淺談滴灌系統中灌水器的選型

齊肖華

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司 新疆 石河子 832000）

1 滴灌及灌水器概述

滴灌是一項現代化節水灌溉技術，它適應性強，能適應各種作物及較復雜的地形，較常規的地面灌溉節水、節能、省肥、省工，且能提高作物產量和品質。滴灌在我國特別是在新疆地區已得到廣泛應用，并取得了顯著的經濟、社會和生態效益。

滴灌是一種利用滴頭、滴灌管（帶）等設備，以滴水或細小水流的方式，濕潤植物根區附近部分土壤的灌水方法。灌水器是滴灌系統的末級出流裝置，包括滴頭和滴灌帶、滴灌管。灌水器是直接向作物施水的設備，是滴灌系統中最關鍵的部件，其作用是把末級管道中的壓力水流均勻而穩定的分配到田間土壤，滿足作物對水分的需要，還可隨水施肥施藥。

滴灌是局部灌溉，僅濕潤局部土壤，土壤濕潤體的大小和形狀決定作物的生長狀況。而土壤濕潤體不僅受灌水量的影響，也受滴頭流量的影響。

目前，在滴灌設計中，對滴頭流量的選擇或設計尚無成熟的方法。一般情況下，選擇滴頭流量時，對于砂性土壤應選擇流量大的滴頭，對于黏性土壤應選擇流量小的滴頭。但在具體應用時，并沒有什么標準。

2 灌水器的合理選擇在滴灌系統設計中的重要性

滴灌系統中，滴頭流量的選擇關系到灌水的均勻性問題。目前，滴灌設計中，對于滴頭流量的設計或選擇隨意性較大，大多是根據經驗進行選擇，這樣往往無法使土壤設計濕潤深度和濕潤寬度同時得到滿足。

滴頭流量選擇過大，田間出現徑流；滴頭流量太小，使土壤濕潤帶較窄，影響作物生長，造成作物生長高矮不齊；滴頭間距太大，使濕潤帶上土壤水分分布不均，同一行作物波浪生長。因此，滴頭流量的選擇，直接影響著作物對水分的利用及土壤的濕潤均勻性，是滴灌系統設計的基礎。灌水器質量差，出水不均勻，也影響作物生長。灌水器是滴灌系統的關鍵部件，滴灌系統的效率取決于灌水器的選擇和設計標準。

另外，灌水器的選擇還關系到工程造價的問題。一個滴灌系統往往需要成千上萬個灌水器，其價格對工程造價影響很大。因此，設計時，需要對多個廠家的產品進行對比，選擇價格便宜且質量好的灌水器。好的灌水器應該出流量小、出水均勻、抗堵塞性能好、制造精度高、便于安裝、堅固耐用、價格便宜。

3 滴頭流量與土質的關系

在滴灌設計中，要求在設計灌水時間內，土壤濕潤區寬度和深度同時達到設計值，為此，必須合理選擇滴頭流量，才能滿足這一要求。

土壤垂直入滲量、土壤水分水平運移速率、地表積水及計劃濕潤層深度和寬度都是選擇滴頭流量時應考慮的因素，但是這些因素在滴頭流量選擇時所起的作用不同。根據某實驗研究知，土壤黏性越大，田間持水量也越大，其濕潤峰垂直運移速率就越小，相應的水平運移速率越大，土壤濕潤區隨滴頭流量的增加而變得越寬淺。在相同時間內，砂壤土、中壤土、重壤土的濕潤峰水平運移距離均隨滴頭流量的增大而增加，但重壤土和中壤土的濕潤峰垂直運移距離卻隨滴頭流量的增大而減少。

土壤質地對滴灌入滲的影響很大。對于砂土，選用較大流量的滴頭，可增大水分的橫向擴散范圍。砂土一般濕潤寬度較小，在不產生深層滲漏與地表徑流的情況下，地表濕潤直徑為0.6m左右。對于黏性土，宜選用小流量的滴頭，以避免形成地面徑流。對重壤土和中壤土，滴頭流量不大于3L/h，即可避免產生地面徑流。

4 滴頭流量與灌水延時的關系

選擇滴頭流量時，還要考慮滴灌系統運行管理是否方便。系統輪管組數及一次灌水時間與滴頭流量的大小相關。

如某滴灌系統 Iα=Eα=5.5mm/d（Iα，設計供水強度）；C=20h（C，系統日運行時間）；η=0.9（η，灌溉水利用系數）；Se=0.3m（Se，滴頭間距）；SL=0.9m（SL，毛管間距）；SW=0.55m（SW，濕潤寬度）；γ=1.55g/cm3（γ，土壤容重），z=45cm（z，計劃濕潤層深度）；p=SW/SL=0.55/0.9=0.61（p， 濕 潤 比 ）；θmax=90%β田，θmin=65%β田（θmax、θmin，適宜土壤含水率上、下限）；β田=24%（β田，田間持水量）。

