1、节水灌溉理论与技术教 案主讲教师：张旭贤2第一章 绪论（2 学时）第一节 节水灌溉的内涵及研究内容一、节水灌溉的内涵1、定义2、内涵3、表述二、节水灌溉的环节 三个环节第二节 节水灌溉的主要措施一、水资源合理开发利用技术措施(开源节流，以供定需)1、多种水资源联合运用技术2、雨水汇集利用技术3、地下水利用技术4、劣质水资源化5、水资源优化配置技术二、节水灌溉的工程技术措施1、渠道防渗技术2、低压管道输水技术3、喷灌技术4、微灌技术5、覆膜灌溉技术6、地下灌溉技术7、坐水种(点灌)8、沟畦灌溉改造技术9、调亏灌溉10、非充灌溉11、交替灌溉12、精细灌溉三、农艺节水措施1、耕作保墒技术2、覆盖保
2、墒技术33、水肥耦合技术4、节水作物品种筛选技术5、化控节水6、调整农业结构四、节水管理措施1、节水灌溉制度设计2、土壤墒情监测与灌溉预报技术3、灌区配水技术4、灌区量水技术5、现代化灌溉管理技术6、农业水价问题第三节 发展节水灌溉的意义一、全球水资源概况二、我国水资源概况1、来水量2、需水量3、可供水量4、节水灌溉潜力第二章 节水灌溉基础理论（8 学时）第一节 作物需水量一、农田水分消耗途径农田水分消耗的途径主要有植株蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏。二、影响作物需水量的主要因素（一）作物因素（二）气象因素（三）土壤因素（四）农业技术三、作物需水量的计算方法现有计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类
3、，一类是直接计算作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量。4（一）直接计算需水量的方法1、以水面蒸发为参数的需水系数法（简称“ 值法”或称蒸发皿法）2、以产量为参数的需水系数法（简称“ K值法” ）（二）通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量的方法1、参照作物需水量的计算2、实际需水量的计算3、作物需水量等值线图第二节 作物水分生产函数一、作物水分生产函数的基本概念1、定义 2、作物生活的基本要求二、作物水分生产函数1、定义 2、作物水分生产函数的特征三、作物水分生产函数的数学模型（一） 、静态模型1、全生育阶段水分生产函数的数学模型。2、生育阶段水分生产函数的数字模
4、型。(1)乘法模型 (2)加法模型（二） 、动态模型1、机理型动态模型 2、经验型模型第三节 作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵（二）制定灌溉制度的方法常采用以下四种方法来确定灌溉制度：1、总结群众丰产灌水经验2、根据灌溉试验资料制定灌溉制度3、根据作物的生理指标制定灌溉制度4、按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度二、充分灌溉条件下旱作物的灌溉制度（一）水量平衡法基本原理5水量平衡可表示为： ETMKPWTt 00（式 2-10）或： temkpHt )()( （式 2-11）（二）水量平衡法参数的确定1、有效降水量 0P2、土壤计划湿润层深度3、土壤适宜含水率上、下限
5、的确定4、地下水补给量（ K）5、由于计划土壤湿润层深度增加而增加的可利用水量（ TW）（三）旱作物播前灌水定额（ 1M）的确定播前灌水是为了土壤有足够的底墒，以保证种子发芽和出苗或储水于土壤中，供作物生育期使用。播前灌水往往只进行一次， 1（m3/亩）一般可按下式计算：水干 土 /)(670max1HM（式 2-17）（四）旱作物生育期灌溉制度的拟定根据水量平衡原理，可用图解法或列表法制定全生育期的灌溉制度，旱作物的计算一般以旬为时段进行计算。第三章 地面节水灌溉理论技术（2 学时）第一节 概述一、地面节水灌溉技术的发展二、地面节水灌溉技术的优缺点第二节 传统地面灌溉技术根据灌溉水向田间输送
