1、143内容来自：水艺网-http:/喷头的组合与布置如前所述，单喷头水量分布是分布不均的，在灌溉较大的面积单靠一个喷头是不行的，系统设计时需要经过分析单个喷头的水量分布，通过喷头组合，获得一定的水量重叠，才能满足植物需求和提高水利用效率。第一节 喷灌系统的灌水均匀性图 71 表示 4 个喷头以喷头射程为间距、正方形布置时理论上的水量分布，图中的数据为无风条件下 221 个位置处的降雨深度。从图中可以看出，不同位置的降雨深度不尽相同，在正方形的中间，降雨量最小，也就是说，整个灌溉面积上灌水不是十分均匀。1、喷灌均匀度喷灌均匀度表示喷灌面积上水量分布的均匀程度，它是衡量喷灌灌水质量的主要技术指标之
2、一，一般常用克里斯琴(christiensen)公式来表示： 71）（ mnXCu0.1式中，X喷灌面积上每一个喷灌强度观侧值与平均值之差的绝对值。n观测值总数m喷灌强度观测值的平均值Cu均匀系数，以百分数表示Cu 值越大表示喷洒面积上的水量分布越均匀，Cu 值越小表示喷灌越不均匀，对于草坪来讲，一般要求 Cu 值范围在 75%以上。2、喷灌系统灌水均匀性的测定与度量在田间等间距布置一定数量的雨量桶（布置方法可参阅相关技术规范） ，如图 72 所示，喷洒一段时间后，测定每个雨量桶中水量。然后利用公式 71 来计算。144图 71 4 个喷头正方形布置时水量的理论分布221 个雨量桶145第二节
3、 喷头的组合方式与喷灌强度一、喷头的组合方式有三种主要的喷头布置方式：1、正方形： 这种方式中相邻四个喷头组成的四条边距离相等，用于灌溉正方形的区域或有 90 度角的区域。尽管该方式有时均匀度欠佳，但四周有围栏的地区常使用这种方式。正方形布置方式灌水覆盖度较差，其原因是因为对角线上两个喷头间距比边线上的要长。当边线上两个喷头间距为喷头的射程时（即 50%法） ，对角线上两个喷头间距则为射程的 70%，使得正方形中心喷水量偏少（图 73） 。在风速小和没风的情况下可以使用 55%的间距，有风时建议用更小的间距，水量偏少图 73 正方形布置时的水量偏少区域雨量桶喷头支管图 72 喷灌系统灌水均匀性
4、的测定146这取决于风的大小，下面给出风速和最大间距的对照表：灌溉地点的风速（km/h） 使用的最大间距（%直径）0 5 55610 501120 452、三角形：该模式常用于边界不规则的地区。正三角形布置是指三个相邻喷头之间间距相等。与正方形布置方式相比，三角形布置不存在象正方形布置中的水量偏少地带。因此工程设计多数使用三角形布置（图 74） 。 图 74 中，S 代表喷头间距, RS 代表支管间距。在一个正三角形布置时，RS 是 S 的0.866 倍。例如喷头间距为 24m, 支管间距则为 20.8m。可以看出，这种模式没有正方形模式中对角线间距比边线间距大的问题。由于这个原因, 在有风的
5、情况下, 允许喷头之间有更大的间距（如下表）:灌溉地点的风速(km/h) 最大间距(直径的%)05 60611 551120 503、矩形: 矩形布置方式具有抗风的优点, 并且适合灌溉有直线边界和角落的地区。其喷头和支管间距如下表：灌溉地点风速(km/h) 最大间距(直径的%)05 RS=60, S=50611 RS=60, S=451120 RS=60, S=40图 74 三角形布置方式RS147为适应特殊的工程条件，同一地域可以用上述几种模式的组合，例如,如果一块较大绿地中，既有草坪又有树和灌木丛, 就需交错使用不同的模式。遇到树或灌木丛我们可以交错使用正方形或矩形、平行四边形或三角形模式
