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水肥一体化节水灌溉系统简介
来源: | 作者:武汉睿农科技有限公司 | 发布时间: 2023-04-12 | 1741 次浏览 | 分享到:
拿到一个灌溉系统的设计方案,最粗略简单的评估是看其轮灌组流量,同种作物同种种植模式(株行距),生产性统一管理的情况下,每个轮灌组流量越接近,就说明这个系统的设计方案越合理。而如果一个系统内有多种作物,轮灌组划分有个大原则,同一轮灌组内不能有不同种类和管理模式的作物,如果出现,不管轮灌组流量哪怕是像整除出来的那么平均,都可以让重新设计了。

首先,拿到一个灌溉系统的设计方案,最粗略简单的评估是看其轮灌组流量,同种作物同种种植模式(株行距),生产性统一管理的情况下,每个轮灌组流量越接近,就说明这个系统的设计方案越合理。而如果一个系统内有多种作物,轮灌组划分有个大原则,同一轮灌组内不能有不同种类和管理模式的作物,如果出现,不管轮灌组流量哪怕是像整除出来的那么平均,都可以让重新设计了。水肥一体化



轮灌组的作用是将整片地块划分成若干小区分批灌溉,最大程度的降低系统成本。举个例子,有50个人一天10小时活动时间内需要供应3个馒头以保证正常行动,蒸一次馒头需要1小时,需要置办一口锅,就有很多种规格的锅可选,最省事的就是买一口一次可以蒸240个馒头的大锅,但是成本肯定是最贵的。而把50个人分为10组,每次蒸15个馒头给5个人,这样10小时刚好满足所有人的供应需求且锅最小最省钱。这个分组就是轮灌组的意义。


当作物种植模式确定,选用的灌水器(流量,灌水器间距,毛管间距)确定时,一个系统的最大轮灌组数量和流量取决于两个因素-1,作物最大需水量,2-系统单日运行时间。


作物需水量在前文中已经提到,一般而言如果有农学专家提供最为合适,单受制于目前技术,相关资源获取渠道的普及程度,很多情况下无法直接获取。专业的数据计算是需要很多相关实测数据支撑,无论是获取难度还是计算程度均相对复杂(有兴趣者可搜索查看国际粮农组织FAO发布的彭曼公式)。



因此,国家规范给出了部分耗水量的参考值,这也是目前设计人员常采用的数据。



数据来源-《GB/T 50485-2020 微灌工程技术标准》

耗水量对系统的影响是耗水量越大,则系统流量越大,管网和相关设备尺寸规格变大,致使成本造价增大。如果耗水量小了,会因为系统设计流量小,导致旱季供不上水的问题。


系统单日可运行时间是影响系统轮灌组数量的另外一个因素。也是项目前期基础数据的重要一项,如果非自动化控制,则系统的日最大运行时间即为管理工作人员的上班时长。如果是自动化控制,因操作可自动进行,理论上一天24小时均可利用,但根据《GB/T 50485-2020 微灌工程技术标准》的规定,单日最长运行时间不可超过22小时。


当耗水量和运行时间确定后,最大轮灌组数量也就确定了,这里有一个常见误区,有些设计人员会将灌溉频率设计成一天一次,而甲方会提出实际灌溉过程中可能会存在几天甚至一周一次,灌溉时间较多,要求增加轮灌组以减少系统造价。这样理解是不对的,当灌溉间隔增加,耗水量亦随之叠加。如有兴趣可以根据国标规范里面的公式自行推导,会发现最终轮灌组数量并无差别。


一个轮灌组下会存在多个地块/多个控制阀的情况,此时影响系统造价的第二个因素就会出现,这些地块是集中或者分散。地块集中方便管理,易于巡视维护,但会使主管道管径增大,成本增加。地块分散主管道管件会缩小,但是管理难度会增大。一般而言,自动化控制可以适当分散,而手动控制则建议尽量集中。


系统设计的主要工作是水力计算,计算过程是从每一个控制阀所辖的小单元地块开始倒推,支管道-主管道-水泵。常有初次到现场了解情况时,不懂的客户会询问需要的水泵参数是什么,技术人员会答不上来的情况。专业的技术人员在获取相关数据信息后,可以计算出水泵的大致流量。但扬程是整个系统设计计算的最后一步,除很小面积地形规整简单,经验丰富者可以预估出大致扬程外,其他信口开河者建议直接送客。


