棗莊市嶧城區(qū)大田噴灌節(jié)水試驗(yàn)研究

孔桂芹，陳秀真

（1.棗莊市水資源試驗(yàn)站，山東 棗莊 277102；2.棗莊市水利和漁業(yè)局，山東 棗莊 277800）

隨著人口的增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提高，嶧城區(qū)水資源緊缺矛盾日益突出。目前作為用水大戶的農(nóng)業(yè)，灌溉水利用率只有54%左右，水分生產(chǎn)率為1.05 kg/m3。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)作物的灌溉方式一直以“大水漫灌”為主，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，形成了水旱災(zāi)害的嚴(yán)重性和頻繁性。又由于連續(xù)干旱，地表水可利用量逐漸減少，地下水超采導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，地下漏斗區(qū)逐步擴(kuò)大，淺水井相繼干涸，水資源緊缺已成為制約工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。為保護(hù)利用水資源，節(jié)約能源，降低灌溉成本，培植農(nóng)業(yè)新財(cái)源，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)的總體規(guī)劃要求，結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀?、?jīng)濟(jì)、社會(huì)、水源條件和管理形式，確定選用半固定式大田噴灌工程作為試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。半固定式噴灌系統(tǒng)的水泵、動(dòng)力機(jī)、和干管做成固定的，支管做成移動(dòng)的。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于棗莊市嶧城區(qū)底閣鎮(zhèn)內(nèi)，本區(qū)土地平整、土壤肥沃，適宜生長(zhǎng)多種糧食作物及經(jīng)濟(jì)作物，主要種植小麥、玉米、地瓜、花生及蔬菜、水果等。本區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，全年≥0℃積溫5 137.6℃，平均無(wú)霜期193 d，多年平均降雨量846.4 mm，日照時(shí)數(shù)2 376 h，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)十分有利。

2 節(jié)水灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次節(jié)水試驗(yàn)選擇底閣鎮(zhèn)吳底公路旁運(yùn)埠屯村一處16.67 hm2的小種植方作為半固定式大田噴灌工程的試驗(yàn)區(qū)。區(qū)內(nèi)地勢(shì)平緩、土壤為褐土，田間持水量25%。灌溉用地下水，地質(zhì)情況屬中奧陶灰?guī)r裂隙巖溶含水組，其巖性質(zhì)純性脆易破碎、易溶蝕，是良好的含水層。此地機(jī)井深度為80～120 m，靜水位為12～15 m，動(dòng)水位為16～23 m，機(jī)井涌水量為50～80 m3/s，能有效地保證水源來(lái)源。

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)灌水定額取46.7 mm，灌水周期取7 d，依據(jù)有關(guān)規(guī)范，確定該噴灌允許噴灌強(qiáng)度P允為15 mm/h，設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度為9.6 mm/h。

2.2 噴頭選擇及參數(shù)確定

1）噴頭選型。選用山東萊蕪塑料制品股份有限公司生產(chǎn)的ZY-1 型鋁質(zhì)噴頭，噴嘴直徑d 取1.846 mm，進(jìn)水口直徑D 取20 mm，工作壓力為30 kPa，噴水量q取2.98 m3/h，射程18.0 m，噴灌強(qiáng)度Pa=6.2 mm/h＜Ps允。

2）確定間距系數(shù)和組合問(wèn)題。根據(jù)基本資料，選定設(shè)計(jì)風(fēng)速3 m/s，因灌溉季節(jié)風(fēng)向不定，而種植方向?yàn)槟媳狈较颍蚨Ч懿贾贸膳c種植方向一致的方向，噴頭布置成正方形組合形式，噴頭間距、支管間距取18 m。

2.3 噴頭系統(tǒng)布置

試驗(yàn)區(qū)以機(jī)井為中心布置管道，管道采用雙控，單井自成系統(tǒng)，干管采用固定式，埋在地下80 cm，支管及其他噴灌設(shè)備系統(tǒng)按機(jī)井出水量配置。

1）單井控制面積。通過(guò)計(jì)算取20.14 hm2，因此，機(jī)井可控制16.67 hm2的典型方，共有支管61個(gè)，噴頭427個(gè)，干管長(zhǎng)455 m，單支管長(zhǎng)135 m。

2）通過(guò)計(jì)算噴灌工作時(shí)間取5 h。噴頭每日移動(dòng)次數(shù)取η=3 次。每眼井控制的噴頭數(shù)取20個(gè)。因一條支管上有7個(gè)噴頭，2 套支管同時(shí)工作。

2.4 管道設(shè)計(jì)

1）管道選擇。通過(guò)計(jì)算，干管選用Φ140 mm 的PVC 管，采用承插法連接安裝，給水處用帶法蘭盤(pán)鋼管連接；支管選用Φ75 mm 的薄壁鋁合金管，每條支管安裝7個(gè)噴頭，任意兩噴頭間的水頭差要控制在噴頭工作壓力的20%以內(nèi)，以免造成噴水不均勻。

2）管道水力計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，塑料干管沿程水頭損失hf為3.5 m，支管沿程損失h沿為29.9 m。在噴灌系統(tǒng)支管上有若干個(gè)豎管噴頭，同時(shí)進(jìn)行噴灑，因此支管每隔一定距離都有部分水量流出，即支管流量是逐段減少的，為此只能采用近似的方法，假定支管各孔流量相同，計(jì)算出沿程水頭損失h沿乘上多口系數(shù)F（取0.249）進(jìn)行校正，即得出多口管道的實(shí)際沿程水頭損失，局部水頭損失按沿程水頭損失的15%計(jì)算。調(diào)整后的支管沿程水頭損失h沿為7.45 m。