6、，绕过或穿过障碍物后, 其它地方仍可以使用原来的喷头间距模式（图 75） 。对于曲线边界, 可采用从正方形或矩形模式变到平行四边形或三角形模式来布置喷头（如图 76） ，还可以再变到原来的布置模式。这样既灌溉整个区域，同时避免在曲线边界以内喷头过于集中和灌溉区域超出边界。二、喷灌强度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。组合喷灌强度的计算公式为： 组合 （mm/h）=1000q/A 72式中：q为单喷头的流量（m 3/h）；A为单喷头的有效控制面积（m 2）。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
7、出现积水和地面径流，即要求喷头的组合喷灌强度（ 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（ 允许 ）的参考值见表 71：表 71 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 20 15 12 10 8图 76 曲线边界喷头布置方式图 75 交错型间距布置方式148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。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
8、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。第三节 影响喷灌系统均匀性的因素由于不同的厂家不同型号的喷头的水量分布特性有所差异，对于要求的灌水均匀度，即使射程相同，喷头的间距也可能有所不同。喷头生产厂家在喷头样本中，一般均提供各种喷头的射程，可是如果设计人员对水量分布的影响因素缺乏了解，按照厂家提供的射程来设计喷头间距，将会有可能出错，达不到所要求的均匀度。 迄今为止，还没有一种确定的能够考虑诸多影响因素的计算喷头间距的公式，这是由于影响喷灌系统均匀性的因素比较复杂，并且有些因素具有不确定性。149图
9、 7-7 三角形布置时,风对旋转式喷头水量分布的影响风速:5 英里/时;风速:0 英里/时; 风速:10 英里/时; 风速:15 英里/时;风风间距为喷洒直径的 60%风风风速:5 英里/时;风速:0 英里/时; 风速:10 英里/时; 风速:15 英里/时;间距为喷洒直径的 60% 间距为喷洒直径的 55% 间距为喷洒直径的 50% 间距为喷洒直径的 45%风速:5 英里/时;风速:0 英里/时; 风速:10 英里/时; 风速:15 英里/时;风速:5 英里/时;风速:0 英里/时; 风速:10 英里/时; 风速:15 英里/时;间距为喷洒直径的 60%间距为喷洒直径的 60% 间距为喷洒直
10、径的 55% 间距为喷洒直径的 50% 间距为喷洒直径的 45%1501、 风对喷灌系统喷洒均匀性的影响风对单个喷头的水量分布影响很大，因而系统均匀度也将受到显著影响，图 7-7 表示喷头为三角形布置时的理论分析结果，图中 A 和 B 表示当风垂直于支管方向时的情形，A-1，A-2 和 A-3 分别表示风速为 5、10 和 15 英里/时的情形，B-1，B-2，B-3 表示减小喷头间距后，灌水均匀度得到了改善。C 和 D 表示风平行于支管方向的情况。2、单个喷头的水量分布和喷头间距对喷灌系统均匀性的影响对于不同的喷头，因其水力特性不相同，所要求的喷头间距也不相同。图 7-8 表示了两种具有不同
11、水量分布的喷头在不同间距时两喷头连线断面处的降雨深度。可以看出对 A型喷头，60%直径的间距要优于 50%，而对于 B 型喷头 50%直径的间距优于 40%的直径间距，单个喷头的水量分布影响着系统的喷洒均匀度，这就是为什么当采用相同的喷头布置间距时，相同射程喷头而喷头水量分布不同时，田间实测灌水均匀度不同的原因。因此，单个喷头的水量分布是喷头组合的基础，具有不同水量分布图形的喷头，在相同的组合间距下，其喷洒均匀度不尽相同。单个喷头的水量分布从理论上可以归纳为六种图形，如图 7-9，图中 SL表示喷头的间距，S M表示支管的间距，图中曲线喷头 A喷头 B喷头间距为喷洒直径的 60%喷头间距为喷洒
