第一節　水肥一體化技術的首部樞紐

首部樞紐的作用是從水源取水、增壓，并將其處理成符合灌溉施肥要求的水流輸送到田間系統中去，包括加壓設備（水泵、動力機）、過濾設備、施肥設備、控制與測量設備等。其中施肥設備將在第二節詳細講述。

一、加壓設備

加壓設備的作用是滿足灌溉施肥系統對管網水流的工作壓力和流量要求。加壓設備包括水泵及向水泵提供能量的動力機。水泵主要有離心泵、潛水泵等，動力機可以是柴油機、電動機等。在井灌區，如果是小面積使用灌溉施肥設備，最好使用變頻器。在有足夠自然水頭的地方可以不安裝加壓設備，利用重力進行灌溉。

1.泵房

加壓設備一般安裝在泵房內，根據灌溉設計要求確定型號類別，除深井供水外，多需要建造一座相應面積的水泵用房，并能提供一定的操作空間。水泵用房一般是磚混結構，也存在活動房形式，主要功能是避雨防盜，方便灌溉施肥器材的擺放（圖2-1）。

取水點需要建造一個取水池，并預留一個進水口能夠與灌溉水源聯通，進水口需要安裝一個攔污閘（材料最好用熱鍍鋅或不銹鋼），防止漂浮物進入池內。取水池的底部稍微挖深，較池外深0.5米左右，池底鋪鋼筋網，用混凝土鋪平硬化。取水池的四周砌磚，頂上加蓋，預留水泵吸水口和維修口（加小蓋），并要定期清理池底，進水口不能堵塞，否則將會影響整個系統的運行。

2.水泵

（1）水泵的選取　水泵的選取對整個灌溉系統的正常運行起著至關重要的作用。水泵選型原則是：在設計揚程下，流量滿足灌溉設計流量要求；在長期運行過程中，水泵的工作效率要高，而且經常在最高效率點的右側運行為最好；便于運行管理。

在選擇水泵時，首先是要確定流量，在設計時，計算出整個灌溉系統所需的總的供水量，確保水源的供水量能夠滿足系統所需的水量。按照設計水泵的設計流量選擇稍大于所需水量即可。如果已知所用灌水器的數量，也可以根據灌水器的設計流量，計算出整個灌溉系統的所需要的供水量。這里所得的系統流量為初定值。之后按照制定的灌溉制度選擇管路水力損失最大的管路，根據灌水器的設計流量從管路的末端依次推算出主干管進口處的流量，該流量即為所需水泵的設計流量。其次是水泵揚程的確定。水泵揚程的計算需要計算系統內管路水頭損失最大的管路的水并沒有損失值，按照下列公式計算水泵所需的揚程。

離心泵：H泵=h泵+ΔZ+f進

潛水泵：H泵=h1+h2+h3

式中，H泵為系統總場揚程；h泵為水泵出口所需最大壓力水頭；ΔZ為水泵出口軸心高程與水源水位的平均高差；f進為進水管的水頭損失；h1為井口所需最大壓力水頭；h2為井下管路水頭損失；h3為井的動水位到井口的高程差。

（2）離心自吸泵　自吸泵具有一定的自吸能力，能夠使水泵在吸不上水的情況下方便啟動，并維持正常運行。我國目前生產的自吸泵基本上是自吸離心泵。自吸泵根據其自吸方式的不同，可分為外混式自吸泵、內混式自吸泵及帶有由泵本身提供動力的真空輔助自吸泵；按輸送液體和材質可分為污水自吸泵、清水自吸泵、耐腐蝕自吸泵、不銹鋼自吸泵等多種自吸泵的結構形式。其主要零件有泵體、泵蓋、葉輪、軸、軸承等。自吸泵結構上有獨具一格的科學性，泵內設有吸液室、儲液室、回液室回閥、氣液分離室，管路中不需安裝低閥，工作前只需保留泵體儲有定量引液即可，因此簡化了管路系統，又改善了勞動條件。泵體內具有渦形流道，流道外層周圍有容積較大的氣水分離腔，泵體下部鑄有座角作為固定泵用。

