地下渗灌管渗水滴头堵塞试验研究正文-毕业论文.doc
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1、 1 引言水是生命之源,水是维持生态系统功能和支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。随着水资源危机的加剧和水资源质量的下降,世界范围的水问题日益严重。我国是一个水旱灾害频繁,水资源短缺的国家,出现这种情况的根本原因是我国所处的经度、纬度位置及大的地貌构造格局导致的季风气候特点,从而水资源在时空的分布上极不均匀,变异系数Cv值普遍较大。水资源是水量和水质的高度和谐统一,一个特定区域内水资源的量并不完全取决于水资源的数量,还取决于水资源的质量。改革开放以来,随着工业生产的开展和人民生活水平的提高,在单纯追求高速度的经济发展模式及高享受的生活价值观的推动下,人们从环境中大量地攫取水资源,输给环境的
2、重污染的工业废水和有机污染严重的生活污水,造成我国水环境质量恶化,更进一步加剧了水资源短缺的局势。总结我国水资源的特点大体如下1。(1)水资源概况我国水资源总量为2855108m3,占全球水资源的6%,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位。中国以占全球约6%的可更新水资源,9%的耕地支持了占全球22%人口的温饱和经济发展。如此比例差距,导致我国在世界排名第四的水资源总量按耕地面积和人口数平均却显得相当的小,人均水资源占有量只相当于世界人均水平的1/4,居世界110位。使我国从富水国转变为贫水国。旱灾已成为我国覆盖面最广、成灾损失最大的灾害,而且受灾面积逐年扩大。目前,全国耕地实际灌溉面积仅
3、40%,每年有60%的耕地无水灌溉。今后,随着我国经济的高速增长以及工业化和城市化水平的提高,已经明显不足的水资源还要不断地向工业等非农产业转移,而且未来30年内,我国人口还将不断增加,人口的增加一方面会直接扩大用水需求,另一方面又会加大对农产品需求的压力,进而加剧农业用水短缺矛盾。干旱缺水已经成为制约我国农业稳定发展和粮食安全供给的主要因素。(2)水资源时空分布不均我国水资源的时间分布受季风气候的影响,降雨年内分布极不均匀,年际变化也很大,一年里降雨集中在夏季,而其他月份旱情较重;大部分地区汛期连续4个月降雨量占全年总降雨量的70%左右。我国水资源的空间分布极不均匀,总体表现是东多西少,东西
4、差距较大;北方水资源贫乏,南方水资源相对丰富,南北相差悬殊。(3)水资源配置不合理我国水资源受降水的影响,时空分布极不不均,南方降雨在8002000mm,北方降雨在200800mm。长江流域及其以南地区耕地面积占全国的36.5%,而水资源总量占全国的80.9%,长江以北地区水资源总量仅占全国的19%。足可看出,南北水资源量相差十分悬殊,与农业耕地分布极其不匹配。 我国这种水土资源在空间分布上极不匹配的状况,要求在科学知道下,合理开发利用水土资源,并安排相适应的经济结构和控制人口的增长,以支持发展的需要,但必须十分注意保护包括天然绿洲在内的荒漠生态环境。我国以补充灌溉为主,目前80%的粮食产于灌
5、溉农田,灌溉面积为0.5108hm3,居世界首位,占全国耕地面积的50%,灌溉用水量约为4000108m3,占全国总用水量的61.4%左右,约占世界农业总水量的17%,是用水大户,而全国95%的灌溉土地使用传统的漫灌和沟灌,谁的利用率仅为30%40%,水的浪费极为严重。在我国北方地区,水资源短缺已成为严峻的现实问题,然而,农田用水中的损失和浪费相当严重。1.1节水农业的概述节水农业是充分合理地利用各种可用水源,采取工程、农艺、管理等技术措施,是区域内有限水资源总体利用率最高及其效益最佳的农业,即节水高效的农业。要自然界的水转化为农作物产量,一般要经过以下四个环节2:(1)合理开发农用水资源农用
