喷灌灌溉技术

喷灌灌溉技术喷灌是一种具有节水、增产、节地、省工等优点的先进节水灌溉技术。它是利用专用设备把水加压，使灌溉水通过设备喷射到空中形成细小的雨点，象降雨样湿润土壤的一种方法。&nbsp

一、喷灌技术的优点及适用范围&nbsp

1．节约用水，增加灌溉面积由于喷灌基本上不产生深层渗漏和地面径流，灌水比较均匀，且管道输水损失少，所以灌水有效利用系数高。比地面灌水省水30％—50％，对于透水性强、保水能力差的沙质土地则节水效果更为明显，用同样的水能浇灌更多的土地。

2．保持水土喷灌的水滴直径和喷灌强度可根据土壤质地和透水性大小进行调整，能达到不破坏土壤的团粒结构、保持土壤的疏松状态、不产生土壤冲刷、使水分都渗入土层内、避免水土流失的目的。对于可能产生次生盐碱化的地区，采用喷灌的方法，可严格控制湿润深度，消除深层渗漏，防止地下水位上升和次生盐碱化。

3．节地采用喷灌不仅可大大减少土石方工程，而且还能腾出占总面积3％—7％的田间沟渠占地，用于种植作物，提高土地利用率。&nbsp

4．节省劳动力喷灌的利用提高了灌溉机械化程度，大大减轻灌水劳动强度，节省劳动力。

5．适应性强&nbsp喷灌是通过喷洒的方式灌水，不受地形坡度和土壤透水性的限制，在地面灌水方法难于实现的场合，都可以采用喷灌的方法。

6．提高产量喷灌可以采用较小的灌水定额进行浅浇勤灌，便于严格控制土壤水分，保持土壤肥力，既不破坏土壤团粒结构，又可促进作物根系在浅层发育，有利于充分利用土壤表层的肥分。同时喷灌可以调节田间的小气候，增加近地表空气湿度，在空气炎热的季节起到调节叶面温度的作用，并能冲洗叶面尘土，有利于植物的呼吸和光合作用，达到增产的效果，大田作物可增产20％，经济作物可增产30％，蔬菜可增产1倍~2倍，并可同时改变产品品质。此外，喷灌系统还可喷洒农药、防霜冻、防暑降温等。&nbsp

&nbsp喷灌的适用范围较广，几乎适用于灌溉所有的旱作物，例如谷物、蔬菜、香菇、、木耳、药材等。从地形上看，既适用于平原也适用于地形起伏的山丘地区；从土质上看，既适用于透水性大的土壤，也适用于人透率较&nbsp低的土壤。喷灌不仅可用于农作物的灌溉，而且也可用于园林草地、花卉灌溉，同时可兼作喷洒肥料、喷洒&nbsp农药、防霜冻、防暑降温和防尘等。但喷灌也存在着受风影响大、蒸发和漂移损失大、设备投资高、表层湿润多、深层湿润不足等问题。因此，在下列情况用喷灌时应注意。

1．受风的影响大。喷灌时刮风，会吹走大量的水滴，增加水分的损失。风力还会改变喷嘴水舌的形状和喷射的距离，降低喷灌的均匀度，风力在3级”4级时应停止喷灌。

2．蒸发损失大。由于水喷洒到空中，比地面灌时的蒸发量工大。尤其是在干旱季节，空气相对湿度较低，蒸发更大，水滴降低到地面之前可以蒸发掉10％。因此，可以在夜间风力小时进行喷灌，减少蒸发损失。

3．可能出现土壤底层湿度不足的问题。在喷灌强度过大、土壤入渗能力低的情况下，会出现土壤表层很湿润而土壤底层湿润不足的问题。采用低强度喷灌，使喷灌强度低于土壤的人渗速度，并延长喷灌的时间，可使灌溉水充分渗入到下层土壤，且不产生地面积水和径流。