ZW型臥式離心自吸泵，是一種低揚程、大流量的污水型水泵，其電機與泵體采用軸聯的方式，能夠泵機分離，保養容易，在不用水的季節或有臺風洪水的季節可以拆下電機，使用時再連接電機即可，同心度好、噪聲小。主要應用于50～100畝以上、種植作物單一的農場，這樣施肥時間能夠統一。一個輪灌區的流量在50～70米3，水泵的效率能夠得到較高的發揮。該水泵具有強力自吸功能，全揚程、無過載，一次加水后不需要再加水（圖2-2）。

其工作原理為：水泵通過電機驅動葉輪，把灌溉水從進水池內吸上來，通過出口的過濾器把水送到田間各處，在水泵的進水管20厘米左右處，安裝一個三通出口，連接閥門和小過濾器，再連接鋼絲軟管，作為吸肥管。

水泵在吸水的時候，進水管內部處于負壓狀態，這時候把吸肥管放入肥料桶的肥液中（可以是飽和肥液），打開吸肥管的閥門，肥液就順著吸肥管被吸到水泵及管道中與清水混合，輸送到田間作物根部進行施肥。與電動注射泵相比，不需要電源，不會壓力過高或過低造成不供肥或過量供肥。

（3）潛水泵　潛水泵與普通的抽水機不同的是其工作在水下，而抽水機大多工作在地面上。潛水泵的工作原理是潛水泵開泵前，吸入管和泵內必須充滿液體。開泵后，葉輪高速旋轉，潛水泵中的液體隨著葉片一起旋轉，在離心力的作用下，飛離葉輪向外射出，射出的液體在泵殼擴散室內速度逐漸變慢，壓力逐漸增加，然后從泵出口、排出管流出。此時，在葉片中心處由于液體被甩向周圍而形成既沒有空氣又沒有液體的真空低壓區，液池中的液體在池面大氣壓的作用下，經吸入管流入潛水泵內，液體就是這樣連續不斷地從液池中被抽吸上來又連續不斷地從排出管流出。

用潛水泵作為首部動力系統，優點是簡單實用，不需要加引水，也不會發生漏氣和泵體氣蝕余量超出等故障，水泵型號多，選擇余地大。缺點是泵體電機和電線都浸在水中，在使用的過程中要防止發生漏電。

灌溉用潛水泵按出水徑，通常在DN32～DN150（指管徑32～150毫米，下同），如果一臺不夠，可以安裝兩臺并聯使用，這樣能節約用電。這里以QS系列潛水泵為例，介紹首部的組成（圖2-3）。水泵參數：QS潛水泵，額定流量65米3，額定揚程18米，功率7.5千瓦，電壓380伏，出水口內徑DN80。QS水泵的進水口是在水泵中上部，工作時，不會把底部淤泥吸上。冷卻效果好，輸出功率大，出水口在泵體頂部，方便安裝。

3.負壓變頻供水設備

通常溫室和大田灌溉都是用水泵將水直接從水源中抽取加壓使用，無論用水量大小，水泵都是滿負荷運轉，所以當用水量較小時，所耗的電量與用水量大時一樣，容易造成極大的浪費。

負壓變頻供水設備能根據供水管網中瞬時變化的壓力和流量參數，自動改變水泵的臺數和電機運行轉速，實現恒壓變量供水的目的（圖2-4）。水泵的功率隨用水量變化而變化，用水量大，水泵功率自動增大；用水量小，水泵功率自動減小，能節電50％，從而達到高效節能的目的。

負壓變頻供水設備的應用，優化了作物供水的方式。如LFBP-天L系列變頻供水設備（圖2-5），在原有基礎上進行了優化升級，目前第三代設備已經具有自動加水、自動開機、自動關機、故障自動檢索的功能，打開閥門，管道壓力感應通過PLC執行水泵啟動，出水閥全部關閉后，水泵停止動作，達到節能的效果。

