微灌技术

第一章 微 灌 技 术

第一节 概 述

微灌的定义

微灌即是按照作物生长所需的水和养分，利用专门设备或自然水头加压，再通过低压管道系统末级毛管上的孔口或灌水器，将有压水流变成细小的水流或水滴，直接送到作物根区附近，均匀、适量地施于作物根层所在部分土壤的灌水方法。微灌包括滴灌、微喷灌、涌泉灌等。

微灌是当今世界上用水最省、灌水质量最好的现代灌溉技术。20世纪70年代初，微灌成为一种完整的灌溉技术，得到了普遍的重视和应用，至1991年全世界微灌面积约18万hm2。1992年我国微灌面积达3．4万hm2。微灌主要用于果树、保护地蔬菜、花卉和其他经济作物的灌溉。我国的微灌设备是在引进、吸收国外先进技术的基础上，结合本国的国情研究、发展起来的。近年来，国产微灌设备的质量有了明显提高。随着节水型农业的发展，我国的微灌技术将得到更快的发展。 二、微灌的特点、组成与分类 (一)微灌的特点

(1)局部湿润土壤。这是与传统地面灌水方法(沟、畦灌等)和喷灌的最大区别。微灌不是对整个灌水地段实施全面积灌溉，而是通过管道系统将水直接送到作物根部附近，只湿润主根层所在的耕层土壤，不破坏土壤结构，湿润区土壤水、热、气、养分状况良好，减少土壤表面蒸发。所以微灌又称为“局部灌水方法”。

(2)灌水量小，灌水周期短，属微量精细灌溉范畴。微灌条件下的作物基本上没有棵间蒸发，作物需水量比较小。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，微灌所需的灌水量最小。另外，微灌不仅具有以补充降雨不足为目的的灌水功能，同时还特别适合给作物输送液态化肥、除草剂等化学药剂，并便于实现自动控制。不过灌溉系统的运行管理、规划设计和安装调试以及对水质的要求都较为精细。一般滴头的流量为1．5—12L／h，微喷头的流量为50—200L／h。微灌的灌水时间间隔：蔬菜为l一3d；果树为7一15d。

(3)灌水质量较高。只要选用质量合格的灌水器，合理进行工程规划设计，使灌水器出水均匀，就能获得较高的灌水质量。同时，微灌条件下的灌溉制度具有灌水持续历时长、前后两次灌水间隔时间短、根区土壤水分变化幅度小的特点，土壤水分长期维持在作物适宜的湿度，有利于农作物均衡吸收，可使作物增产和改善品质。而且，还可以利用含盐浓度不很高的咸水进行微灌，或者在盐碱地上通过微灌来稀释根区土壤的盐分，使作物正常生长。

(4)工作压力低，节约能源。滴头的工作水头7一l0m，微喷头的工作水头l0—15m。微灌田间灌溉水有效利用系数高，对需消耗能量的提水灌区，节水也就意味着节能。只是微灌输水系统的水头损失较大，尤其是滴灌系统。如何降低管道系统(含过滤设备)的输水损失，有效防止灌水器堵塞，是微灌应用推广中最为突出的问题。为解决灌水器堵塞的问题，世界各国都做出巨大的努力，已经制造出过滤效果好的过滤器和抗堵性能良好的灌水器。 (二)微灌的组成与分类 1．微灌的组成

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，其形式见图 图1—l 微灌系统示意图

1一水泵；2一供水管；3—蓄水池；4一逆止阀；5一压力表； 6一施肥罐；7—过滤器；8一排污管；9一阀门；lo一水表‘ 11一干管；12一支管；13—毛管；14一灌水器；15一冲洗阀门

(1)水源。河流、湖泊、塘堰、沟渠、井泉等，只要水质符合微灌要求，均可作为微灌的水源，否则将使水质净化设备过于复杂，甚至引起微灌系统的堵塞。为了充分利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水和提水工程，以及相应的输配电工程。这些通称为水源工程。 ；

(2)首部枢纽。微灌工程的首部通常由水泵及动力机、控制阀门、水质净化装置、施肥装置、测量和保护设备等组成。首部枢纽担负着整个系统的驱动、检测和调控任务，是全系统的控制调度中心。

(3)输配水管网。微灌系统的输配水管网一般分干、支、毛三级管道。通常干、支管埋人地下，也有将毛管埋人地下的，以延长毛管的使用寿命。

(4)灌水器。微灌的灌水器安装在毛管上或通过连接小管与毛管连接。有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带等多种形式。或置于地表，或埋人地下。灌水器的结构不同，水流的出流形式也不同，有滴水式、漫射式、喷水式和涌泉式等。 2．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。滴灌即滴水灌溉，是利用塑料管道和直径约l0mm毛管上的孔口非常小的灌水器(滴头或滴灌带等)，消杀水中具有的能量，使水一滴一滴缓慢而又均匀地滴在作物根区土壤中进行局部灌溉的灌水形式。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人渗和扩散。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95％。因此较喷灌具有更高的节水增产效果，同时还可以结合灌溉给作物施肥，提高肥效一倍以上。适用于果树、蔬菜，经济作物及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其不足之处是滴头出流孔口小、流程长，流速又非常缓慢，易 结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。目前，国产设备的质量已基本过关，有条件的地区应积极发展。

