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摘要：介绍喷灌系统的主要组成、分类及相关技术要求，分析喷灌技术在农业生产方面发挥的主要优势，详细探讨喷灌系统的选型及规划设计的原则、要点，为喷灌技术的推广应用提供技术指导。
关键词：喷灌技术；选型；规划设计；喷灌系统；节水
中图分类号：S275.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0064-03
随着工农业生产的迅猛发展，用水量急剧增加，水量不足问题突出，水资源短缺成为制约我国北方地区工农业发展的重要因素。在此情况下，推广节水灌溉技术、建立节水型农业对缓解水资源危机具有重要的现实意义。为配合节水喷溉技术的推广及促进喷灌事业发展，对喷灌系统的类型及选型规划进行探讨，为喷灌技术的合理应用提供参考和借鉴。
1 喷灌系统的组成
喷灌将灌溉水由水泵加压或自然落差形成有压水，通过压力管道送到田间，由喷头喷射到空中形成细小水滴，均匀地洒落在农田，为作物生长提供必要水分。采用喷灌方法进行喷灌时，必须建立一个喷灌系统。喷灌系统主要由水源工程、首部装置、输配水管道系统、喷头和田间工程等部分构成，如图1所示。
1.1 水源工程
只要水量和水质能满足灌溉用水的要求，河流、湖泊、水库和井泉等都可以作为喷灌的水源，但必须修建相应的水源配套工程，如泵站及附属设施、水量调节池等。
1.2 水泵及配套动力
除有自压条件的喷灌系统外，水泵是使水流增压的必要设备，其可将水提吸、增压、输送到各级管道及各个喷头中，并通过喷头喷洒出来。喷灌可使用各种农用泵，如离心泵、潜水泵、深井泵等。在有电力供应的地方，常用电动机作为水泵的动力机。在用电困难的地方，可用柴油机、拖拉机或手扶拖拉机等作为水泵的动力机，其功率大小根据水泵的配套要求而定。
1.3 管道系统及配件
管道系统一般包括干管、支管和竖管，起到将压力水输送并分配到田间喷头中的作用。干管和支管起输水和配水作用。在支管上设置一定数量的竖管，在每个竖管顶端装置喷头。为构成一个完整的管路系统，管道系统中还装有各种连接和控制的附属配件，包括闸、阀、三通、弯头和其他接头等，有时干管或支管上还装有施肥装置。管道系统要能顺利地通过系统各部的设计流量，而不造成过大的水头损失，并能承受足够的压力。
1.4 喷头
喷头将管道系统输送来的水通过喷嘴喷射到空中，形成下雨的效果撤落在地面，灌溉作物。喷头装在竖管上或直接安装于支管上，是喷灌系统的关键设备。
1.5 田间工程
移动式喷灌机在田间作业，需要在田间修建水渠、调节池及相应的建筑物，将灌溉水从水源引到田间，以满足喷灌要求
2 喷灌系统的分类
喷灌系统的类型较多，根据其设备组成，可分成机组式喷灌系统和管道式喷灌系统两大类。
将喷灌系统的各种部件组装成各种形式的喷灌机组；结构紧凑，使用灵活，机械利用率高，单位喷灌面积的投资较低。
3 喷灌技术要求
3.1 适时适量灌水
按照作物需水规律，制定科学的灌水计划，根据土壤水分、作物形态、天气变化情况随时调整灌溉计划，关键时期灌水。在水资源紧缺的条件下，应选择作物对水最敏感、对产量影响最大的时期灌水，如禾本科作物拔节初期至抽穗期和灌浆期至乳熟期、大豆的花芽分化期等。在关键时期灌水可以提高灌溉水的有效利用率。
3.2 均匀灌水
合理布置喷洒点的位置，使田块内各处土壤湿润深度及土壤含水量（喷洒水量）大体相近，达到灌水均匀的目的。根据地理、气候特点，一般喷头组合间距以0.6～1.3个射程为最佳。而且相邻喷灌面积的喷头相互错开，以避开喷灌死角。
