利用农家水井进行作物水力驱动带状喷灌设计

利用农家水井进行作物水力驱动带状喷灌设计

利用农家水井进行作物水力驱动带状喷灌设计

摘要  为了贯彻 农业“高产、优质、高效” 的“两高一优”政策,提高农民的经济收入,针对农村大量的玉米农田,进行种植产业结构综合调整改造,选现有10亩的玉米农田,针对山西黄土丘陵地区干旱严重的局面,在玉米农田采用节水灌溉,如期保证取得良好的经济效益。本课题针对我国当前的农村经济体制和农业经营规模,以节水灌溉为出发点,设计出一套水力驱动带状喷灌系统。该系统充分利用农民的农用三轮车、手扶拖拉机或者电动机等提供动力,喷农药用的柱塞泵、软管和管道和水源,具有节水、节省劳动力、使用灵活方便等特点,加之其设备投资较少,特别适合于农田小面积灌溉的地方使用。水力驱动带状喷灌系统对于我国不同的地区,可采用不同的喷灌方式,比如在一些基础设施较好,便于用电的地区就采用电机作为动力的喷灌系统,对于基础设施比较落后的地区,比如西部地区,电力设施不发达,田间地头用电不方便,就采用柴油机作为动力,对于一些农户有其他喷灌设施的,也可以换接喷头使用我们的产品,此外,该设备采用的是可移动式的沿着农作物行距喷洒,达到了通用性,适用性,和灵活性的结合。因此,水力驱动带状喷灌系统在当前有着很广阔的市场前景。针对山西黄土丘陵地区干旱严重的局面,在玉米农田采用节水灌溉,如期保证取得良好的经济效益。本课题针对我国当前的农村经济体制和农业经营规模,以节水灌溉为出发点,设计出一套水力驱动带状喷灌系统。该系统充分利用农民的农用三轮车、手扶拖拉机或者电动机等提供动力,喷农药用的柱塞泵、软管和管道和水源,具有节水、节省劳动力、使用灵活方便等特点,加之其设备投资较少,特别适合于农田小面积灌溉的地方使用。水力驱动带状喷灌系统对于我国不同的地区,可采用不同的喷灌方式,比如在一些基础设施较好,便于用电的地区就采用电机作为动力的喷灌系统,对于基础设施比较落后的地区,比如西部地区,电力设施不发达,田间地头用电不方便,就采用柴油机作为动力,对于一些农户有其他喷灌设施的,也可以换接喷头使用我们的产品,此外,该设备采用的是可移动式的沿着农作物行距喷洒,达到了通用性,适用性,和灵活性的结合。

关键词   作物 水力驱动  喷灌  设计

选题的依据及意义(包括课题的理论价值和实践价值;国内外的研究概况等):

   从我国目前的实际情况看,一方面水资源较紧缺,而另一方面又存在水量的严重浪费现象。发展节水灌溉的意义不仅仅是节约灌溉用水,而且改变了传统的用水、管水方法。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业,实现适时适量的“精细灌溉”,对促进农业结构调整、农民增收,提升我国农业竞争力以及改善生态环境,具有重要的现实意义和深远的历史意义。

   针对我国农业灌溉的特殊要求,如我国地势大部分为丘陵地区,水源不足等特点,现有的喷灌设备不能满足这些要求,本设计针对北方农作物的这些特点设计的水力驱动带状喷灌设备,利用农村大量保有的拖拉机或农用三轮车作为动力,喷农药用的柱塞泵(或活塞泵)、软管和储水水箱作为加压设备、管道和水源。对我国水资源的保护,和我国节水灌溉政策的推进和发展将会发挥巨大的推动作用。对于我国不同的地区,采用不同的方式,比如在一些基础设施较好,便于用电的地区就采用电机作为动力的喷灌系统,对于基础设施比较落后的地区,比如西部地区,电力设施不发达,田间地头用电不方便,就采用柴油机作为动力,对于一些农户有其他喷灌设施的,也可以换接喷头使用我们的产品,达到了通用性,适用性,和灵活性的结合。水力驱动带状喷灌机主要适合于在我国干旱、半干旱、山区、丘陵等地带使用,因为它具备节水、节省劳动力、使用灵活方便,设备投资较少等特点,特别适合于农田小面积灌溉的地方使用,因此水力驱动带状喷灌机在当前有着很广阔的市场前景。

