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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