设施温棚的取水和灌水方式

第二节　设施温棚的取水和灌水方式

一、灌溉水源

农业设施和保护地常用的灌溉水源一般分为地面水源和地下水源两大类。

（一）地面水源

可以作为农业设施和保护地灌溉工程的地面水源主要有江河水、湖泊水、塘堰水、水库水等。地面水源来源于大气降水（如雨、雪、冰雹等），直接与大气相接触。在各种地面因素的影响下，地面水源水一般浑浊度都较高，泥沙含量多，水质、水温变化大，且易受周围环境的污染。但地面水源也具有水量充沛，取用较方便，矿化度及硬度较低等优点。

江河水源汇水面积大，流程长，并有一定流速，故具有一定的自净能力。与其他地面水源比较，江河水量在洪水期与枯水期相差可达几十倍，从而有些河流全年高低水位差竟达三四十米，使取水工程趋于复杂。

塘堰、水库和湖泊水源，一般含泥量低，水质较洁净，但常会含悬浮杂质，夏季还会滋生一些藻类，影响水质。有的塘、库、湖泊水矿化度也较高。

城镇、乡村生活污水与工业废水也是一种重要的天然水源，但必须进行淡化处理后方能作为农业设施灌溉用的水源。

（二）地下水源

埋藏于地面以下地层中的重力水，统称为地下水。依地下水埋藏条件的不同，可将地下水源分为上层滞水、潜水、承压水、裂隙水、岩洞水和泉水等6大类。地下水源主要来源于大气降水和地面水源的入渗。

由于地下水埋藏在地表以下，在地下流动，受地层吸附、过滤和微生物的作用，故一般具有水质沽净，无色无味，悬浮杂质少，水温变化小，分布面广，且不受环境污染等优点。但它的流速和径流量小，矿化度和硬度较高。地下水可以就地开采利用，投资少，见效快，在地下水位较高的地区，利用地下水还可以降低地下水位，防止土壤沼泽化和盐碱化。所以，我国农业设施和保护地灌概工程绝大多数均采用地下水源。

（三）对灌溉水源的基本要求

无沦选用哪一种类灌溉水源，特别是对于农业设施和保护地采用灌溉技术时，更要求灌溉水源应满足下述基本要求。

一是灌溉水源所提供的水量应能充分满足灌溉系统用水量的要求。

二是灌溉水源的水位应为灌溉系统提供足够的水位高程，并应尽可能采用自压式或直接式供水方式；否则，就需要设置泵站机组加压，以满足灌溉用水压力的要求。

三是灌溉水源的位置应尽可能靠近农业设施和保护地区域。

四是灌溉水源的水质应符合《农田灌溉水质标准》。

二、取水设施

农业设施和保护地上常用的灌溉水源取水设施主要有以下几种。

（一）管井

管井为垂直安装在地下的地下水取水建筑物，其井口直径比较小，一般为150～600毫米，常用的为200～400毫米。管井深度比较大，一般为20～200米，主要取用深层地下水。管井的主体主要由井口、井壁管、滤水管和沉砂管四部分组成。

（二）大口井

大口井与管井相比，其口径较大，一般为1.2～2.0米，有的大口井，口径可达5米以上，但一般不应超过10米。深度比较浅，深度一般为6～20米。个别缺水地区也可达40米，大口井主要取用浅层地下水。大口井如井底达到不透水层，完全靠井壁进水，叫做完整井。如井筒沉到含水层中间，主要靠井底进水，或井底、井壁同时进水，则叫做非完整井。

当含水层厚度为4～8米，埋藏深度较浅时，宜建完整井；含水层厚度大于8米，或含水层厚度虽小于8米，但埋藏较深时，宜建非完整井。因井壁、井底同时进水的非完整井出水量较大，所以比较常见。