按管道的固定程度，滴灌可分固定式、半固定式和移动式三种类型。

1)固定式滴灌。其各级管道和滴头的位置在灌溉季节是固定的。其优点是操作简便、省工、省时，灌水效率高、效果好。国产设备亩投资约为1000元(果树)一2000元(大棚蔬菜)，进口设备亩投资为2500—3500元。

2)半固定式滴灌。其干、支管固定，毛管由人工移动。亩投资为700一1000元。

3)移动式滴灌。其干、支、毛管均由人工移动，设备简单，但用工较多。亩投资为500一700元。 结合我国劳动力多、资金缺乏的具体情况而研究开发的半固定式、移动式滴灌系统，大大降低了工程造价，为滴灌在大田作物和经济欠发达地区的推广应用创造了条件。，

(2)微喷灌。微喷灌又称微型喷洒灌溉，是利用塑料管道输水，通过很小的喷头(微喷头)将水喷洒在土壤或作物表面进行局部灌溉。它是新发展起来的一种喷灌形式，与一般的喷灌相比，微喷头的工作压力明显下降，有利于节约能源、节省设备投资，同时具有调节田间小气候的优点，又可结合灌溉为作物施肥，提高肥效，可使作物增产30%。微喷灌与滴灌相比，微喷头的工作压力与滴头相近，不同的是微喷头可以充分利用水中能量，将水喷到空中，在空气中消杀能量；且微喷头不仅比滴头湿润面积大，流量和出流孔口都较大，水流速度也明显加快，大大减小了堵塞的可能性。可以说微喷灌是扬喷灌和滴灌之所长，避其所短的一种理想灌水形式。微喷灌主要应用于果树、经济作物、花卉、草坪、温室大棚等灌溉。

(3)渗灌。渗灌又称土表下灌溉或土表下滴灌，是通过埋在地下作物根系活动层(约20一50cm)的滴灌带上的滴头或渗头将水灌入土中的灌水方式。它具有蒸发损失少、省水、省电、省肥、省工和增产效益显著等优点，且不会妨碍耕作。果树、棉花、粮食作物等均可采用。其缺点为：一是堵塞不易发现，也不便于维护；二是当管道间距较大时灌水不够均匀，在土壤渗透性很大或地面坡度较陡的地方不宜使用。亩投资为400—1000元。其效益为：节水50％一60％，省电40％一50％，省工95％，增产30％左右。

(4)涌灌。涌灌又称为涌泉灌溉、小管灌溉，是通过从开口小管涌出的小水流将水灌入土壤的灌水方式。由于灌水流量较大(但一般不大于220L／h)，有时需筑沟埂在地表来控制灌水。此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果树等灌溉。为克服滴灌堵塞，将滴灌系统的滴头取下，称作小管出流灌溉的灌水方法，也隶属于涌灌。

(5)雾灌。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—400kPa)，喷出的水滴极细，灌水时形成水雾以调节田间空气湿度，如全日照喷雾育苗就要采用雾灌。

三、微灌的优缺点 1．优点

(1)省水。微灌系统全部由管道输水，很少有沿程渗漏和蒸发损失；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，较其他灌水方法，水的利用率高。因此，一般比地面灌溉省水1／3～l／2，比喷灌省水15％一25％。

(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，对提水灌溉来说就意味着减少了能耗。

(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，一般可达80％一90％。

(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，微灌较其他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；对于人渗率很高的沙质土，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，适应性强，不一定要求地形平坦。

(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儿时作物仍能正常生长，并能获得较高产量。但是利用咸水滴灌会使滴水湿润区外围形成盐斑，长期使用会使土质恶化，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)节省劳动力和耕地。微灌系统不需平整土地、筑渠和开沟打畦，还可实行自动控制，大大减少了田间灌水的劳动量和劳动强度。

2．缺点

(1)易于堵塞。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。引起堵塞的原因有物理因素、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)会引起盐分积累。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。若遇到小雨，这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害，这时应继续进行微灌。在没有充分冲洗条件的地方或是秋季无充足降雨的地方，不要在高含盐量的土壤上进行微灌或利用咸水微灌。

(3)可能限制根系的发展。由于微灌只湿润部分土壤，加之作物的根系有向水性，这样就会引起作物根系集中向湿润区生长。另外，在没有灌溉就没有农业的地区，如我国西北干旱地区，应用微灌时，应正确地布置灌水器；在平面上要布置均匀，在深度上最好采用深埋方式。

