1.2 主要工作原理、技术内容及特点
1.2.1 主要工作原理
大型喷灌机在工作时像钟表指针一样围绕中心支轴旋转，沿管道布设的喷头同时喷洒，旋转一周可以灌溉一个半径略大于喷灌机长度的圆形面积。常用的喷灌机长度为300～500m，可灌溉面积为400～1000亩。喷灌管道一般由桁架支承在塔架上，高出地面2～3m，塔架间距一般30～60m，塔架安装在电机或水力驱动的滚轮上。喷头按一定设计间距安装在喷洒支管上，早期多为摇臂式喷头。为了降低工作压力、节约能源，近年普遍采用折射式喷头，并降低安装高度，以减少风对喷洒的影响；大型喷灌机的机械化和自动化程度高，可以不要人工操作而长期连续运行，生产效率高，并且喷洒支管上可以安装很多喷头互相重叠喷洒，提高了灌水均匀度。由于每个塔架上都装有驱动轮，爬坡能力强，可以适应起伏的地形。大型喷灌机的灌溉范围是圆形，而地块一般是方形的，四个角落喷不到水。为了克服这一缺点，有时在塔架管道末端接一根角臂，在管道行至四角时，角臂自动伸出，以延长塔架管道长度对地角实施喷灌，当管道走出四边地角时，角臂又自动收回，以免与相邻的大型喷灌机相碰。但由于角臂成本相对较高，在实际灌溉工程中使用得很少。大型喷灌机结构复杂，技术性较强，要求操作管理人员具备相应的专业知识。一台大型喷灌机一般仅在一个位置上工作，为了提高喷灌机的利用率，有时也拖移转点作业，在多个位置上工作，但需预留拖移的道路（图1.1）。
1.2.2 大型喷灌机的结构组成
喷灌机组成见图1.2。
1.2.2.1 中心支轴轴座
喷灌机的转动支轴，安装在灌溉面积的中心，可固定在钢筋混凝土基础上。支轴座中心的竖管，下端与井泵出水管或压力管道相连，上端通过旋转机构与旋转弯管连接。
图1.1 时针式大型喷灌机工作原理图
1—自动行走的塔架车；2—转动中心；3—输水干管；4—末端远射程喷头控制范围；5—装有喷头的喷灌管道
图1.2 喷灌机组成
1.2.2.2 喷洒系统
喷洒系统由喷洒支管和安装在其上的喷头组成。喷洒支管一般采用φ125～200mm的薄壁镀锌钢管，长度一般为400m左右，用柔性接头与旋转弯头连接。支管上装有若干喷头，喷头种类可采用摇臂式或折射式，喷头的工作压力可采用高压或低压，喷头的流量随安装位置距中心支轴越远则越大。
1.2.2.3 桁架
桁架是组成喷灌机的基本单元，每个桁架的长度为30～60m，常用45～55m，喷洒支管是桁架的组成部分。其中水动大型喷灌机采用钢索悬吊喷洒支管，电动大型喷灌机则采用空间拱架支承喷洒支管，宁夏地区多采用电动大型喷灌机。
1.2.2.4 塔架车
塔架车由塔架、行走轮和驱动系统等组成，既是桁架的支座，也是喷灌机的驱动部件。
1.2.2.5 驱动装置
驱动装置分水动和电动两种，水动驱动装置是用水压缸产生的推力通过传动杠推动轮缘上的抓泥条使行走轮移动；电动驱动装置是采用有过流过载保护的三相异步电动机，通过蜗轮蜗杆减速器或链轮，带动行走轮移动。
1.2.2.6 调节控制机构
调节控制机构包括速度调节机构和同步控制机构。速度调节机构的主要部件是安装在末端塔车上的速度调节阀（水动式喷灌机采用）或安装在喷灌机中心处主控箱内的百分率定时器（电动式喷灌机采用）。通过控制未端塔车的行走速度，从而控制整机的运行速度。同步控制机构安装在除末端塔车外的其他各塔车上。当未端塔车前进后，即形成了它和相邻塔车不在一条直线上的状态，这时同步控制机构动作，使相邻塔车同时向前移动，使各个塔车保持成一条直线向前缓慢移动。
1.2.2.7 安全保护装置
安全保护装置分机械式和电气式两种。安全保护装置包括同步保护、过水量保护、刹车装置等。
1.2.3 主要技术内容
根据宁夏地区喷灌技术推广应用实践，主要技术内容有：喷灌水源工程建设技术、喷灌设备选型与配套、作物灌溉制度、作物种植耕作与施肥技术、节水灌溉管理技术。
1.2.3.1 喷灌水源工程建设技术
宁夏喷灌工程的水源一般分为地下水和黄河水。
以黄河水为水源时，引黄、扬黄工程可供水量与喷灌工程项目区用水量可能出现匹配的问题，因此应充分分析研究所选水源灌域供水计划、保证程度及运行方式，以确定喷灌工程供水保证率要求下的水量调节方式（包括供水过程线、用水过程线、调蓄水流量过程、泥沙淤积过程）及调蓄水规模。随着中部干旱带水资源紧缺程度逐渐加剧，喷灌技术在扬黄灌区得到了大面积推广，其最大的特点是以扬水渠道作为水源。针对扬黄水供水具有时段性、供水保证率不高以及水质含沙量大等特点，需修建蓄水池对扬黄水进行时空调蓄，本着长蓄短用的原则，在水源水量富裕的情况下尽可能多地储备水量，解决用水高峰期作物灌溉需水。