2.5 水泵選型

通過(guò)計(jì)算，水泵揚(yáng)程H 為67.4 m。因此，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水泵選用淄博水電泵廠生產(chǎn)的200QJ60-72/7 型水泵，配套電機(jī)功率30 kW。

2.6 噴灌方案

噴灌系統(tǒng)干管埋在地下，支管在地面上移動(dòng)。兩個(gè)給水栓間距為54 m，噴灌支管在每個(gè)給水栓工作15 h，有3個(gè)工作位置，每個(gè)輪灌區(qū)有4 套移動(dòng)支管，2 套工作，2 套備用。由于管末端和首端交替向中間運(yùn)行。即：第一套支管在干管末端第一位置工作時(shí)，第二套支管在干管首端第一個(gè)工作位置處等待工作時(shí)，第二套支管首端第一個(gè)工作位置處等待工作，待第一套支管噴完后，立即轉(zhuǎn)為第二套支管運(yùn)行。待第一套支管位置地面能走人時(shí)（3 h 后），再把支管移到干管末端第二位置處等待工作，依次類推，直到噴灌完畢。

3 節(jié)水灌溉后評(píng)價(jià)

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

1）灌溉效益。按照小麥實(shí)行節(jié)水灌溉后的畝增產(chǎn)數(shù)以及因灌溉而帶來(lái)的田間管理和科技的提高而收取的效益，根據(jù)規(guī)定水利因素分?jǐn)傁禂?shù)為0.5，即以灌溉總效益的50%來(lái)計(jì)算節(jié)水灌溉效益。由于噴灌及時(shí)、灌溉強(qiáng)度均勻，經(jīng)過(guò)節(jié)水灌溉后與土渠相比，可提高產(chǎn)量20%左右，試驗(yàn)區(qū)灌溉總增產(chǎn)量1.81萬(wàn)kg，總效益為2萬(wàn)元。

2）節(jié)水效益。小麥采用大水漫灌時(shí)，機(jī)井灌區(qū)每次用水1 350 m3/hm2（按渠系配套完整計(jì)算），年灌水4 次，灌溉定額5 400 m3/hm2，年灌溉用水量9萬(wàn)m3。實(shí)行節(jié)水灌溉后，噴灌田公頃次用水23 m3左右，節(jié)水率高達(dá)75%，試驗(yàn)區(qū)灌溉用水2.3萬(wàn)m3，年可節(jié)約灌溉用水6.7萬(wàn)m3。

3）節(jié)地效益。根據(jù)原有工程占地資料統(tǒng)計(jì)，渠灌畝均占地4%～6%，低壓管灌畝均占地1.5%～2.0%，而噴灌畝均占地1.0%～1.5%，試驗(yàn)區(qū)可節(jié)約土地0.67 hm2左右，土地復(fù)種率達(dá)到90%以上，常年每畝兩熟作物可增產(chǎn)300 kg 左右。

另外，傳統(tǒng)方法施肥，噴藥不均勻，有效利用率30%左右，而使用噴灌施藥肥均勻，有效利用率可提高到70%以上。

3.2 社會(huì)效益和生態(tài)效益

1）噴灌量符合小麥需水規(guī)律。小麥作為淺根性作物，根系不發(fā)達(dá)，不能充分利用土壤深層水分，其葉片表面保護(hù)組織也不發(fā)達(dá)，水分蒸發(fā)快，不耐干旱。幼苗過(guò)冬期抗旱能力差，為保證幼苗壯旺，不能缺水。而噴灌可以人為控制水量，在幼苗期，淺噴就能滿足冬小麥過(guò)冬用水需求。而需水量較大的分蘗、開(kāi)花、灌漿等生長(zhǎng)旺盛期，噴灌可根據(jù)測(cè)定的灌水定額來(lái)進(jìn)行噴灑。

2）防止水土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)。渠灌澆地超量過(guò)多，容易造成土壤板結(jié)，而噴灌可以人工控制墑情，有效改善土壤物理性能，使土壤松活，適宜作物種子破土出苗，有利于土壤養(yǎng)分中氮、磷、鉀的吸收，促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育。噴灌不產(chǎn)生地面徑流，又不致發(fā)生深層滲漏，土壤下層保持原耕翻的良好結(jié)構(gòu)。

3）改變田間小氣候。噴灌時(shí)由于水滴直徑小，霧化較好，因而小麥噴灌時(shí)形成田間獨(dú)特小氣候。試驗(yàn)區(qū)測(cè)定結(jié)果為：噴灌結(jié)束1 d 后比不噴區(qū)相對(duì)濕度平均提高7%，溫度降低0.7～1.0℃，有利于防止干熱風(fēng)對(duì)小麥的傷害。

4）促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。節(jié)水灌溉增效試驗(yàn)的成功極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)民因發(fā)展節(jié)水灌溉，作物澆水有了保證，不僅種植了價(jià)格高、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)的優(yōu)良面包小麥，而且還帶動(dòng)了一批新品種蔬菜的種植，極大地增加了農(nóng)民收入。

[1]郭元裕.農(nóng)田水利學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999，33-133.

[2]沈振榮，等.節(jié)水新概念[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000，77-88.

[3]錢蘊(yùn)壁，等.節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)研究[M].鄭州：黃河水利出版社,2002.