本课题研究内容

   本课题研究的水力驱动带状喷灌系统是一种当今世界广泛采取的高效灌溉技术。本产品的型号是8QP-8.5型。其中,前面的“8”表示农机产品分类号;“Q”表示水力驱动;“P”表示喷灌;后面的“8.5”表示水的射程是8.5米。水力驱动带状喷灌系统利用农村大量保有的拖拉机或农用三轮车作为动力,喷农药用的柱塞泵(或活塞泵)、软管和管道和水源。为使喷洒区域成条带状,该系统的喷头及其喷管设计成平行于地面放置,并固定在支架上。同时在喷头上还安装了一个能够自由旋转的叶轮,以提高喷洒质量。此外,为了移动管道和喷头时比较方便,该系统还可以利用一个输送小车来作辅助设备。

本课题研究方案

   我国当前喷灌技术发展现状,存在如下几方面问题:

(1)产品稳定性差,机具欠缺成套性

(2)喷灌机具与我国种植业特点及农业生产所有制关系不相适应

(3)当前我国普遍采用的圆形喷灌有许多难以克服的缺点

鉴于上述分析,我们根据近年来调研结果和模拟试验结果,提出“水力驱动带状喷灌机与节水喷灌技术研究”课题,主要是采用水力驱动带状旋洒的方法实施田间隔行喷灌,这种机具将克服上述问题,形成适于中国农业特点,适于山区丘陵旱地补水抗旱的节水型喷灌机和节水喷灌技术。

研究的创新之处

水力驱动带状喷灌设备,利用农村大量保有的拖拉机或农用三轮车作为动力,喷农药用的柱塞泵(或活塞泵)、软管和管道和水源。对于我国不同的地区,采用不同的方式,比如在一些基础设施较好,便于用电的地区就采用电机作为动力的喷灌系统,对于基础设施比较落后的地区,比如西部地区,电力设施不发达,田间地头用电不方便,就采用柴油机作为动力,对于一些农户有其他喷灌设施的,也可以换接喷头使用我们的产品,为使喷洒区域成条带状,该系统的喷头及其喷管设计成平行于地面放置,并固定在支架上。同时在喷头上还安装了一个能够自由旋转的叶轮,以提高喷洒质量。

研究过程(含完成期限)

第一周与指导老师确定设计题目并制定详细的设计要求;

第二周调查、收集、研究现有资料,根据课题的要求,明确整个论文的任务和方向;

第三周提出多种研究方案,通过分析对比,确定出最优方案;

第四和第五周以确定的初步方案绘制出工作示意图或机构运动简图,确定机构组成和各种参数计算;

第六和第七周详细书写论文正文内容及经济效益分析

第八周交由指导老师批改;

第九周修改并完善论文

1. 前言

随着全世界畜牧业的大发展,饲料工业得以迅速发展,全世界饲料用玉米需求呈现增长趋势。在发展中国家表现为工业饲料消耗玉米增加,同时采用传统方式喂饲畜禽的饲料玉米消耗亦在增加。在发达国家和地区表现为大量的玉米原粮被加工为工业饲料。

    水是植物生存及生长的必须物质,是生命的源泉,在生态系统中影响最广泛,农谚有:“收与无收在于水。”这可以看出,水决定农业生产地根本,在农业系统中,作用很大,水对作物生长发育,土地肥力等作用很大,水是作物有机体的重要组成部分。

但我国水资源并不丰富,缺水是世界性难题,时空分布极不平衡,人均,亩均年占有水资源量的差别很大,随着社会的发展,用水量增长很快,人同水资源的关系愈来愈密切,水资源的开发和利用程度已经成为制约国民经济发展的因素。

多年来各地非常重视节水技术的研究和应用并取得了长足的几步,传统的灌溉方法将被喷灌和不同方式的灌溉,渗灌所代替,农田系统将逐渐向节水型现代化快速发展。

与地面灌水方法相比,喷灌有许多突出的优点,大致可以归纳为以下几个方面[4]:

