噴灌技術及其系統選型規劃

翟紅霞

摘要：介紹噴灌系統的主要組成、分類及相關技術要求，分析噴灌技術在農業生產方面發揮的主要優勢，詳細探討噴灌系統的選型及規劃設計的原則、要點，為噴灌技術的推廣應用提供技術指導。

關鍵詞：噴灌技術；選型；規劃設計；噴灌系統；節水

中圖分類號：S275.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）01-0064-03

隨著工農業生產的迅猛發展，用水量急劇增加，水量不足問題突出，水資源短缺成為制約我國北方地區工農業發展的重要因素。在此情況下，推廣節水灌溉技術、建立節水型農業對緩解水資源危機具有重要的現實意義。為配合節水噴溉技術的推廣及促進噴灌事業發展，對噴灌系統的類型及選型規劃進行探討，為噴灌技術的合理應用提供參考和借鑒。

1 噴灌系統的組成

噴灌將灌溉水由水泵加壓或自然落差形成有壓水，通過壓力管道送到田間，由噴頭噴射到空中形成細小水滴，均勻地灑落在農田，為作物生長提供必要水分。采用噴灌方法進行噴灌時，必須建立一個噴灌系統。噴灌系統主要由水源工程、首部裝置、輸配水管道系統、噴頭和田間工程等部分構成，如圖1所示。

1.1 水源工程

只要水量和水質能滿足灌溉用水的要求，河流、湖泊、水庫和井泉等都可以作為噴灌的水源，但必須修建相應的水源配套工程，如泵站及附屬設施、水量調節池等。

1.2 水泵及配套動力

除有自壓條件的噴灌系統外，水泵是使水流增壓的必要設備，其可將水提吸、增壓、輸送到各級管道及各個噴頭中，并通過噴頭噴灑出來。噴灌可使用各種農用泵，如離心泵、潛水泵、深井泵等。在有電力供應的地方，常用電動機作為水泵的動力機。在用電困難的地方，可用柴油機、拖拉機或手扶拖拉機等作為水泵的動力機，其功率大小根據水泵的配套要求而定。

1.3 管道系統及配件

管道系統一般包括干管、支管和豎管，起到將壓力水輸送并分配到田間噴頭中的作用。干管和支管起輸水和配水作用。在支管上設置一定數量的豎管，在每個豎管頂端裝置噴頭。為構成一個完整的管路系統，管道系統中還裝有各種連接和控制的附屬配件，包括閘、閥、三通、彎頭和其他接頭等，有時干管或支管上還裝有施肥裝置。管道系統要能順利地通過系統各部的設計流量，而不造成過大的水頭損失，并能承受足夠的壓力。

1.4 噴頭

噴頭將管道系統輸送來的水通過噴嘴噴射到空中，形成下雨的效果撤落在地面，灌溉作物。噴頭裝在豎管上或直接安裝于支管上，是噴灌系統的關鍵設備。

1.5 田間工程

移動式噴灌機在田間作業，需要在田間修建水渠、調節池及相應的建筑物，將灌溉水從水源引到田間，以滿足噴灌要求

2 噴灌系統的分類

噴灌系統的類型較多，根據其設備組成，可分成機組式噴灌系統和管道式噴灌系統兩大類。

將噴灌系統的各種部件組裝成各種形式的噴灌機組；結構緊湊，使用靈活，機械利用率高，單位噴灌面積的投資較低。

3 噴灌技術要求

3.1 適時適量灌水

按照作物需水規律，制定科學的灌水計劃，根據土壤水分、作物形態、天氣變化情況隨時調整灌溉計劃，關鍵時期灌水。在水資源緊缺的條件下，應選擇作物對水最敏感、對產量影響最大的時期灌水，如禾本科作物拔節初期至抽穗期和灌漿期至乳熟期、大豆的花芽分化期等。在關鍵時期灌水可以提高灌溉水的有效利用率。