6、的形式和湿润土壤的方式不同，地面灌溉可分为畦灌、沟灌和淹灌三类。一、畦灌（一）畦灌的含义与分类（二）畦田规格与畦田灌水要素二、沟灌（一）沟灌的含义与分类（二）灌水沟的规格三、淹灌第三节 改进型地面节水灌溉技术6一、节水型畦灌技术（一）小畦灌水技术（二）长畦分段短灌技术（三）宽浅式畦沟结合灌水技术二、节水型沟灌技术（一）加长垄沟灌水技术（二）细流沟灌技术（三）沟垄灌灌水技术（四）沟畦灌灌水技术（五）播种沟灌水技术（六）沟浸灌田字形沟灌水技术（七）隔沟灌技术（八）果园节水型沟灌技术三、膜上灌灌水技术（一）开沟扶埂膜上灌（二）打埂膜上灌（四）膜孔灌溉（五）膜缝灌（六）温室波涌膜孔灌溉（七）格田膜上灌
7、四、波涌灌溉技术第四章 喷灌理论与技术（8 学时）第一节 喷灌及其特点一、喷灌的定义：二、喷灌的优缺点一)优点：1、节水(1)喷洒质量高；(2) 水利用系数高； (3)水分生产率高2、省工 (1)机械化作业 (2)减少田间劳动量 (3)综合利用3、省地 4、保土5、适应性强 (1)各种作物；(2) 各个地方与场所；(3)适应于各种土壤和地形；6、增加产量 (1)定额灌溉 (2)保土 (3)调节田间小气候77、机械化程度高二)缺点1、投资高 (1)机械设备 (2)管道 (3)土建2、风影响大3、能耗大三、喷灌发展展望四、喷灌的其它用途1、防霜冻 2、施肥 3、灭火 4、防治病虫害 5、城市园林
8、6、水果工程第二节 喷灌系统组成及分类一、喷灌设备1、喷洒设备 2、增压设备 3、输水设备 4、行走设备 5、量测设备 6、控制设备二、喷灌系统组成1、定义：水源、喷灌设备、田间工程2、组成 水源、输水系统、喷灌设备(1)水源 水源种类、对水源的要求(2)水泵(3)动力(4)田间工程(5)管道工程(6)喷灌机三、喷灌机第三节 喷灌的主要技术要素一、喷灌强度(一 )定义(二 )喷灌强度的表示方法1、点喷灌强度 thLimtAid02、平均喷灌强度 t 一段时间wii1)点平均喷灌强度82)单喷头点平均喷灌强度(1)计算值 2RqAtw(2)实验值 a 计算值 in1b 加权值 sii/3、组合喷
9、灌强度 ckw1)平均喷灌强度 210Rqs2)风系数 Kw3)布置系数 Cp4、允许喷灌强度1)定义 2)要求 3)修正值二、喷灌均匀度1、定义影响因素：布置方式、组合间距、喷头水力性能、地面平整度、风。2、喷灌均匀度的表示法3、喷灌均匀度的实验与计算三、水滴打击强度1、定义2、表示方法第四节 喷头一、喷头的分类1、按压力分类：低压喷头、中压喷头、高压喷头2、按喷洒特征分类：散水式与射流式二、喷头的基本参数和性能1、喷头的基本参数(1)进口直径 D 10、15、20、30、40、50、 60、80、100(2)喷嘴直径 d 主喷咀(3)压力 喷头工作压力 HP 喷嘴压力 H(4)喷水量 q
10、q=3600 A/m2，H/m 水柱gA9(5)喷头水力性能参数2、喷头水力性能参数HP q R3、喷头型号 PY1 系列、PY 2 系列、PYS 系列第五节 喷灌泵一、我国目前喷灌泵的种类1、离心泵2、自吸离心泵3、离心泵加自吸装置4、各种井泵二、喷灌泵系列第六节 喷灌机1、定义：2、分类按行走特征分为：定位喷洒式(定喷机)，行走喷洒式(行喷机)；按移动方式可分为：人工移动、机械移动式、自动行走式；第七节 喷灌管材及附件一、喷灌管材铸铁管、钢管、塑料管、铝管、混凝土管1、铸铁管分类：承插管、法兰管、高压管、普压管、低压管安装：法兰、承插管、刚性连接、柔性连接要求：工作压力2、钢管分类 水煤气