3.3 喷灌强度适宜
单位时间内喷洒在田间的水层深度即为喷灌强度。理论研究和生产实践的结果表明，灌水量不充足时，产量随灌水量或耗水量的增大迅速增大；但灌水量达到一定程度后，随着灌水量的增加，产量增加的幅度变小；当产量达到极大值时，灌水量再增加，产量反而有所减少。因此，应避免过量喷灌而造成不必要的浪费。
3.4 雾化指标合理
喷头喷射出去的水流在空气中的粉碎程度为喷灌的雾化指标。根据不同的作物选择相适应的工作压力及喷嘴直径，从而产生较为适宜的喷灌雾化指标，有助于作物的生长。
4 喷灌技术的优点
4.1 节约用水
喷灌输水系统大部分采用管道，防止输水过程中的深层渗漏和蒸发损失，能够很好地控制喷灌强度和灌水量，确保灌水均匀、水利用率高。与传统地面灌溉相比，喷灌作业节水30%～50%，是建设节水型农业实施节水灌溉的主要方式之一。
4.2 应用范围广
喷灌几乎适合所有作物、土质、地形、地区、种植方式，常用于农作物、林业苗圃、牧业草场、蔬菜、果树、经济作物、园林草皮、花卉等灌溉。此外，喷灌还用于环境控制（如防尘、防风蚀、防干热风、防霜冻等）、养鱼增氧、综合喷施液肥、除草剂、化学药剂等。
4.3 提高作物产量
喷灌时水以水滴的形式像降雨一样湿润土壤，不破坏土壤的结构，并可根据供水条件和作物需水情况进行精确供水，使墒情始终保持在作物生长最有利的状态。试验证明，喷灌可使糧食作物增产10% ～30%，蔬菜、果树等增产幅度更大，有的甚至成倍增长。同时，喷灌对改善果实品质也有较大作用。
4.4 节省劳力
喷灌适用于丘陵山区，不需平整土地，可以省去大量的平整土地用工和修建沟、渠、田埂的用工。同时，喷灌可大大降低灌溉劳动强度，节省大量的劳动力。喷灌比地面灌溉平均省工1.4个/667 m2。
4.5 节省土地 喷灌比地面灌溉节省沟渠及畦埂占地（一般可减少沟渠占地7～13%），可增加实际播种面积，提高耕地利用率7%～15%。
在我国北方缺水干旱地区、高扬程地区、丘陵地区及土壤透水性强、不宜进行地面灌溉地区，应扩大喷灌灌溉面积，降低基本建设投资。
5 喷灌系统的选型及规划设计
5.1 喷灌系统的选型
根据灌区的基本资料情况，综合各种类型排灌系统的特点，选择适用的排灌系统。
选择原则：喷灌次数多、地形坡度大、经济价值高的作物种植区（如蔬菜区），可采用固定式喷灌系统；喷灌次数少、地形平坦的大田作物宜采用半固定式或移动式喷灌系统，以提高设备利用率。
5.2 喷灌系统的规划设计
进行喷灌系统规划设计时，应考虑喷头类型、喷头的喷洒与布置、动力机类型、水泵类型、管路布置等。
5.2.1 喷头类型 选择喷头时，工作压力是重要参数。一般近射程喷头的工作压力低，配套功率小，运行成本低，喷灌强度也较低，但其射程较近，因此管道布置较密集，管材用量大，单位面积投资较高；中、远射程喷头的工作压力高，配套功率大，运行成本高，但由于其射程较远，因此管道间距大，管材用量小，单位灌溉面积投资较小。选择喷头工作压力时，应根据农业技术要求、经济条件及喷头型号、性能等综合条件确定。
选择喷头时，要考虑喷头各方面的性能是否适合喷灌作物和土壤的特点。玉米、高粱、茶叶等大田作物可采用粗水滴喷头；而幼嫩作物及蔬菜选用细小水滴喷头。沙质土选用喷灌强度高的喷头；黏性土选用喷灌强度低的喷头。另外，还应根据喷灌需要，选用圆形喷洒喷头或扇形喷洒喷头。