(4)造价一般较高。微灌需要大量设备、管材、灌水器，所以造价较高。总之，微灌的适应性较强，使用范围较广，各地应根据当地自然条件、作物种类等因地制宜地选用。

第二节 微灌专用设备

微灌设备大致由首部加压机泵、过滤器、施肥装置以及控制、量测、保护装置，水管道和管件、灌水器等组成。微灌用管道和管件虽与喷灌用管道和管件基本相同，防堵塞的要求较高，同时工作压力也较低，所以多采用黑色塑料材质的管道和管件。干、支管多用聚氯乙烯硬管，末级毛管多用聚乙烯半软管。

国产的微灌没备系列如图l—2所示。 一、微灌用灌水器

灌水器又称配水器，其作用是消杀或分散有压管道输送来的集中水流中的能量，均匀而稳定地向作物的根区土壤配水，以满足作物生长的需要。灌水器的质量好坏直接影响到微灌系统是否工作可靠及灌水质量。对其要求如下：

(1)出水量小。灌水器出水量的大小取决于工作水头高低、过水流道断面大小和出流受阻的情况。微灌用的灌水器的工作水头一般为5一15m，过水流道直径或孔径一般在0.3—2．0mm之间，出水流量在2—

200L／h范围内。

(2)出水均匀、稳定。一般情况下灌水器的出流量随工作水头大小而变化。因此，要求灌水器本身具有一定的调节能力，使得在水头变化时流量的变化较小。

图1-2 国产微灌设备

(3)抗堵塞性能好。灌溉水中总会含有一定的污物和杂质，由于灌水器流道和孔口较小，在设计和制造灌水器时要尽量采取措施，提高它的抗堵塞性能。

(4)制造精度高。灌水器的流量大小除受工作水头影响外，还受设备制造精度的影响。如果制造偏差过大，每个灌水器的过水断面大小差别就会很大，无论采取哪种补救措施，都很难提高灌水器的出水均匀度。因此，为了保证微灌灌水质量，要求灌水器的制造偏差系数C。值一般应控制在0．03—0．07之间。

(5)结构简单，便于制造安装。

(6)坚固耐用，价格低廉。灌水器在整个微灌系统中用量较大，其费用往往占整个系统总投资的25％一30％左右。另外，在移动式微灌系统中，灌水器要连同毛管一起移动，为了延长使用寿命，要求在降低价格的同时还要保证产品的经久耐用。实际上，绝大多数灌水器不能同时满足上述所有要求。因此，在选用灌水器时，应根据具体使用条件，只满足某些主要要求即可。例如，使用水质不好的地面水源时，要求灌水器的抗堵塞性能较高，而在使用相对较干净的井水时，对灌水器的抗堵塞性能的要求就可以低一些。

二、微灌用灌水器的分类

微灌用灌水器种类很多，按结构和出流形式可分为滴头、滴灌带、微喷头、渗头、涌水器等五类。 1．滴头

滴头的作用是消杀经毛管输送来的有压水流中的能量，使其以稳定的速度一滴一滴地滴人土壤。滴头常用塑料压注而成。

工作压力约为100kPa，流道最小孔径在0．3—1．0 mm之间，流量在0．6—1．2 L／h范围内。其 基本形式有微管式、管式、涡流式和孔口式，

前三种是通过立面或平面呈螺旋状的长流道 图l—3 微管滴头

来消能，以管式滴头应用最普遍，按其在毛管 (<／，缠绕式；(‘，散放式

上的安装方式又分管间式和管上式滴头。孔口式滴头流量稍大，水流呈紊流，它是通过令 水流折射来消能的。为了减少滴头堵塞，管上式滴头和孔口式滴头还可做成具有自动清洗 功能的补偿式滴头。另外，还有带脉冲装置、间隔一定时间呈喷射状出水的脉冲式滴头。按 结构来分，滴头有以下几种：

(1) 长流道型滴头。靠水流与流道壁之间的摩阻消能来调节出水量的大小，如微管滴头、内螺

纹管式滴头等，

如图l—3、图l—4所示。 (2) 孔口型滴头。靠孔口出流造成的局部水头损失来消能和调节出水量的大小， 如图l—5所示。 (3) 涡流型滴头。靠水流进入灌水器的涡

图1—4 内螺纹管式滴头 室内形成涡流来消能和调节出水量的大小，如 1一毛管；2一滴头；3一滴头出水口；4一螺纹流道槽 图l—6所示。 图l—5 孔口型滴头 图1—6 涡流型滴头 ’飞兰昙乙二‘ l—毛管壁；：—滴头体；x—d水，；+—s流室

(4)压力补偿型滴头。利用水流压力压迫滴头内的弹性体(片)使流道(或孔口)形 状改变或过水断面面积发生变化，从而使出流量自动保持稳定，同时还具有自清洗 功能。

滴头名称代号表示方法如下： 额定工作压力(kPa)