滴灌灌水器都有哪些种类？

知识点：压力补偿灌水器

我国水资源供需矛盾日益尖锐、农业用水浪费严重、水污染问题突出，已成为严重制约国民经济可持续发展的瓶颈。我国多年平均水资源总量为2.81万亿㎡,但人均水资源占有仅为2200m,不足世界人均水平的1/4.预计到2030年，我国人口达到16亿时，在降水不减少的情况下，人均水资源量将逼近目前国际上公认的严重缺水的警戒线1700m.在占全国耕地50%左右的灌溉土地上，生产了占全国粮食总产量的70%、棉花总产量的80%、蔬菜总产量的90%以上的农产品。因此，发展节水农业是保障我国人口高峰期粮食安全、水安全和生态安全的重大战略。

滴灌就是滴水灌溉技术，它是将具有一定压力的水（以及肥料、农药等），由滴灌管道系统输送到毛管，然后通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器，将水以水滴的方式均匀而缓慢地滴入土壤，以满足作物生长需要的灌溉技术，它是一种局部灌水技术。由于滴头流量小，水分缓慢渗入土壤，因而在滴灌条件下，除紧靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外，其他部位均处于非饱和状态，土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散，若灌水时间控制得好，基本没有下渗损失，滴灌时土壤表面湿润面积小，有效减少了土面蒸发损失，节水效果非常明显。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30~40cm,前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。

可采用滴灌技术进行灌溉的作物种类很多，如葡萄、桃、梨、苹果、板栗、柑橘、荔枝、龙眼、茶树等果树和经济树种，番茄、黄瓜、茄子等垄作蔬菜，在花卉、苗圃等场合也有很好的应用前景。另外，粮食作物如小麦、玉米及烟草、芦笋等条播或垄作作物均可使用滴灌系统。滴灌技术发展到现在，已不仅仅是一种高效灌水技术，它与其他施肥、施药等农技措施相结合，已成为一种现代化的农业综合技术。

滴灌的优点

1、节约用水，提高水分生产效率。滴灌是局部灌溉方法，它可根据作物的需要精确地进行灌溉，一般比地面灌溉节约用水30%~50%,有些作物可达80%左右，比喷灌省水10%~20%,比地面畦灌可减少灌水量50%~70%。

2、降低室内空气湿度。由于滴灌除作物根部湿润外，其他地方始终保持干燥，因而大大减小了地面蒸发，一般情况下室内空气相对湿度下降20%左右。

3、灌水均匀。滴灌系统能够有效地控制每个灌水器的出水流量，因而灌水均匀度高，一般可达80%~90%。

4、节省劳力。滴灌是管网供水，操作方便，而且便于自动控制，因而可明显节省劳力。同时滴灌是局部灌溉，大部分地表保持干燥，减少了杂草的生长，也就减少了用于除草的劳力。

5、地温降幅很小。滴灌的运行方式是采用浅灌、勤灌的方式，每次灌水量很小，因而几乎不会引起地温下降。

6、提高肥料利用率。滴灌系统可以在灌水的同时进行施肥，而且可根据作物的需肥规律与土壤养分状况进行精确施肥和平衡施肥，同时滴灌施肥能够直接将肥液输送至作物主要根系活动层范围内，作物吸收养分快又不产生淋洗损失，减少了对地下水的污染。因此，滴灌系统不仅能够提高作物产量，而且可以大大减少施肥量，提高肥效，比常规施肥节省50%以上的肥料。

7、减少病虫害的发生。滴灌可以降低室内的空气湿度，使与湿度有关的病虫害得以大幅度下降，同时降低了防治病虫害的农药使用量，减少蔬菜农药残留量，提高了蔬菜品质。

8、便于农作管理。滴灌只湿润作物根区，其行间空地保持干燥，因而即使是灌溉的同时，也可以进行其他农事活动，减少了灌溉与其他农作物的相互影响。

9、提高农作物产量。滴灌可以给作物提供更佳的生存和生长环境，使作物产量大幅度提高，一般增产幅度达30%~80%。

10、降低能耗。滴灌比地面畦灌可减少灌水量50%~70%，比喷灌节水10%~20%,因而可降低抽水的能耗；同时滴灌时地温下降小，可减少或免去提高地温所需的能耗，一般能耗可下降30%左右。

滴灌的局限性

1、滴头堵塞。使用过程中若管理不当，极易引起滴头的堵塞，滴头堵塞主要是由悬浮物（沙和淤泥）、不溶解盐（主要是碳酸盐）、铁锈、其他氧化物和有机物引起的。滴头堵塞主要影响灌水的均匀性，堵塞严重时可能使整个系统报废。