5.2.2 喷头喷洒方式与布置 喷头的喷洒方式有圆形喷洒和扇形喷洒两种，一般大面积灌溉采用圆形喷洒。固定式和半固定式喷灌系统多采用圆形喷洒喷头。圆形喷洒喷头间距大，可减少喷头数和投资，降低喷洒强度。
喷头布置是否合理直接影响喷洒的均匀性，且其前、后、左、右的间距随喷头喷洒方式的不同各异。在保证喷洒不留空白和有较高组合均匀度的前提下，盡量扩大每次组合的控制面积，以减少喷头和支管移动次数，从而获得较好的喷灌效益。
5.2.3 水泵及动力机的选型配套 根据喷灌系统的设计流量Q总和喷灌系统的设计总水头H总，可从水泵样本上选择适用的水泵，并配备相应的动力机和传动设备。移动式喷灌机组的水泵与动力机都已配套，无需选型，大多使用自吸式离心泵。
5.2.4 管道布置 在规划设计田间管道系统时，应综合考虑水源位置、现有水利系统、地形、地势、主要风向、风速、作物布局和耕作方式等，在对技术性和经济性进行比较后，得出最优方案。干、支管径根据输水量科学计算确定。泵站应布置在喷灌系统的中心位置，以减少输水的水力损失。移动式喷灌机组的田间渠道、集水井布置，与地面灌溉相同。干管应尽量布置在灌区中央，埋入土层深度应在冻土层深度以下。支管的布置应与干管垂直，并尽量与作物耕作方向一致；支管在坡地上应沿等高线方向布置。支管的间距应与选定的喷头组合一致。喷灌系统应根据分片轮喷的要求设置控制设备，每条支管上装闸阀或球阀。竖管按喷头的组合形式布置，一般高出地面1.2～1.5 m，遇特殊情况（如植物过高、风力过大）可以适当加长。为考虑管道移动方便性，建议干管垂直垄沟布置，支管沿垄沟方向布置，这样安装便于支管移动，减少作物损伤。不要为减少管道数量而斜放管道，以免在移动管道时造成作物损伤。
6 结语
喷灌系统的正确设计，能够减少投资成本，增加系统使用寿命，提高灌溉区灌水均匀度，增产节能。随着我国农业的发展，节水灌溉技术不断深入，喷灌这一节水新技术不断被农民认识、接受，在将来必将大面积普及推广。
关键词：喷灌技术；选型；规划设计；喷灌系统；节水
中图分类号：S275.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0064-03
随着工农业生产的迅猛发展，用水量急剧增加，水量不足问题突出，水资源短缺成为制约我国北方地区工农业发展的重要因素。在此情况下，推广节水灌溉技术、建立节水型农业对缓解水资源危机具有重要的现实意义。为配合节水喷溉技术的推广及促进喷灌事业发展，对喷灌系统的类型及选型规划进行探讨，为喷灌技术的合理应用提供参考和借鉴。
1 喷灌系统的组成
喷灌将灌溉水由水泵加压或自然落差形成有压水，通过压力管道送到田间，由喷头喷射到空中形成细小水滴，均匀地洒落在农田，为作物生长提供必要水分。采用喷灌方法进行喷灌时，必须建立一个喷灌系统。喷灌系统主要由水源工程、首部装置、输配水管道系统、喷头和田间工程等部分构成，如图1所示。
1.1 水源工程
只要水量和水质能满足灌溉用水的要求，河流、湖泊、水库和井泉等都可以作为喷灌的水源，但必须修建相应的水源配套工程，如泵站及附属设施、水量调节池等。
1.2 水泵及配套动力
除有自压条件的喷灌系统外，水泵是使水流增压的必要设备，其可将水提吸、增压、输送到各级管道及各个喷头中，并通过喷头喷洒出来。喷灌可使用各种农用泵，如离心泵、潜水泵、深井泵等。在有电力供应的地方，常用电动机作为水泵的动力机。在用电困难的地方，可用柴油机、拖拉机或手扶拖拉机等作为水泵的动力机，其功率大小根据水泵的配套要求而定。
1.3 管道系统及配件