負壓供水設備由變頻控制柜、離心水泵（DL或ZW系列）、真空引水罐、遠傳壓力表、引水筒、底閥等部件組成。電機功率一般為5.5千瓦、7.5千瓦、11千瓦，一臺變頻控制水泵數量從一控二到一控四，可以根據現場實際用水量確定。其中11千瓦組合一定要注意電源電壓。

變頻恒（變）壓供水設備控制柜，是對供水系統中的泵組進行閉環控制的機電一體化成套設備（圖2-6）。該設備采用工業微機可變程序控制器和數字變頻調整技術，根據供水系統中瞬時變化的流量和相應的壓力，自動調節水泵的轉速和運行臺數，從而改變水泵出口壓力和流量，使供水管網系統中的壓力按設定壓力保持恒定，達到提高供水品質和高效節能的目的。

控制柜適用于各種無高層水塔的封閉式供水場合的自動控制，具有壓力恒定、結構簡單、操作簡便、使用壽命長、高效節能、運行可靠、使用功能齊全及完善的保護功能等特點。

控制柜具有手動、變頻和工頻自動三種工作形式，并可根據各用戶要求，追加如下各種附加功能：小流量切換或停泵，水池無水停泵，定時啟停泵，雙電源、雙變頻、雙路供水系統切換，自動巡檢，改變供水壓力，供水壓力數字顯示及用戶在供水自動化方面要求的其他功能。

二、過濾設備

過濾設備的作用是將灌溉水中的固體顆粒（砂石、肥料沉淀物及有機物）濾去，避免污物進入系統，造成系統和灌水器堵塞。

1.含污物分類

灌溉水中所含污物及雜質有物理、化學和生物三大類。物理污物及雜質是懸浮在水中的有機或無機的顆粒（有機物質主要有死的水藻、魚、枝葉等動植物殘體等，無機雜質主要是黏粒和沙粒）。化學污物及雜質是指溶于水中的某些化學物質，在條件改變時會變成不溶的固體沉淀物，堵塞灌水器。生物污物及雜質主要包括活的菌類、藻類等微生物和水生動物等，它們進入系統后可能繁殖生長，減小過水斷面，堵塞系統。表2-1表明了水中所含雜質情況與滴頭堵塞程度有關。

注：肥料也是堵塞原因，要把含有肥料的水裝入玻璃瓶中，在暗處放置12小時，然后在光照下觀察是否有沉淀情況。

對于灌溉水中的物理雜質的處理則主要采取攔截過濾的方法，常見的有攔污柵（網）、沉淀池和過濾器。過濾設備根據所用的材料和過濾方式可分為：篩網式過濾器、疊片式過濾器、砂石過濾器、離心分離器、自凈式網眼過濾器、沉沙池、攔污柵（網）等。在選擇過濾設備對要根據灌溉水源的水質、水中污物的種類、雜質含量，結合各種過濾設備的規格、特點及本身的抗堵塞性能，進行合理的選取。

過濾器并不能解決化學和微生物堵塞問題，對水中的化學和生物污物、雜物可以采取在灌溉水中注入某些化學藥劑的辦法以溶解沉淀和殺死微生物。如在含泥較多的蓄水塘或蓄水池中加入0.1％的沸石10小時左右，可以將泥濘沉積到池底，水變清澈。對容易長藻類的蓄水池可以加入硫酸銅等殺滅藻類。具體用法參照有關廠家殺藻劑的說明書。

2.過濾設備

（1）篩網式過濾器　篩網式過濾器是微灌系統中應用最為廣泛的一種簡單而有效的過濾設備，它的過濾介質有塑料、尼龍篩網或不銹鋼篩網。

①適用條件。篩網式過濾器主要作為末級過濾器，當灌溉水質不良時連接在主過濾器（砂礫或水力回旋過濾器）之后，作為控制過濾器使用。主要用于過濾灌溉水中的粉粒、沙和水垢等污物。當有機物含量較高時，這種類型的過濾器的過濾效果很差，尤其是當壓力較大時，有機物會從網眼中擠過去進入管道，造成系統與灌水器的堵塞。篩網式過濾器一般用于二級或三級過濾（即與砂石分離器或砂石過濾器配套使用）。