2、盐分积累。在干旱地区采用含盐量较高的水灌溉时，盐分会在滴头湿润区域周边产生积累。这些盐分易于被淋洗到作物根系区域，当种子在高浓度盐分区域发寿时，会带米不良厅来，但表种现象在雨水较多的南方则基本不存在。

3、影响作物的根系分布。对于多年生果树来说，滴头位近根系密度增加，而非湿润区根系因得不到充足的水分供应其受到影响，尤其是在干旱半干旱地区，根系的分布与滴头位慢有大关系。少灌勤灌的灌水方式会导致树木根系分布变浅，在风力大的地区可能产生拔根危害。

4、投资相对较高。与地面灌溉相比，滴灌一次性投资和运行费用相对较高，其投资与作物种植密度和自动化程度有关，作物种密度越大，则投资越高，反之越小；自动化控制增加了投资，但可降运行管理费用，选用时要根据实际情况而定。

滴灌工作原理

国内外各种滴头的消能减压设计很多，但它们的基本工作原都是通过流道的变化来消能，保证在一定压力范围内出水相对均的。

迷宫流道具有扰动作用，一般较长，其水头损失包括边壁摩擦尖端弯曲、收缩和放大。迷宫式滴头内流态为紊流，不随温度的变而变化。内镶迷宫贴片式滴灌管的滴头有过滤窗，一个滴头只有个出水口，适合需水量较小的作物灌溉。内镶管式（柱式）迷宫滴管四周有几个流道，流道是波浪线式，有较大的出水量和压力补偿果。一般有2~6个出水口，发生堵塞的可能性小，可靠性高，适用需水量较大、生长期长的作物灌溉。

内镶式压力补偿型滴头与管上式滴头一样，也是利用水流压对滴头内弹性体的作用，使流道（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；当压力增大时，减小这水断面面积，从而使滴头流量自动保持在一个变化幅度很小的范围内，同时具有清洗功能。

滴灌系统灌水控制与传统的漫灌和喷灌方式差距非常大，不能简单靠观察土壤地表湿润情况来判别灌溉程度。因为滴灌与传统的地面灌溉不同，由于滴头的布置是有一定间距的，滴头的流量一般较小，因而在地面几乎没有积水，滴出的水在土壤中不仅受到重力的作用，还受到各方向的毛细管力的作用，所以灌溉水在沿垂直方向运动的同时，还沿水平方向运动，形成一个梨状湿润球。

在相同的滴头流量情况下，黏性土壤和沙性土壤中所形成的湿润球的形状是不相同的，在黏性土壤中形成浅而宽的湿润球，而沙性土壤中形成窄而深的湿润球，一般将湿润球按含水量划分为三个区域，即饱和区、湿润区和湿润前锋区。

灌溉时滴头附近地表处形成一个小水洼，在水洼下面有一个水运动主要受重力影响的饱和区，饱和区的径随滴头流量的增加而加大，深度随灌水时间的延长而增加。导水率较高的土壤饱和区直径和深度较小，相反，导水率较低的土壤的饱和区直径和深度较大。

水流在重力和毛细管力的作用下沿水平方向和垂直方向同时流动，在饱和区周围形成湿润区。在湿润区内，土壤含水量一般不大于土壤持水量，随着距滴头距离的增加，含水量降低，而含气量增加。在这个区域内由于透气性良好，土壤微生物十分活跃，作物根系主要在这个区域内生长。

通常滴头下地表的湿润面积比较小，在地表下渐渐变大。湿润面积指地面下200-300mm处的湿润面积，其大小取决于滴头流量、灌水量、同时取决于土壤的结构、均匀程度等。有很多数学模型用来计算土壤的湿润面积，但由于许多参数要设定及求解复杂，在实际应用中，最为有效和可靠的办法是田间试验。观测湿润区域的最好办法是在滴头下一直到湿润锋底挖一个纵剖面，测量其各高程的湿润直径；也可用土钻来确定深度。湿润面积也可参考生产厂家提供的有关技术数据。表3-1给出的是每一灌水周期在施水面积上灌水量为40mm时，不同土壤条件下单滴头最大湿润直径。

微灌条件下，湿润土体体积与整个计划层土体的比值称为湿润比。湿润比决定于作物、灌水器流量、灌水量、灌水器间距和所灌溉的土壤的特性。在实际应用中，湿润比常用地面下200~300mm处的平均湿润面积与作物种植面积的百分比来表示。在滴灌条件下，由于点水源所形成的湿润范围过小，湿润比的合理确定对作物的影响较大。湿润比的确定不仅受到作物品种、土壤状况和当地气候条件等的影响，而且受到系统投资的限制。

