滴灌带流量选择与设计方案

水肥一体化技术应用中滴灌灌水器流量选择设计

滴灌是一种最节水的灌水技术，高频度的灌溉、缓慢的施加少量的水作用于作物的根部，使作物始终处于较优的水分条件下，而避免了其他灌水方式产生的周期性水分过多和水分亏缺的情况，并能有效地减少深层渗漏。滴灌水分通过滴头直接灌入作物根部附近的土壤，在作物根区形成一个椭球形或球形湿润体。由于滴灌随水施肥的特点，养分也集中分布在由滴水形成的湿润体内，在土深50 cm 以下养分含量显著降低。

一、灌水器类型

灌水器是滴灌系统中的重要设备元件，它保证实现点滴灌水，滴头好坏直接影响灌溉质量，需要的数量相当多，国内外灌水器的种类繁多。根据灌水器的结构与出流形式，灌水器通常分为滴头和滴灌管(带）两大类。

（一）滴头：通过流道或孔口将毛管中的压力水流变成滴状或细流状的装置称为滴头。滴头分类方式很多，一般有以下三类：

（1）按滴头与毛管的连接方式：①管上式滴头（竖装）：结构与管间滴头基本相同，只是另一端封闭，螺纹芯子可拧出拧入，以便冲洗或调节流量。螺纹长的，流量为7.5 L/h；螺纹短的，流量可达9.5 L/h。②管间式滴头（卧装）：我国制造的管间滴头，其流道宽度为0.75~0.9 mm，长度为50~60 cm，在1大气压下，额定出水流量为2-3 L/h。③內镶式滴头（螺旋形滴头）：这种滴头由直径为1 mm的聚丙烯小管卷成螺旋形，又称为发丝滴头，其工作压力为0.7 kg/cm2，流量为0.9~9 L/h，改变螺旋圈数，可调节流量。

（2）按滴头流态分类：①紊流式滴头和②层流式滴头（多孔毛管、双腔管、微管）。

（3）按水力补偿性能，滴头又可分为非压力补偿滴头与压力补偿型滴头两种。压力补偿型滴头是利用水流压力对滴头内弹性体的作用，使流道(或孔口）形状改变或过水断面面积发生变化；即当压力减小时，增大过水断面面积，压力增大时，减小过水断面面积，从而使滴头流量自动保持在一个变化幅度很小的范围内。非压力补偿滴头是利用滴头内的固定水流流道消能，其流量随压力的升高而增大。非压力补偿滴头按其消能原理又可分为以下几种。① 长流道滴头：长流道型滴头是靠水流与流道壁之间的磨擦阻力消能来调节流量大小的。如塑料微管滴头、螺纹滴头和迷宫滴头等。②孔口式滴头：在输水管上打孔进行灌溉是利用小的出水孔控制出水量，达到局部灌溉的目的。孔口型滴头的另一种形式是涡流型滴头。③可调型滴头：可调型滴头通常带有便于人工操作的手柄或螺杆以改变孔口尺寸，达到调节流量的目的

（二）滴灌管(带）：将滴头与毛管制造成一个整体，兼具配水和滴水功能的管(带）称为滴灌管(带）。滴灌管(带）的直径在8~40 mm之间，使用最多的是16 mm和20 mm两种，滴灌管厚度为0.15~2 mm，l mm以下的使用量最大。滴灌管(带）根据其所用灌水器类型也有非压力补偿式滴灌管(带）与压力补偿式滴灌管(带）两种。目前国内外应用较广泛的滴灌管(带）主要有内镶式迷宫滴灌管和薄壁滴灌带。

（1）内镶式迷宫滴灌管：在毛管制造过程中，将预先制造好的滴头镶嵌在毛管内的滴灌管称为内镶式滴灌管，内镶滴头有两种，一种是片式；另一种是管式。

（2）边锋式滴管带，是一种厚0.1~0.6mm的薄壁塑料带，充水时胀满管形，泄水时为带状，运输、储藏都十分方便。

二、灌水器流量选择的依据：在众多滴灌设计参数中，滴头流量无疑是滴灌系统设计中重要的因素，它不仅直接决定着滴灌系统的经济效益，而且对水肥一体化中养分分布特征和作物的灌水效果也有直接的影响。

相同质地的土壤，灌水量相同时，垂直方向湿润距离随着滴头流量的增加而减小，而水平方向湿润距离则随之增加；滴头流量不仅会影响地表径流问题，也会影响湿润面积，在灌水量一定的情况下，湿润面积的大小又会影响到湿润深度。

