北京工业大学吴涤非

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1、喷灌工程规划设计与应用喷灌工程规划设计与应用 北京工业大学北京工业大学 吴涤非吴涤非本讲义内容包括以下五部分：一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计三、喷灌工程设备选型三、喷灌工程设备选型四、喷灌工程施工和运行管理四、喷灌工程施工和运行管理五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 1 1、喷灌特点、喷灌特点 喷灌是将压力水通过管道输送田间经喷头喷洒至空喷灌是将压力水通过管道输送田间经喷头喷洒至空中散落地面对作物进行灌溉的一

2、种灌水方式。中散落地面对作物进行灌溉的一种灌水方式。1）管道系统是灌溉系统的主体，能够承受一定的）管道系统是灌溉系统的主体，能够承受一定的 工作压力，管道布置运行有一定的地形起伏。工作压力，管道布置运行有一定的地形起伏。2）喷洒水滴不经过田面直接喷射至作物附近的土）喷洒水滴不经过田面直接喷射至作物附近的土壤，可以通过控制灌水器制造误差，灌水器实际工壤，可以通过控制灌水器制造误差，灌水器实际工作压力和灌水器布置间距满足对灌水均匀度的要求。作压力和灌水器布置间距满足对灌水均匀度的要求。一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 1 1、喷灌特点、喷灌特点 3）系统工作

3、压力一般高于微灌、管道输水灌溉等）系统工作压力一般高于微灌、管道输水灌溉等其他类型节水灌溉的系统工作压力。单位面积的投其他类型节水灌溉的系统工作压力。单位面积的投资也稍高于其他类型节水灌溉。资也稍高于其他类型节水灌溉。4）喷头通过竖管和管网连接，要考虑竖管高度和）喷头通过竖管和管网连接，要考虑竖管高度和稳定性问题。稳定性问题。一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 2 2、喷灌适用性、喷灌适用性1）具有一定经济实力、具有较严格的运行管理体）具有一定经济实力、具有较严格的运行管理体制。制。2）地形起伏不适宜采用地面灌溉的地区。）地形起伏不适宜采用地面灌溉的地区。

4、3)水资源较为紧缺的地区和经济效益较高的作物。水资源较为紧缺的地区和经济效益较高的作物。一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 2 2、喷灌适用性、喷灌适用性4)固定管道式喷灌、半固定管道式喷灌、大中型喷固定管道式喷灌、半固定管道式喷灌、大中型喷灌机组、轻小型喷灌机组还有各自不同的适用性。灌机组、轻小型喷灌机组还有各自不同的适用性。5)在园林、运动场、高尔夫球场等对自动化程度要在园林、运动场、高尔夫球场等对自动化程度要求较高的灌溉中应用较多。求较高的灌溉中应用较多。6)不适用于局部湿润灌溉。不适用于局部湿润灌溉。一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点

5、、适用性、分类和系统组成 3 3、喷灌分类和系统组成、喷灌分类和系统组成 喷灌分类见下图喷灌分类见下图：一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 3 3、喷灌分类和系统组成、喷灌分类和系统组成 喷灌的系统组成包括以下几部分：喷灌的系统组成包括以下几部分：1）水源。可以是江河湖水、水库塘坝、渠道引水、）水源。可以是江河湖水、水库塘坝、渠道引水、井水、中水和其他再生水。井水、中水和其他再生水。2）动力机。包括电机、柴油机、汽油机等。）动力机。包括电机、柴油机、汽油机等。3）水泵。主要是离心泵（喊喷灌泵、潜水泵、长）水泵。主要是离心泵（喊喷灌泵、潜水泵、长轴井泵等）。

6、轴井泵等）。一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成一、喷灌特点、适用性、分类和系统组成 3 3、喷灌分类和系统组成、喷灌分类和系统组成4）管道。包括干管、分干管、支管、出地管、竖）管道。包括干管、分干管、支管、出地管、竖管等及管道上各种管件、配件、闸阀。管等及管道上各种管件、配件、闸阀。5）喷头。）喷头。机组式喷灌系统是将以上机组式喷灌系统是将以上2）5）部分合并配套成）部分合并配套成一完整产品。一完整产品。自压喷灌采用地形高差天然水头形成压力水，则无自压喷灌采用地形高差天然水头形成压力水，则无上上2）、）、3）部分。）部分。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 1 1、喷灌系统规划设计的主

