浅谈节水灌溉和水肥一体化系统-二节水灌溉系统简介

  在上一篇大致介绍了水肥一体化的主要三大板块，本文将着重介绍灌溉系统模块设计依据和重要组成设备。

  首先，拿到一个灌溉系统的设计的具体方案，最粗略简单的评估是看其轮灌组流量，同种作物同种种植模式（株行距），生产性统一管理的情况下，每个轮灌组流量越接近，就说明这个系统的设计的具体方案越合理。而如果一个系统内有多种作物，轮灌组划分有个大原则，同一轮灌组内不能有不一样的种类和管理模式的作物，假如慢慢的出现，不管轮灌组流量哪怕是像整除出来的那么平均，都可以让重新设计了。

  轮灌组的作用是将整片地块划分成若干小区分批灌溉，最大限度的降低系统成本。举个例子，有50个人一天10小时活动时间内需要供应3个馒头以保障正常行动，蒸一次馒头需要1小时，需要置办一口锅，就有很多种规格的锅可选，最省事的就是买一口一次可以蒸240个馒头的大锅，但是成本肯定是最贵的。而把50个人分为10组，每次蒸15个馒头给5个人，这样10小时刚好满足所有人的供应需求且锅最小最省钱。这个分组就是轮灌组的意义。

  当作物种植模式确定，选用的灌水器（流量，灌水器间距，毛管间距）确定时，一个系统的最大轮灌组数量和流量取决于两个因素-1，作物最大需水量，2-系统单日运行时间。

  作物需水量在前文中已经提到，一般而言如果有农学专家提供最为合适，单受制于目前技术，相关资源获取渠道的普及程度，很多情况下无法直接获取。专业的数据计算是需要很多相关实测数据支撑，无论是获取难度还是计算程度均相对复杂（有兴趣者可搜索查看国际粮农组织FAO发布的彭曼公式）。

  因此，国家规范给出了部分耗水量的参考值，这也是目前设计人员常采用的数据。

  耗水量对系统的影响是耗水量越大，则系统流量越大，管网和相关设备尺寸规格变大，致使成本造价增大。如果耗水量小了，会因为系统模块设计流量小，导致旱季供不上水的问题。

  系统单日可运行时间是影响系统轮灌组数量的另外一个因素。也是项目前期基础数据的重要一项，如果非自动化控制，则系统的日最大运行时间即为管理工作人员的上班时长。如果是自动化控制，因操作可自动进行，理论上一天24小时均可利用，但根据《GB/T 50485-2020 微灌工程技术标准》的规定，单日最长运行时间不可超过22小时。

  当耗水量和运行时间确定后，最大轮灌组数量也就确定了，这里有一个常见误区，有些设计人员会将灌溉频率设计成一天一次，而甲方会提出实际灌溉过程中可能会存在几天甚至一周一次，灌溉时间较多，要求增加轮灌组以减少系统造价。这样理解是不对的，当灌溉间隔增加，耗水量亦随之叠加。如有兴趣能够准确的通过国标规范里面的公式自行推导，会发现最终轮灌组数量并无差别。

  一个轮灌组下会存在多个地块/多个控制阀的情况，此时影响系统造价的第二个因素就会出现，这些地块是集中或者分散。地块集中方便管理，易于巡视维护，但会使主管道管径增大，成本增加。地块分散主管道管件会缩小，但是管理难度会增大。一般而言，自动化控制可以适当分散，而手动控制则建议尽量集中。

  系统设计的主要工作是水力计算，计算过程是从每一个控制阀所辖的小单元地块开始倒推，支管道-主管道-水泵。常有初次到现场了解情况时，不懂的客户会询问需要的水泵参数是什么，技术人员会答不上来的情况。专业的技术人员在获取有关数据信息后，可以计算出水泵的大致流量。但扬程是总系统设计计算的最后一步，除很小面积地形规整简单，经验比较丰富者可以预估出大致扬程外，其他信口开河者建议直接送客。