大口井的构造，主要由井筒和井底反滤层组成。井筒依材料又分为钢筋混凝土井筒、混凝土井筒、砖砌井简、块石砌井筒等。钢筋混凝土大口井，侧壁开有进水孔，沉井施工的大口井，井筒下部为了下沉设有刃脚。砖砌与块石砌大口井，井筒下部多为干砌不抹灰，其缝隙可起到井壁进水的作用。

（三）渗渠

渗渠主要截取河床渗透水和潜流水，是一种水平式取水建筑物。渗渠通常由收集、截取地下水的地下渠道和汇集地下渠道水流的集水井或清水池两部分组成。在一些弱透水层地区，山区河流的中下游，河床砂卵石透水性较强，地下水位较浅，且有一定流量时，可修建渗渠（或称截潜流建筑物）。

（四）引泉

在山区有条件的地方，可利用山间泉水，选择水量充足、稳定的泉水出口处修建引泉池，通过管道将水引到用水点。由于泉水经常出现在山区，因此修建引泉池要利用地下含水层出露地面（泉水口）的山前山脚等地形。通常在泉水出口处用砖石砌筑与大口井相似的集水井，并应加盖，以防风砂、虫蚁进入井内。泉水引至井内后，再通过连通管流入引泉池，如图16所示。

图16　引泉池

（五）岸边式取水建筑物

直接从岸边进水口取水的建筑物，称为岸边取水建筑物，多用于河岸边较陡、主流靠岸、岸边水深足够、水质及地质条件较好、水位变幅不大的地方。

岸边式取水建筑物主要由集水井和泵站两部分组成。按集水井与泵站的相对位置和结构划分，岸边式取水建筑物可分为合建式、分建式和直接吸水式。合建式，其集水井和泵站合建在一起，设在岸边。优点是布置紧凑，建筑面积较小，吸水管短，运行安全，维护方便，适宜在岸边地质条件较好时采用。缺点是土建结构较复杂，施工较困难。当岸边地质条件较差，集水井不宜与泵站合建，或者分建对结构处理和施工有利时，则宜采用分建式。其优点是土建结构较简单，施工较容易。缺点是操作管理不太方便，吸水管较长，增加了吸水管道水头损失，运行安全较合建式差。所以分建式泵站应建在岸内地质条件较好，距集水井较远处。直接吸水式，是在岸边建造泵站，水泵吸水管则直接从水源取水。仅适用于水质较好，悬浮物很少的水源条件，其造价较低，管理检修方便。结构也更为简单。我们可根据当地的实际情况具体选择。

三、提水设施

农业设施和保护地灌溉工程系统若无自流（自压）条件供水时，则必须利用提水装置加压。通常提水装置主要包括水泵和动力机两大组成部分。

水泵是现代灌溉技术的重要设备。它既可以单独作为提水机械，又是各种现代灌溉系统的重要组成部分，为灌溉系统从水源取水加压。与水泵配套的动力机，通常是电动机。在缺少电力供应的地方可以用柴油机或拖拉机作为水泵的动力机。灌溉系统常用的水泵类型包括离心泵、井泵（长轴井泵、深井潜水电泵）、微型泵、真空泵等。

四、供水方式

由灌溉水源向设施保护地管网供水，一般可用自流式、直接式、水塔、高位水池、压力罐等5种供水方式。

对无论哪一种供水方式，都应满足以下三个基本要求：一要保证满足设施保护地对灌溉水量的要求；二要保证提供足够的灌溉水压，如设施保护地采用微灌技术，供水方式一般应能提供至少20米的水压；三要供给符合农田灌溉水质要求和不易淤堵输配水管网与灌水器的良好灌溉水质。

（一）直接式供水方式

直接式供水方式，通常都是利用水泵提升井泉或蓄水池中的水，以及其所提供的压力将灌溉水直接输入管网和设施保护地，这种供水方式的特点是，没有调节系统，也没有自动控制装置，工程设施简单，造价低，修建快，但用水不方便，需有专人管理。