&nbsp从70年代初，我国开始发展喷灌技术，到1998年底，全国的喷灌面积约160万hmz，占灌溉总面积的3．1％。其中，轻、小型喷灌机组的灌溉面积占75％，大中型喷灌机的灌溉面积占lO％，半固定式占15％。&nbsp

二、喷灌的类型及选择&nbsp

&nbsp按设备的种类可分为管道式喷灌、机组式喷灌两大类；按管道的安装使用情况可分为固定式喷灌、半固定式喷灌及管道全移动式喷灌；按机组控制的面积大小可分为：

1．大型喷灌机组(控制面积可达67hm2)如平移式自走喷灌机、大型摇滚式机等。

2．中型喷灌机组，卷管式[自走]喷灌机、双悬臂[自走]喷灌机、滚移式喷灌机和纵拖式喷灌机。

3．小型喷灌机组，在我国主要是手推式或手台式轻小型喷灌机组；按照喷洒状态可分为行喷式喷灌机(喷灌机一边走一边喷洒，如中心支轴式喷灌机)及定喷式喷灌机(喷灌机在一个位置上喷洒完后再移动到新的位置上喷洒，如半固定移动式喷灌机组)。&nbsp

&nbsp在选择何种喷灌形式时也须因地制宜。在耕地比较分散、水管理比较分散的地方宜发展轻、小型移动式喷灌机组；在干旱草原、土地连片、种植统一、缺少劳动力的地方宜发展大、中型喷灌机组；在种植经济作物和城郊蔬菜区可发展固定式喷灌；在一般经济水平的粮、棉地区可发展半固定式喷灌。

三、对喷灌的技术要求&nbsp

1．适时适量地给作物提供水分要做到这一点，&nbsp必须制定合理的灌溉制度，保证干旱年或半干旱年作物正常生长对水分的要求。即喷灌工程的设计标准必须满足灌溉保证率不低于85％，按这个标准配套容量合理、工程结构可靠、运行安全方便、各部分的设计规格能保证喷灌灌溉制度实施的水源工程。&nbsp

2．有较高的喷灌均匀度喷灌均匀度指的是组合均匀度，它与单个喷头的倾斜度、地面坡度、风速、风向等因素有关。要求在设计风速下，定喷式喷灌系统的组合均匀系数不低于75％，行喷式喷灌机的组合均匀系数不低于85％。&nbsp

3．有适宜的喷灌强度指组合喷灌强度，影响其数值大小的主要因素与影响组合均匀度的因素相同。要求喷头的组合喷灌强度不得大于当地土壤的允许喷灌强度。对于行喷式喷灌系统的喷灌强度可以略大于土壤的允许喷灌强度，在喷洒的过程中允许地面出现当时渗不下去而过后能很快渗入的小水洼，但不得出现地面径流。&nbsp

4．有适宜的雾化程度喷灌水是以模拟天然降雨的形式落在田间的，为了避免土壤板结或损坏作物，要求喷洒水滴对土壤和作物的打击强度要小。但是水滴雾化要消耗能量，雾化过度不仅不经济，而且因细小水滴容易被风吹散、漂移，蒸发损失加大。因此，应根据作物种类，以不损坏作物为度，选用具有适宜雾化指标的喷头。

四、喷灌的技术三要素

&nbsp喷灌的技术特征：要求灌溉水必须均匀地分布在所灌溉的土地上；同时喷洒后地表不产生径流和积水，没有灌溉水的二次再分配；此外，喷洒水滴不得破坏土壤的团粒结构，也不得伤害作物，造成减产。为了使喷灌达到上述的技术要求，规定了喷灌的技术“三要素”，即喷灌强度、喷灌均匀度和喷灌雾化指标。任何喷灌过程只有当这三项技术指标的值不低于国家标准要求时，才能达到喷灌的省水、增产、保土、保肥、提高作物品质的效果。&nbsp

