渗灌技术研究

2004年9月农机化研究第5期渗灌技术研究王忠波，王晓斌，肖建民(东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030)[摘要] 我国是一个贫水国家,水资源的困乏致使农田干旱缺水_,是制约农业可持续发展的一个主要因素。目前,大面积推广节水灌溉技术已提到日程。为此，全面系统地介绍了渗灌系统的组成、技术参数以及渗灌的优缺点,并对我国的渗灌发展提出建议.。[关键词]农业工程 ;渗灌系统;综述; 技术参数[中图分类号]S275. 9[文献标识码] A [文章 编号]1003- 188X( 2004)05- 0115- 03渗灌是一种地下微灌形式，目前关于渗灌还没(3)施肥装置.。渗灌的一个突出的优点是可以有一个统一的.、获得共识的定义，一般认为一‘地下结合灌水进行施肥施药，所以首部枢纽需加设施肥暗管灌溉”:‘地下浸润灌溉系统”‘地下灌溉-”等器，目前使用较多的是压差式施肥器。施肥器必须名词是渗灌的同意语.。关于渗灌的定义,有关文献安装在过滤器之前,避免未溶化的肥料和药剂进入中表述很多，,但笔者比较认同的是:‘渗灌是一种地渗灌系统。下微灌形式,它通过埋入地下的透水管道渗灌管)(4) 进排气装置.。为避免输水时管道中形成气使水渗入土层,借助土壤毛细管的渗吸作用慢慢地阻噎滞供水和停水时管道中发生负压破坏管道，在将水分扩散到管道周围的土壤中,供作物吸收利首部枢纽的尾部需安装进、排气阀。用-”。(5)测量装置.。为了掌握和控制渗灌系统的流量和压力,在首部枢纽还需设置压力表、 流量表以1渗灌系统的组成及控制阀门。整个渗灌系统自上而下由水源、首部枢纽、输1.3 输配水管网配水管网、渗灌管组成，其中以首部枢纽和渗灌管输配水管网是渗灌系统的输配水部分，包括干最为关键。管、支管和各种配件.。干管和支管的管材多为硬质1.1水源塑料管.。干管管径为80~~120mm,支管管径为30渗灌属于微灌所以渗灌应用的水源比较广泛，60mm。常用的配件有三通、弯头、堵头等。渠道水、水池水、水箱水.、地表水、地下水等只要1.4 渗灌管水质满足要求，皆可作为灌溉水源.。渗灌管的种类很多，从材质上看有瓦管、陶土.2 首部枢纽管、竹管、塑料管和橡胶管等,目前使用最多的是渗灌首部枢纽包括加压装置水泵).过滤装置塑料管和橡胶管。其大致有以下几种类型:过滤器入施肥施药装置、施肥器入进排气装置(1) 以意大利为代表的、内径为10-~20mm的、进、排气阀_)测量仪表_压力表、流量表)以及在管壁上开有5-~10mm纵缝的塑料管作为渗灌管_。控制阀门。(2)以法国为代表的.、利用塑料加发泡剂和成(1) 加压装置.。 当自然水头不能满足渗灌系统型剂混合挤出成型的塑料渗水管。对压力的要求时,渗灌的首部枢纽需加设小型潜水(3)以美国为代表的利用废旧轮胎.、塑料树脂泵，进行加压.。和-些特殊的添加剂,经过科学的配方和特殊的加(2)过滤装置.。渗灌对水源的水质要求较高，工工艺制成的橡胶渗水管。所以渗灌首部枢纽一定要设置过滤器，以防止渗灌(4) 以山西运城为代表的聚乙烯打孔渗灌管。管堵塞。渗灌过滤器有筛网式、砂石式、叠片式和2渗灌 技术参数离心式几类。目前,我国主要使用的是筛网式过滤渗灌技术中国煤化工参灌管的间距.、[收稿日期] 2003- 12-01MHCNM HG[作者简介]王忠波(1971-),男,讲师,在读博士,研究方向为水土保持和灌溉排水.2004年9月农机化研究第5期灌水压力、渗灌管的长度与坡度、渗灌管的出流量0. 009-~0. 010mi/h为宜;中、轻壤土每延长米渗灌等。进行渗灌规划设计时,主要是确定以上技术参管的出流量以0. 012-~0.016m/h为宜;砂壤土每延数，因其决定着渗灌的灌水质量.。长米渗灌管的出流量以0. 016-~0. 020mi/h为宜.。2.1渗灌管的埋深渗灌管的埋设深度主要决定于土壤性质、 耕作3渗灌的优点情况_、 作物种类及冻深_北方.).适宜的埋设深度应3.1节水能使灌溉水借毛细管作用充分湿润计划湿润层，特由于渗灌是一种地下灌溉方式,灌水后土壤表别是在表层也能达到一定的湿润程度,而深层渗漏层保持干燥,株间蒸发减少;同时通过控制灌水量，最小。一般粘质土埋深大，砂质土埋深小。埋设深也可以有效减少深层渗漏.。所以,渗灌较其它灌水度要深于耕作深度，且不会被农机具行走而压断,方式节水。渗灌比沟灌节水50%~70%,比滴灌节水北方地区还要考虑最大冻深的影响。-般浅根作物10%.。.