3.2 均勻灌水

合理布置噴灑點的位置，使田塊內各處土壤濕潤深度及土壤含水量（噴灑水量）大體相近，達到灌水均勻的目的。根據地理、氣候特點，一般噴頭組合間距以0.6～1.3個射程為最佳。而且相鄰噴灌面積的噴頭相互錯開，以避開噴灌死角。

3.3 噴灌強度適宜

單位時間內噴灑在田間的水層深度即為噴灌強度。理論研究和生產實踐的結果表明，灌水量不充足時，產量隨灌水量或耗水量的增大迅速增大；但灌水量達到一定程度后，隨著灌水量的增加，產量增加的幅度變??；當產量達到極大值時，灌水量再增加，產量反而有所減少。因此，應避免過量噴灌而造成不必要的浪費。

3.4 霧化指標合理

噴頭噴射出去的水流在空氣中的粉碎程度為噴灌的霧化指標。根據不同的作物選擇相適應的工作壓力及噴嘴直徑，從而產生較為適宜的噴灌霧化指標，有助于作物的生長。

4 噴灌技術的優點

4.1 節約用水

噴灌輸水系統大部分采用管道，防止輸水過程中的深層滲漏和蒸發損失，能夠很好地控制噴灌強度和灌水量，確保灌水均勻、水利用率高。與傳統地面灌溉相比，噴灌作業節水30%～50%，是建設節水型農業實施節水灌溉的主要方式之一。

4.2 應用范圍廣

噴灌幾乎適合所有作物、土質、地形、地區、種植方式，常用于農作物、林業苗圃、牧業草場、蔬菜、果樹、經濟作物、園林草皮、花卉等灌溉。此外，噴灌還用于環境控制（如防塵、防風蝕、防干熱風、防霜凍等）、養魚增氧、綜合噴施液肥、除草劑、化學藥劑等。

4.3 提高作物產量

噴灌時水以水滴的形式像降雨一樣濕潤土壤，不破壞土壤的結構，并可根據供水條件和作物需水情況進行精確供水，使墑情始終保持在作物生長最有利的狀態。試驗證明，噴灌可使糧食作物增產10% ～30%，蔬菜、果樹等增產幅度更大，有的甚至成倍增長。同時，噴灌對改善果實品質也有較大作用。

4.4 節省勞力

噴灌適用于丘陵山區，不需平整土地，可以省去大量的平整土地用工和修建溝、渠、田埂的用工。同時，噴灌可大大降低灌溉勞動強度，節省大量的勞動力。噴灌比地面灌溉平均省工1.4個/667 m2。

4.5 節省土地

噴灌比地面灌溉節省溝渠及畦埂占地（一般可減少溝渠占地7～13%），可增加實際播種面積，提高耕地利用率7%～15%。

在我國北方缺水干旱地區、高揚程地區、丘陵地區及土壤透水性強、不宜進行地面灌溉地區，應擴大噴灌灌溉面積，降低基本建設投資。

5 噴灌系統的選型及規劃設計

5.1 噴灌系統的選型

根據灌區的基本資料情況，綜合各種類型排灌系統的特點，選擇適用的排灌系統。

選擇原則：噴灌次數多、地形坡度大、經濟價值高的作物種植區（如蔬菜區），可采用固定式噴灌系統；噴灌次數少、地形平坦的大田作物宜采用半固定式或移動式噴灌系統，以提高設備利用率。

5.2 噴灌系統的規劃設計

進行噴灌系統規劃設計時，應考慮噴頭類型、噴頭的噴灑與布置、動力機類型、水泵類型、管路布置等。

5.2.1 噴頭類型 選擇噴頭時，工作壓力是重要參數。一般近射程噴頭的工作壓力低，配套功率小，運行成本低，噴灌強度也較低，但其射程較近，因此管道布置較密集，管材用量大，單位面積投資較高；中、遠射程噴頭的工作壓力高，配套功率大，運行成本高，但由于其射程較遠，因此管道間距大，管材用量小，單位灌溉面積投資較小。選擇噴頭工作壓力時，應根據農業技術要求、經濟條件及噴頭型號、性能等綜合條件確定。