1．喷灌强度&nbsp

&nbsp喷灌系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。喷灌强度指单位时间内喷洒在单位面积上的水量，一般用mm／h表示。&nbsp

&nbsp喷灌强度包括点喷灌强度只和平均(面)喷灌强度严两个概念。点喷灌强度指在一定时间t喷洒到某点土壤表面的水深h，用下式表示：Pi=h/t&nbsp

&nbsp平均喷灌强度尸指在一定的面积上的各点，在时间t内的喷灌水深平均值ho，用下式表示。&nbsp-&nbspP=h。/t&nbsp

&nbsp国家标准GBJ85—85(喷灌工程技术规范)规定，对于定喷式喷灌系统，不同质地的允许喷灌强度可按表1要求。当地面坡度大于5％时允许喷灌强度应按表2进行折减。

&nbsp表1&nbsp各类土壤的允许喷灌强度&nbsp

土壤类别&nbsp允许喷灌强度（mm/h）&nbsp土壤类别&nbsp允许喷灌强度（mml/h）&nbsp

砂土&nbsp20&nbsp壤粘土&nbsp10&nbsp

砂壤土&nbsp15&nbsp粘土&nbsp8&nbsp

壤土&nbsp12&nbsp&nbsp&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp注：有良好覆盖时，表中数值可提高20％。&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp　&nbsp表2&nbsp地面坡度（%）&nbsp允许喷灌强度降低（%）&nbsp地面坡度（%）&nbsp允许喷灌强度（%）&nbsp

5~8&nbsp20&nbsp13~20&nbsp60&nbsp

9~12&nbsp40&nbsp>20&nbsp75&nbsp

2．喷灌均匀度&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp是指喷灌面积上水量分布的均&nbsp匀程度。用喷灌均匀系数计算式表示。&nbspCu=1-△h/h

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp式中：Cu——喷灌均匀系数；&nbsph—喷洒水深的平均值(mm)；&nbsp△h—喷洒水深的平均离差(mm)。&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp按国标规定：在设计风速下，喷灌均匀系数不应低&nbsp于75％，但对于行喷式喷灌系统，不应低于85％。&nbsp

3．雾化指标&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp喷洒水滴的直径大小称为雾化程度，一般用喷头&nbsp的工作压力水头hP与喷头喷嘴直径d之比，即hp／d&nbsp表示。按国标规定如表3：&nbsp

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp表3&nbsp种类&nbsphp/d&nbsp

蔬菜及花卉&nbsp4000~5000&nbsp

粮食作物、经济作物及果树&nbsp3000~4000&nbsp

牧草、饲料作物、草坪及绿化林木&nbsp2000~3000&nbsp

五、喷灌系统的组成&nbsp

(一)喷灌系统设备构成&nbsp

&nbsp作为一项为农业生产服务的工程措施，喷灌系统主要由水源工程、首部装置、输配水管道系统和喷头等部分构成。&nbsp

1．水源工程。包括河流、湖泊、水库和井泉等都可以作为喷灌的水源，但都必须修建相应的水源工程，如泵站及附属设施、水量调节池等。&nbsp

2．水泵及配套动力机。&nbsp喷灌需要使用有压力的水才能进行喷洒。通常是用水泵将水提吸、增压、输送到各级管道及各个喷头中，并通过喷头喷洒出来。喷灌可使用各种农用泵，如离心泵、潜水泵、深井泵等。在有电力供应的地方常用电动机作为水泵的动力机。在用电困难的地方可用柴油机、拖拉机或手扶拖拉机等作为水泵的动力机，动力机功率大小根据水泵的配套要求而定。&nbsp

3．管道系统及配件。管道系统一般包括干管、支管两级，竖管三级，其作用是将压力水输送并分配到田间喷头中去。干管和支管起输、配水作用，竖管安装在支管上，末端接喷头。管道系统中装有各种连接和控制的附属配件，包括闸阀、三通、弯头和其他接头等，有时在干管或支管的上端还装有施肥装置。&nbsp