如蔬菜、小麦、棉花等,渗灌管埋深为0.1-~0. 3m;3.2节能果树等深根类作物为0.3-~0.4m,并应在不影响耕渗灌属于低压灌溉,灌水压力-般为5. 88-~作的前提下尽量浅埋.。这样有利于减少渗灌管上部29.42kPa. ,所以渗灌较喷灌.微喷等灌水方式节能。土体末湿润干土层和防止或减少深层渗漏.。3.3降湿2.2渗灌管的间距.当用于棚室灌溉时，由于渗灌只湿润作物根渗灌管的间距主要决定于土壤的性质和供水管部_，表土干燥,从而减少了地表土壤的蒸发,降低道的压力。土壤颗粒越细,土壤的吸水能力越强，了棚室内空气的相对湿度。据测定,大棚棚内渗灌渗灌时土壤的湿润范围也越大;土壤颗粒越粗，土较沟灌空气湿度降低28.5%。壤[的吸水能力越弱,渗灌时土壤的湿润范围越小。3.4增温因此，砂质土中,渗灌管间距宜较小;粘质土中，当用于棚室灌溉时,可有效提高冬春季和秋季渗灌管间距宜较大.。另外,灌水压力较大时，渗灌棚室内空气温度和土壤温度.。据测定_,大棚室内渗管间距可稍大，低压或无压渗灌时，渗灌管间距应灌较沟灌空气温度平均高出22~4.C, 而地温平均较小。在确定渗灌管间距时,应使相邻两条管道的高出1.C。浸润曲线重合--部分.。渗灌管间距变化较大、为3.5 减少病虫害0. 25~5m).-般来说, 草坪较窄,而蔬菜、果树较很多保护地栽培病虫害都是在高温或高湿的条件下引发的。由于渗灌有效降低了棚室内空气的相2.3渗灌灌水压力对湿度，从而减少了棚室蔬菜栽培病虫害的发生.在管壁的出水特性-定的条件下,灌水压力决3.6 抑制杂草生长定渗灌管的容许长度，也影响渗灌管的出水量。确渗灌时,表层土壤比较干燥，能有效抑制杂草定灌水压力的主要依据是渗灌管的最大铺设长度，的生长.。-般以管道首端和末端流量偏差不超过20.9为宜。3.7提高作物品质和增产增收我国采用的灌水压力多为5. 88-~29. 4kPa.。渗灌直接给作物供水,供水稳定,土壤升温快,2.4 渗灌管的长度与坡度通气性好,水、肥、气_、热比较协调,利于作物对渗灌管的长度与坡度、灌水压力、灌水流量及水分和肥料的吸收利用,作物生长发育好,比沟灌管道的渗水性能有关.。渗灌管的种类不同,允许的增产50%以上。同时,果实发育好,病虫害少，产最大长度也不同. :发泡微孔塑料渗灌管的允许长度品品质高，收益高。在百米以上; 塑料打孔渗灌管为20~68m; 滴灌毛4渗 灌的缺点管为70m;滴灌带为100~200m。确定渗灌管适宜长度的依据是使管道首尾两端土壤湿润均匀，而渗漏渗灌较其它灌水方式虽然存在上述优点,，但也损失较小.。目前,我国渗灌采用的管道长度一般为存在-些缺点和问题。主要表现为:20-~50m.坡度应根据管道长度与地面坡度而定,一(1)渗灌管容易堵塞.。渗灌管堵塞是渗灌发展般为0. 001-~0. 005 ,无坡度情况也可、有压.)。的致命问题, 主要有物理堵塞、化学堵塞和生物堵2.5渗灌管的出流量塞3种类型.中国煤化工灌水均匀度和渗灌管的出流量与土壤物理性质特别是土壤的渗灌系统的传CNMHG渗水性能有关.。重壤土每延长米渗灌管的出流量以(2)灌水均习度左。田十渗濯官易堵塞,致使.2004年9月农机化研究第5期渗灌的灌水均匀度差,严重影响渗灌的灌水质量。种成熟的灌水技术，所以对渗灌的应用要慎重.。(3)播种期和作物生育前期表层土壤湿润不(3)渗灌首先应用在保护地栽培和果树等经济足,影响种子发芽和幼苗的生长.。解决办法为在作价值较高的作物上，这样能最大限度地发挥渗灌技物生育前期可结合地面灌溉, 满足对水分的要求。术的优点，增产增效。(4)受气候影响，在北方大田应用受到限制.。.[参考文献](5) 埋深、耕作和深层渗漏之间存在矛盾。耕作要求渗灌管有一定的埋深,而埋深太大又会产生[1] 沈阳农业大学.农田水利学[M.北京:中国农业出深层渗漏.。解决的办法是在不影响耕作的前提下尽版社, 1986.量浅埋。[2]杜尧东，刘作新.渗灌-设施园艺先进的节水灌溉(6) 渗灌技术还很不成熟,从理论到设备都很技术[J].资源开发与市场, 2000, 16( 5) :266- 267.不完善。[3]于锡宏.渗灌对塑料大棚内温湿度的影响[J].北方园艺, 2002, (4): 18.5对我国发展渗灌技术的建议4]冯广志.对一‘渗灌"”的几点看法[J].中国农村水利(1)加大人员和经费的投入力度,进行渗灌设水电, 1997,(7):5- 6.备的研发和科学研究工作。[5]穆吉珍,诸葛玉平,李海燕.