②分類。篩網過濾器的種類很多，按安裝方式分有立式和臥式兩種；按清洗方式分有人工清洗和自動清洗兩種；按制造材料分為塑料和金屬兩種；按封閉與否分為封閉式和開敞式（又稱自流式）兩種。

③結構。篩網過濾器主要由篩網、殼體、頂蓋等部分組成，如圖2-7。篩網的孔徑大小（即網目數）決定了過濾器的過濾能力，由于通過過濾器篩網的污物顆粒會在灌水器的孔口或流道內相互擠在一起而堵塞灌水器，因而一般要求所選用的過濾器的濾網孔徑大小應為所使用的灌水器孔徑的1/7～1/10。篩網的規格與孔口大小的關系見表2-2。

過濾器孔徑大小的選擇要根據所用灌水器的類型及流道斷面大小而定。同時由于過濾器減小了過流斷面，存在一定的水頭損失，在進行系統設計壓力的推算時一定要考慮過濾器的壓力損失范圍，否則當過濾器發生一定程度的堵塞時會影響系統的灌水質量。一般來說，噴灌要求40～80目過濾，微噴要求80～100目過濾，滴灌要求100～150目過濾。但過濾目數越大，壓力損失越大，能耗越多。

（2）疊片式過濾器　疊片式過濾器是由大量的很薄的圓形片重疊起來，并鎖緊形成了一個圓柱形濾芯。每個圓形疊片的兩個面分布著許多濾槽，當水流經過這些疊片時，利用盤壁和濾槽來攔截雜質污物。這種類型的過濾器過濾效果要優于篩網式過濾器，其過濾能力在40～400目之間可用于初級和終級過濾，但當水源水質較差時不宜作為初級過濾，否則清洗次數過多，反而帶來不便（圖2-8、圖2-9）。

（3）離心式過濾器　離心式過濾器又稱為旋流水砂分離過濾器或渦流式水砂分離器，是由高速旋轉水流產生的離心力，將砂粒和其他較重的雜質從水體中分離出來，它內部沒有濾網，也沒有可拆卸的部件，保養維護很方便。這類過濾器主要應用于高含砂量水源的過濾，當水中含沙量較大時，應選擇離心過濾器為主過濾器。它由進水口、出水口、旋渦室、分離室、儲污室和排污口等部分組成（圖2-10）。

離心式過濾器的工作原理是當壓力水流從進水口以切線方向進入旋渦室后做旋轉運動，水流在做旋轉運動的同時也在重力作用下向下運動，在旋流室內呈螺旋狀運動，水中的泥沙顆粒和其他固體物質在離心力的作用下被拋到分離室殼壁上，在重力作用下沿壁面漸漸向下移動，向儲污室中匯集。在儲污室內橫斷面增大，水流速度下降，泥沙顆粒受離心力作用減小，受重力作用加大，最后深沉下來，再通過排污管排出過濾器。而在旋渦中心的凈水速度比較低，位能較高，于是作螺旋運行上升經分離器頂部的出水口進入灌溉管道系統。

只有在一定的流量范圍內，離心式過濾器才能發揮出應有的凈化水質的效果，因而對那些分區大小不一、各區流量不均的灌溉系統，不宜選用此種過濾器。離心式過濾器正常運行條件下的水頭損失應在3.5～7.7米范圍內，若水頭損失小于3.5米，則說明流量太小而形成不了足夠的離心力，將不能有效分離出水中雜質，只要通過離心式過濾器的流量保持恒定，其水頭損失就是恒定的，并不像網式和砂石過濾器那樣，隨著濾出的雜質增多其水頭損失也隨之增大。

