中国农业灌溉的发展趋势—喷灌
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在29日举行的新闻发布会上，*农村水利司司长王爱国作如是表示。
目前，中国节水灌溉发展正进入的“快车道”。据*数据，截至2013年底，在6347万公顷的全国有效灌溉面积中，节水灌溉工程面积达2711万公顷，约占有效灌溉面积的43%；农田亩均灌溉用水量由2000年的420立方米下降到361立方米。
受。大力推进节水灌溉带动，中国节水产业不断发展。据*数据，目前全国生产节水灌溉设备和材料的厂家已有2000多家，形成了年生产3000多万亩节水灌溉设备和材料的供应能力，一些民营企业已拥有了部分具有自主知识产权的节水灌溉技术和产品。
但王爱国坦言，在一些关键构件上，目前中国节水灌溉企业的产品质量与美国、以色列等国家相比仍有明显差距；同时，在把节水与农技、农艺相结合，提升农产品产量和质量方面，中国也落后于发达国家。
王爱国表示，为提高中国节水灌溉设备的质量水平，下一步将推进节水灌溉产品的研发和创新，扶持一些进一步发展壮大。
他说，目前一些上市公司和民营企业在节水灌溉领域已经取得了较大成功，但“还要进一步提供一些政策措施来扶持”。
王爱国指出，今后还将加强市场监管，把好质量监督关，以进一步提升节水灌溉产品的质量。（引自：*）
一，什么是喷灌
利用机械和动力设备，使水通过喷头（或喷嘴）射至空中，以雨滴状态
降落田间的灌溉方法。喷灌设备由进水管、抽水机、输水管、配水管和喷头（或喷嘴）等部分组成，可以是固定的或移动的。具有节省水量、不破坏土壤结构、调节地面气候且不受地形限制等优点.
二，喷灌过滤的优点
a．省水：由于喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地
喷灌
面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大为提高，一般比漫灌节省水量30%一50%，省水还意味着节省动力，降低灌水成本。
b.省工：喷灌便于实现机械化、自动化，可以大量节省劳动力。由于取消了田间的输水沟渠,不仅有利于机械作业，而且大大减少了由间劳动量。喷灌还可以结合施入化肥和。，又可以省去不少劳动量，据统计，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的五分之一。
c．提高土地利用率：采用喷灌时，无需田间的灌水沟渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高土地利用率，一般可增加耕种面积7%一10%。
d．增产：喷灌便于严格控制土壤水分,使土壤湿度维持在作物生长zui适宜的范围。而且在喷灌时能冲掉植物茎叶上尘土,有利于植物呼吸和光合作用。另外喷灌对土壤不产生冲刷等破坏作用，从而保持土壤的团粒结构，使土壤疏松多孔，通气性好，因而有利于增产， 特别是蔬菜增产效果更为明显。
e．适应性强：喷灌对各种地形适应性强，不需要像地面灌溉那样整平土地，在坡地和起伏不平的地面均可进行喷灌。特别是在土层薄、透水性强的沙质土，非常适合采用喷灌。此外，喷灌不仅适应所有大田作物，而且对于各种经济作物、蔬菜、草场都可以获得很好的经济效果。 喷灌具有好多优点，但是也有缺点。主要是投资费用大，就目前条件移动式喷灌系统*，亩投资也需要20
喷灌系统
-50元/亩。另外是受风速和气候的影响大，当风速大于5.5米/秒时 (相当于4级风)，就能吹散雨滴，降低喷灌均匀性,不宜进行喷灌。其次，在气候十分干燥时,蒸发损失增大，也会降低效果。
三，喷灌系统的组成
一个完整的喷灌系统一般由喷头、管 、首部和水源组成。
1. 喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在种植区域。
喷灌系统的喷头构造
2.管 ：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的种植区域。由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管 系统。现代灌溉系统的管 多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管 中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。
3.首部：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。
4.水源：井泉，湖泊、水库，河流及城市供水系统均可作为喷灌水源。在整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。
四，喷灌系统的分类
按水流获得的压力方式可分为机压式、自压式和提水蓄能式喷灌系统;
按喷灌设备的形式可分为管道式和机组式喷灌系统;
按喷洒方式可分为定喷式和行喷式喷灌系统.
喷灌系统按照喷灌作业过程中可移动的程度分为下列 3类[1] .
