節水灌溉（微灌）系統設計與設備、材料選擇

萬勇

一個完整的灌溉系統，從灌溉受水點到水源，一般由灌水器、各級輸水管道和管件，各種控制和量測設備，過濾器、施肥（施藥）裝置和水泵電機、電器控制裝置、水源等配套組成。概括起來系統可劃分為首部樞紐、輸水管網、灌水器三大部分。現在使用的各種微灌方式，最根本的區別就在于灌水器的不同，其系統組成基本是相同的。

1 灌溉系統首部樞紐

灌溉系統的首部樞紐由水泵機組、過濾設備、量測儀表、控制設備以及管道、閥門等組成。其作用是經加壓、過濾、加肥等措施，將灌溉水處理成符合灌溉要求的水流，并通過管網送到灌水器進行灌溉。首部樞紐正確，合理的設計、選型和安裝，對于灌溉系統長期、安全、正常使用有著十分重要的意義。

1.1 水泵機組

簡單的灌溉系統一般采用直接啟閉水泵來控制，由于投資較低，在生產實際中也有應用；但水泵直接供水系統對于給不是同時啟動和關閉的多個灌溉系統供水時，由于管網的流量變化，會出現在不同的工作區水泵運行供水水壓不穩定的情況。在這種情況下，就需要考慮應用穩壓供水系統。常用的有無塔恒壓壓力罐穩壓和變頻恒壓供水系統。

①無塔恒壓壓力罐穩壓供水系統 由氣壓水罐、水泵、壓力傳感系統、自動控制柜、管道、閥門等組成。該系統具有結構簡單、安裝使用方便，能實現自動控制等特點。

②變頻恒壓供水系統 是一種先進的節能恒壓供水系統，由水泵機組、壓力傳感系統、變頻器、微機控制器及管網、閥門等組成。它可根據供水管網流量的變化，以設定的壓力要求和其他程序自動調節水泵的運轉速度、啟動、停止，保證管網供水壓力恒定，極大提高了灌溉制度變化的靈活性。

在小流量用水的情況下，變頻恒壓供水系統可與氣壓水罐聯合使用，能避免小流量供水造成水泵低速長時間運行，減少能耗，延長設備使用壽命。變頻恒壓供水系統常常與多臺水泵并聯使用，在大流量用水的情況下起到調節作用。

1.2 過濾設備

堵塞是引起微灌系統故障的主要原因，正確的選擇過濾設備非常關鍵。目前微灌系統中主要使用4種過濾器：顆粒過濾器、篩網過濾器、疊片式過濾器和旋流式水沙分離器（亦稱離心式過濾器）。

①顆粒過濾器（包括沙石過濾器和其他介質過濾器）是使水通過有一定厚度的顆粒層來完成過濾的。這些顆粒可以是砂、礫石或其他粒狀材料，過濾精度取決于顆粒的有效尺寸和通過過濾器的過濾速度。灌溉系統中常用到的是石英砂介質過濾器。砂過濾器是含有有機物和淤泥水質的最適宜的過濾類型，其特點是具有很高的去除污物的能力，但這種設備較貴，對管理的要求較高。

②篩網過濾器 篩網過濾器基本上采用塑料或金屬材料的篩網，當懸浮顆粒超過篩網網孔的尺寸后即被截留，當一定數量的污物積累在篩網后，應對篩網進行沖洗。其因結構簡單、價格便宜有一定應用。

③疊片式過濾器 主要過濾原件由一組壓緊的帶有微細流道的環狀塑料片組成，清水由片間的細小流道通過，而污物被截留在疊片四周及片間。其特點是過流能力大、結構簡單、維護方便、壽命長，適用于有機物含量高的水質條件。使用中也需要沖洗，沖洗時將壓緊的疊片松開，將疊片之間滯留的污物徹底沖洗干凈。大流量疊片式過濾器價格較貴，在系統流量較大時，可選擇幾個小流量疊片式過濾器并聯使用，以降低成本。

