小管出流灌溉系統研究論文

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摘要：針對國產微灌系統在使用過程中，灌水器易被堵塞的難題和農業生產管理水平不高的現實，打破微灌灌水器流道的截面通常尺寸（一般直徑為0．5～1．2毫米）而采用超大流道。以φ4pe塑料小管代替微灌滴頭，并輔以田間滲水溝，形成一套以小管出流灌溉為主體的符合實際要求的微灌系統。主要適宜于保護地蔬菜、花卉栽培中應用，在保護地應用該項技術時可配合地膜覆蓋，以降低保護地環境濕度。

關鍵詞：小管出流灌溉系統

（一）小管出流灌溉系統的特點與適用條件

小管出流灌溉系統是中國農業大學水利與土木工程學院研究開發成功的一種微灌系統。它主要是針對國產微灌系統在使用過程中，灌水器易被堵塞的難題和農業生產管理水平不高的現實，打破微灌灌水器流道的截面通常尺寸（一般直徑為0．5～1．2毫米）而采用超大流道，以φ4pe塑料小管代替微灌滴頭，并輔以田間滲水溝，形成一套以小管出流灌溉為主體的符合實際要求的微灌系統。主要適宜于保護地蔬菜、花卉栽培中應用，在保護地應用該項技術時可配合地膜覆蓋，以降低保護地環境濕度。小管出流灌溉系統具有下列特點：

（1）節能、堵塞問題小、水質凈化處理簡單小管灌水器的流道直徑比滴灌灌水器的流道或孔口的直徑大得多，而且采用大流量出流，解決了滴灌系統灌水器易于堵塞的難題。因此，一般只要在系統首部安裝60～80目的篩網式過濾器就足夠了（滴灌系統過濾器的過濾介質則需要120～200目）。如果利用水質良好的井水灌溉或水質較好水池灌溉，也可以不安裝過濾器。同時，由于過濾器的網眼大、水頭損失小，既減少能量消耗，又可延長沖洗周期。

（2）施肥方便果樹施肥時，可將化肥液注入管道內隨灌溉水進入作物根區土壤中，也可把肥料均勻地撒于滲溝內溶解，隨水進入土壤。特別是施有機肥時，可將各種有機肥理入滲水溝下的土壤中，在適宜的水、熱、氣條件下熟化，充分發揮肥效，解決了滴灌不能施有機肥的問題。

（3）省水小管出流灌溉是一種局部灌溉技術，只濕潤滲水溝兩側作物根系活動層的部分土壤，水的利用率高，而且是管網輸配水，沒有輸滲漏損失。據北京海淀區試驗，可比地面灌溉節約用水60％以上。

（4）適應性強對各種地形、土壤、各種果樹等均可適用。

（5）操作簡單，管理方便。

這些特點正好與當前我國果樹栽培管理水平相適應，因而該項技術自1978年在北京市海淀區果園試驗以來，很快得到推廣應用。

（二）小管出流田間灌水系統的組成

小管出流田間灌水系統包括支、毛管道及滲水溝。如圖4-19所示。滲水溝可以繞樹修筑，也可以順樹行開挖。前者多用于高大的成齡果樹，并稱之為繞樹環溝，溝的直徑約為樹冠直徑的2／3；后者則用于密植果樹，或葡萄園、蔬菜等，一般每隔2～3米用土埂隔開，故又稱為順行隔溝。滲水溝的作用是把灌水器流出的水均勻分散地入滲到果樹周圍的土壤中。

目前，干、支、毛管和小管采用pe塑料管，為了減緩老化，延長使用壽命，并方便果園田間管理，均埋于地表以下，小管灌水器在滲溝內露出10～15厘米。

（三）小管出流灌溉系統的設計

1．小管規格的選擇目前國內可供選擇的塑料小管有內徑d為3毫米、4毫米、6毫米等三種pe塑料管。應根據流量、技術可行性與經濟性等進行分析，選擇合適的規格。對于φ3、φ4和φ6小管，常用流量q（升／小時）在不同工作水頭h（米）情況下的小管長度，如表4-22所示。

由表4－22可以看出：

（1）內徑d為3毫米的小管其優點是在一定的毛管長度下，流量較小。因此可采用較小的流量和較大的工作水頭，灌水均勻度對地形變化影響小，且支管流量小，有利于減少系統投資和增大輪灌組的面積。但是，在大株行距（4米×5米以上）和輕質土壤的果園，毛管采用雙向布置時，要求小管出流量達120升／小時以上，小管計算長度往往達不到安裝要求。另一方面內徑為3毫米的小管尚沒有制造出專用接頭，一般是直接插于毛管上，插入長度不易掌握，毛管內產生的局部水頭損失不易估計，而且可能插入深，小管進口與毛管內壁接觸，小管時流受阻，甚至不出水。這種安裝方法對毛管打孔要求嚴格。如果打孔太小，會出現"卡脖"，打孔偏大則出現漏水。

（2）內徑d為4毫米的小管在工作水頭4～6米時，常用流量范圍內的長度l＝1．01～3．71米，這在技術上是可以接受的。這個工作水頭雖然對灌水均勻度反應較內徑為3毫米的小管敏感一些，但按照1／1500～1／1000地形圖的地形誤差，相對比例是比較小的，是可以允許的，采用較大流量時，可用較高工作水頭，以保證安裝要求的長度。目前國內已有內徑4毫米小管的接頭，完全可以克服內徑為3毫米的小管安裝上可能出現的問題。

（3）內徑d為6毫米的小管，則出水量和灌水均勻度對小管的長度反應敏感，一般不采用。

因此，目前選用內徑d為4毫米的pe塑料小管作為灌水器是合理的；在采用小流量而水頭較高的地方，可用內徑d為3毫米的小管，但要安裝合適。

由實驗測得φ4小管的經驗公式見式（4－33），該式可用于確定φ4小管的長度：

2．小管灌水器的結構小管灌水器有兩種結構形式：一種是φ4pe塑料小管與φ4塑料接頭連接插進毛管而成；另一種是用1個穩流器與φ4塑料小管連接插入毛管而成。第一種的價格比第二種便宜，但水力計算較麻煩，為了滿足設計均勻度，必須計算出沿毛管每根小管的長度。第二種小管長度可以不必計算，只要滿足安裝的需要即可。其缺點是目前使用的補償器流量偏小，只有40升＼小時。對于大果樹每株樹可以插兩個灌水器。

3．小管灌水器的流量小管灌水器的流量應滿足在滲水溝內具有較高流速，在開灌后的很短時間內水流封溝，以達到沿溝水量分布均勻。常用灌水器流量為80～120升／小時。輕質上應取高值。

4．滲水溝的結構滲水溝的橫斷面結構如圖4－20所示。試驗表明較深窄的滲水溝水流封為較快，但是其結構往往由開溝工具決定。目前多用鐵鍬開挖滲水溝，橫斷面呈梯形，溝底寬b＝10～15厘米，h=12～15厘米。

（四）毛管直徑與允許最大長度

目前，最常用到的毛管直徑分別是12毫米、15毫米和20毫米的pe塑料管。顯然，在達到要求灌水均勻度的前提下，不同直徑的毛管的最大允許長度不同，設計方法類似于滴灌。建議的毛管布設方式見表4-23所示。

計算表明當支管直徑為φ80毫米時，單位面積的支管用材量增加顯著，致使系統不經濟，因此支管的直徑應在φ65毫米以下，這里稱為支管經濟規格。