(1)提高产量。喷灌可以采用较小的灌水定额进行浅浇勤灌,便于严格控制土地水分,操持肥力,不破坏土地表层的结构,又可促进作物根系在浅层发育,有利于充分利用土地表层肥分。而且喷灌可以调节田间小气候,增加近地表层空气湿度,在炎热季节起到凉爽作用,并能冲掉茎叶上的尘沙,有利用植物的呼吸和光合作用,因此能达到增产的效果。对于各种不同作物和不同地区,不同的耕作方法,增产的幅度变化很大,玉米、小麦、棉花、大都等采用喷灌比一般的浇灌增产10~30%,蔬菜喷灌可增产1~2倍。

(2)节约用水。由于喷灌基本上可以不产生深层渗漏和地面径流,灌水比较均匀,均匀度可以达到80~90%,加之多数用管道输水,输水损失少,所以灌溉水有效利用系数高,一般为60~85%,比明渠输水的地面喷灌省水30~50%,在透水性强,保水能力差的砂质土地上还可以省水70%以上。在干旱缺水地区和高扬程灌区,这一点显的特别重要。

(3)节约劳力。由于喷灌的机械化程度高,可以大大减轻灌水的劳动强度,节约大量劳动力。仅小型移动式喷灌机组就可以提高工效20~30倍。此外,喷灌不需要在田间修临时渠道和沟、畦、埂等,还可以省去修筑这些田间工程的劳力。如果利用喷灌设备施肥和喷洒农药还可以节省更多劳力。

(4)少占耕地。采用喷灌可以大大减少沟渠占地,不仅节省土、石方工程,而且还能省出占地总面积7~13%的沟渠占地种植作物。

(5)适应性强。喷灌是将水直接喷洒到田间每个点上,它的灌水均匀度与其他点的地形和土地透水性无关,因此,在地形坡度很陡和土地透水性很大难以采用地面灌水方法的地方可以喷灌,在大平小不平的田地也不必进行土地平整就可以喷灌。

(6)保持水土。喷灌可以根据土地质地的轻重和适水性大小调整水滴直径和喷灌强度的大小,可以做到不破坏土地结构,不产生土地冲刷,使水分都渗入土层内,避免水土流失,在有可能产生盐碱化地区,采用喷灌严格控制湿润深度,消除深层渗透,可以防止地下水位上升和次生盐碱化。

和任何事物一样,喷灌也有一定的局限性,其缺点只要可以归纳为以下几个方面:

(1)受风的影响大。喷灌水滴一般需要喷射到十几米,他的运动轨迹受到空气气流的较大影响,稍微有些微风就会改变喷头喷水量在平面上的分布,从而影响喷灌的均匀度。

(2)设备投资高。喷灌都需要有一定的机械设备,对于不同形式的喷灌系统其所需的设备数量不同,单位面积的投资也就不同。这比其他灌溉方法所需要的投资高一些,这是喷灌的发展受到限制的主要原因。

(3)表面湿润较多,而深层湿润不足。

(4)有空中损失。在空气相对湿度过低和风速较大时,有一部分水滴还未落到地面上就被风吹出灌溉地段或在空中蒸发,而造成空中的蒸发与漂移损失,这是其他灌水方法所没有的。

喷灌是一种先进的灌水方法,几乎适用于灌溉所有的旱作物,例如:谷物、蔬菜、果树、香蕉、木耳、药材等,还特别适用于灌溉旱种的水稻。从地形来看,既适用于平原也适用于山丘区;从土质来看,既适用于透水性大的土地,也适用于入渗率较低的土地;不仅可以用于灌溉农作物,也可以用于灌溉园林、草地、花卉,还可以用来喷洒肥料、喷洒农药、防霜冻、防暑降温和防尘等。然而,如前所述,它具有许多优点,也有一些缺点。因此在任何地方并不是都适于适用喷灌,为了充分地发挥喷灌优点,减少它的缺点,所以决定采用喷灌时,应优先考虑在以下所述条件适用,以取得更好的效果。

(1)当地有充分的资金来源,而且种植经济效益较高的作物,如果树,香菇,木耳,蔬菜等。

(2)地形起伏大或坡度较陡,用地面灌溉有困难的地方。

(3)该地透水性较大或入渗率较高。

(4)水源不足(如我国北方或高扬程灌区)