11、钢管、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、电焊钢管安装 法兰、螺纹、焊接要求 工作压力3、塑料管 1)硬管分类 聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管安装 焊接、软化粘结或连接要求 工作压力2)软管 规格型号 规格有：1、2、 、3 英寸四种。21分类：软管和半软管。软管有：麻布水龙带、锦沦塑料、维塑软管10半软管有：胶管、高压聚乙烯管安装：快速接头、承插4、铝管5、混凝土管二、管道附件1、控制件 1)阀门( 闸阀、截止阀、球阀) 2)排气阀 3)泄水阀2、连接件(也称管件)三通、四通、弯头、堵头。三、管道辅助件1、支墩2、镇墩3、仪表、压力表、流量计、水表及电工仪表等。四、快速接头 给水栓思考题第八节 喷灌
12、系统的规划设计喷灌系统设计类型 )(喷 灌 工 程简 称管 道 式 喷 灌 系 统 喷 灌 系 统简 称机 组 式 喷 灌 系 统一、喷灌工程规划设计的原则和内容(一 )原则1、管道分级 两级干支，三级干、分干支、四级、总干、分干、干、支。2、管道布置原则(二 )喷灌工程规划设计的程序1、项目建议书：依据国家政策，地方实际情况提出立项建议。2、项目可行性报告：勘测、收集资料、确定喷灌工程类型和规模，进行喷灌工程初步规划设计，投资估算。3、项目技术设计：工程设计、施工设计(详细)，工程度计划、工程概预算。4、项目验收(三 )主要设计成果1、喷灌工程规划设计说明书2、喷灌工程规划设计图纸(四 )喷
13、灌工程规划设计依据(标准)111、国家标准喷灌工程工程技术规范GBJ85-852、 喷灌工程设计手册水电出版社二、喷灌工程规划的基本资料(一 )地形资料 地形图(二 )土壤资料1、土壤质地 砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、粘土等。2、土壤容量3、田间持水率4、土壤入渗能力5、土壤化学性质6、土壤最大冻土层(三 )气象资料 (长系列和典型年)降雨量、蒸发量、气量、温度、日照、无霜期风向：一般分 8 个方位风力：风力等级和风速(四 )水源条件 (同灌排设计)(五 )农作物作物种类、面积、种植方式、作用布局、复种指数、作物需水资料(六 )农业经济概况1、农业发展规划2、水利区划3、农业经济情况4、交通
14、条件5、行政区划6、动力设备情况三、喷灌工程类型选择1、管道式喷灌工程2、自压喷灌工程四、喷灌制度确定喷灌制度包括：灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水周期等。12(一 )设计灌水定额m=0.1 H( max- min)/(二 )设计灌水周期 T= Eam(三 )喷灌制度确定方法1、水量平衡法 1)播前灌 /in)x(0rHM2)生育期内 ETmKPWrt 03)全生育期 in12、彭曼公式1)参照作物需水量计算 ET02)实际需水量计算 ET=Kc(ET0)五、喷灌工作制度定义：1、喷头在一个位置(工作点)的喷灌时间t= qabm102、同时工作的喷头数和支管数Nt= Nz=TcNt3、轮灌方