選擇噴頭時，要考慮噴頭各方面的性能是否適合噴灌作物和土壤的特點。玉米、高粱、茶葉等大田作物可采用粗水滴噴頭；而幼嫩作物及蔬菜選用細小水滴噴頭。沙質土選用噴灌強度高的噴頭；黏性土選用噴灌強度低的噴頭。另外，還應根據噴灌需要，選用圓形噴灑噴頭或扇形噴灑噴頭。

5.2.2 噴頭噴灑方式與布置 噴頭的噴灑方式有圓形噴灑和扇形噴灑兩種，一般大面積灌溉采用圓形噴灑。固定式和半固定式噴灌系統多采用圓形噴灑噴頭。圓形噴灑噴頭間距大，可減少噴頭數和投資，降低噴灑強度。

噴頭布置是否合理直接影響噴灑的均勻性，且其前、后、左、右的間距隨噴頭噴灑方式的不同各異。在保證噴灑不留空白和有較高組合均勻度的前提下，盡量擴大每次組合的控制面積，以減少噴頭和支管移動次數，從而獲得較好的噴灌效益。

5.2.3 水泵及動力機的選型配套 根據噴灌系統的設計流量Q總和噴灌系統的設計總水頭H總，可從水泵樣本上選擇適用的水泵，并配備相應的動力機和傳動設備。移動式噴灌機組的水泵與動力機都已配套，無需選型，大多使用自吸式離心泵。

5.2.4 管道布置 在規劃設計田間管道系統時，應綜合考慮水源位置、現有水利系統、地形、地勢、主要風向、風速、作物布局和耕作方式等，在對技術性和經濟性進行比較后，得出最優方案。干、支管徑根據輸水量科學計算確定。泵站應布置在噴灌系統的中心位置，以減少輸水的水力損失。移動式噴灌機組的田間渠道、集水井布置，與地面灌溉相同。干管應盡量布置在灌區中央，埋入土層深度應在凍土層深度以下。支管的布置應與干管垂直，并盡量與作物耕作方向一致；支管在坡地上應沿等高線方向布置。支管的間距應與選定的噴頭組合一致。噴灌系統應根據分片輪噴的要求設置控制設備，每條支管上裝閘閥或球閥。豎管按噴頭的組合形式布置，一般高出地面1.2～1.5 m，遇特殊情況（如植物過高、風力過大）可以適當加長。為考慮管道移動方便性，建議干管垂直壟溝布置，支管沿壟溝方向布置，這樣安裝便于支管移動，減少作物損傷。不要為減少管道數量而斜放管道，以免在移動管道時造成作物損傷。

6 結語

噴灌系統的正確設計，能夠減少投資成本，增加系統使用壽命，提高灌溉區灌水均勻度，增產節能。隨著我國農業的發展，節水灌溉技術不斷深入，噴灌這一節水新技術不斷被農民認識、接受，在將來必將大面積普及推廣。

噴灌比地面灌溉節省溝渠及畦埂占地（一般可減少溝渠占地7～13%），可增加實際播種面積，提高耕地利用率7%～15%。

在我國北方缺水干旱地區、高揚程地區、丘陵地區及土壤透水性強、不宜進行地面灌溉地區，應擴大噴灌灌溉面積，降低基本建設投資。

5 噴灌系統的選型及規劃設計

5.1 噴灌系統的選型

根據灌區的基本資料情況，綜合各種類型排灌系統的特點，選擇適用的排灌系統。

選擇原則：噴灌次數多、地形坡度大、經濟價值高的作物種植區（如蔬菜區），可采用固定式噴灌系統；噴灌次數少、地形平坦的大田作物宜采用半固定式或移動式噴灌系統，以提高設備利用率。