（二）自流式供水方式

自流式也称自压式，是利用水源地与设施保护地用水点的地形高差所提供的水压，通过管网直接输入设施保护地的供水方式。这种供水方式需要一定的地形条件，故多在山区、丘陵地区的井泉、水库、高位水池等水源设施中采用。其特点是，工程设施简单，不需要用油、用电和水泵等提升设备，不受供电影响，供水安全可靠，造价低，修建工期短。

采用自压式供水方式应特别注意水源地与设施保护地间的高程差，一般地形落差25米左右，即可满足供水对水压的要求。若水源地过低，会出现供水压力过小而不能提供微灌所需要的水压；若水源地过高或水位过高，水压力过大时会造成管道崩裂或漏水，则需要采取减压消能等措施。

（三）水塔

水塔是一种可调节水量和水压的建筑物，通常在没有天然高地修建高位水池或修建高位水池不经济，而使用压力罐等供水方式不适宜时采用。

水塔的种类很多，但无论采用哪一种水塔，都应在管口处安装滤网，其水塔水箱底的设计高程H可用下式计算：

H=h+∑h_f+Z

式中：h为最不利灌水点要求的水头压力，米；

∑h_f为由水塔至灌溉管网最不利点的管道总水头损失；米；

z为水塔处地面与最不利灌水点的高程差，米。

水塔容积是指水箱的设计容积，农业设施和保护地中一般水箱设计容积都不超过50立方米。

（四）高位水池

高位水池即蓄水池，是在农业设施和保护地范围内的高地修建的蓄水设施。高位水池可以调节水量，并保证一定的供水压力，其容积一般比水塔大，造价比水塔低，运行费用比压力罐少，有条件的地方应优先考虑使用。

高位水池可以修建为全地上式，也可以是半地下式或全地下式。农业设施和保护地中常用半地下式高位水池。

小型高位水池，一般容积为10～30立方米，常以砖砌、石砌、混凝土砌筑居多，形状多为方形或矩形。中大型高位水池，容积可为50～100立方米，多为圆形钢筋混凝土砌筑。

高位水池如果位置较高，具有足够的高差，可以采用自流式或直接式供水方式输入管网，为设施和保护地灌水器提供所要求的灌水压力。若高位水池不具有地形落差，则需安装水泵加压。

（五）压力罐

压力罐俗称无塔供水器，主要由电机、水泵、密封压力钢罐、电接点压力表、继电器、磁力起动器或交流接触器等部件组成。

保护地蔬菜种植品种繁多，需水规律和施肥的规律各异，因而供水的时间和流量是随时变化的。为了便于管理，很多集中供水的农业设施和保护地都采用压力罐。

压力罐的原理是利用罐内空气的可压缩性来贮存和调节配水。压力罐安装在泵和管网之间，水泵启动后，即向管网供水，而一部分多余的水则贮存到压力罐内，使罐内空气压缩，水位上升，罐内的压力随之上升。当罐内压力达到上限值时（最高水位），电触点压力表接触上限触点，发出信号，切断电源停泵，这时罐内的压缩空气将罐内的水压入管网继续供水，当罐内的压力下降至下限压力值时，电触点压力表接触下限触点，水泵重新启动。正常情况下，水泵可在无人控制情况下工作，保证管网连续供水。

使用压力罐时，大棚温棚可以24小时随机用水，这样就避免了用水量很小时，管网内的压力上升过高，造成管道和设备破坏，但由于压力罐供水是在上下限范围内工作，故管网内的压力也会随之变化，不像固定用水那样压力恒定。因而需在压力罐后安装一只调压阀，以稳定下游压力。

压力罐常见的有两种类型，即补气式和隔膜式。补气式又分为自动补气和泄空补气两种。

压力罐的最大工作压力，在农业设施和保护地上一般要求在400千帕以下，目前常采用200千帕～350千帕。压力罐的最小工作压力，即下限压力一般为50千帕～100千帕。