15、案1)轮灌组划分要点：2)支管轮灌方式六、喷灌工程组合间距的确定(一 )喷头选择1、喷灌方式 全园喷洒、扇形喷洒2、喷头的选择 1)工作压力 2)喷头型号 3)喷咀直径 4)射程 5)喷水量3、计算和校核(二 )喷头的组合形式1、支管布置方向(1)受风影响时 (2)山丘区坡耕地2、喷头的组合形式1)定义132)表示法3)喷头组合形式 长方形、正方形、三角形(正三角形和等腰三角形)。六、喷灌工程组合间距确定(三 )确定喷头的组合间距1、定系数法a=CR 设 b=CR 设 R 设 =KR2、变系数法a=KaR b=KbR3、验算设计喷灌强度和组合均匀度是否满足要求。七、喷灌管道水力计算(一 )管道
16、选择1、分级 最末一级管道为支管，支管上安装喷头。2、管网布置：树状网、环状网、混合网。3、管材选择(二 )喷灌支管设计1、竖管设计 1)管径 2)高度 H 竖 =H 作 +h2、支管设计hw+z 0.2Hp(三 )输水管道优化设计1、经验公式法2、经济流速法3、非线性规划法4、微分法(四 )管道水力计算1、沿程水头损失计算hf=f bmdLQhfFf2、局部水头损失 jgV23、水击验算141)直接水击h= gV)(10DEKH4252)直接水击Ts40 时为间接水击(五 )管道系统结构设计参照民用建筑供排水管道设计标准进行，提供管道安装图。八、水泵与动力选型1、设计杨程 H=HP+ hfi
17、+ hji+ni1i2、设计流量 Q=Ntq第五章 微灌理论与技术（8 学时）第一节 微灌一、微灌(定义)二、微灌的特点1、局部灌溉2、灌水量小3、灌水质量高4、工作压力低，节能5、适应性强6、综合利用三、微灌分类(一 )按灌水器出流方式分类1、滴灌2、地下滴灌3、微喷灌4、涌泉灌(二 )按管道固定程度分类，以滴灌为例151、固定式 1000-2000 2500-35002、半固定式 700-10003、移动式 500-700四、微灌组成1、水源工程2、道部枢纽3、输配水管网4、灌水器第二节 微灌设备微灌设备有：灌水器、管道及连接件、过滤器、施肥罐、控制、测量和保护设备。一、灌水器滴头、微喷头
18、、涌水器和滴灌带1、滴头 P2341)按与毛管连接方式分：管间式、管上式2)按灌水器出水方式：滴水式、涌泉式、渗水式、间歇式3)按灌水器消能方式：长流道式、孔口消能式、涡流消能式、压力补偿式。2、滴灌带 内镶式、薄壁式3、微喷头1)折射式微喷头2)射流旋转式微喷头二、微灌管道与连接件1、管道 多用塑料管材2、连接件1)外接式管件 北京绿源公司 2)内接式管件 山东莱芜塑料制品总厂三、微灌用过滤设备初级过滤 水泵站进水池前设拦污栅，沉淀池设施。主要过滤器有：1、旋转式水砂分离过滤器，又称离心式过滤器。1)用途 含沙水流的初级过滤 2)原理 离心力2、砂石过滤器，又称介质过滤器16用途 库水、塘坝
19、、沟渠等敞开水面水源有机物或泥沙。3、筛网式过滤器用途 水质较好的水源。4、混合式过滤器四、压差式施肥罐用途 向微灌系统注入化肥、农药等。五、控制、量测与保护装置1、进排气阀2、流量调节器3、压力调节器4、压力表5、水表第三节 微灌工程规划设计一、微灌工程规划设计的类型1、微喷灌工程规划的类型2、滴灌工程规划设计二、微灌工程规划设计的主要内容(一 )微灌工程的布置 1/5001/20001、首部枢纽位置确定2、毛管和灌水器的布置(1)滴灌时毛管和灌水器的布置1)单行毛管直线布置2)单行毛管带、环状布置3)双行毛管平行布置(2)微喷灌时毛管和灌水器的布置平行作物种植方式，一行或多行布置一条毛管三
20、、干支管布置1、平原区 干管平行于作物种植方向，支管垂直于作物种植方向。2、山丘区 干管平行于等高线，支管垂于等高线。(二 )微灌灌溉制度设计171、灌水定额 m=0.1rzp(Qmax-Qmin)2、设计灌水周期 T= Eam3、一次灌水延续时间 qnSrtt(三 )微灌系统工作制的确定1、续灌2、轮灌(四 )微灌工程流量确定1、毛管进口流量 Qm=Nmq2、支管进口流量 Qz=Nzq3、干管流量 Q 干= Q 支 ini1(五 )微灌工程水力计算1、微灌管道水头损失(1) bmfdLhffhF(2)局部水头损失 gVhw22、灌水小区内允许水头偏差率灌水小区内要求灌水均匀(1)灌水器流量偏