4．喷头。喷头将管道系统输送来的水通过喷嘴喷射到空中，形成下雨的效果撤落在地面，灌溉作物。喷头装在竖管上或直接安装于支管上，是喷灌系统中的关键设备。&nbsp

5．田间工程。移动式喷灌机在田间作业，需要在田间修建水渠和调节池及相应的建筑物，将灌溉水从水源引到田间，以满足喷灌的要求。&nbsp

(二)常用喷灌系统类型及特点&nbsp

&nbsp虽然喷灌系统的类型较多，但根据其设备的组成，喷灌系统可分成机组式喷灌系统和管道式喷灌系统两大类。机组式喷灌系统又可分为轻小型机组式喷灌系统、大中型机组式喷灌系统等。&nbsp

1．机组式喷灌系统。喷灌机是将喷灌系统中有关部件组装成一体，组成可移动的机组进行作业。其组成一般是在手抬式或手推车拖拉机上安装一个或多个喷头、水泵、管道，以电动机或柴油机为动力，进行喷洒灌溉的，其结构紧凑、机动灵活、机械利用率高，能够一机多用，单位喷灌面积的投资低。轻小型喷灌机是目前我国农村应用较为广泛的一种喷灌系统，特别适合田间渠道配套性好或水源分布广、取水点较多的地区。&nbsp

2．管道式喷灌系统。管道式喷灌系统是指以各级管道为主体组成的喷灌系统，按照可移动的程度，可分成全固定式、全移动式和半固定式三种。

&nbsp(1)全固定管道式喷灌系统。它由水源、水泵、管&nbsp道系统及喷头组成。除喷头外喷灌系统的各个组成部分在整个灌溉季节甚至常年固定不动。水泵和动力机械固定，干管和支管多埋于地下，喷头装在固定的竖管上并可轮流在各个田块中使用。固定式喷灌系统操作管理方便，易于实行自动化控制，生产效率高，但投资大，亩投资约在1000元左右(不含水源)，竖管对机耕及其它农业操作有一定的影响，设备利用率低，一般适用于经济条件较好的城市园林、花卉和草地的灌溉，或灌水次数频繁、经济效益高的蔬菜和果园等，也可在地面坡度较陡的山丘和利用自然水头喷灌的地区使用。&nbsp

&nbsp(2)全移动管道式喷灌系统。系统组成与固定式相同，它的各个部分，水泵、动力机、各级管道和喷头等都可拆卸，在多个田块之间轮流喷洒作业，因此系统的设备利用率高、投资小，但由于所有设备(特别是动力机和水泵)都要拆卸、搬运，劳动强度大，生产效率低，设备维修保养工作量大，有时还容易损伤作物，一般适用于经济较为落后的地区。&nbsp

&nbsp(3)半固定管道式喷灌系统。系统组成与固定式相同，其中动力机、水泵及输水干管等常年或整个灌溉季节固定不动，支管、竖管和喷头等可以拆卸移动，安装在不同的作业位置上轮流喷灌。这种方式综合了全固定和全移动管道式喷灌系统的优缺点，投资适中(亩投资约650元—800元)，操作和管理也较为方便，是目前国内使用较为普遍的一种管道式喷灌系统。全移动管道式喷灌系统的各个部分，水泵、动力机、各级管&nbsp道和喷头等都可拆卸，在多个田块之间轮流喷洒作业，因此系统的设备利用率高，投资小，但由于所有设备(特别是动力机和水泵)都要拆卸、搬运，劳动强度大，生产效率低，设备维修保养工作量大，有时还容易损伤作物，一般适用于经济较为落后的地区。管道式喷灌系统比较适用于水源较为紧缺，取水点少的我国北方地区。&nbsp

(100026中国农业工程研究设计院)&nbsp张学军