7、要内容、喷灌系统规划设计的主要内容1）项目名称、来源、工程范围、规模、系统选型、）项目名称、来源、工程范围、规模、系统选型、一般说明。一般说明。2）基本资料：气象、土壤、作物、地形、地质、）基本资料：气象、土壤、作物、地形、地质、水文、动力、交通及其他。水文、动力、交通及其他。3）灌溉制度和灌溉用水量，包括灌水定额和每次）灌溉制度和灌溉用水量，包括灌水定额和每次用水量，灌溉定额和总用水量。用水量，灌溉定额和总用水量。4）水源位置、供水水量和流量、用水量平衡计算、）水源位置、供水水量和流量、用水量平衡计算、调蓄计算和水源工程。调蓄计算和水源工程。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 1 1、

8、喷灌系统规划设计的主要内容、喷灌系统规划设计的主要内容5）总体布置、系统分区和压力分区。）总体布置、系统分区和压力分区。6）管道系统布置、管径初步确定。）管道系统布置、管径初步确定。7）轮灌编组和工作制度。）轮灌编组和工作制度。8）管道水力计算、系统流量、扬程计算和管径确）管道水力计算、系统流量、扬程计算和管径确定。定。9）主要材料用量和概预算。）主要材料用量和概预算。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 1 1、喷灌系统规划设计的主要内容、喷灌系统规划设计的主要内容10）施工要求。）施工要求。11）运行管理要点。）运行管理要点。12）设计图纸。包括总体平面布置图、管道系统结）设计图纸。包

9、括总体平面布置图、管道系统结构图、主干管线纵断面图、附属结构（泵站、管理构图、主干管线纵断面图、附属结构（泵站、管理房、闸阀井等）图、单件加工图等。房、闸阀井等）图、单件加工图等。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 1 1、喷灌系统规划设计的主要内容、喷灌系统规划设计的主要内容 规划与设计有详略之分，按一般可研、规划与设计有详略之分，按一般可研、初设、技施设分别对应估算、概算、预算，初设、技施设分别对应估算、概算、预算，服务大体对应项目审批、招投标和施工图阶服务大体对应项目审批、招投标和施工图阶段。对图纸精度要求规范也有不同规定。规段。对图纸精度要求规范也有不同规定。规划阶段除以上诸条内

10、容外有时还加上可行性、划阶段除以上诸条内容外有时还加上可行性、必要性（结论）、水资源平衡分析（结论）、必要性（结论）、水资源平衡分析（结论）、效益分析、保障措施等内容。效益分析、保障措施等内容。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 2 2、喷灌系统规划设计要点、喷灌系统规划设计要点1）根据总流量确定灌溉面积或反之按灌溉面积确）根据总流量确定灌溉面积或反之按灌溉面积确定总流量。若不需调蓄则通过调日工作时间或日耗定总流量。若不需调蓄则通过调日工作时间或日耗水量（一般不动）在有限范围内微调，达总体平衡。水量（一般不动）在有限范围内微调，达总体平衡。2）确定适宜的灌水单元（包括支管长、工作喷头）确

11、定适宜的灌水单元（包括支管长、工作喷头数、布置间距等）和同时工作单元数。数、布置间距等）和同时工作单元数。3）管网布置、系统分区、压力分区，初选管径。）管网布置、系统分区、压力分区，初选管径。4）确定轮灌编组，水力计算、确定管径，计算水）确定轮灌编组，水力计算、确定管径，计算水泵流量、扬程。泵流量、扬程。5）材料设备用量和价格。）材料设备用量和价格。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 3 3、最重要计算公式、最重要计算公式 1）灌水定额公式）灌水定额公式:了解实质、灵活运用。了解实质、灵活运用。2）沿程水头损失：）沿程水头损失：掌握速算方法、合理范围。掌握速算方法、合理范围。3）水泵扬程

12、计算：）水泵扬程计算：熟悉各部分含义、变形。熟悉各部分含义、变形。二、喷灌系统规划设计二、喷灌系统规划设计 4 4、常用辅助公式、常用辅助公式 1）知道为什么不用经济流速或经济管知道为什么不用经济流速或经济管径公式。径公式。2）支管进口压力确定：）支管进口压力确定：了解不同公式之间差异大小。了解不同公式之间差异大小。3）多口系数：）多口系数：最简单可记最简单可记F=0.38。三、喷灌工程设备选型三、喷灌工程设备选型 1 1、设备选型的一般要求、设备选型的一般要求1）满足需求。如管道过流能力、工作压力、喷头）满足需求。如管道过流能力、工作压力、喷头射程、雾化指标。射程、雾化指标。2）安全可靠、尚