12、直径的 50%喷头间距为喷洒直径的 50%喷头间距为喷洒直径的 40%A 喷头水量分布图 B 喷头水量分布图图 78 单个喷头水量分布对组合水量分布的影响151A、B、C、D、E、F 曲线表示当喷头间距 SL=0.05D（D 为喷洒直径）时，支管间距 SM变化时的系统均匀系数。从图中可以看出，图形 B 的水量分布在 SM不大于喷洒直径的 55%时都近于均匀。对于水量分布图形 A 和 C，间距不大于喷洒直径的 65%都相当均匀，超过这一范围，均匀度迅速下降.图形 D 和 E 在间距等于喷洒直径的 75%和 80%时，水量分布相当均匀，但在间距等于喷洒直径的 45%-70%时，水量分布发生显著变化
13、。图形 F 当间距为喷洒直径的50%到接近 80%时水量发布不好，只有当间距为喷洒直径的 80%-85%时才相当均匀。表 7-2 中列出了图形 B 和 E 在不同的 SM和 SL组合下的组合均匀系数.从表中我们可以看出，组合均匀系数如何随 SM和 SL变化的。对于图形 B 来讲，当 SL从喷洒直径的 5增加到约 60时，其均匀系数保持常数。然而图形 E，当间距 SL等于喷洒直径的 5(0.05D)时，均匀系数从 SM=0.4D 时的约 97降低到 SM=0.6D 时的 80，然后在 SM=0.8D 时又上升到 96。当支管间距 SM等于喷洒直径的80时，均匀系数从 SL=0.05D 时的 96
14、下降到 SL=0.6D 时的 68，然后在 SL=0.8D 为方形布置时又上升到 74，而在 SL=0.8D 为三角形布置时上升到 83。图 7-9152表 7-2 水量分布几何图形 B 和 E 在各种布置形式和间距下的组合均匀系数SM：喷洒直径的百分数SL：喷洒直径的百分数% 40 50 60 70 80图形 B5 99 98 93 80 6720 99 98 93 80 6730 98 97 93 80 6740 97 96 93 80 6750 96 91 80 6760 92 80 6760T 80 6770 77 6570T 78 6580 5880T 60图形 E5 97 84 8
15、0 86 9620 96 84 80 86 9430 93 83 80 85 9340 96 83 77 83 8850 76 77 82 8160 75 71 6860T 67 66 7070 66 6770T 65 7380 7480T 83 图形的形状如图 7-9. T 表示喷头为三角形分布,其它均为矩形分布.第三节 典型地块的喷头组合下面举例说明如何根据地块的形状布置喷头并进行必要的调整。1、如图 7-10，地块长 52.8m 宽 45.6m。如果选用某种喷嘴的喷头，其射程为 18m，采用 50的三角形组合，喷头间距为 S=18m，支管间距 Rs=18 ,沿着路采用m59.186.0非
16、全圆喷洒喷头，地块中间采用全圆喷洒喷头，角处采用四分之一喷洒的喷头。153m45.6m图 7-10 等间距布置图 7-11 喷头布置调整由于地块长度为 52.8m，如果沿路采用四个喷头，所能控制的长度为 3 ，m5418大于地块长度 52m，我们可以将喷头间距减小为 52.8/3=17.6m。而将地块宽度方向布置 3 个喷头，所能控制的宽度为 3 ，大于地块.659.1宽度 45.6m 我们可以将支管间距减小为 45.6/3=15.2m。2如果在图 7-10 中的 5 号喷头旁恰有一棵比较粗大的树，就需要将图 7-10 的布置改变为图 7-11，即将 f 行布置 4 个喷头改为布置 3 个喷头