離心式過濾器因其是利用旋轉水流和離心作用使水沙分離而進行過濾的，因而對高含沙水流有較理想的過濾效果，但是較難除去與水密度相近和密度比水小的雜質，因而有時也稱為砂石分離器。另外在水泵啟動和停機時由于系統中水流流速較小，過濾器內所產生的離心力小，其過濾效果較差，會有較多的砂粒進入系統，因而離心式過濾器一般不能單獨承擔微灌系統的過濾任務，必須與篩網式或疊片式過濾器結合運用，以水砂分離器作為初級過濾器，這樣會起到較好的過濾效果，延長沖洗周期。離心式過濾器底部的儲污室必須頻繁沖洗，以防沉積的泥沙再次被帶入系統。離心式過濾器有較大的水頭損失，在選用和設計時一定要將這部分水頭損失考慮在內（圖2-11）。

（4）砂石過濾器　砂石過濾器又稱介質過濾器。它是利用砂石作為過濾介質進行過濾的，一般選用玄武巖砂床或石英砂床，砂礫的粒徑大小根據水質狀況、過濾要求及系統流量確定。砂石過濾器對水中的有機雜質和無機雜質的濾出和存留能力很強，并可不間斷供水。當水中有機物含量較高時，無論無機物含量有多少，均應選用砂石過濾器。砂石過濾器的優點是過濾能力強，適用范圍很廣，不足之處在于占的空間比較大、造價比較高。它一般用于地表水源的過濾，使用時根據出水量和過濾要求可選擇單一過濾器或兩個以上的過濾器組進行過濾。

砂石過濾器主要由進水口、出水口、過濾器殼體、過濾介質砂礫和排污孔等部分組成，其形式見圖2-12。其工作原理是當水由進水口進入過濾器并經過砂石過濾床時，因過濾介質間的孔隙曲折且小，水流受阻流速減小，水源中所含雜質就會被阻擋而沉淀或附著到過濾介質表面，從而起到過濾作用，經過濾后的干凈水從出水口進入灌溉管道系統。當過濾器兩端壓力差超過30～50千帕時，說明過濾介質被污物堵塞嚴重，需要進行反沖洗，反沖洗是通過過濾器控制閥門，使水流產生逆向流動，將以前過濾阻攔下來的污物通過排污口排出。為了使灌溉系統在反沖洗過程中也能同時向系統供水，常在首部樞紐安裝兩個以上過濾器，其工作過程如圖2-13。

砂石過濾器的過濾能力主要決定于所選用的砂石的性質及粒徑級配，不同粒徑組合配的砂石其過濾能力不同，同時由于砂石與灌溉水充分接觸，且在反沖洗時會產生摩擦，因此砂石過濾器用砂應滿足以下要求：具有足夠的機械強度，以防反沖洗時砂粒產生磨損和破碎現象；砂具有足夠的化學穩定性，以免砂粒與化肥、農藥和水處理用酸、堿等化學物品發生化學反應，產生引起微灌堵塞的物質，更不能產生對動、植物有毒害作用的物質；具有一定顆粒級配和適當孔隙率；盡量就地取材，且價格便宜。

（5）自制過濾設備　在自壓灌溉系統，包括揚水自壓灌溉系統中，在管道入水口處壓力都是很低的，在這種情況下如果直接將上述任何一種過濾器安裝在管道入水口處，則會由于壓力過小而使過濾器中流量很小，不能滿足灌溉要求。如果安裝過多的過濾器，不僅使設計安裝過于復雜，而且會大大增加系統投資，此時只要自行制作一個簡單的管道入口過濾設備，既可完全滿足系統過濾要求，也可達到系統流量要求，而且投資很小。下面介紹一種適用于揚水自壓灌溉的過濾設備。

揚水自壓灌溉系統在丘陵地區應用非常廣泛，一般做法是在灌區最高處修建水池，利用水泵揚水至水池，然后利用自然高差進行灌溉，這種灌溉系統干管直接與水池相接。根據這個特點，自制過濾器可按下列步驟完成，干管管徑以90毫米為例。