6、水资源包括降水、地表水、地下水、土壤水和经过净化处理的废无水。农用水资源和合理开发,是指采取必要的工程技术措施,对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造,在维护生态平衡条件下,为农业生产提供一定水量的活动。(2)修建输配水工程,将水从水源送到田间从水源引水输送到田间是通过修建输配水工程来实现的,渠道和管道是我国农田灌溉最主要的输水工程。但传统的水渠输水渗漏损失大,所以采用渠道防渗或管道输水可大幅度减少输水损失,显著提高渠系水利用系数。但我国渠道防渗和低压管道输水所占的比例很低。因此,大力发展渠道防渗和低压管道输水是我国节约灌溉用水的主要技术措施。 (3)采用田间灌溉工程技术把引入田间的水均
7、匀地分配到指定的面积上把引入田间的水均匀地分配到指定的面积上,储存在土壤中转化为土壤水,是通过田间灌溉工程技术来实现的。但无论采用何种田间灌溉工程技术,将引入田间的灌溉水转化为土壤水的过程都会有水量的损失。从水源引水到田间灌水这两个环节为节约灌溉用水所采取的技术措施,称为工程节水措施,衡量从水源引水到田间形成土壤水过程中,灌溉水有效利用程度的指标用灌溉水利用系数来表示。它是从渠首引进灌溉水量扣除渠系和田间损失水量后与总引进灌溉水量的比值,是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和管理水平的一项综合性指标。从水源引水到作物根层有一半以上的灌溉水在这个过程中,因渗漏、蒸发和管理不善等原因而损失了,没有
8、被作物利用。因此,工程节水措施尽管不与作物形成产量直接发生关系,但却是当前节水农业技术的主要方面。(4)作物从农田土壤中获取水分形成产量作物从农田土壤中获取水分到形成产量,是通过作物对土壤水的吸收、运输和蒸腾来完成的。衡量农田水分效率程度的指标是水分生产率,它是单位面积平均产量与单位面积平均净灌溉水量和有效降水量及地下水补给量之和的比值。因此,水分生产率是集中反映作物对水分的利用效率的一项综合性指标,是农艺措施产生的节水效果。为提高水分生产率,应采取措施提高作物的蒸腾效率,减少棵间蒸发量。为此,可采用栽培、耕作、覆盖、施肥、选育品种以及施用化学制剂等节水增产的农艺技术措施。1.2 节水灌溉工程
9、措施(1)渠道防渗技术渠道防渗技术是我国目前应用得最广泛的节水灌溉工程技术措施。通过对渠床土壤处理或建立不易透水的防护层,以减少输水渗漏损失,加快输水速度,提高灌水效率。(2)低压管道输水灌溉技术用塑料管或混凝土管等管道输水代替土渠输水到田间对农田实施灌溉,可大大减少输水过程中的渗漏、蒸发损失,水的输送有效利用率可达95%;还可减少渠道占地,提高输水速度,加快灌水进度,缩短轮灌周期,有利于控制灌水量。(3)喷灌技术喷灌是利用专门的设备将水加压,或利用水的自然落差将有压水通过压力管道送到田间,再经喷头喷射到空中散成细小的水滴,均匀地散布在农田上,达到灌溉目的。喷灌几乎适用于灌溉所有的旱作物。但在
10、多风情况下,喷洒会不均匀,蒸发损失增大。现阶段适合在我国大面积推广的主要有固定式、半固定式和机组移动式三种喷灌形式。(4)微灌技术微灌是一种新型的最节水的灌溉工程技术,包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。微灌可根据作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级管道上的灌水器,将水和作物生长所需的养分以很小的流量均匀、准确、适时、适量地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中进行灌溉,从而使灌溉水的深层渗漏和地表蒸发减少到最低限度。微灌适用于所有的地形和土壤,特别适合干旱缺水的地区。微灌系统可分为固定式和半固定式两种。(5)覆膜灌技术覆膜灌包括膜上灌和膜下灌。膜上灌是在地膜栽培的基础上, 把以往的地膜旁侧灌水
11、改为膜上灌水,水沿放苗孔和地膜旁侧渗对作物进行灌溉。膜下灌是在地膜下用滴灌供水灌溉,比膜上灌更省水。覆膜灌操作简便,便于控制灌水量,可大幅度减少土壤的深层渗漏和蒸发损失,因此能显著提高水的利用率。(6)地下灌溉技术地下灌溉是把灌溉水输入地面一下铺设的透水管道或采取其他工程措施普遍太高地下水位,依靠土壤的毛细管作用浸润根层土壤,供给作物所需水分的灌溉工程技术。地下灌溉根据供水方式的不同可分为地下浸润灌溉、地下管道灌溉和地下灌排两用系统。地下浸润灌溉适用于地下水位较高、地下水及土壤含盐量均较低,土壤透水性好,又有一定排水条件的地区。地下管道灌溉适用于水资源紧缺、地下水位较深、灌溉水质较好、计划湿润