滴灌灌水器的种类及其性能特点

滴灌系统的水流经各级管道进入毛管，经过滴头流道的消能减压及其调节作用，均匀、稳定地分配到田间，满足作物生长对水分的需要。滴头是滴灌系统中最重要的设备，其性能、质量的好坏直接影响到滴灌系统工作的可靠性及灌水质量的优劣。经过几十年的技术和生产工艺的发展，国内外现今已有上千种滴灌灌水器，了解灌水器种类、性能及其使用要点，对推广和正确使用灌水器显得尤为必要。

1、滴灌带

滴灌带由于其迷宫结构而具有紊流流态，且具有抗堵性好、出水均匀、铺设长度长、制造成本低的特点，是目前世界上使用最广的一类滴水器。

按其迷宫所在位置不同，滴灌带可分为单翼迷宫式滴灌带及虎头式滴灌带。

国产单翼迷宫式滴灌带产品系列及国外几个主要生产厂家生产产品的滴灌带的变异系数一般都小于0.05,且大多滴头流态指数为0.50~0.60，有个别滴灌带流态指数为0.40.多数滴灌带推荐过滤器的过滤目数为200目，有些制造厂家推荐的更小一些。滴灌带体积小，便于运输安装，滴孔、管道一次成型，成本低，性能优异，具有较强的抗堵塞能力，铺设时不能弯曲。

2、内镶式滴头

内镶式滴头具有长而宽的曲 径式密封管道。 这种工艺设计使水在管道内形成涡流式水流，从而最大限度地减小了由于管内沉淀物而引起堵塞的可能性。 每个滴头往往配有两个出水口，当系统关闭时，其中一个出水口就会消除土壤颗粒被吸回堵塞的危险。

按形状分类，内镶式滴头又可分为条形滴头及圆柱形滴头两种。

内镶式滴头一般安装在毛管的内壁，毛管可以是薄壁软管（壁厚在0.4mm以下）或厚壁软管（壁厚在0.4mm以上），前者称为滴灌带，后者称为滴灌管。在薄壁软管上直接热压成型的滴灌带和装有内镶式滴头的滴灌带对软管的壁厚有不同的要求，前者要求较薄，使用寿命较短，后者则要求较厚，相应地，使用寿命也较长。

3、管上式滴头

管上式滴头安装施工时在毛管上直接打孔，然后将滴头插在毛管上，如孔口滴头、纽扣管上式滴头，滴箭等均属于管上式滴头。管上式滴头一般是安装在中2~20 mm的PE管（毛管）上，常用规格有2.3 1/h、2.8 L/h、3.75 L/h和8.4L/h流量，工作压力为0.08~0.3MPa.其特点是滴头安装间距可按种植作物的栽培株距任意调整位置，滴头可在工厂安装，也可在施工现场安装。

滴头按流道压力补偿与否，分为非压力补偿和压力补偿两类，非压力补偿式滴头是利用其内部水流流道消能，其流量随水流压力的提高而增加；压力补偿式滴头是利用水流压力对滴头内的弹性体的作用，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，当压力增大时，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，同时具有自清洗功能。

压力补偿式滴头按其形状又可分为旗状滴头、纽扣式滴头及伞状滴头。

4、多出口滴头

多出口滴头不同于其他类型的滴头，滴头直接作用于作物的根部，而多出口滴头的每个滴孔连接一管线，水从各分流管线流向作物。多出口滴头多为压力补偿式滴头。

5、管间式滴头

管间式滴头具有迷宫式涡流流道，滴水孔为单出口狭缝，同时由于置于管间，便于发生堵塞时拆卸清洗。

6、微管滴头

微管滴头直接安装在小管出水口上，用于分流和定位滴灌的配套设备，多用于盆栽、花卉、苗圃等作物。微管滴头一般由迷宫形的滴头芯及小管的外套组成，可随时拔出滴头芯清洗滴头，排出堵塞。

7、滴箭型滴头

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滴箭型滴头的压力消能有两种：一种是以很细内径的微管与输水毛管和滴灌插件相连，靠微管流道壁的沿程阻力来消能，微管出水的水流以层流运动的成分较大，层流滴头流量受温度影响，在夏季昼夜温差较大的情况下，流量差有时可达20%以上；另一种是靠出流沿滴箭的插针头部的迷宫形流道造成的局部水头损失来消能调节流量大小，其出水可沿滴箭插入土壤的地方渗入。有些滴箭可以与压力补偿式接头连接，保证灌溉量不受压力和安装位置的影响。滴箭还可以多头出水，一般用于盆栽作物和无土栽培。

8、发丝管

发丝管是内径很小的黑色聚乙烯软管。使用时一端插入打好孔的毛管中，然后将软管缠绕到毛管上，形成螺纹流道，并把软管的另一端固定在毛管上，形成滴头。用调节软管长度的方法控制出水流量，使整个毛管沿程出水量达到设计的均匀流量。

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