5.2 噴灌系統的規劃設計

進行噴灌系統規劃設計時，應考慮噴頭類型、噴頭的噴灑與布置、動力機類型、水泵類型、管路布置等。

5.2.1 噴頭類型 選擇噴頭時，工作壓力是重要參數。一般近射程噴頭的工作壓力低，配套功率小，運行成本低，噴灌強度也較低，但其射程較近，因此管道布置較密集，管材用量大，單位面積投資較高；中、遠射程噴頭的工作壓力高，配套功率大，運行成本高，但由于其射程較遠，因此管道間距大，管材用量小，單位灌溉面積投資較小。選擇噴頭工作壓力時，應根據農業技術要求、經濟條件及噴頭型號、性能等綜合條件確定。

選擇噴頭時，要考慮噴頭各方面的性能是否適合噴灌作物和土壤的特點。玉米、高粱、茶葉等大田作物可采用粗水滴噴頭；而幼嫩作物及蔬菜選用細小水滴噴頭。沙質土選用噴灌強度高的噴頭；黏性土選用噴灌強度低的噴頭。另外，還應根據噴灌需要，選用圓形噴灑噴頭或扇形噴灑噴頭。

5.2.2 噴頭噴灑方式與布置 噴頭的噴灑方式有圓形噴灑和扇形噴灑兩種，一般大面積灌溉采用圓形噴灑。固定式和半固定式噴灌系統多采用圓形噴灑噴頭。圓形噴灑噴頭間距大，可減少噴頭數和投資，降低噴灑強度。

噴頭布置是否合理直接影響噴灑的均勻性，且其前、后、左、右的間距隨噴頭噴灑方式的不同各異。在保證噴灑不留空白和有較高組合均勻度的前提下，盡量擴大每次組合的控制面積，以減少噴頭和支管移動次數，從而獲得較好的噴灌效益。

5.2.3 水泵及動力機的選型配套 根據噴灌系統的設計流量Q總和噴灌系統的設計總水頭H總，可從水泵樣本上選擇適用的水泵，并配備相應的動力機和傳動設備。移動式噴灌機組的水泵與動力機都已配套，無需選型，大多使用自吸式離心泵。

5.2.4 管道布置 在規劃設計田間管道系統時，應綜合考慮水源位置、現有水利系統、地形、地勢、主要風向、風速、作物布局和耕作方式等，在對技術性和經濟性進行比較后，得出最優方案。干、支管徑根據輸水量科學計算確定。泵站應布置在噴灌系統的中心位置，以減少輸水的水力損失。移動式噴灌機組的田間渠道、集水井布置，與地面灌溉相同。干管應盡量布置在灌區中央，埋入土層深度應在凍土層深度以下。支管的布置應與干管垂直，并盡量與作物耕作方向一致；支管在坡地上應沿等高線方向布置。支管的間距應與選定的噴頭組合一致。噴灌系統應根據分片輪噴的要求設置控制設備，每條支管上裝閘閥或球閥。豎管按噴頭的組合形式布置，一般高出地面1.2～1.5 m，遇特殊情況（如植物過高、風力過大）可以適當加長。為考慮管道移動方便性，建議干管垂直壟溝布置，支管沿壟溝方向布置，這樣安裝便于支管移動，減少作物損傷。不要為減少管道數量而斜放管道，以免在移動管道時造成作物損傷。

6 結語

噴灌系統的正確設計，能夠減少投資成本，增加系統使用壽命，提高灌溉區灌水均勻度，增產節能。隨著我國農業的發展，節水灌溉技術不斷深入，噴灌這一節水新技術不斷被農民認識、接受，在將來必將大面積普及推廣。

噴灌比地面灌溉節省溝渠及畦埂占地（一般可減少溝渠占地7～13%），可增加實際播種面積，提高耕地利用率7%～15%。

在我國北方缺水干旱地區、高揚程地區、丘陵地區及土壤透水性強、不宜進行地面灌溉地區，應擴大噴灌灌溉面積，降低基本建設投資。

5 噴灌系統的選型及規劃設計

5.1 噴灌系統的選型

根據灌區的基本資料情況，綜合各種類型排灌系統的特點，選擇適用的排灌系統。

選擇原則：噴灌次數多、地形坡度大、經濟價值高的作物種植區（如蔬菜區），可采用固定式噴灌系統；噴灌次數少、地形平坦的大田作物宜采用半固定式或移動式噴灌系統，以提高設備利用率。