①截取長約1米的110毫米或90毫米PVC管，在管上均勻鉆孔，孔徑在40～50毫米之間，孔間距控制在30毫米左右，孔間距過大，則總孔數太少，過流量會減少；孔間距過小，則會降低管段的強度，易遭破壞，制作時應引起注意。

②根據灌溉系統類型購買符合要求的濾網，噴灌80目，微噴灌100目，滴灌120目，為保證安全耐用，建議購買不銹鋼濾網，濾網大小以完全包裹鉆孔的110毫米PVC管為宜，也可多購一些，進行輪換拆洗。

③濾網包裹。將濾網緊貼管外壁包裹一周，并用鐵絲或管箍扎緊，防止松落，特別要注意的是整個管段除一端不包外，其余部位全部用濾網包住，防止水流不經過濾網直接進入管道。如果對一端管口進行包裹時覺得有些不便操作，而可以用管堵直接將其堵死，僅在管臂包裹濾網即可。

④通過另一端與干管連接，此過濾設備最好用活接頭、管螺紋或法蘭與干管連接，以利于拆洗及檢修。此過濾設備個數可根據灌溉系統流量要求確定，且在使用過程中要定期檢查清洗濾網，否則也會因嚴重堵塞造成過流量減小，影響灌溉質量。

（6）攔污柵（網）　很多灌溉系統以地表水作為水源，如河流、塘庫等，這些水體中常含有較大體積的雜物，如枯枝殘葉、藻類、雜草和其他較大的漂浮物等。為防止這些雜物進入深沉池或蓄水池中，增加過濾器的負擔，常在蓄水池水泵進口處安裝一種網式攔污柵（圖2-14），作為灌溉水源的初級凈化處理設施。攔污柵構造簡單，可以根據水源實際情況自行設計和制作。

（7）沉沙池　沉沙池是灌溉用水水質凈化初級處理設施之一。沉沙盡管是一種簡單而古老的水處理方法，卻是解決多種水源水質凈化問題有效而又經濟的一種處理方式（圖2-15）。

沉沙池的作用表現在兩個方面：一是清除水中存在的固體物質。當水中含泥沙太多時，下設沉沙池可起初級過濾作用。二是去除鐵物質。一般水中含沙量超過200毫克/升或水中含有氧化鐵，均需修建沉沙池進行水質處理。

沉沙池設計應遵循以下原則：灌溉系統的取水口盡量遠離沉沙池的進水口；在灌溉季節結束后，沉沙池必須能保證清除掉所沉積的泥沙；灌溉系統盡量提取沉沙池的表層水；在滿足沉沙速度和沉沙面積的前提下，應建窄長形沉沙池；從過濾器反沖出的水應回流至沉沙池，但其回水口應盡量遠離灌溉系統的取水口。

3.過濾器的選型

過濾器在微灌系統中起著非常重要的作用，不同類型的過濾器對不同雜質的過濾能力不同，在設計選型時一定要根據水源的水質情況、系統流量及灌水器要求選擇既能滿足系統要求，且操作方便的過濾器類型及組合。過濾器選型一般有以下步驟。

第一步，根據灌溉水雜質種類及各類雜質的含量選擇過濾器類型。地面水（江河、湖泊塘庫等）一般含有較多的砂石和有機物，宜選用砂石過濾器進行一級過濾，如果雜質體積比較大，還需要用攔污柵作初級攔污過濾；如果含沙量大，還需要設置沉沙池作初級攔污過濾。地下水（井水）雜質一般以砂石為主，宜選用離心式過濾器作一級過濾。無論是砂石過濾器還是離心式過濾器，都可以根據需要選用篩網式過濾器或疊片式過濾器作二級過濾。對于水質較好的水源，可直接選用篩網式或疊片式過濾器。表2-3總結了不同類型過濾器對去除澆灌水中不同污物的有效性。