固定式喷灌系统：除喷头外,各组成部分在长年或灌溉季节均固定不动.干管和支管多埋设在地下,喷头装在由支管接出的竖管上.操作方便,效率高,占地少,也便于综合利用（如结合施肥、喷。等）和实现灌溉的自动控制.但需要大量管材,单位面积投资高.适用于灌溉频繁的经济作物区（如蔬菜种植区）和高产作物地区.
半固定式喷灌系统：喷灌机、水泵和干管固定,而支管和喷头则可移动.移动的方式有人力搬移、滚移式,由拖拉机或绞车牵引的端拖式,由小发动机驱动作间歇移动的动力滚移式、绞盘式以及自走的圆形及平移式等.其投资比固定式喷灌系统少,喷灌效率较移动式喷灌系统高.常用于大田作物.
移动式喷灌系统：除水源外,动力机、水泵、干管、支管和喷头等都是可以移动的,因而可在一个灌溉季节里在不同地块轮流使用,提高了设备利用率,并可节省单位面积投资,但工作效率和自动化程度低.常用的类型中,有的是动力机和水泵装在手推车或手架上的轻、小型喷灌机,其喷头装在轻便三角架上,通过软管同水泵连接；有的是将水泵同喷头装在手扶拖拉机上的小型喷灌机,由手扶拖拉机的动力输出装置驱动水泵作业；有的是装在大、中型拖拉机上的双悬臂式喷灌机.移动式喷灌系统适用于灌溉次数较少的大田作物和小块地段.此外,在有条件的地区,还可发展自压喷灌.其优点是可以利用水的自然落差,不需动力机和水泵,设备简单,操作方便,使用成本低.
五，喷灌设备的选型
1.喷头的选型
选择喷头时，除需考虑其本身的性能，如喷头的工作压力、流量、射程、组合喷灌强度、喷洒扇形角度可否调节之外，还必须同时考虑诸如土壤的允许喷灌强度、地块大小形状、水源条件、用户要求等因素。另外，同一工程或一个工程的同一轮灌组中，选用一种型号或性能相似的喷头，以便于灌溉均匀度的控制和整个系统的运行管理。在已建项目中，有的为片面追求水景效果，安装了各种性能截然不同的喷头，致使灌溉均匀度无法保证。选择喷头时需特别注意的是，灌溉系统不是喷泉，其目的是为了弥补植物需水时空上的不足，而不是创作人工水景。因此，只能在首先满足需水的前提下，尽量照顾到景观效果。
此类喷头品种繁多，按射程分，有0.6～5.8米的小射程喷头，4.3～9.1米的中小射程喷头，8.5～15.9米的中等射程喷头，20米以上的大射程喷头；按喷洒类型分，有散射喷头，射线喷头，旋转喷头，射线旋转喷头；按使用场合分，有园林喷头，高尔夫喷头等等。这些喷头均可在加压喷水时自动弹出地面，而灌水停止时又缩入地面，不会影响园林景观上的机械作业。
1.1 小射程喷头一般为非旋转散射式喷头，如PROS系列、PS系列以及INST系列。这些喷头的弹出高度有50mm、75mm、100mm、150mm和300mm，可选配喷洒形式繁多或可调角度的喷嘴，喷灌强度较大。不但适用于小块灌溉，也可用于灌木、绿篱的灌水和洗尘。这类喷头的喷嘴大多为“匹配灌溉强度喷嘴”，即无论全圆喷洒，还是半圆或90度及其他角度，其灌溉强度基本相同。这种特性对保证系统的喷洒均匀度极为有利。
1.2中小射程喷头多为旋转喷头，如 SRM、PGJ系列齿轮驱动顶部调节喷头，射程为4.3～11.3米，弹出高度有100mm、150mm、300mm。这种喷头适用于中型面积绿地和灌木、花卉的喷灌。
特别的如，MP系列地埋射线旋转喷头，射程3～9米，以其*的喷洒方式，和由此而来的不可比拟的节水特性，尤其适合坡地和新植喷洒。
1.3 中等射程喷头多为旋转喷头，如亨特I-20、 PGP系列地埋旋转喷头。这些喷头适用于中型面积绿地的灌溉。弹出高度有100mm和300mm两种，适用于较大面积的灌溉。其中I-20喷头配有止溢阀，并且可选不锈钢升降柱，顶部带有*阀门，可在系统运行时单独将某个喷头关闭，便于维修或更换喷嘴。
1.4 大射程喷头，如亨特I-31、 I-35系列、I-41系列、I-60系列、I-90系列均为旋转式齿轮驱动顶部有工具调节喷头，射程均在20米以上。其特点是材料强度高，抗冲击性能好。除用于大面积灌溉外，特别适合于运动场灌溉系统。