保护地渗灌技术的优势(2) 渗灌的发展不能盲目。由于渗灌还不是一及应用[J].长江蔬菜, 2002, (4): 15- 16.An Introduction to Percolation Irrigation TechniquesWANG Zhong bo, WANG Xiao-bin , XIAO Jian-minNortheast Agricultural University, Harbin 150030, China . )[Abstract] An comprehensive and systematic introduction to the composition and technical parameter ofpercolation irrigation system ,together with the strong and weak points of the system are given here, aimed atputting forward some suggestions to the development of Chinese percolation irrigation. .[Key words]agricultural engineering; the composition of percolation irrigation; summarize; technicalparameter(上接第114页.)3] 周维垣,寇晓东.无单元法及其在岩土工程中的应用[J].岩土工程学报, 1998, 20(1):5- 9.[1] Lucy L B. A nunerical approach to the testing4] 庞作会,葛修润,郑 宏,等.-种新的数值方法一of the fissi on hypot hesis[J]. The Astron 」,无网格伽辽金法(EFGM[J].计算力学学报,1999,1997, 8( 12): 1013- 1024.16( 3) : 321- 329.[2] Nayroles B, Touzot G Villon P. General izi ng5] 刘天祥,刘 更,朱均,等.无网格法的研究进展the finite el ement met hod: di ffuse appr oxi ma-[J].机械工程学报, 2002, 38(5):7- 12.tion and di ffuse el ements[J]. Comput Mech,6]卫东,赵国群,栾贻国.弹性力学问题的无网格方1992, ( 10) :307- 318.法[J].山东工业大学学报, 2002, 32( 1):52- 56.Compared with SPH and MLS in the Meshless MethodYANG Yu -hong, QIN Ling-li, ZHOU ZheCollege of Science, China Agriculture University, Beijing 100083, China . )[Abstract] A meshless method is a numerical method which was developed recent years. There are manydifferent methods in constructing the shape function. This article focuses in two methods widely used, namelyMLS(moving least-squares) method and SPH(smoothed particle hydrodynamics). The article lists the differentmethods and contrasts the difference between the two interpolate function. In the end numerical examples areused to compare the accuracy of the proposed methods.中国煤化工bothed particle[Key words] applied maths; meshless method; analysis; movingFYHCNM H G'hydrodynamics.