13、有余量。如各种闸阀选用、管径）安全可靠、尚有余量。如各种闸阀选用、管径确定、水泵流量扬程确定。确定、水泵流量扬程确定。3）适用性。如选普通离心泵和潜水泵。）适用性。如选普通离心泵和潜水泵。4）实用性。如什么条件下拟采用自动化。）实用性。如什么条件下拟采用自动化。5）节能高效。如降低喷头工作压力、水泵选型。）节能高效。如降低喷头工作压力、水泵选型。三、喷灌工程设备选型三、喷灌工程设备选型 2 2、掌握一些主要设备的基本参数、掌握一些主要设备的基本参数1）喷头。）喷头。PY、ZY系列工作压力、嘴径、流量、射系列工作压力、嘴径、流量、射程。程。2）塑料管。）塑料管。PE、PVC系列管径、壁厚、工作压

14、力、系列管径、壁厚、工作压力、比重。比重。3）水泵。普通离心泵、潜水泵流量、扬程、配套）水泵。普通离心泵、潜水泵流量、扬程、配套功率，功率，W=HQ/200。四、喷灌工程施工和运行管理四、喷灌工程施工和运行管理 1 1、喷灌工程施工中的质量控制、喷灌工程施工中的质量控制1）质量控制要点。增强质量控制意识、建立质量）质量控制要点。增强质量控制意识、建立质量检查和质量控制制度，加强图纸审查、施工单位资检查和质量控制制度，加强图纸审查、施工单位资质审查，加强隐蔽工程验收、中间验收和竣工验收。质审查，加强隐蔽工程验收、中间验收和竣工验收。2）明令规定所有喷灌工程项目都应按规范要求进）明令规定所有喷灌工

15、程项目都应按规范要求进行打压试验。行打压试验。3）加强对进场设备的质量验收，系统中必要的节）加强对进场设备的质量验收，系统中必要的节点设备必须予以保证，不得随意取消或减少，如安点设备必须予以保证，不得随意取消或减少，如安全阀、逆止阀、减压阀、空气阀等。全阀、逆止阀、减压阀、空气阀等。四、喷灌工程施工和运行管理四、喷灌工程施工和运行管理 1 1、喷灌工程施工中的质量控制、喷灌工程施工中的质量控制4）管道系统的管线位置、出地口位置以及埋深应）管道系统的管线位置、出地口位置以及埋深应保留详细的记录，以便于运行管理和检修。保留详细的记录，以便于运行管理和检修。5）地形复杂、起伏较大的地区应考虑系统分级

16、和）地形复杂、起伏较大的地区应考虑系统分级和压力分区，施工中应重点考虑管道的固定，加强基压力分区，施工中应重点考虑管道的固定，加强基础处理和增加镇支墩。础处理和增加镇支墩。四、喷灌工程施工和运行管理四、喷灌工程施工和运行管理 2 2、喷灌工程的进度控制、喷灌工程的进度控制1）抓紧喷灌工程项目的前期工作和施工准备工作，）抓紧喷灌工程项目的前期工作和施工准备工作，保证有足够的工期和在最佳时间开工。保证有足够的工期和在最佳时间开工。2）抓住管道系统施工和泵站施工这两个重点，合）抓住管道系统施工和泵站施工这两个重点，合理安排施工工期，保证不影响播种。理安排施工工期，保证不影响播种。3）喷灌工程运行管理

17、重点是建立有效的运行管理）喷灌工程运行管理重点是建立有效的运行管理机构和强化运行管理人员的培训。机构和强化运行管理人员的培训。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 1 1、国内喷灌应用现状、国内喷灌应用现状 上世纪上世纪8090年代曾有过迅速的发展，主要是年代曾有过迅速的发展，主要是以铁管为地面移动管道的半固定管道式喷灌，总面以铁管为地面移动管道的半固定管道式喷灌，总面积达到几百万亩。但到本世纪，由于实行土地承包积达到几百万亩。但到本世纪，由于实行土地承包和种植结构调整，原来种小麦的改种其他作物，灌和种植结构调整，原来种小麦的改种其他作物，灌溉也由喷灌逐渐转为滴

18、灌或管道输水灌溉，喷灌面溉也由喷灌逐渐转为滴灌或管道输水灌溉，喷灌面积逐渐衰减，如北京市由积逐渐衰减，如北京市由200万亩减至大约万亩减至大约50万亩。万亩。目前半固定管道式喷灌在一些地区仍在使用，发展目前半固定管道式喷灌在一些地区仍在使用，发展缓慢但维持一定数量。缓慢但维持一定数量。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 1 1、国内喷灌应用现状、国内喷灌应用现状 固定管道式喷灌在南方使用较多，上世纪固定管道式喷灌在南方使用较多，上世纪8090年代曾一度发展，由于当时大多采用年代曾一度发展，由于当时大多采用PY30以上以上的大喷头，竖管的固定是一个难题，本世纪逐