管道系统一般包括干管、支管和竖管，起到将压力水输送并分配到田间喷头中的作用。干管和支管起输水和配水作用。在支管上设置一定数量的竖管，在每个竖管顶端装置喷头。为构成一个完整的管路系统，管道系统中还装有各种连接和控制的附属配件，包括闸、阀、三通、弯头和其他接头等，有时干管或支管上还装有施肥装置。管道系统要能顺利地通过系统各部的设计流量，而不造成过大的水头损失，并能承受足够的压力。
1.4 喷头
喷头将管道系统输送来的水通过喷嘴喷射到空中，形成下雨的效果撤落在地面，灌溉作物。喷头装在竖管上或直接安装于支管上，是喷灌系统的关键设备。
1.5 田间工程
移动式喷灌机在田间作业，需要在田间修建水渠、调节池及相应的建筑物，将灌溉水从水源引到田间，以满足喷灌要求
2 喷灌系统的分类
喷灌系统的类型较多，根据其设备组成，可分成机组式喷灌系统和管道式喷灌系统两大类。
将喷灌系统的各种部件组装成各种形式的喷灌机组；结构紧凑，使用灵活，机械利用率高，单位喷灌面积的投资较低。
3 喷灌技术要求
3.1 适时适量灌水
按照作物需水规律，制定科学的灌水计划，根据土壤水分、作物形态、天气变化情况随时调整灌溉计划，关键时期灌水。在水资源紧缺的条件下，应选择作物对水最敏感、对产量影响最大的时期灌水，如禾本科作物拔节初期至抽穗期和灌浆期至乳熟期、大豆的花芽分化期等。在关键时期灌水可以提高灌溉水的有效利用率。
3.2 均匀灌水
合理布置喷洒点的位置，使田块内各处土壤湿润深度及土壤含水量（喷洒水量）大体相近，达到灌水均匀的目的。根据地理、气候特点，一般喷头组合间距以0.6～1.3个射程为最佳。而且相邻喷灌面积的喷头相互错开，以避开喷灌死角。
3.3 喷灌强度适宜
单位时间内喷洒在田间的水层深度即为喷灌强度。理论研究和生产实践的结果表明，灌水量不充足时，产量随灌水量或耗水量的增大迅速增大；但灌水量达到一定程度后，随着灌水量的增加，产量增加的幅度变小；当产量达到极大值时，灌水量再增加，产量反而有所减少。因此，应避免过量喷灌而造成不必要的浪费。
3.4 雾化指标合理
喷头喷射出去的水流在空气中的粉碎程度为喷灌的雾化指标。根据不同的作物选择相适应的工作压力及喷嘴直径，从而产生较为适宜的喷灌雾化指标，有助于作物的生长。
4 喷灌技术的优点
4.1 节约用水
喷灌输水系统大部分采用管道，防止输水过程中的深层渗漏和蒸发损失，能够很好地控制喷灌强度和灌水量，确保灌水均匀、水利用率高。与传统地面灌溉相比，喷灌作业节水30%～50%，是建设节水型农业实施节水灌溉的主要方式之一。
4.2 应用范围广
喷灌几乎适合所有作物、土质、地形、地区、种植方式，常用于农作物、林业苗圃、牧业草场、蔬菜、果树、经济作物、园林草皮、花卉等灌溉。此外，喷灌还用于环境控制（如防尘、防风蚀、防干热风、防霜冻等）、养鱼增氧、综合喷施液肥、除草剂、化学药剂等。
4.3 提高作物产量
喷灌时水以水滴的形式像降雨一样湿润土壤，不破坏土壤的结构，并可根据供水条件和作物需水情况进行精确供水，使墒情始终保持在作物生长最有利的状态。试验证明，喷灌可使糧食作物增产10% ～30%，蔬菜、果树等增产幅度更大，有的甚至成倍增长。同时，喷灌对改善果实品质也有较大作用。
4.4 节省劳力
喷灌适用于丘陵山区，不需平整土地，可以省去大量的平整土地用工和修建沟、渠、田埂的用工。同时，喷灌可大大降低灌溉劳动强度，节省大量的劳动力。喷灌比地面灌溉平均省工1.4个/667 m2。
