1)不易堵塞：灌水器的流道直徑比滴頭、微噴頭的流道或孔口的直徑大得多，采用大口徑大流量的灌水器解決了滴灌系統(tǒng)灌水器易于堵塞的難題。
(2)節(jié)能：由于流道相對較大，過濾器及灌水器的局部水頭損失小，因此運行過程中所需的工作壓力較低。
(3)節(jié)水：小管出流灌水系統(tǒng)只濕潤滲水溝和兩則作物根系活動層的部分土壤，仍是一種局部灌溉技術，節(jié)水效果高。
(4)適應性強：對各地形、土壤的果樹和寬行蔬菜及大田作物均可適用。
3.2.小管出流田間灌水系統(tǒng)的組成
小管出流田間灌水系統(tǒng)包括干管、支管、毛管、灌水器（流量調(diào)節(jié)器）及滲水溝。
該產(chǎn)品目前在新疆、北京、甘肅、江西、海南、四川等全國大部分省區(qū)的節(jié)水灌溉工程得到普遍的應用推廣，用戶普遍反映流量調(diào)節(jié)器的性能可靠，適應性強；設計簡單，抗堵塞性能較好,對水質(zhì)要求不高；價格適中，非常適合中國的國情。
3.3.小管出流的應用
流量調(diào)節(jié)器是滴灌和涌泉灌的關鍵部件,它的過流斷面大,抗堵塞性能好；在工作壓力60～500Kpa的范圍內(nèi),水壓的變化對其出流量幾乎沒有影響,目前主要在四個方面使用：
（1）在日光溫室大棚滴灌系統(tǒng)的毛管進口處安裝流量調(diào)節(jié)器，提高整個溫棚的灌水施肥均勻性。日光溫室一般東西走向較長（50～100米），南北較短（一般10米以內(nèi)）而且多為南北行向種植，配水支管較長，使其上下游的水壓力差較大，直接影響支管上下游毛管的配水量。在每條毛管進口處安裝流調(diào)器后，使各條毛管的的進水量基本相等，同時可使支管的管徑由原來的D40～D32降低到D32～D25，明顯降低整個工程投資的10%。目前，這種形式在甘肅省酒泉市金塔縣、河南、山東等地使用廣泛。
（2）安裝在微噴頭的上游，提高整個地塊的噴灑均勻度。可使毛管鋪設長度增長，保證灌水均勻，并減少支管用量而降低造價。流調(diào)器流量與單個微噴頭的流量相匹配。該形式在甘肅引大入秦工程、三峽移民工程及許多國家級、省級高科技農(nóng)業(yè)示范園區(qū)建設中應用效果良好。
（3）安裝在涌泉灌的出水口處，使各出水點配水均勻。涌泉灌灌水器因其流道較大，流量適中，既可適用于地表水和高含沙水以減少堵塞，減少微灌系統(tǒng)對水質(zhì)的特殊過濾要求，提高工程安全性和保證率，又可適于地形變化較大的坡地灌溉，大大減少設計工作量。目前，利用流調(diào)器作為涌泉灌的出水口已在新疆、北京等地區(qū)的果樹灌溉得到大面積推廣，用戶反映良好。
（4）毛管級流量調(diào)節(jié)器與各種滴灌帶配套使用，可提高整個系統(tǒng)的灌水均勻度和安全性能。滴灌帶由于管璧較薄，一般額定工作壓力在100Kpa以下，在發(fā)生水擊等偶然破壞性因素，或在丘陵地區(qū)由于壓力過大容易發(fā)生管道破裂時，如在毛管進水首部安裝配套流量的流調(diào)器，則可避免產(chǎn)生管道破壞現(xiàn)象,延長工程的使用壽命。該方式在中國農(nóng)科院科技示范縣---唐河縣等地得到大面積應用。
3.4脈沖微灌
脈沖式微灌系統(tǒng)是美國 INTRTEC公司在80年代研究開發(fā)成功的一項全新節(jié)水型灌溉設備，它是一種微灌技術，具有灌水均勻度高、抗堵塞、系統(tǒng)灌水流量和工作壓力可以調(diào)節(jié)、灌水器位置可調(diào)、抗老化、防凍裂和獨特的景觀效果等優(yōu)點。
脈沖式微灌系統(tǒng)由脈沖器總成、供水干管、支管、灌水毛管、噴水器總成以及連接、控制件組成。
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