喷灌的主要灌水质量指标

一、喷灌的主要灌水质量指标

喷灌在灌水质量方面有其特殊的要求,所以衡量其质量的指标与其他灌水方法也就不完全相同,一般以喷灌强度、喷灌均匀度和水滴直径三项来表示。

1.喷灌强度

图示

式中 q——喷头的喷水量,m3/s;

A——在全圆转动时一个喷头的湿润面积,m2;

η——喷灌水的有效利用系数,即扣去喷灌水滴在空中的蒸发和漂移损失,一般为0.8~0.95。

在喷灌系统中,各喷头的湿润面积有一定重叠,实际的喷灌强度要比上式计算的高一些,为准确起见,可以将有效湿润面积A有效来代替上式中的A值:

图示

式中 Sl——在支管上喷头的间距;

Sm——支管的间距。

在一般情况下,平均喷灌强度应与土壤透水性相适应,应使喷灌强度不超过土壤的入渗率(即渗吸速度),这样喷洒到土壤表面的水才能及时渗入土中,而不会在地表形成积水和径流。

测定喷灌强度一般是与喷灌均匀度试验结合进行。具体方法是在喷头的湿润面积内均匀地布置一定数量的雨量筒,喷洒一定时间后,测量量雨筒中的水深。量雨筒所在点的喷灌强度用下式计算:

图示

式中 W——量雨筒承接的水量,cm3;

t——试验持续时间,min;

ω——量雨筒上部开敞口面积,cm2。

而喷灌面积上的平均强度为

图示

式中 n——量雨筒的数目。

2.喷灌均匀度

喷灌均匀度是指在喷灌面积上水量分布的均匀程度,它是衡量喷灌质量好坏的主要指标之一。它与喷头结构、工作压力、喷头布置形式、喷头间距、喷头转速的均匀性、竖管的倾斜度、地面坡度和风速、风向等因素有关。(https://www.daowen.com)

表征喷灌均匀度的方法很多,但都各有利弊,因此只介绍两种常用的表示方法。

(1)喷洒均匀系数。

图示

式中 h——整个喷灌面积上的平均喷灌灌水深;

Δh——点喷灌水深平均离差。

如果在喷灌面积上的水量分布得越均匀,那么Δh值越小,亦即Cu值越大。Cu值一般不应低于70%~80%。

喷洒均匀系数一般均指一个喷灌系统的喷洒均匀系数,单个喷头的喷洒均匀系数是没有意义的,这是因为单个喷头的控制面积是有限的,要进行大面积灌溉必然要由若干个喷头组合起来形成一个喷灌系统。单个喷头在正常压力下工作时,一般都是靠近喷头部分湿润较多,边缘部分不足,这样当几个喷头在一起时,湿润面积有一定重叠,就可以使土壤湿润得比较均匀。为了便于测定,常取四个或几个喷头布置成矩形、方形或三角形,测定它们之间所包围面积的喷洒均匀系数,这一数值基本上可以代表在平坦地区无风情况下喷灌系统的喷洒均匀系数。在工程设计中一般要求Cu=70%~90%。

(2)水量分布图。喷洒范围内的等水量图。用这种图来衡量喷灌均匀度比较准确、直观,它和地形图一样标示出喷洒水量在整个喷洒面积内的分布情况,但是没有指标,不便于比较。一般常用此法表示单个喷头的水量分布情况,如图3-6所示,也可以绘制几个喷头组合的水量分布图或喷灌系统的水量分布图。

3.水滴打击强度

喷头喷洒出来的水滴对作物的影响,可用水滴打击强度来衡量。水滴打击强度也就是单位喷洒面积内水滴对作物和土壤的打击动能,它与水滴的大小、降落速度及密集程度有关。但目前尚无合适的方法来测量水滴打击强度,因此一般采用水滴直径的大小来衡量。

水滴直径是指落在地面或作物叶面上的水滴直径。水滴太大,容易破坏土壤表层的团粒结构并形成板结,甚至会打伤作物的幼苗,或把土溅到作物叶面上;水滴太小,在空中蒸发损失大,受风力的影响大。因此要根据灌溉作物、土壤性质选择适当的水滴直径。

图示

图3-6 喷头水量分布图与径向水量分布曲线×—喷头位置

测定水滴直径的方法很多,但都不甚理想。过去我国较多采用滤纸法,就是将涂有色粉(曙光红和滑石粉混合而得)的滤纸,固定在水滴接收盒中,活门快速启闭,瞬时接收若干水滴。待滤纸干后,量取滤纸上水痕色斑直径,再根据事先率定的色斑直径与水滴直径关系曲线或经验公式求出水滴直径。

水痕色斑直径D与水滴直径δ关系式一般如下:

图示

式中 a——常数,因不同的滤纸而异,一般为0.33~0.444;

b——指数,对于同一种滤纸是一个常数,一般为0.725~0.667。

滤纸法量取色斑直径的工作量大,因此对于大量测量则要用面粉法,就是用一个直径为20cm,深2cm的装满新鲜干面粉的盘子代替滤纸来接收水滴,然后在40℃温度下烘24h,再进行筛分。由于水滴形成的面粉团与水滴的直径有一定的关系,只要知道了面粉团直径的分布就可以知道水滴直径的分布情况。

从一个喷头喷出来的水滴大小不一,一般近处小水滴多些,远处大水滴多些,因此应在离喷头不同的距离3~5处测量水滴直径,并求出平均值。一般要求平均直径不超过1~3mm。