節(jié)水灌溉（微灌）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備、材料選擇

萬勇

一個完整的灌溉系統(tǒng)，從灌溉受水點(diǎn)到水源，一般由灌水器、各級輸水管道和管件，各種控制和量測設(shè)備，過濾器、施肥（施藥）裝置和水泵電機(jī)、電器控制裝置、水源等配套組成。概括起來系統(tǒng)可劃分為首部樞紐、輸水管網(wǎng)、灌水器三大部分?，F(xiàn)在使用的各種微灌方式，最根本的區(qū)別就在于灌水器的不同，其系統(tǒng)組成基本是相同的。

1 灌溉系統(tǒng)首部樞紐

灌溉系統(tǒng)的首部樞紐由水泵機(jī)組、過濾設(shè)備、量測儀表、控制設(shè)備以及管道、閥門等組成。其作用是經(jīng)加壓、過濾、加肥等措施，將灌溉水處理成符合灌溉要求的水流，并通過管網(wǎng)送到灌水器進(jìn)行灌溉。首部樞紐正確，合理的設(shè)計(jì)、選型和安裝，對于灌溉系統(tǒng)長期、安全、正常使用有著十分重要的意義。

1.1 水泵機(jī)組

簡單的灌溉系統(tǒng)一般采用直接啟閉水泵來控制，由于投資較低，在生產(chǎn)實(shí)際中也有應(yīng)用；但水泵直接供水系統(tǒng)對于給不是同時啟動和關(guān)閉的多個灌溉系統(tǒng)供水時，由于管網(wǎng)的流量變化，會出現(xiàn)在不同的工作區(qū)水泵運(yùn)行供水水壓不穩(wěn)定的情況。在這種情況下，就需要考慮應(yīng)用穩(wěn)壓供水系統(tǒng)。常用的有無塔恒壓壓力罐穩(wěn)壓和變頻恒壓供水系統(tǒng)。

①無塔恒壓壓力罐穩(wěn)壓供水系統(tǒng) 由氣壓水罐、水泵、壓力傳感系統(tǒng)、自動控制柜、管道、閥門等組成。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便，能實(shí)現(xiàn)自動控制等特點(diǎn)。

②變頻恒壓供水系統(tǒng) 是一種先進(jìn)的節(jié)能恒壓供水系統(tǒng)，由水泵機(jī)組、壓力傳感系統(tǒng)、變頻器、微機(jī)控制器及管網(wǎng)、閥門等組成。它可根據(jù)供水管網(wǎng)流量的變化，以設(shè)定的壓力要求和其他程序自動調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、啟動、停止，保證管網(wǎng)供水壓力恒定，極大提高了灌溉制度變化的靈活性。

在小流量用水的情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)可與氣壓水罐聯(lián)合使用，能避免小流量供水造成水泵低速長時間運(yùn)行，減少能耗，延長設(shè)備使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)常常與多臺水泵并聯(lián)使用，在大流量用水的情況下起到調(diào)節(jié)作用。

1.2 過濾設(shè)備

堵塞是引起微灌系統(tǒng)故障的主要原因，正確的選擇過濾設(shè)備非常關(guān)鍵。目前微灌系統(tǒng)中主要使用4種過濾器：顆粒過濾器、篩網(wǎng)過濾器、疊片式過濾器和旋流式水沙分離器（亦稱離心式過濾器）。

①顆粒過濾器（包括沙石過濾器和其他介質(zhì)過濾器） 是使水通過有一定厚度的顆粒層來完成過濾的。這些顆粒可以是砂、礫石或其他粒狀材料，過濾精度取決于顆粒的有效尺寸和通過過濾器的過濾速度。灌溉系統(tǒng)中常用到的是石英砂介質(zhì)過濾器。砂過濾器是含有有機(jī)物和淤泥水質(zhì)的最適宜的過濾類型，其特點(diǎn)是具有很高的去除污物的能力，但這種設(shè)備較貴，對管理的要求較高。

②篩網(wǎng)過濾器 篩網(wǎng)過濾器基本上采用塑料或金屬材料的篩網(wǎng)，當(dāng)懸浮顆粒超過篩網(wǎng)網(wǎng)孔的尺寸后即被截留，當(dāng)一定數(shù)量的污物積累在篩網(wǎng)后，應(yīng)對篩網(wǎng)進(jìn)行沖洗。其因結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜有一定應(yīng)用。

③疊片式過濾器 主要過濾原件由一組壓緊的帶有微細(xì)流道的環(huán)狀塑料片組成，清水由片間的細(xì)小流道通過，而污物被截留在疊片四周及片間。其特點(diǎn)是過流能力大、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、壽命長，適用于有機(jī)物含量高的水質(zhì)條件。使用中也需要沖洗，沖洗時將壓緊的疊片松開，將疊片之間滯留的污物徹底沖洗干凈。大流量疊片式過濾器價(jià)格較貴，在系統(tǒng)流量較大時，可選擇幾個小流量疊片式過濾器并聯(lián)使用，以降低成本。