(5)灌溉需要调节田间小气候的作物,包括要防干热风或防霜冻。

(6)在劳力紧张或从事非农业劳动可以获得高收入的地方。

(7)不属于多风地区,或灌溉季风较小。

所以针对我国农业灌溉的特殊要求,如我国地势大部分为丘陵地区,水源不足等特点,现有的喷灌设备不能满足这些要求,本课题针对北方农作物的这些特点设计的水力驱动带状喷灌系统,利用农村大量现有的拖拉机或农用三轮车作为动力,潜水泵、软管和管道和水源。对我国水资源的保护,和我国节水灌溉政策的推进和发展将会发挥巨大的推动作用。对于我国不同的地区,采用不同的方式,比如在一些基础设施较好,便于用电的地区就采用电机作为动力,对于基础设施比较落后的地区,比如西部地区,电力设施不发达,田间地头用电不方便,就采用柴油机作为动力,对于一些农户有其他喷灌设施的,也可以换接喷头使用我们的产品,达到了通用性,适用性,和灵活性的结合。为使喷洒区域成条带状,该系统的喷头及其喷管设计成平行于地面放置,并固定在支架上。同时在喷头上还安装了一个能够自由旋转的叶轮,以提高喷洒质量。此外,为了移动管道和喷头时比较方便,该系统还可以利用一个输送小车来作辅助设备

目    录

1. 前言 1

2. 灌区的基本资料与条件 4

2.1 基本情况 4

2.2 设计参数的确定 4

3. 喷灌系统的规划 5

3.1 喷灌系统类型的选择 5

3.2 管道输水系统规划原则 5

4 水力驱动带状灌溉系统的概述 5

4.1 水力驱动带状喷灌系统的组成 6

4.2 水力驱动带状喷灌系统的特点 8

5. 水力驱动带状喷灌系统的设计 9

5.1 设计方案的确定 9

5.1.1 喷灌方式优于传统灌溉方式 9

5.1.2 我国喷灌系统现状及存在的问题 10

5.1.3 水力驱动带状喷灌系统的成型 11

5.2新型水力驱动带状喷灌喷头设计 11

5.2.1 喷头类型及特点分析 11

5.2.2 喷头的选择 13

5.3 管道的布置与分析 14

5.3.1管道的技术要求 14

5.3.2 管材的选择与管径的确定 14

5.3.3 管道的水力计算 15

5.4 水管的收放装置 16

5.5 控制井及附近配套设计 16

5.5.1 水泵及动力机的选择 16

5.5.2 过滤器的选配 17

6. 经济效益分析 17

参考文献 22

致谢 23

参考文献

[1] 陈学敏.喷灌系统规划设计与管理[M].水利电力出版社.1992年11月

[2] 任致远.农用水泵的使用与维护[M].人民邮电出版社.2001年5月

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[4] 汪志农.灌溉排水工程学[M].北京:中国农业出版社,2000

[5] 刘建德. 节水灌溉技术与应用[M]. 兰州大学出版社,2007年9月

[6] 沈阳市政协经济委员会.节水农业[M].沈阳出版社.2002年3月

[7] 傅琳,董文楚,郑耀泉.微灌工程技术指南[M].水利电力出版社.1988年9月

[8] 李英能.节水农业新技术[M].江西科学技术出版社.1998年12月

[9] 张也影.流体力学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999

[10] 陈卓如.工程流体力学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2004

[11] 郑耀泉,刘婴谷,金洪智,等.喷灌微灌设备使用与维修[M].北京:中国农业出版社,2000

[12] 吴普特,牛文全,郝宏科.现代高效节水灌溉设施[M].北京:化学工业出版社,2002

[13] 水利部农村水利司.节水灌溉技术标准选编[M].北京:中国水利电力出版社,1998

[14] 增密:旱地玉米增产的“助推器”[J]. 山西:山西农民报 十一版 2009

[15] 管道移动式喷灌系统经济效益分析[J]. 黑龙江水力科技  2001年第2期

   [16] 水利部农村水利司. 管道输水工程技术[M]. 中国水利电力出版社  1998

[17] 喷灌技术[J]. 1995年1-4期. 中国科技论文统计用期刊  1995年

[18] 陈大雕,林中卉. 喷灌技术[M]. 科学出版社  1992年第二版


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