一套节水灌溉系统(不含自动控制和施肥系统)按类别大致包含如下板块:


1.灌水器;2.水泵(及附属的变频和控制柜等);3.过滤器;4.管网;5.压力调节设备(各种减压、持压阀等);6.安全防护设备(泄压阀、止回阀、空气阀等);7.控制阀(电磁阀、手动阀等);8.其他设备(水表、检修阀、泄水井等)


按结构划分为-1.泵房系统(不含过滤系统);2.过滤系统;3.主管道及相关设备;4.田间二级首部;5.支管道及相关设备;6.灌水器及相关配件


灌水器的选型是整个项目开始的第一步,选择合适灌水器的参数非常重要。不同作物,不同土质(简单可分为砂土、壤土、黏土),适用灌水器均有所不同(比如滴灌时沙质土壤,小流量小间距的滴灌管灌溉效果会更优),选择合适的灌水器才能达到最优的灌溉效果。有些人不喜欢小流量出水慢水量小,偏好大流量灌水器,实际上是不科学的,无论多大流量的灌水器,其视觉效果远没有漫灌来的过瘾。本次主要介绍滴灌和微喷两类主要用于节水灌溉系统的灌水器。


滴灌和微喷灌水器目前可分为两大类,压力补偿和非压力补偿。压力补偿灌水器的特点是其结构内有一个膜片,可以根据压力大小自动调整膜片的弯曲程度改变内部流道截面积,从而在其正常的工作压力范围内流量稳定。而非压力补偿则没用调节构造,压力越大,出流量越大。




压力补偿灌水器优点在于可以在复杂地形下适用,出水均一,且毛管铺设长度远长于非压力补偿灌水器,减少材料和施工成本,但是价格相对较高。近几年国产厂家的投产,成本在逐渐下降,为发达国家粉碎机点赞。受制于对压力的敏感,非压力补偿灌水器,尤其是滴灌管的应用场景要窄很多。铺设不能太长,地形要尽可能的平坦。但是还会存在出水量均匀度的问题,国标规定流量偏差不得大于20%。因此非压力补偿滴灌管常见于蔬菜和马铃薯等单季作物,非压力补偿微喷则因为其工作压力大而可利用设计范围大,应用场景较多,果园、温室、蔬菜、粮食作物等均能使用。


灌溉系统常用的管道为PVC和PE管,PVC管单价低,但是其对于施工要求多,要开沟深埋,且要做到布置尽可能规则。PE管材料成本较高,连接施工难度较大,但是优在对地形环境适应性较好,非特殊要求开沟深度没有PVC要求深甚至是可以不埋。


灌溉系统的水泵常用为潜水泵、离心泵和管道泵,取决于水源类型和应用场景。


过滤器常用的有离心、网式、叠片和砂石(介质)过滤器,主要分自动反冲洗和非自动反冲洗两大类。其中还有部分称之为半自动过滤器。非自动反冲洗过滤器需要定期拆开清洗内部,自动反冲洗则通过自带的控制器和相关控制结构,自动反冲洗内部脏污并排出。半自动则是清洗时可不用拆开过滤器,外部有操作柄,用过搅动操作柄清洗内部。过滤系统对整个灌溉系统极为重要,直接影响系统运行稳定性和寿命,不能缺失减配。有些水质特殊或高要求项目,还会在田间首部处安装过滤器。


压力调节装置常见为减压阀、持压阀和持压减压阀,用以调节管网内的压力,使之在其他设备的正常工作压力范围内安全稳定运行。压力调节装置还有一类减压阀,当阀前压力高于其额定阀后压力时,阀后压力始终为固定值,无法人工调节,个人习惯称之为减压器。部分小型减压器可和微喷头结合,达到压力补偿喷灌的效果。


控制阀即为每个单元地块的控制开关,手动系统下常用蝶阀、球阀或者闸阀。自动系统中使用电磁阀,电磁阀也有两大类,一类为不可调节型,个人习惯称之为电动阀,另一类带有调压功能,可通过调整设置其阀后压力,保证田间工作压力正常。


节水灌溉系统麻雀虽小但五脏俱全,所用设备材料较多,其他组件因篇幅限制不做详细介绍