其中I-60系列喷头，*低压大射程功能，在压力为2.8bars（0.28Mp）时，射程可达18.9米。特别适合低压系统或者旧系统改造项目。
在各种射程的喷头中，均可选择“止溢型”喷头。带止溢功能的喷头一般安装在地形起伏较大的喷灌系统中的地形较低的部位，可有效防止当灌水停止时管道中的水从低位喷头溢出，影响喷头周围的正常生长。
土壤的允许喷灌强度是影响喷头选型的主要因素之一。喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。我们一般考虑的是组合喷灌强度，因为灌溉系统基本上都是由多个喷头组合起来同时工作。对于喷灌强度的要求是，水落到地面后能立即渗入土壤而不出现积水和地面径流，即要求喷头的组合喷灌强度（ρ组合）应小于等于土壤的水入渗率。各类土壤的允许喷灌强度（ρ允许）的参考值见下表：
各类土壤的允许喷灌强度（mm/h）
土壤类别
砂土
壤砂土
砂壤土
壤土
粘土
允许喷灌强度
喷头组合喷灌强度的计算公式为：ρ组合（mm/h）=1000q/A
式中：q为单喷头的流量（m3/h）；A为单喷头的有效控制面积（m2）。
另外，土壤的允许喷灌强度随着地形坡度的增加而显著减小。如坡度大于12%时，土壤的允许喷灌强度将降低50%以上。因此，对于地形起伏的工程，在喷头选型时需格外注意。
2.喷头的布置
喷灌系统中喷头的布置包括喷头的组合形式、喷头沿支管上的间距及支管间距等。喷头布置的合理与否，直接关系到整个系统的灌水质量。
喷头的组合形式主要取决于地块形状以及风的影响，一般为矩形和三角形，或为其特例正方形和正三角形。矩形或正方形布置，适用于地块规则，边缘成直角的条件。这种形式设计简便，容易做到使各条支管的流量比较均衡；三角形或正三角形布置，适用于不规则地块，或地块边界为开放式，即使喷洒范围超出部分边界也影响不大的情况。这种布置抗风能力较强，喷洒均匀度要高于矩形或正方形，同时所用喷头的数量相对较少，但不易作到使各条支管的流量均衡。有时地块形状十分复杂，或地块当中有障碍物，使喷头的组合形式为不规则形。但在多数喷灌系统中，可尽量采用正方形或正三角形布置。
2.1 正方形布置
正方形布置时，喷头沿支管上的间距与支管间距相等，但对角喷头之间的距离是支管间距的1.41倍。考虑到风的影响，推荐喷头间距为喷头射程（R）的0.9-1.1倍，见下表：
风速（km/h）
0-5
6-11
12-20
正方形zui大间距
1.1R
1.0R
0.9R
2.2 正三角形布置
正三角形布置时，各个喷头之间的距离相等，但支管间距为喷头间距的0.866倍。考虑到风的影响，推荐喷头间距为喷头射程（R）的1.0-1.2倍，见下表：
风速（km/h）
0-5
6-11
12-20
正三角形zui大间距
1.2R
1.1R
1.0R
在喷头布置完毕后，应根据实际布置结果对系统的组合喷灌强度进行校核。特别是在地块的边角区域，因喷头往往是半圆或90度而不是全圆喷洒，若选配的喷嘴与地块中间全圆喷洒的喷头相同，则该区域内的喷灌强度势必大大超过地块中间。所以，为保证系统良好的喷洒均匀度，一般安装在边角的喷头须配置比地块中间的喷头小2-3个级别的喷嘴。
六，喷灌系统整体的设计和规划
有了性能优越、质量可靠的喷头，还必须对系统进行精心设计，才能真正发挥喷灌的作用，达到预期的效果。喷灌系统的设计一般包括以下步骤：
灌溉水量
需水量包括土壤与地表的蒸发量和植物本身消耗的蒸腾量，也称作植物腾发量。影响需水量的因素有气象条件（温度、湿度、辐射及风速等）、土壤性质及其含水状况、植物种类及生育阶段等。由于上述这些影响因素错综复杂，确定灌溉需水量zui可靠的办法是进行实际观测。但往往在规划设计阶段缺乏实测资料，这时就需要根据影响需水量的因素进行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通过公式进行计算，或参照下列经验数据选取：
气象条件
湿冷
干冷
湿暖
干暖
湿热
干热
日需水量（mm）
2.5-3.8
3.8-5.0
3.8-5.0