5.2 噴灌系統的規劃設計

進行噴灌系統規劃設計時，應考慮噴頭類型、噴頭的噴灑與布置、動力機類型、水泵類型、管路布置等。

5.2.1 噴頭類型 選擇噴頭時，工作壓力是重要參數。一般近射程噴頭的工作壓力低，配套功率小，運行成本低，噴灌強度也較低，但其射程較近，因此管道布置較密集，管材用量大，單位面積投資較高；中、遠射程噴頭的工作壓力高，配套功率大，運行成本高，但由于其射程較遠，因此管道間距大，管材用量小，單位灌溉面積投資較小。選擇噴頭工作壓力時，應根據農業技術要求、經濟條件及噴頭型號、性能等綜合條件確定。

選擇噴頭時，要考慮噴頭各方面的性能是否適合噴灌作物和土壤的特點。玉米、高粱、茶葉等大田作物可采用粗水滴噴頭；而幼嫩作物及蔬菜選用細小水滴噴頭。沙質土選用噴灌強度高的噴頭；黏性土選用噴灌強度低的噴頭。另外，還應根據噴灌需要，選用圓形噴灑噴頭或扇形噴灑噴頭。

5.2.2 噴頭噴灑方式與布置 噴頭的噴灑方式有圓形噴灑和扇形噴灑兩種，一般大面積灌溉采用圓形噴灑。固定式和半固定式噴灌系統多采用圓形噴灑噴頭。圓形噴灑噴頭間距大，可減少噴頭數和投資，降低噴灑強度。

噴頭布置是否合理直接影響噴灑的均勻性，且其前、后、左、右的間距隨噴頭噴灑方式的不同各異。在保證噴灑不留空白和有較高組合均勻度的前提下，盡量擴大每次組合的控制面積，以減少噴頭和支管移動次數，從而獲得較好的噴灌效益。

5.2.3 水泵及動力機的選型配套 根據噴灌系統的設計流量Q總和噴灌系統的設計總水頭H總，可從水泵樣本上選擇適用的水泵，并配備相應的動力機和傳動設備。移動式噴灌機組的水泵與動力機都已配套，無需選型，大多使用自吸式離心泵。

5.2.4 管道布置 在規劃設計田間管道系統時，應綜合考慮水源位置、現有水利系統、地形、地勢、主要風向、風速、作物布局和耕作方式等，在對技術性和經濟性進行比較后，得出最優方案。干、支管徑根據輸水量科學計算確定。泵站應布置在噴灌系統的中心位置，以減少輸水的水力損失。移動式噴灌機組的田間渠道、集水井布置，與地面灌溉相同。干管應盡量布置在灌區中央，埋入土層深度應在凍土層深度以下。支管的布置應與干管垂直，并盡量與作物耕作方向一致；支管在坡地上應沿等高線方向布置。支管的間距應與選定的噴頭組合一致。噴灌系統應根據分片輪噴的要求設置控制設備，每條支管上裝閘閥或球閥。豎管按噴頭的組合形式布置，一般高出地面1.2～1.5 m，遇特殊情況（如植物過高、風力過大）可以適當加長。為考慮管道移動方便性，建議干管垂直壟溝布置，支管沿壟溝方向布置，這樣安裝便于支管移動，減少作物損傷。不要為減少管道數量而斜放管道，以免在移動管道時造成作物損傷。

6 結語

噴灌系統的正確設計，能夠減少投資成本，增加系統使用壽命，提高灌溉區灌水均勻度，增產節能。隨著我國農業的發展，節水灌溉技術不斷深入，噴灌這一節水新技術不斷被農民認識、接受，在將來必將大面積普及推廣。