④旋流式水沙分離器 利用了旋流和離心原理，因此只有當(dāng)被分離顆粒的比重高于水時才能有效使用。旋流式水沙分離器一般作為過濾系統(tǒng)的第一級處理設(shè)備，最適宜去除水中的泥沙和石屑。

1.3 施肥（施藥）裝置

利用微灌系統(tǒng)可迅速大面積完成施肥施藥，均勻、省力、省時、安全、避免浪費(fèi)。特別是對于采用地膜覆蓋的作物，微灌是解決施肥困難的最佳途徑。

向系統(tǒng)的壓力管道內(nèi)注入可溶性肥料或農(nóng)藥溶液的設(shè)備稱為施肥（施藥）裝置。主要有泵注式、文丘里式、壓差式、水驅(qū)動混合注入式等，其中水驅(qū)動混合注入式以控制精確、無附加動力等特點(diǎn)而逐步得到廣泛運(yùn)用，其缺點(diǎn)是壓力損失大，價(jià)格較高。該類產(chǎn)品目前主要依靠進(jìn)口。文丘里式施肥裝置因結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價(jià)格便宜，尤其適合設(shè)施栽培中每個大棚種植不同作物、需同時施放不同肥料（藥物）的種植模式，目前已得到大面積推廣應(yīng)用。

2 輸水管網(wǎng)、管材及管件

系統(tǒng)輸配水管網(wǎng)由各管道和管件按設(shè)計(jì)要求組合安裝而成，起著向灌溉區(qū)輸水和配水的作用。管道和管件在系統(tǒng)中用量大、規(guī)格多，其規(guī)格、質(zhì)量直接關(guān)系到工程費(fèi)用、工程質(zhì)量和使用壽命。因此，設(shè)計(jì)和使用人員要了解各管道和管件的作用、種類、型號及性能，才能合理地設(shè)計(jì)、管理好灌溉系統(tǒng)。

2.1 管材和管件的基本要求

①能承受一定的壓力 輸配水管網(wǎng)為壓力管網(wǎng)，各級管道必須能承受設(shè)計(jì)工作壓力，才能保證安全輸水和配水。

②耐腐蝕抗老化性能好 管道和管件在輸配水過程中應(yīng)能不發(fā)生或極少發(fā)生銹蝕、沉淀和微生物繁殖等，避免灌水器和系統(tǒng)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。

③參數(shù)必須符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 管徑偏差與壁厚及偏差應(yīng)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)容許范圍內(nèi)，管道內(nèi)壁要光滑平整以減少水頭損失。

④價(jià)格適宜 管道和管件在系統(tǒng)投資中所占比例較大，應(yīng)選擇既能滿足系統(tǒng)要求，價(jià)格又便宜的管材與管件。

⑤施工安裝簡單 各種管件間及管道與管件間的連接要簡單、方便且在要求壓力下密封不漏水。

2.2 管材的種類

微灌系統(tǒng)中一般采用塑料管，當(dāng)塑料管及管件不能滿足設(shè)計(jì)要求時，可采用其他材料的管道和管件，但要防止銹蝕堵塞灌水器和系統(tǒng)。過濾器后的管道最好全部采用塑料管。目前微灌系統(tǒng)中采用的塑料管有硬聚氯乙烯（UPVC）管和聚乙烯（PE）管。

①聚乙烯（PE）管 分為高壓低密度聚乙烯管和低壓高密度聚乙烯管兩種。前者為半軟管，管壁較厚，對地形的適應(yīng)性強(qiáng)；后者為硬管，管壁較薄，對地形的適應(yīng)性沒前者好。

高壓聚乙烯管材具有抗沖擊能力強(qiáng)、韌性好、耐低溫性能強(qiáng)等特點(diǎn)，抗老化性能比聚氯乙烯管好，但耐高溫性能差。該管材一般為黑色。高壓聚乙烯管材規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)有內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)和外徑標(biāo)準(zhǔn)兩種，與它們配套的管接件也不同，設(shè)計(jì)選用時務(wù)必注意。

②硬聚氯乙烯（UPVC）管 常用的一般為白色和灰色。按使用壓力分為輕型和重型兩類。常溫下承受內(nèi)水壓不超過600 kPa時可使用輕型管材；每節(jié)管長一般為4～6 m。其雖具有良好的抗沖擊和承壓能力、剛性好，但耐高溫性能差，在50℃以上時即會軟化變形，所以在泵房首部配管時，尤其是采用變頻控制系統(tǒng)中要求采用金屬管制作，以防受熱變形。

2.3 管材連接件

連接件是連接管道的部件，管道種類及連接方式不同，連接件也不同。大體分為接頭、三通、彎頭、堵頭、旁通5類。灌溉系統(tǒng)中的管材大多采用塑料件，其連接件種類、規(guī)格繁多，這里就不具體介紹了。