21、差率不应大于 20%。%10minaxdvqdq2(2)灌水小区内允许水头偏差率。hhvh dhv= vvqxg15.0(六 )首部枢纽设计1、过滤器 h z=h 0+h max2、选择施肥罐18(七 )管道工程结构设计(八 )水泵与动力选型设计扬程 H 设 =h 1+h 2+zp-zb+h0+ hwf设计流量 Q 设 = Q 支 ini(九 )工程概预算设备、土建和其它三部分编制(十 )工程施工计划第六章 低压管道输水技术（4 学时）第一节 概述一、管道输水特点（一）节水节能（二）省地、省工（三）投资小、效益高（四)适应性强二、管道输水系统的组成管道输水灌溉系统由水源与取水工程部分、输水配水
22、管网系统和田间灌水系统 3 部分组成。三、管道输水系统的分类管道输水系统按其压力获取方式、管网形式、管网可移动程度的不同等可分为以下类型。（一）按压力获取方式分类按压力获取方式不同可分为机压输水系统和自压输水系统。（二）按管网形式分类按管网形式不同可分为树状网和环状网两种类型。（三）按固定方式分类低压管道输水灌溉系统按固定方式可分为移动式、半固定式和固定式。第二节 低压管道灌溉工程管材及附件一、管材（一）技术要求（二）选择方法19（三）井灌区管材的选择目前井灌区低压管道输水工程所用管材，主要有塑料管、预制素混凝土管以及现场连续浇筑混凝土管等。（四）渠灌区大口径管材的选择渠灌区由于具有控制面积大
23、、输水流量大、输配水系统层次多、地形复杂、线路长、管网水压力分布复杂等特点，因此在管材选择上要充分考虑其特点。（五）地面移动管道的选择地面移动管道通常采用轻便柔软易于盘卷的软管。软管按其生产材料可分为聚氯乙烯塑料软管、涂胶软管、橡胶管、橡塑管等。低压管道输水灌溉系统中用得最多的是聚氯乙烯塑料软管和涂塑软管。二、管道附属设施管道附属设施是指管道安全运行并实施科学管理的装置，包括给水装置、保护装置和量测设施等。第三节 低压管道灌溉工程规划与设计一、管网布置系统管网系统布置是管道输水工程设计的关键内容之一。一般管网工程投资占管道系统总投资的 70%以上。管网系统布置的合理与否，对工程投资、运行和管理
24、维护都有直接的影响。因此，应从技术、经济和运行管理等方面，对管网系统的布置方案应进行充分、科学的论证比较，选择最佳的方案。（一）管网系统布置的原则（二）管网规划布置的步骤根据管网布置原则，按以下步骤进行管网规划布置：1根据地形条件分析确定管网形式。2确定给水栓的适宜位置。3按管道总长度最短布置原则，确定管网中各级管道的走向与长度。4在纵断面图上标注各级管道桩号、高程、给水装置、保护设施、连接管件及附属建筑物的位置。5对各级管道、管件、给水装置等，列表分类统计。（三）管网布置形式1井灌渠管网典型布置形式202渠灌区管网典型布置形式3丘陵区管网的布置4河网提水灌区管网的布置二、工程设计（一）灌溉制度与工作制度1设计灌水定额2设计灌水周期。（二）灌溉设计流量（三）灌溉工作制度灌溉工作制度是指管网输配水及田间灌水的运行方式和时间，是根据系统的引水流量、灌溉制度、畦田形状及地块平整程度等因素制定的。有续灌、轮灌和随机灌溉三种方式。2流量计算3水头损失计算(1)沿程水头损失。(2)局部水头损失。(四)管径确定（五）水泵扬程计算与水泵选择1管道系统设计工作水头2水泵扬程计算。（六）水锤压力计算与水锤防护第四节、低压管道灌溉工程规划设计示例