在点源滴灌上，随着滴头流量的增大，湿润锋水平运移速度增大，垂直入渗速度也增大，但是增大的速度比水平增大的速度小；在灌水量一定的情况下，即便是同一流量，在不同土壤上湿润锋的变化形式也是不一样的；一般壤土上湿润锋形状为半椭球形，而在沙土上一般是柱状的。

滴头流量和间距与点源湿润区之间土壤吸力有关；在沙土上滴头间距应减小或者加大滴头流量。大田滴灌的滴头间距一般较小，使滴头下方的湿润区相连，形成一条沿着滴灌带方向的湿润带，即线源滴灌。它与点源滴灌不同，点源滴灌形成的土壤湿润锋之间不相连、不相互影响，所以不存在土壤湿润均匀度问题。但是在线源条件下，相邻滴头所形成的湿润锋存在交汇问题，土壤湿润区的相互连接形成了湿润带的均匀度问题。

三、灌水器设计大致分为4个步骤：（1）根据地形与土壤条件大致挑选最能满足湿润区所需灌水器的大致类型；（2）挑选能满足所需要的流量、间距和其他规划考虑因素的具体灌水器；（3）确定所需的灌水器的平均流量和压力水头；（4）确定要达到理想灌水均匀度时灌溉单元小区的容许压力水头变化。

四、灌水器流量选择的核心依据：

（1）土壤质地挑选最能满足湿润区所需灌水器的大致流量。不同的土壤质地与气候条件应选择不同的滴头流量。地表湿润圈的大小直接影响到蒸发量的大小。滴头流量越大，地表的湿润半径越大，蒸发损失也越大。滴头流量的大小直接影响土壤水分在水平和垂直方向的动态。土壤质地越细地下滴灌滴头流量就越小；土壤质地越粗，流量越大。

（2）作物根系分布区选择湿润锋控制范围和滴头流量。根系是作物获得养分和水分的重要营养器官，根系生长发育的状况直接影响着植株地上部的产量和品质。滴灌是指按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水和作物需要的养分一滴一滴、均匀而又缓慢的滴入作物根区土壤中的灌水方法。因此，根系分布的水平范围大，垂直范围小，如小麦等，可以选择大流量滴灌带；反之，水平范围小，垂直范围大，可以考虑大流量滴灌带。

（3）根据作物需水规律调整灌水器流量。作物需水量是指作物在适宜的外界环境条件下（包括对土壤水分、养分充分供应）正常生长发育达到或接近达到该作物品种的最高产量水平所消耗的水量。影响田间作物需水量的主要因素有：气象条件、作物种类、土壤性质和农业措施等。气温高，空气干燥，风速大，作物需水量就大；生长期长、叶面积大、生长速度快、根系发达以及蛋白质或油脂含量高的作物需水量就大。因此，需水量较大的作物，灌水器流量，适当调整。

（4）根据灌溉目的最终确定灌水器流量。我国地域广大，气候多样，不同区域进行水肥一体化的目标和意义不同，西北干旱区域，尤其新疆灌溉是第一位的，因此水肥一体化就是因节水发展的水肥一体化，因此流量选择就按照根区和土壤选择既可；东南的林果，尤其是山地林果园，也是因为灌溉和施肥，但是那里是水分补充，因此，压力补偿和灌溉均匀度就是选择的核心；东北属于施肥为核心的补充灌溉，这个就要结合出苗水的湿润锋分布特征和生育中后期的灌溉施肥目的的流量选择，建议压力补偿，中小流量为主。

总之，为了更好的将作物根系分布与水肥一体化技术融合，笔者归纳为八句话：挖挖根拍照片，看看水咋回事。再看根怎么长，定饭量做食谱。渴一渴饿一饿，少喝点别喝多。怎么吃更营养，回头看改一改。这八句话中，第一句讲的是水肥一体化技术应用中我们需要根据实际情况（作物类型、土壤质地等）看清楚作物根系在土壤中的分布范围；第二句讲的是根据土壤质量情况，滴灌带流量等情况掌握不同时间土壤中水分运移规律；第三句讲水分对根系生长的影响，掌握滴灌水肥一体化后根系的具体分布特征；第四句讲的是根据作物类型、区域气候特征、土壤质地等因素，综合考虑确定灌溉制度和施肥制度；第五句讲的是作物生育前期的水肥控制，通过适当的控水控肥措施促进根系下扎，形成合理的根系分布区；第六句讲的是水肥一体化的灌溉施肥原则，即少量多次的原则；第七八句讲根系水肥根三者耦合，再调整的意义。