以地下水为水源时，在原有灌区基础上新发展的微灌工程项目，应调查分析机井出水量，合理确定满足项目区要求的供水量。对喷灌工程需要新建机井时，要在浅层地下水开采可能引起的水环境变化情况进行分析和预测基础上，确定机井供水量，若水源为井群时，根据项目区需水量及单井出水量设计机井合理间距。
（1）水源工程。时针式喷灌的水源工程主要有机井或蓄水池。机井多布置在喷灌机中心支轴附近；蓄水池多布置在时针式喷灌机控制区的周边，利用管道进行输水，为喷灌机供水。
（2）调蓄工程。扬黄灌区调蓄工程多采用蓄水池调蓄，蓄水池的容积需通过调蓄计算来确定。在进行调蓄计算时，需根据扬水渠道的供水能力、取水口处逐日流量变化、为喷灌区可供水流量、供水时段、供水量，以及作物灌溉需水过程、时段需水量，来推算调蓄水池的取水时间和取水流量，综合分析确定蓄水池的调蓄容量，并考虑淤积容量、渗漏、蒸发、超高、风浪、冰冻等影响，对供水保证率进行专题论证。引黄灌区蓄水池多利用灌区的农沟、斗沟适当扩整后作为调蓄水池。
（3）灌溉水质净化处理。机井水源，可直接用于喷灌，考虑水源可能存在泥沙，可增加离心过滤器进行过滤处理。对引扬黄蓄水池水源，通过调蓄沉淀池的净化，并采用表层取水，为防止漂浮物、微生物进入管网，可增加筛网过滤器处理。
1.2.3.2 喷灌设备选型与配套
喷灌机主要有美国维蒙特、瑞克、林赛等品牌机型，国产喷灌机也在逐步推广应用中。每台喷灌机控制面积大多在350～900亩之间，喷灌机喷灌时旋转长度大多在250～450m之间。根据项目区作物种植、土地管理情况以及地形条件，结合喷灌对不同作物的适应性，选择时针式喷灌机；根据喷头距中心支轴处的距离确定不同喷头的流量和压力。其他农业机械如播种机、收获机等均采用现有的机械。
1.2.3.3 作物灌溉制度
作物的灌溉制度应根据当地适时的土壤水分状况、降雨、作物长势情况并结合喷灌节水灌溉试验成果拟定。
1.2.3.4 作物种植耕作与施肥技术
1.玉米种植耕作与栽培技术
黄羊滩农场喷灌区玉米以先玉958、5抗2号等品种为主，播种时间4月中旬至下旬，采用宽、窄行种植，窄行30～40cm、宽行70～80cm，株距22～30cm。宽行、窄行可根据机械配置、作业及田间管理要求适当调整。机械播种时播深5～7cm，将种子播到湿土上。机播后要及时镇压提墒，确保一次全苗。播种时耕地施纯氮45～75kg／hm2和P2O5 37.5kg作为种肥，严禁将氮肥与种子混合播种，务必做到种肥分离。
拔节期-大喇叭口期进行追肥，坚持磷肥深施、适当补钾。6月中旬开始喷头水前，结合深中耕追施150kg／hm2左右的纯氮和75～112.5kg/hm2的P2O5。在宽行玉米植株两侧，机械深中耕追肥，尽可能将肥料深施在地表20cm以下。7月中旬即抽雄、吐丝期，结合灌水追施粒肥，追施纯氮75～112.5kg／hm2。8月上中旬即灌浆中期，结合灌水，每公顷追施纯氮45～75kg。
2.马铃薯种植耕作与栽培技术
项目区马铃薯种植时间为4月下旬至5月上旬，全部采用大型机械化种植，种植行距为90cm，株距为15～20cm，种植密度为3700～4940株/亩。在马铃薯的生长期，6月施肥磷酸二铵25kg/亩；7月上旬，二铵5kg/亩、尿素5kg/亩；7月20日左右施钾肥10kg/亩、尿素3kg/亩、二铵2kg/亩。以上肥料先置入施肥桶中使之溶解在水中，然后在加压泵房灌溉系统首部随喷灌水施入田间。
1.2.3.5 节水灌溉管理技术
喷灌项目区采用公司化管理体制，制定严格的喷灌工程管理办法，每台喷灌机的管理都落实到人，职责明确、奖罚分明，确保节水灌溉工程正常维护和运行。
1.2.4 大型喷灌技术特点
1.2.4.1 技术优点
（1）与其他灌溉机械（设备）相比，大型喷灌机自动化程度高，省工、省力。
（2）运行可靠，操作方便，管理简单、运行费用低。
（3）对土壤、作物、地块坡度等适应性强。
（4）可适时调节灌水量，灌溉水利用率高。
（5）采用低压喷头并低垂安装，降低了能耗，提高了抗风能力。
（6）可结合灌溉喷施化肥与农药。
1.2.4.2 技术存在的不足之处
（1）喷灌形状为圆形，对于方形地块地角漏喷，配备角臂系统单位面积投资高。
（2）对备件和维修技术要求高。
（3）喷灌机远端喷头的喷灌强度较大，选配不当易产生地面径流。
（4）喷灌范围内地面上不得有树木和其他障碍物。