  1.灌水器；2.水泵（及附属的变频和控制柜等）；3.过滤器；4.管网；5.压力调节设备(各种减压、持压阀等)；6.安全防护设备（泄压阀、止回阀、空气阀等）；7.控制阀（电磁阀、手动阀等）；8.别的设备（水表、检修阀、泄水井等）

  按结构划分为-1.泵房系统（不含过滤系统）；2.过滤系统；3.主管道及相关设备；4.田间二级首部；5.支管道及相关设备；6.灌水器及相关配件

  灌水器的选型是整个项目开始的第一步，选择正真适合灌水器的参数很重要。不同作物，不同土质（简单可分为砂土、壤土、黏土），适用灌水器均不一样（比如滴灌时沙质土壤，小流量小间距的滴灌管灌溉效果会更优），选择正真适合的灌水器才可以做到最优的灌溉效果。有些人不喜欢小流量出水慢水量小，偏好大流量灌水器，其实就是不科学的，无论多大流量的灌水器，其视觉效果远没有漫灌来的过瘾。本次主要介绍滴灌和微喷两类大多数都用在节水灌溉系统的灌水器。

  滴灌和微喷灌水器目前可分为两大类，压力补偿和非压力补偿。压力补偿灌水器的特点是其结构内有一个膜片，能够准确的通过压力大小自动调整膜片的弯曲程度改变内部流道截面积，从而在其正常的工作所承受的压力范围内流量稳定。而非压力补偿则没用调节构造，压力越大，出流量越大。

  压力补偿灌水器优点是可以在复杂地形下适用，出水均一，且毛管铺设长度远长于非压力补偿灌水器，减少材料和实施工程的成本，但是价格相比来说较高。近几年国产厂家的投产，成本在逐渐下降，为发达国家粉碎机点赞。受制于对压力的敏感，非压力补偿灌水器，尤其是滴灌管的应用场景要窄很多。铺设不能太长，地形要尽可能的平坦。但是还会存在出水量均匀度的问题，国标规定流量偏差小于20%。因此非压力补偿滴灌管常见于蔬菜和马铃薯等单季作物，非压力补偿微喷则因为其工作所承受的压力大而可利用设计范围大，应用场景较多，果园、温室、蔬菜、粮食作物等均能使用。

  灌溉系统常用的管道为PVC和PE管，PVC管单价低，但是其对于施工要求多，要开沟深埋，且要做到布置尽可能规则。PE管材料成本比较高，连接施工难度较大，但是优在对地形环境适应性较好，非特别的条件开沟深度没有PVC要求深甚至是可以不埋。

  过滤器常用的有离心、网式、叠片和砂石（介质）过滤器，主要分自动反冲洗和非自动反冲洗两大类。其中还有部分称之为半自动过滤器。非自动反冲洗过滤器需要定期拆开清洗内部，自动反冲洗则通过自带的控制器和相关控制结构，自动反冲洗内部脏污并排出。半自动则是清洗时可不用拆开过滤器，外部有操作柄，用过搅动操作柄清洗内部。过滤系统对整个灌溉系统很重要，直接影响系统运行稳定性和寿命，不能缺失减配。有些水质特殊或高要求项目，还会在田间首部处安装过滤器。

  压力调节装置常见为减压阀、持压阀和持压减压阀，用以调节管网内的压力，使之在别的设备的正常工作所承受的压力范围内安全稳定运行。压力调节装置还有一类减压阀，当阀前压力高于其额定阀后压力时，阀后压力始终为固定值，无法人工调节，个人习惯称之为减压器。部分小型减压器可和微喷头结合，达到压力补偿喷灌的效果。

  控制阀即为每个单元地块的控制开关，手动系统下常用蝶阀、球阀或者闸阀。自动系统中使用电磁阀，电磁阀也有两大类，一类为不可调节型，个人习惯称之为电动阀，另一类带有调压功能，可通过调整设置其阀后压力，保证田间工作所承受的压力正常。

  节水灌溉系统麻雀虽小但五脏俱全，所用设备材料较多，其他组件因篇幅限制不做详细介绍，其作用和影响会在下一篇（已更新）关于项目问题中有关联提到。