注：控制過濾器指二級過濾器。A為第一選擇方案；B為第二選擇方案；C為第三選擇方案。

第二步，根據灌溉系統所選灌水器對過濾器的能力要求確定過濾器的目數大小。一般來說，噴灌要求40～80目過濾，微噴要求80～100目過濾，滴灌要求100～150目過濾。

第三步，根據系統流量確定過濾器的過濾容量。

第四步，確定沖洗類型，在有條件的情況下，建議采用自動反沖洗類型，以減少維護和工作量。特別是勞力短缺及灌溉面積大時，自動反沖洗過濾器應優先考慮。

第五步，考慮價格因素，對于具有相同過濾效果的不同過濾器來說，選擇過濾器時主要考慮價格高低，一般砂介質過濾器是最貴的，而疊片或篩網過濾器則是相對便宜的。

三、控制和量測設備

為了確保灌溉施肥系統正常運行，首部樞紐中還必須安裝控制裝置、保護裝置、量測裝置，如進排氣閥、逆止閥、壓力表和水表等。

1.控制部件

控制部件的作用是控制水流的流向、流量和總供水量，它是根據系統設計灌水方案，有計劃地按要求的流量將水流分配輸送至系統的各部分，主要有各種閥門和專用給水部件。

（1）給水栓　給水栓是指將地下管道系統的水引出地面進行灌溉的放水口，根據閥體結構形式可分為移動式給水栓、半固定式給水栓和固定式給水栓（圖2-16）。

（2）閥門　閥門是噴灌系統必用的部件，主要有閘閥、蝶閥、球閥、截止閥、止回閥、安全閥、減壓閥等（圖2-17～圖2-19）。在同一灌溉系統中，不同的閥門起著不同的作用，使用時可根據實際情況選用不同類型的閥門，表2-4列出了噴灌和微灌用各種閥門的作用及特點，在選擇時供參考。

2.安全保護裝置

灌溉系統運行中不可避免地會遇到壓力突然變化、管道進氣、突然停泵等一些異常情況，威脅到系統，因此在灌溉系統相關部位必須安裝安全保護裝置，防止系統內因壓力變化或水倒流對灌溉設備產生破壞，保證系統正常運行。常用的設備有進（排）氣閥、安全閥、調壓裝置、逆止閥、泄水閥等。

（1）進（排）氣閥　進（排）氣閥是能夠自動排氣和進氣，且當壓力水來時能夠自動關閉的一種安全保護設備，主要作用是排除管內空氣，破壞管道真空，有些產品還具有止回水功能。當管道開始輸水時，管道內的空氣受水的擠壓向管道高處集中，如空氣無法排出，就會減小過水斷面，嚴重時會截斷水流，還會造成高于工作壓力數倍的壓力沖擊。當水泵停止供水時，如果管道中有較低的出水口（如灌水器），則管道內的水會流向系統低處而向外排出，此時會在管內較高處形成真空負壓區，壓差較大時對管道系統不利，解決此類問題的方法便是在管道系統的最高處和管路中凸起處安裝進（排）氣閥。進（排）氣閥是管路安全的重要設備，不可缺少。一些非專業的設計不安裝進（排）氣閥造成爆管及管道吸扁，使系統無法正常工作（圖2-20）。

（2）安全閥　安全閥是一種壓力釋放裝置，當管道的水壓超過設定壓力時自動打開泄壓，防止水錘事故，一般安裝在管路的較低處。在不產生水柱分離的情況下，安全閥安裝在系統首部（水泵出水端），可對整個噴灌系統起保護作用。如果管道內產生水柱分離，則必須在管道沿程一處或幾處安裝安全閥才能達到防止水錘的目的（圖2-21）。