4.5 节省土地 喷灌比地面灌溉节省沟渠及畦埂占地（一般可减少沟渠占地7～13%），可增加实际播种面积，提高耕地利用率7%～15%。
在我国北方缺水干旱地区、高扬程地区、丘陵地区及土壤透水性强、不宜进行地面灌溉地区，应扩大喷灌灌溉面积，降低基本建设投资。
5 喷灌系统的选型及规划设计
5.1 喷灌系统的选型
根据灌区的基本资料情况，综合各种类型排灌系统的特点，选择适用的排灌系统。
选择原则：喷灌次数多、地形坡度大、经济价值高的作物种植区（如蔬菜区），可采用固定式喷灌系统；喷灌次数少、地形平坦的大田作物宜采用半固定式或移动式喷灌系统，以提高设备利用率。
5.2 喷灌系统的规划设计
进行喷灌系统规划设计时，应考虑喷头类型、喷头的喷洒与布置、动力机类型、水泵类型、管路布置等。
5.2.1 喷头类型 选择喷头时，工作压力是重要参数。一般近射程喷头的工作压力低，配套功率小，运行成本低，喷灌强度也较低，但其射程较近，因此管道布置较密集，管材用量大，单位面积投资较高；中、远射程喷头的工作压力高，配套功率大，运行成本高，但由于其射程较远，因此管道间距大，管材用量小，单位灌溉面积投资较小。选择喷头工作压力时，应根据农业技术要求、经济条件及喷头型号、性能等综合条件确定。
选择喷头时，要考虑喷头各方面的性能是否适合喷灌作物和土壤的特点。玉米、高粱、茶叶等大田作物可采用粗水滴喷头；而幼嫩作物及蔬菜选用细小水滴喷头。沙质土选用喷灌强度高的喷头；黏性土选用喷灌强度低的喷头。另外，还应根据喷灌需要，选用圆形喷洒喷头或扇形喷洒喷头。
5.2.2 喷头喷洒方式与布置 喷头的喷洒方式有圆形喷洒和扇形喷洒两种，一般大面积灌溉采用圆形喷洒。固定式和半固定式喷灌系统多采用圆形喷洒喷头。圆形喷洒喷头间距大，可减少喷头数和投资，降低喷洒强度。
喷头布置是否合理直接影响喷洒的均匀性，且其前、后、左、右的间距随喷头喷洒方式的不同各异。在保证喷洒不留空白和有较高组合均匀度的前提下，盡量扩大每次组合的控制面积，以减少喷头和支管移动次数，从而获得较好的喷灌效益。
5.2.3 水泵及动力机的选型配套 根据喷灌系统的设计流量Q总和喷灌系统的设计总水头H总，可从水泵样本上选择适用的水泵，并配备相应的动力机和传动设备。移动式喷灌机组的水泵与动力机都已配套，无需选型，大多使用自吸式离心泵。
5.2.4 管道布置 在规划设计田间管道系统时，应综合考虑水源位置、现有水利系统、地形、地势、主要风向、风速、作物布局和耕作方式等，在对技术性和经济性进行比较后，得出最优方案。干、支管径根据输水量科学计算确定。泵站应布置在喷灌系统的中心位置，以减少输水的水力损失。移动式喷灌机组的田间渠道、集水井布置，与地面灌溉相同。干管应尽量布置在灌区中央，埋入土层深度应在冻土层深度以下。支管的布置应与干管垂直，并尽量与作物耕作方向一致；支管在坡地上应沿等高线方向布置。支管的间距应与选定的喷头组合一致。喷灌系统应根据分片轮喷的要求设置控制设备，每条支管上装闸阀或球阀。竖管按喷头的组合形式布置，一般高出地面1.2～1.5 m，遇特殊情况（如植物过高、风力过大）可以适当加长。为考虑管道移动方便性，建议干管垂直垄沟布置，支管沿垄沟方向布置，这样安装便于支管移动，减少作物损伤。不要为减少管道数量而斜放管道，以免在移动管道时造成作物损伤。
6 结语
喷灌系统的正确设计，能够减少投资成本，增加系统使用寿命，提高灌溉区灌水均匀度，增产节能。随着我国农业的发展，节水灌溉技术不断深入，喷灌这一节水新技术不断被农民认识、接受，在将来必将大面积普及推广。