五、灌水方式

灌水方式就是灌溉水进入田间并湿润根系土壤的方法与方式。其目的在于将集中的灌溉水流转化为分散的土壤水分，以满足植物水、气、肥的需要。对灌水方法的要求是多方面的，先进而合理的灌水方法应满足以下几个方面的要求。

1.灌水均匀　能保证将水按拟定的灌水定额灌到田间，而且使得每棵植物都可以得到相同的水量。常以均匀系数来表示。

2.灌溉水的利用率高　应使灌溉水都保持在植物可以吸收到的土壤里，能尽量减少发生地面流失和深层渗漏，提高田间水利用系数。

3.少破坏或不破坏土壤团粒结构　灌水后能使土壤保持疏松状态，表土不形成板结，以减少地表蒸发。

4.便于和其他农业措施相结合　现代灌溉已发展到不仅应满足植物对水分的要求，而且还应满足植物对肥料及环境的要求。因此现代的灌水方法应当方便施肥、施农药（杀虫剂、除莠剂等）、冲洗盐碱、调节田间小气候等相结合。

5.应有较高的劳动生产率　所采用的灌水方法应便于实现机械化和自动化，使得管理所需要的人力最少。

6.不对土地平整提出过高的要求　对地形的适应性强。

7.基本建设投资与管理费用低　要求能量消耗最少，便于大面积推广。

8.田间占地少　有利于提高土地利用率，使得有更多的土地用于植物的栽培。

灌水方式一般按照是否全面湿润整个农田和按照灌溉水输送到田间的方式以及湿润土壤的方式不同，分为全面灌溉与局部灌溉两大类。

（一）全面灌溉

灌溉时湿润整个农田根系活动层的土壤，传统的灌水方法都属于这一类。比较适合于密植作物。主要有地面灌溉和喷灌两类。

1.地面灌溉　灌溉水从地表面进入田间并借重力和毛细管作用浸润土壤，所以也称重力灌水法，是最古老的也是目前应用最广泛、最主要的一种灌水方法。按其湿润土壤的方式不同，又可分为畦灌、沟灌和淹灌。

①畦灌。畦灌是用田埂将灌溉土地分隔成一系列小畦。灌水时，将水引入畦田后，在畦田上形成很薄的水层，沿畦长方向流动，在流动过程中主要借重力作用逐渐湿润土壤。主要适用于密植窄行距植物。

②沟灌。沟灌是在植物行间开挖灌水沟，水从输水沟进入灌水沟后，在流动的过程中主要借毛细管作用湿润土壤。和畦灌相比，其明显的优点是不破坏植物根部附近的土壤结构，不导致田面板结，能减少土壤蒸发损失，适用于宽行距的中耕植物。

③淹灌。淹灌是用田埂将灌溉土地划分成许多格田，灌水时，使格田保持一定深度的水层，借重力作用湿润土壤，主要适用于水稻、水生蔬菜、无土栽培植物。

2.喷灌　喷灌是利用专门设备将有压力的水输送到灌溉地段，并喷射到空中分散成细小的水滴像天然降雨一样进行灌溉。其突出优点是对地形的适应性强，机械化程度高，灌水均匀，灌溉水利用系数高，尤其适合于透水性强的土壤，并可调节空气湿度和温度。但基建投资较高，而且受风的影响大。

（二）局部灌溉

这类灌溉方法的特点是灌溉时只湿润植物周围的土壤，远离植物根部的行间或棵间的土壤仍保持干燥。一般灌溉流量都比全面灌溉小得多，因此又称微量灌溉，简称微灌。其主要优点是：灌水均匀，节约能量，灌水流量小；对土壤和地形的适应性强；能提高作物产量，增强耐盐能力；便于自动控制，明显节省劳力。比较适合于灌溉宽行距作物、果树、葡萄、瓜类等。局部灌溉或微灌主要有以下五类。

1.渗灌　渗灌是利用修筑在地下的专门设施（地下管道系统）将灌溉水引入田间耕作层借毛细管作用自上而下湿润土壤，所以又称地下灌溉。其优点是灌水质量好，蒸发损失少，少占耕地便于机耕，但地表湿润差，地下管道造价高，容易堵塞，检修困难。