④旋流式水沙分離器 利用了旋流和離心原理，因此只有當被分離顆粒的比重高于水時才能有效使用。旋流式水沙分離器一般作為過濾系統的第一級處理設備，最適宜去除水中的泥沙和石屑。

1.3 施肥（施藥）裝置

利用微灌系統可迅速大面積完成施肥施藥，均勻、省力、省時、安全、避免浪費。特別是對于采用地膜覆蓋的作物，微灌是解決施肥困難的最佳途徑。

向系統的壓力管道內注入可溶性肥料或農藥溶液的設備稱為施肥（施藥）裝置。主要有泵注式、文丘里式、壓差式、水驅動混合注入式等，其中水驅動混合注入式以控制精確、無附加動力等特點而逐步得到廣泛運用，其缺點是壓力損失大，價格較高。該類產品目前主要依靠進口。文丘里式施肥裝置因結構簡單、安裝方便、價格便宜，尤其適合設施栽培中每個大棚種植不同作物、需同時施放不同肥料（藥物）的種植模式，目前已得到大面積推廣應用。

2 輸水管網、管材及管件

系統輸配水管網由各管道和管件按設計要求組合安裝而成，起著向灌溉區輸水和配水的作用。管道和管件在系統中用量大、規格多，其規格、質量直接關系到工程費用、工程質量和使用壽命。因此，設計和使用人員要了解各管道和管件的作用、種類、型號及性能，才能合理地設計、管理好灌溉系統。

2.1 管材和管件的基本要求

①能承受一定的壓力 輸配水管網為壓力管網，各級管道必須能承受設計工作壓力，才能保證安全輸水和配水。

②耐腐蝕抗老化性能好 管道和管件在輸配水過程中應能不發生或極少發生銹蝕、沉淀和微生物繁殖等，避免灌水器和系統產生堵塞現象。

③參數必須符合技術標準 管徑偏差與壁厚及偏差應在技術標準容許范圍內，管道內壁要光滑平整以減少水頭損失。

④價格適宜 管道和管件在系統投資中所占比例較大，應選擇既能滿足系統要求，價格又便宜的管材與管件。

⑤施工安裝簡單 各種管件間及管道與管件間的連接要簡單、方便且在要求壓力下密封不漏水。

2.2 管材的種類

微灌系統中一般采用塑料管，當塑料管及管件不能滿足設計要求時，可采用其他材料的管道和管件，但要防止銹蝕堵塞灌水器和系統。過濾器后的管道最好全部采用塑料管。目前微灌系統中采用的塑料管有硬聚氯乙烯（UPVC）管和聚乙烯（PE）管。

①聚乙烯（PE）管 分為高壓低密度聚乙烯管和低壓高密度聚乙烯管兩種。前者為半軟管，管壁較厚，對地形的適應性強；后者為硬管，管壁較薄，對地形的適應性沒前者好。

高壓聚乙烯管材具有抗沖擊能力強、韌性好、耐低溫性能強等特點，抗老化性能比聚氯乙烯管好，但耐高溫性能差。該管材一般為黑色。高壓聚乙烯管材規格標準有內徑標準和外徑標準兩種，與它們配套的管接件也不同，設計選用時務必注意。

②硬聚氯乙烯（UPVC）管 常用的一般為白色和灰色。按使用壓力分為輕型和重型兩類。常溫下承受內水壓不超過600 kPa時可使用輕型管材；每節管長一般為4～6 m。其雖具有良好的抗沖擊和承壓能力、剛性好，但耐高溫性能差，在50℃以上時即會軟化變形，所以在泵房首部配管時，尤其是采用變頻控制系統中要求采用金屬管制作，以防受熱變形。

2.3 管材連接件

連接件是連接管道的部件，管道種類及連接方式不同，連接件也不同。大體分為接頭、三通、彎頭、堵頭、旁通5類。灌溉系統中的管材大多采用塑料件，其連接件種類、規格繁多，這里就不具體介紹了。