3.流量與壓力調節裝置

當灌溉系統中某些區域實際流量和壓力與設計工作壓力相差較大時，就需要安裝流量與壓力調節裝置來調節管道中的壓力和流量。特別是在利用自然高差進行自壓噴灌時，往往存在灌溉區管道內壓力分布不均勻，或實際壓力大于噴頭工作壓力，導致流量與壓力分布不均勻，或實際壓力大于噴頭工作壓力，導致流量與壓力很難滿足要求，也給噴頭選型帶來困難。此時除進行壓力分區外，在管道系統中安裝流量與壓力調節裝置是極為必要的。流量與壓力調節裝置都是通過自動改變過水斷面來調節流量與壓力的，實際上是通過限制流量的方法達到減小流量或壓力的一種裝置，并不會增加系統流量或壓力。根據此工作原理，在生產實踐中，考慮到投資問題，也有用球閥、閘閥、蝶閥等作為調節裝置的，但這樣一方面會影響到閥門的使用壽命，另一方面也很難進行流量與壓力的精確調節。

4.量測裝置

灌溉系統的量測裝置主要有壓力表、流量計和水表，其作用是系統工作時實時監測管道中的工作壓力和流量，正確判斷系統工作狀態，及時發現并排除系統故障。

（1）壓力表　壓力表是所有設施灌溉系統必需的量測裝置，它是測量系統管道內水壓的儀器，它能夠實時反映系統是否處于正常工作狀態，當系統出現故障時，可根據壓力表讀數變化的大小初步判斷可能出現的故障類型。壓力表常安裝于首部樞紐、輪灌區入口處、支管入口處等控制節點處，實際數量及具體位置要根據噴灌區面積、地形復雜程度等確定。在過濾器前后一般各需安裝1個壓力表，通過兩端壓力差大小判斷過濾器堵塞程度，以便及時清洗，防止過濾器堵塞減小過水斷面，造成田間工作壓力及流量過小而影響灌溉質量。噴灌用壓力表要選擇靈敏度高、工作壓力處于壓力表主要量程范圍內、表盤較大、易于觀看的優質產品。噴灌系統工作狀態除田間觀察外，主要由壓力表反映，因此，必須保證壓力表處于正常工作狀態，出現故障要及時更換（圖2-22）。

（2）流量計和水表　流量計和水表都是量測水流流量的儀器，兩者不同之處是：流量計能夠直接反映管道內的流量變化，不記錄總過水量（圖2-23）；而水表反映的是通過管道的累積水量，不能記錄實時流量，要獲得系統流量時需要觀測計算，一般安裝于首部樞紐或干管上。在配備自動施肥機的噴灌系統，由于施肥機需要按系統流量確定施肥量的大小，因而需安裝一個自動量測水表。

5.自動化控制設備

節水灌溉系統的優點之一是容易實現自動化控制。自動化控制技術能夠在很大程度上提高灌溉系統的工作效率。采用自動化控制灌溉系統具有以下優點：能夠做到適時適量地控制灌水量、灌水時間和灌水周期，提高水分利用效率；大大節約勞動力，提高工作效率，減少運行費用；可靈活方便地安排灌水計劃，管理人員不必直接到田間進行操作；可增加系統每天的工作時間，提高設備利用率。節水灌溉的自動化控制系統主要由中央控制器、自動閥、傳感器等設備組成，其自動化程度可根據用戶要求、經濟實力、種植作物的經濟效益等多方面綜合考慮確定。

（1）中央控制器　中央控制器是自動化灌溉系統的控制中心，管理人員可以通過輸入相應的灌溉程序（灌水開始時間、延續時間、灌水周期）進行對整個灌溉系統的控制。由于控制器價格比較昂貴，控制器類型的選擇應根據實際的容量要求和要實現的功能多少而定（圖2-24）。

（2）自動閥　自動閥的種類很多，其中電磁閥是在自動化灌溉系統中應用最多的一種，電磁閥是通過中央控制器傳送的電信號來打開或關閉閥門的，其原理是電磁閥在接收到電信號后，電磁頭提升金屬塞，打開閥門上游與下游之間的通道，使電磁閥內橡膠隔膜上面與下面形成壓差，閥門開啟（圖2-25）。