2.滴灌　滴灌由地下灌溉发展而来，是利用一套塑料管道系统将水直接输送到每棵植物的根部，水由每个滴头直接滴在根部上的地表，然后渗入土壤并浸润作物根系最发达的区域。其突出优点是非常省水，自动化程度高，可以使土壤湿度始终保持在最优状态。但需要大量塑料管，投资较高，滴头极易堵塞。把滴灌毛管布置在地膜的下面可基本上避免地面无效蒸发，称之为膜下滴灌。

3.微喷灌　微喷灌是用很小的喷头（微喷头）将水喷洒在土壤表面。微喷头的工作压力与滴头大致相同，但喷洒孔口稍大，出流流速比摘头大，所以堵塞的可能性大大减小。

4.涌泉灌　是通过置于植物根部附近开口的小管向上涌出的小水流或小涌泉将水灌到土壤表面。灌水流量较大（但一般也不大于220升/小时），远远超过土壤的渗吸速度，因此通常需要在地表形成小水洼以控制水量的分布。适用于地形平坦的地区，其特点是工作压力很低，与低压管道输水的地面灌溉相近，出流孔口较大，不易堵塞。

5.膜上灌　膜上灌是近几年新疆试验研究的灌水方法，它是将灌溉水放在地膜表面的凹形沟内借助重力流动，并从膜上的出苗孔渗入土壤进行灌溉。膜上灌减少了渗漏损失，又可减少地面无效蒸发。

上述灌水方法各有优缺点，都有其一定的适用范围，在选择时主要应考虑植物、地形、土壤和水源等条件。对于水源缺乏地区应优先采用滴灌、渗灌、微喷灌和喷灌；在地形坡度较陡而且地形复杂的地区以及土壤透水性大的地区，应考虑采用喷灌；对于宽行距植物可用沟灌；密植植物则以采用畦灌为宜；果树和瓜类等可用滴灌；水稻、水生植物主要用淹灌；在地形平坦，土壤透水性不大的地方，为了节约投资，可考虑用畦灌、沟灌或淹灌。各种灌水方法的适用条件及优缺点如表8。

表8　各种灌水方法适用条件对照表

滴灌与采用传统地面灌溉（畦灌）相比，具有以下优点。

（1）降低室内空气湿度。由于滴灌除了植物根部湿润外，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可下降20%左右。

（2）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。

（3）适时适量补充营养成分。滴灌可以结合施肥，适时适量地将营养成分直接送到作物根部，提高了肥料利用率，促进了植物产量的提高。

（4）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数量大幅度下降。产量大幅度提高，同时降低了防止病虫害的农药使用量，可减少蔬菜农药残留量，提高了蔬菜品质。

（5）减少肥料用量。滴灌使植物根系层水量和通气条件保持在最佳状态，土壤中的微生物非常活跃，使肥料的转化率大大提高；同时适时适量地补充速效肥，因而可大量节约肥料用量。通过滴灌系统施肥，比常规灌溉施肥，可以节省肥料用量30%以上。

（6）便于农作管理。滴灌只湿润植物根区，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。

（7）提高农作物产量。滴灌可以给植物提供更佳的生存和生长环境，使植物产量大幅度提高，一般增产幅度达30%～80%。

（8）提早供应市场。使用滴灌系统，一般可提早上市15～30天。

（9）延长市场供应期。改善环境，可使植物在更长时间内保持生长旺盛，从而可延长市场供应期，获得最佳的收入。

（10）增加收入。使用滴灌系统，提高农业设施和保护地的收入，一般可提高30%～100%。

（11）降低了消耗。滴灌比地面畦灌可减少灌水量50%～70%，因而可降低抽水的能耗；同时滴灌地温下降小，可减少或免除提高地温需要的能耗，一般能耗可下降30%左右。