12、土层以下有弱透水土层的地区。地下灌排两用系统适用于地下水位较浅,土壤无盐碱化的低洼易涝渍又有干旱威胁的地区。(7)坐水种技术坐水种技术是利用坐水单体播种机,使开沟、浇水、播种、施肥和覆土一次完成,特别是我国有小水源的旱地农业区。(8)沟、畦灌是我国当前最主要的田间灌水方式,为了节水增产,可在精细平整土地的基础上大畦改小畦,长沟改短沟,以使沟、畦规格合理化。一般可比常规沟、畦减少灌水定额50%,增产10%15%。有条件的地方可采用间歇灌或利用激光控制平地实现水平畦田灌,以大幅度提高田间灌水的利用率。为认真贯彻党的十五大精神,把发展节水农业和普及节水灌溉新技术作为实现两个转变的重要内容来抓,坚持开
13、源与节流并举,建设与管理并重,大、中、小、微相结合,采取各种有效措施,从投入、科技和政策等方面向节水灌溉进行倾斜,加快节水灌溉普及的步伐。近几年,我国的节水灌溉事业有了很大发展。目前,全国节水灌溉面积已达到2533.3万km2,其中工程节水面积为1666.6万km2,在选择和确定节水灌溉技术方案时,要贯彻因地制宜的原则,在不同类型地区可造不同形式的节水灌溉模式。随着我国加入WTO,机械生产经营模式必将受到来自国外的巨大冲击。比如,随着“入世”后市场竞争的加剧,农产品首先必须质量高,成本低,机械化农业生产必须从为产量服务转化为效益服务,为质量服务。近年来,随着全球淡水资源日趋紧缺,人们在评价一个
14、国家的农业生产力水平时,除了产量因素外,更看重的往往是这个国家对灌溉水的有效利用程度,即如何做到节约用水的同时实现高产。由于渗透技术的节水优势适应了山西十年九旱自然特点和农业生产条件。因此,在短短数年的时间内,我省渗灌已经发展成全国数量最多的省份。山西粮食要实现自给与“两高一优”农业的发展,就急需发展节水微灌技术渗灌技术。渗灌就是按照作物需水要求,通过低压管道系统与安装在末级官道上的特制灌水器,将作物生长所需的养分以较小的流量,均匀准确地直接输送到作物根部附近的土层中的灌溉水方法,具有省水、节能、灌水均匀、增产、节约劳动力等特点,它是以渗水方式使灌溉水直接灌到作物根部,加之土壤水分受重力作用向
15、下移动,使土表湿润范围很小,因此渗灌有以下优点:减少土表蒸发水;克服地面毛管易于老化的缺陷;方便田间农事作业。因此,我省运城地区推广的灌溉面积,在短短的一年多时间就超过了全国20年时间的发展,且占全省灌溉面积的90%以上,但是由于盲目发展与不正之风的干扰,一度出现运城地区的公路两旁渗灌池林立,不同程度地造成配套设施和管路技术跟不上,带来如中央电视台焦点访谈中出现的问题。因此,我们在发展渗灌技术上一定要慎重。又因为设计渗灌系统是有困难的,其基础是以相当小的孔口,以非常小的流量;水流道和出水口必须做的非常小,在大多数情况下,滴头出水口的直径小于1mm,平均为0.5mm。显然,这样小的出水口和地表以
16、下的工作状况长久必定会引起堵塞。堵塞时渗灌中最严重的问题,它足以使整个系统停止工作,对作物造成严重的损害,因此渗灌的主要问题是滴头的堵塞3、4。为了探明埋入地相邻管道堵塞的原因,以及寻找解决堵塞的途径,于去年在试区进行了渗灌试验。今年,本文在去年的基础上重新做了这一试验,尝试着寻找更多堵塞的原因,以便得到广泛的推广与应用。2试验的相关资料2.1试验田的有关资料渗灌区为农大农学院试验田,地块面积200168m2,约为50亩,形成地块较整齐,地势平坦,地面坡度小于5%,依据农学院提供的有关资料,土壤质地为壤土,容重为1.41g/cm3,田间持水量为25%。2.2气象资料该区全部种植小麦。据太谷县气