5.0-6.4
5.0-7.6
7.6-11.4
表中，“冷”指仲夏zui高气温低于21℃；“暖” 指仲夏zui高气温在21至32℃之间；“热” 指仲夏zui高气温高于32℃；“湿”指仲夏平均相对湿度大于50%；“干” 指仲夏平均相对湿度低于50%。
灌溉系统的设计，应满足需水高峰期的日需水量，即按zui不利的条件设计，选取特定气象条件下的zui高日需水量，以使系统有足够的供水能力。
轮灌组
灌溉系统的工作制度通常分为续灌和轮灌。续灌是对系统内的全部管道同时供水，即整个灌溉系统作为一个轮灌区同时灌水。其优点是灌水及时，运行时间短，便于其他管理操作的安排；缺点是干管流量大，工程投资高，设备利用率低，控制面积小。因此，续灌的方式只用于单一且面积较小的情况。
对于绝大多数灌溉系统，为减少工程投资，提高设备利用率，扩大灌溉面积，一般均采用轮灌的工作制度，即将支管划分为若干组，每组包括一个或多个阀门，灌水时通过干管向各组轮流供水。
1.轮灌组划分的原则
1.1 轮灌组的数目应满足需水要求，同时使控制灌溉面积与水源的可供水量相协调；
1.2 对于手动、水泵供水且首部无衡压装置的系统，每个轮灌组的总流量尽可能一致或相近，以使水泵运行稳定，提高动力机和水泵的效率，降低能耗；
1.3 同一轮灌组中，选用一种型号或性能相似的喷头，同时种植的品种一致或对灌水的要求相近；
1.4 为便于运行操作和管理，通常一个轮灌组所控制的范围连片集中。但自动灌溉控制系统不受此限制，而往往将同一轮灌组中的阀门分散布置，以zui大限度地分散干管中的流量，减小管径，降低造价。
2.轮灌组数目的确定
轮灌组的数目，取决于每天允许运行时间、灌水周期和一次灌水延续时间。对于固定式灌溉系统，其轮灌组数目可根据下式确定：
N≤ cT/t
式中：
N – 系统允许划分轮灌组的zui大数目，取整数。
c – 一天运行的小时数，一般不超过20小时。
T – 灌水周期，即两次灌水之间的间隔时间
3.轮灌组阀门的选择及其安装位置
3.1 轮灌组阀门即支管的控制阀的规格通常与支管的公称管径相同。在某些特殊情况下，阀门的尺寸可能小于或大于支管管径，但相差不应超过一级管径的范围。阀门的选择还受到阀门本身过流能力和压力损失的限制，特别是自动控制灌溉系统中的电磁阀，在选用时一定要考虑其技术性能。
3.2 阀门应设置在便于操作、维修的位置，特别是手动操作喷灌系统，将阀门安装在喷头的喷洒范围之外，使操作人员不会在工作时被淋湿。
3.3 阀门及其阀门井（箱）的位置不能影响正常的交通、人为活动及园林景观3.4 在可能的情况下，阀门位于所控制的一组喷头的中心部位，以利于平衡支管流量与压力，减小支管管径。
水力计算
在完成喷头选型、布置和轮灌区划分之后，即可计算各级管道的流量和进行水力计算。某一支管流量为该支管上同时工作的喷头流量之和，干管流量为系统中同时工作的喷头流量之和。流量确定后，即可选择管径并计算管道和系统的水头损失。水力计算的主要任务就是确定管道的水头损失。
1.管道水头损失的计算方法
水在管道内流动会产生机械能的损耗，即水头损失。水头损失可分为沿程摩阻力损失和局部阻力损失两种类型。沿程水头损失为水流过一定管道距离后由于水分子的内部摩檫而引起的损失；局部水头损失为水流经过各种管件、阀门等设备时因流态的变化而产生的损失。沿程水头损失与局部水头损失之和即为管道的总水头损失。
1.1沿程水头损失的计算
很多计算沿程水头损失的经验公式。对于硬质塑料管道（PVC），常用的计算公式如下：
H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L
式中：Hf为沿程水头损失（m）；L、Q、d分别为管道长度（m）、流量（m3/h）和管道内径（mm）。
1.2局部水头损失的计算
局部水头损失计算公式为：
Hj =ξ v2/2g
式中：Hj为局部水头损失（m）；
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