噴灌試驗的主要內容與方法

戰冬梅，禇育剛

(1.五常市民樂灌區管理站，黑龍江 五常 150200;2.寧安市渤海灌區中心水利站，黑龍江 寧安 157431)

噴灌始于19世紀末，1920年以前僅限于蔬菜、苗圃和果樹，20世紀40年代后才開始于大田灌溉。至20世紀中期后快速發展，已普及國內外。而噴灌的不斷發展始終是依靠研究設計單位和使用單位的大量試驗加以完善改進的。

噴灌試驗的主要內容包括:噴灌機機械試驗、噴頭水力試驗及噴灌田間試驗三部分，本文概述頭兩個部分。

1 噴灌機械試驗

試驗的目的是了解噴灌機的機械性能，主要指機具工作的可靠性及耐久性。

一般通過實際運轉來檢查機組配套安裝的質量，試驗時要全面觀察機組工作情況，如動力機及水泵工作是否正常，傳動是否可靠，各部件安裝聯結是否牢固，機組停放、移動是否穩定靈活等，并記錄整機的耗油(電)量，動力機及水泵轉速，噴頭工作壓力等。

噴頭多按結構要求確定零件尺寸，因此通常都不進行專門的機械力學試驗，只通過實際運轉情況來檢查噴頭的機械性能，但在進行實際運轉試驗前必須嚴格檢查控制零件的加工及裝配質量。

2 噴頭水力性能試驗

噴頭水力性能試驗的目的是測量噴灌均勻度，噴灌強度和雨滴打擊強度等水力性能及其影響因素，以評價噴頭的水力性能。

噴頭的水力性能試驗應在可以調節壓力，并供水充足的供水系統上進行，試驗前，對供試噴頭及測量儀表均應調整合適，各連接部位不得有明顯的泄漏。

2.1 工作壓力

進行噴頭水力性能試驗，首先必須控制工作壓力，所謂噴頭的工作壓力，是指水進入噴頭前的水壓力，單位以kg/cm2(力)計，可用壓力表測定。

壓力表的規格要合適，其最大量測范圍應是待測壓力的兩倍(待測壓力應在壓力表量程1/3—2/3范圍內)。鑒定性測試應選用0.35級精度的壓力表。

測壓孔應在離噴頭進口20 cm處，測壓孔與管的內壁應成直角，孔的邊緣不得有毛刺，測壓孔與壓力表用軟管連接，壓力表的安置高度應與測壓孔等高，壓力表前應裝有三通旋塞，以便在讀數之前打開旋塞把壓力表內之空氣排出。調壓閥門一般不應安裝在豎管上，以保證水流平順地進入噴頭，減少測壓誤差。

2.2 噴水量

噴頭的噴水量是指噴頭在單位時間內噴灑出來的水量，通常以m3/h計，目前測定噴水量的方法很多，概括起來可分兩大類。

一是測定噴頭實際噴出的水量W，同時記錄相應的因時t，由此求得噴頭的噴水量

噴頭噴出的水量可用體積法測量，試驗時應用1/10秒表記時，并重復多次測定，取噴水量的自述平均值以保證足夠的精度。

體積法雖然試驗操作的比較煩鎖，但去具有較高的精度，尤其適于單噴嘴、小噴水量的噴頭采用。

另一種途徑是，測量進入噴頭的流量，作為噴頭的噴水量。因為在正常情況下，流經噴頭的水量損失趨近于零，進入噴頭的流量與噴頭噴出的流量相等，為此，常在噴頭前的管道上安裝流量計進行測量。

壓力管道上的流量計有很多型式。常有物有孔板流量計、噴嘴流量計及文吐里流量計等，這類流量計都是在管道內造成過水斷面的局部收縮，使水充在兩個斷面之間出現壓力差，ωc小于孔口的面積ω。在此斷面水流具有最大的流速。由于流速增大，水流的單位動能增加，相應地使得單位勢能減小，也就是說，C—C斷面的壓力低于1—1斷面的壓力，測得1—1斷面和C—C斷面之間的壓力差ΔZ，即可推得流量:

式中:C稱為流量計的流量系數。一般用體積法或三角堰精確測定流量，同時測量二斷面的壓力差來確定。

壓力差一般可用水銀示差壓力計來測量，但在試驗時切忌突然猛開閥門，以免水銀被高速水流帶走，有條件時最好能采用無汞儀表，因為這種儀不僅具有精度高、量測范圍寬等優點，而且還為電測、遙測等自動化量測創造了條件。