19、步改的大喷头，竖管的固定是一个难题，本世纪逐步改为使用小喷头，主管路也由钢管、钢丝网管改为塑为使用小喷头，主管路也由钢管、钢丝网管改为塑料管，在一些地区又有了新的发展，特别是在果园料管，在一些地区又有了新的发展，特别是在果园和经济作物灌溉，目前总量不是很大。移动管道式和经济作物灌溉，目前总量不是很大。移动管道式喷灌喷灌90年底至本世纪初在东北黑龙江曾有一定的使年底至本世纪初在东北黑龙江曾有一定的使用，由于黑龙江是高寒地区，管道埋深达用，由于黑龙江是高寒地区，管道埋深达2m以上，以上，工程量过大，因此管道全部地面移动，主干管采用工程量过大，因此管道全部地面移动，主干管采用102铝合金管。由于有些

20、技术问题未能很好解决，铝合金管。由于有些技术问题未能很好解决，故未能大面积普及。故未能大面积普及。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 1 1、国内喷灌应用现状、国内喷灌应用现状 轻小型喷灌机组自上世纪轻小型喷灌机组自上世纪80年代有较大发展，年代有较大发展，总数量达几十万台，在喷灌机组控制面积中占了绝总数量达几十万台，在喷灌机组控制面积中占了绝大部分。但由于使用中多将其作为一种抗旱手段，大部分。但由于使用中多将其作为一种抗旱手段，而非按正规的灌溉系统来设计，因此轻小型机组的而非按正规的灌溉系统来设计，因此轻小型机组的保有量变化很大，统计的灌溉面积也起起伏伏，很

21、保有量变化很大，统计的灌溉面积也起起伏伏，很不稳定，估计总面积在几百万亩左右。不稳定，估计总面积在几百万亩左右。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 1 1、国内喷灌应用现状、国内喷灌应用现状 大中型喷灌机组自上世纪大中型喷灌机组自上世纪90年代后发展出年代后发展出现停顿，主要原因是技术较复杂，对运行管理现停顿，主要原因是技术较复杂，对运行管理和维护的要求较高，而总体管理水平跟不上。和维护的要求较高，而总体管理水平跟不上。随着北方四省节水增粮行动开展，大中型喷灌随着北方四省节水增粮行动开展，大中型喷灌机组又重新复苏。目前黑龙江和内蒙古应用较机组又重新复苏。目前黑

22、龙江和内蒙古应用较多，主要是中心支轴式和绞盘式，总面积已达多，主要是中心支轴式和绞盘式，总面积已达几百万亩，而且还在持续增加。目前我国使用几百万亩，而且还在持续增加。目前我国使用的中心支轴式喷灌单机控制面积一般为的中心支轴式喷灌单机控制面积一般为300500亩，比美国的亩，比美国的8001000亩小。绞盘式喷灌亩小。绞盘式喷灌机的单机控制面积大致为机的单机控制面积大致为200300亩。亩。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 2 2、发展趋势、发展趋势目前国内总的喷灌面积约为目前国内总的喷灌面积约为5000万亩，每年大万亩，每年大约新增约新增5001000万亩。

23、总体的发展趋势是慢于万亩。总体的发展趋势是慢于微灌，特别是微灌中的滴灌。今后的发展趋势微灌，特别是微灌中的滴灌。今后的发展趋势大体如下：大体如下：以中心支轴式和绞盘式为主的大型喷灌机组将以中心支轴式和绞盘式为主的大型喷灌机组将更加完善、产品进一步标准化，并逐步解决中更加完善、产品进一步标准化，并逐步解决中心支轴四角漏喷和绞盘式入机压力过高等问题，心支轴四角漏喷和绞盘式入机压力过高等问题，但短期内难以有较大规模的发展。发展的突破但短期内难以有较大规模的发展。发展的突破点在于建立成功的大规模的运行维修管理中心。点在于建立成功的大规模的运行维修管理中心。五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势五、目前国内喷灌应用现状和发展趋势 2 2、发展趋势、发展趋势半固定管道式喷灌若能实现由塑料半软管替代铁管半固定管道式喷灌若能实现由塑料半软管替代铁管和塑料硬管，使成本下降，可能再次取得发展机遇。和塑料硬管，使成本下降，可能再次取得发展机遇。固定管道式喷灌在局部经济条件较好的省区会有稳固定管道式喷灌在局部经济条件较好的省区会有稳步的发展，但其规模有限，主要在经济作物，在大步的发展，但其规模有限，主要在经济作物，在大田作物中难有突破。田作物中难有突破。谢谢！谢谢！