17、象资料分析,本区多年平均降水量约为500mm,降水不足且年季分配不均,全年降水量的60%集中于79月份,36月份为干旱季节,降雨很少,约为全年降雨的10%,所以小麦的关键生育阶段受旱突出。3试验前的准备工作3.1试验布置在农大试区建一水池,系砖壁水池,室内壁为水泥抹面,防渗,池容积2m(长)2m(宽)1.5m(高),可供20m(长)10m(宽)的试区灌水二至四次。池最低处有清污排水管,距池底0.1m处为出水管,干管始端配有水泵,还配有阀门和连通2条装有水表的支管。在支路上分别接长度为20m的毛管6条,在干管终端配有压力表。考虑到田间耕作的综合因素,确定埋深为40cm。试验布置如图1:3.2实验
18、材料(1)滴头滴头质量的好坏,直接关系到整个渗灌系统的质量。滴头的种类很多,但综合其流量及经济性的考虑,以做到因地制宜,合理利用,在此次试验中,选择了以下两种毛管与滴头一体的渗灌管。图1 蓄水池试验布置图针孔式:自制。即直接在管径为16mm的毛管上打孔,孔径为1mm,工作压力为0.050.15MPa,滴头流量为9.5L/H,滴头艰巨为0.33m,管长为20m。管上式:由绿源公司提供(引进以色列技术)工作压力为0.010.35 MPa,管径为12mm,管长为20m。(2)干管、毛管、支管及连接件渗灌系统中应尽量避免使用钢管、铸铁管、水泥管或石棉水泥管系易于产生化学反应和锈蚀的管道。因此,主要选择
19、塑料管,以上管材均为硬质塑料管。(3) 塑料编织布、谷物和秸秆(4) 动力设备及辅件水泵最大扬程36m,水表、压力表、阀门。3.3测试仪器及工具LNW50C智能中子土壤水分仪,钢管(内径60mm,管长1200mm),铁锹,卷尺,取土器如图2、图3所示:取土器使用方法:手握取土器的柄把,在要测的土壤正上方地表处,把其刃部接触地表,然后握着柄把向稍大的角度旋转,当其头部空腔装满土后,将其提出,用木棍从取其土壤中将土拔出,然后重复上述动作,知道打至所要测试的土壤位置。 图2 取土器示意图注:1 刃部2 取土器头部3 取土器测量杆4 柄把5 取土壕图3 取土器的头部示意图LNW50C智能中子土壤水分仪
20、是利用放射性的中子源进行探测的,是一种智能化一起。这种仪器末端带有电线,线头附近有一个纺锤形的探头,里面是放射源。使用时,将要测得土壤用取土器打到位置上,在取土器打下的洞中放入钢管(以防仪器探头的放射性)。将仪器的探头放入钢管中,仪器底座放在刚关上,使探头与被测土壤接触,打开仪器电源,进行测量,测量示意图如图4: 3.4试验步骤3.4.1渗灌管路的分组针孔式滴头和管上式剔透渗灌管路各分为三组。第一组:将毛管与土壤直接接触。第二组:滴孔处缠有10cm长的塑料编织布。第三组:滴孔处铺有20cm长的谷物秸秆。图4 土壤水分测量示意图3.4.2蓄水池供水系统布置打开蓄水池的排水口,将杂物清除干净,放自
21、来水冲洗干净,放净池内残留脏水,再将水源(自来水),充满蓄水池。将埋没的渗灌管道末端露出的堵头打开,打开水泵进行加压供水。将管道冲洗几遍,直到流出的水清为止。3.4.3 确认管道情况堵塞并标记确定管道无堵塞后,盖上支、毛管末端的堵头,并标记为支、毛管号(见图1),关上阀门。3.4.4土壤水分含量的测定(1)为了了解埋没在地下渗灌滴头的堵塞情况,拟采取“土壤水分含量比较法”。在判断地下渗灌滴头是否堵塞时,不可能把每个要测的滴头都挖出来,所以在这里我们应用“土法”。这种方法的优点是判断滴头是否堵塞不需把滴头挖出来观察,从而大大节省了时间和降低了工作强度。(2)测试中需使用LNW50C智能中子土壤水
22、分仪。它测出的值是一个指数,并不是土壤的水分含量,但它却能体现土壤水分含量的大小。由于此次试验,我们并不需要具体的土壤水分含量的数值,仅仅是用来比较,所以可以用指数代替土壤水分含量值。3.4.5取参照值首先要测出各毛管上的滴头在未进行渗灌前的滴头处土壤的水分含量、指数。一次作为指数比较的参照值。由于土壤质地、性质和地块地形不完全相同,因此,参照值也必然不会处处相同,为了使试验要更加准确、接近实际情况,每根毛管取3个参照点。见表3。在这里,连去年的表(表2)一并附上。操作:由于只有6根钢管,因此每次只能测6个值,这样需先两支毛管,再测两支。用取土器分别在两支毛管上的6个被测滴头处正上方打下去,直
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