移動式噴灌機自明渠取水時，還可利用量水堰測定流量，在噴灌機取水位置的上、下游渠道上各設一個量水堰，待噴灌機正常工作后觀測堰前水位，由堰的水位—流量關系推得相應的流量，噴水量即為上、下游流量之差。

在無合適的測流裝置時，可以根據廠家提供的水泵特性曲線估算噴水量，為此，必須用壓力表和測速表分別測出水泵的工作壓力和水泵轉速。

2.3 水量分布圖形

優化設計水量分布圖形是取得噴灌效果的重要途徑。

為了要測繪水量分布圖要在噴頭的噴灑范圍內布置一定數量的量雨筒，記錄試驗的起訖時間及筒內承接的水量，即可描繪水量分布圖。

量雨筒的形狀、大小規格應力求一致，尤其是上部開敞口，要求大小適中，面積最好為整數，周邊應呈刀刃型，考慮到試驗時搬運方便，理想的量雨筒應為開敞口直徑16 cm，高度為15～20 cm以上的圓截錐形金屬器皿，試驗場地的地形要求平坦、開闊、無高大的障礙物，地表植被要求均一、最好是低矮的草地、以減少筒內外水滴交錯飛濺，若為高稈作物之類，則應將量雨筒放在樁頂上，以免枝葉攔截阻擋。

因為風對噴灌水量分布情況的干擾較大。因此，測繪水量分布圖應選擇無風的天氣進行，每次試驗均應記錄風速和風向，風速可用手持風速儀測定。經驗證明，離地面2 m高處的風速接近3 m/s時，就不宜進行試驗，通常要求風速不超過1 m/s，當然如果要了解風對噴灌效果的影響，試驗則不受此限制。

單噴頭水量分布圖形的測試范圍，應為噴頭正常工作情況下的控制范圍，為減少試驗工作量，考慮到無風時噴灑圖形的對稱性，允許只在半圓范圍內布設雨量筒，扇形噴灌的噴頭，試驗時必須準確調整并記錄扇形角，并使正、反轉次數相等，為減少水流脈動的影響，必須待水壓穩定后才能開始試驗、試驗持續時間不得少于20 min，記時最好用秒表。并用標準量筒記錄各個量雨筒內所承接的水量。按下式求得量雨筒所在點的實際噴灌強度:

式中:W為量雨筒承接的水量，m3;t為試驗持續時間，min;ω為量雨筒上部開敞口面積，cm3。

根據各測點的實際噴灌強度，可以按勾繪地形圖上等高線的方法，把噴灌強度相等的點連成一條條封閉的曲線，這就是噴頭的水量分布圖或稱等水量圖。

2.4 射程試驗

噴頭的噴灑濕潤范圍，常以噴灑半徑，即射程來表示。所謂射程，即噴頭在正常工作狀態下，噴灌強度等于平均噴灌強度5%的那一點至噴頭的距離。

初估噴頭的射程，比較簡單，只要在噴灑半徑方向設立一些距離標志，如以噴頭所在位置為起點，埋設里程術士等，即可觀察，估計出噴頭的射程，但由于風及水流脈動的影響，準確測量射程往往不易實現，因而除沿徑向布置一排量雨筒專門進行射遠試驗外，噴頭的射程常在噴頭水量分布圖測試中確定。

2.5 水滴打擊強度

水滴打擊強度為單位面積內，水滴對土壤或作物的打擊動能，它與水滴的質量、降落速度和密度有關，當前一般用水滴直徑來衡量。

測量水滴直徑的途徑很多，但是還沒有一種切實可行的方法。

在國外，普遍采用的是濾紙法和面粉法，其余如根據水在粘性液體中降低的速度、水滴對光的吸收、噴灌時形成虹的亮度和顏色，以及凍結法、閃光照相，這些方法既要求有復雜的設備，研究得也很不充分，而且多數只適于測量很細小的水滴。

國內目前普遍采用濾紙法測量水滴直徑。

3 噴灌田間試驗

因其篇幅過長，本文略。

[1] 武漢水利電力學院.噴灌技術[M].北京:科學出版社，1979.