根據以上參數，計算該滴灌系統灌溉制度：

（1）最大凈灌水定額

（2） 設計灌水周期 T≤mmax/Iα=25.53/5.5=4.64，取 T=4.5d

（3） 設計毛灌水定額 m'=TIα/η=4.5×5.5/0.9=27.5mm

（5）輪灌組數N≤C.T/t

當一次灌水延續時間t=2.5h時，N=20×4.5/2.5=36個；

當一次灌水延續時間t=5.0h時，N=20×4.5/5.0=18個。

根據上面計算可以看出，當其它參數不變，選擇滴頭流量qd=3.0L/h時，系統一次灌水延續時間為2.5h，輪灌組數為36個，灌水周期為4.5d。即在4.5d的灌水周期內，每隔2.5h要開關一次閥門，將36個輪灌組按順序輪灌完。當選擇滴頭流量qd=1.5L/h時，系統一次灌水延續時間為5h，輪灌組數為18個，灌水周期為4.5d。即在4.5d的灌水周期內，每隔5h開關一次閥門，將18個輪灌組按順序輪灌完。

由以上結果可以看出，一次灌水延續時間與滴頭流量成反比，即滴頭流量大一倍，其灌水時間縮短1倍。如果滴頭流量較小，則一次灌水延續時間較長，系統輪灌組數較少，系統運行較方便。如果滴頭流量較大，則一次灌水延續時間較短，系統輪灌組數較多，需要頻繁啟閉閥門，操作繁雜，系統運行不便。

因此，滴灌系統設計時，應選擇適宜的滴頭流量，使得一次灌水延續時間盡量長。滴頭設計流量（每米滴頭流量）值在滿足作物峰值用水期、生長特點要求及地表面不產生徑流的條件下，輪灌組一次灌水時間延續20h，滴灌管管徑相對大的鋪設長度大，系統管理最方便，并且有利于自動化控制。

5 灌水器的選型應考慮的其它因素

灌水器的選型還受多種因素的制約和影響，下面列舉一些主要因素：

5.1 作物種類和種植模式

不同作物對灌水的要求不同，相同作物不同的種植模式對灌水的要求也不同。例如條播作物，要求濕潤區為帶狀，濕潤比大。而對于株、行距較大的果樹，需要繞樹濕潤土壤。

5.2 工作壓力及范圍

每種滴頭都有其適宜的工作壓力和范圍，工作壓力大的滴頭，適應地形能力強，但能耗也大。因此，設計滴灌系統時，應因地制宜的選擇適宜的工作壓力。

5.3 灌水器壓力和流量的關系

壓力水頭和流量變化之間的關系是灌水器的一個最重要的特征值。灌水器流量對壓力變化的敏感程度直接影響著灌水的均勻性和水的利用率，選用流態指數小的灌水器，對提高灌水均勻度有利。

5.4 灌水器的制造精度

灌溉的均勻度與灌水器的制造精度關系密切。實際上要制造出兩個完全相同的灌水器是不可能的，灌水器的制造偏差引起的流量變化也不容忽視，應該選用制造偏差系數小的滴頭。

5.5 對堵塞的敏感性

灌水器流道大約在0.01～0.1in之間，這樣小的流道使得灌水器易于堵塞，因此，需要對各種灌溉水源進行仔細過濾?？苟氯芰Σ畹牡晤^，要求高精度的過濾系統，這就可能增大系統的工程造價。灌水器的流道或出水孔的斷面越大，越不易堵塞。但過水斷面過大，又逢小的出流量，則流速過低，易使細粒徑雜質沉淀，造成局部堵塞。因此，設計時，應綜合考慮灌水器對堵塞的敏感性。

5.6 對溫度變化的敏感性

灌水器流量對水溫的敏感程度取決于兩個因素：灌水器的流態，層流型灌水器的流量隨水溫的變化而變化，而紊流型灌水器的流量受水溫的影響小。因此，在溫度變化大的地區，宜選用紊流型灌水器。

5.7 成本與價格

滴灌系統中灌水器的用量較大，其價格的高低對工程投資的影響很大。因此，在設計時，應選擇質量好且價格便宜的灌水器。

6 結語

灌水器的選型決定著滴灌系統的效率。選擇灌水器需要主觀推斷與客觀情況相結合。目前，灌水器的種類很多，性能不一，選擇是否合理，直接影響著工程的投資和灌水的質量。設計者應根據實際情況，通過對各種因素的分析、計算，并且借鑒一些灌溉均勻、運行良好的滴灌系統的經驗，來選擇合適的灌水器。陜西水利

[1]顧列烽.滴灌工程設計圖籍[M].中國水利水電出版社.

[2]李明思,康紹忠,孫海燕.點源滴灌滴頭流量與濕潤體關系研究.農業工程學報[J],2006年4月.