17、，而 g 行改为布置 4 个喷头。1543另外一种情形如图 7-12，地块长度为 43m，宽度为 30.6m。如果采用三角形布置，若喷头的射程还是 18m，沿长度方向布置条支管，支管间距 RS=18 。地块6.158.0左边两个角上采用 90喷洒。三行喷头所控制的宽度为 15.6 。根据地块实际m23宽度 30.6m 将间距略作调整为 15.3m 即可；而对于长度方向，3 个喷头控制的长度为，4 个喷头控制的长度为 ，两种布置与 43m 的长度均不协调。m36182 m5418这种情况下，我们可以将 43m 分成 5 等份（43/5=8.6m）每个喷头间距为 S=，近似于 18m，布置如图 7
18、-12。.7.4前面介绍的例子对于比较整齐的地块是适用的，但有些情况下，地块形状比较复杂，需要进行特殊的考虑。（1） 不规则地块如图 7-13，在地块的大面积上可以采用前述的布置方法，如图中的面积 A，但对于一图 7-12m喷头 1喷头 2图 7-13155些突出的小块面积如面积 B，C，D，需要不同的喷嘴或不同类型的喷头，使得 A、B、C、D各区的降雨强度接近。（2） 人行道的保护对于一些路人行走的道路，一般不允许喷洒到路上，下面说明如何保护人行道不被喷洒。图 714 左右两边为人行道，喷头采用三角形布置方式，我们可以看出喷头 A 如果为全圆喷洒，有一部分水（虚线）将会喷洒到人行道上，这种情
19、况我们可以安装一个喷头B 作半圆喷洒，而喷头 A 作 225喷洒。图中作半圆喷洒的 C 喷头调整为 120喷洒，并按装喷头 d 作 90喷洒，即可避免图中左边人行道被喷洒。（3）圆角地带圆角地带很难不把水喷洒到圆区以外，布置喷头时应结合组合方式，选择合适的喷嘴尽量避免将水喷到路上。图 7-15 是一种常见的圆角地带，灌溉区域西边和南边为路或人行道。灌区内采用三角形布置，如果喷头 A 恰好在第二排支管与路口交汇处，我们可以将喷头 B 布置在第二列喷头与路口交汇处，这个例子中，喷头 A 做 1650喷洒，喷头 B 做 1350喷洒，这样可以减少半圆喷洒产生的水量损失。如果灌区内喷头布置如图 7-1
20、6 所示，即按三角形布置的喷头 A 不在路边，而是在灌区内，我们可以在路边布置喷头 B 且作 165喷洒，而喷头 A 作 2250喷洒，在 C 处布置喷头 C，作 1650喷洒。图 714156等间距喷头小喷嘴喷头图 7-17（4）曲线边界曲线边界也是草坪园区常见的形式，为避免将水喷洒到曲线边界外，需要根据曲线边界具体形状，选择和布置喷头。如图 7-17，园区内部喷头采用等间距三角形组合，只有喷头 A 在三角形组合的网络结点上，喷头 B 与结点稍稍错开，我们自然可以采用与园区内部相同的喷头，并作 180喷洒，水量损失不会太大。而 C 点与网络结点偏离较大，就需要在 C 点采用较小喷嘴的喷头，且
21、作 165喷洒；相应地，在 D 点、E 点、和 F 点采用小喷嘴喷头，来弥补 G、H 点喷图 7-15 图 7-16157头的喷洒。（5）条带形区域如图 7-18，对于 1-2m 的条带形区域，拟采用具有条形喷洒的喷头。布置可采用50D 的组合，大多数情况下，可将喷头布置在条带宽度的中间，中间 3 个喷头采用双向喷洒的喷头，而左右两边采用单向喷洒的喷头。对于较宽的条带可以将较小射程的喷头布置在条带长度方向的一侧（图 7-19） ，这种布置方式由于喷头射程的限制有可能将水喷洒到条带的外侧。也可以布置两排喷头（如图7-20）究竟采用哪一种布置方式，需进行经济分析对比。(6)混合种植区许多草坪种植还混种有其它植物，如树，灌木等。不同的作物有不同的需水要求。当植物需水量差异较大时，各种作物间应采用单独的小区或系统来灌溉。图 7-1812m0.6m3m2m图 7-19图 7-202m等间距布置143树和灌木的耗水量一般大于草的耗水量，应尽量布置单独的系统对树和灌木进行灌溉。
