清水河縣雨水集蓄太陽能滴灌高效農(nóng)業(yè)利用技術(shù)

陸增利

內(nèi)蒙古清水河縣水務(wù)局

一、項目區(qū)概況

清水河縣地處黃土丘陵溝壑區(qū)，為典型大陸性干旱氣候，水資源相當(dāng)匱乏，加之特殊的氣候條件，形成了十年九旱，年年春旱的特征。地下水埋藏深、開發(fā)利用不便。大部分地區(qū)受現(xiàn)實條件限制不可能發(fā)展常規(guī)灌溉農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然是靠天吃飯、旱作雨養(yǎng)型農(nóng)業(yè)，改變落后現(xiàn)狀根本出路是“治旱興農(nóng)、治旱致富”，當(dāng)?shù)氐乇硭?地下水開發(fā)利用僅可在很小范圍內(nèi)實施，而且開發(fā)利用潛力相當(dāng)有限，因此，要使全縣絕大部分農(nóng)耕地從根本上解決“旱”的摯肘，提高土地生產(chǎn)力，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，集蓄天上水用以發(fā)展灌溉就成為一條必由之路。

二、項目規(guī)劃

針對山丘區(qū)水資源短缺的實際情況，在蓄水開源方面采取集、蓄、攔并舉，在用水方面采取多種節(jié)水措施，系統(tǒng)而全面地用好降水資源。 清水河縣是水土流失重點縣，生態(tài)環(huán)境差，土地生產(chǎn)力低下，水利基礎(chǔ)設(shè)施條件差，抗旱抗災(zāi)能力低是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因。所以節(jié)水灌溉要與水土保持相結(jié)合，采取攔、截、蓄等各種措施，層層設(shè)防，促進(jìn)該縣生態(tài)環(huán)境的改善和農(nóng)林牧各業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。在山丘區(qū)，利用水窖、旱井等蓄水工程，把在時間分布上相對集中，又可蓄集的降水資源集蓄起來，做到秋雨春用，采取相應(yīng)節(jié)水技術(shù)措施， 以供農(nóng)作物春播和生長關(guān)鍵期需水之用，保證作物正常生長，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

三、工程設(shè)計

1.工程總體布局設(shè)計

集雨太陽能滴灌工程主要由集雨場、水窖、太陽能提水設(shè)施及灌溉管網(wǎng)組成，集雨場匯集雨水經(jīng)引水渠進(jìn)入沉沙池，沉淀后經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入窖體；利用移動式太陽能水泵抽取蓄水，通過滴灌管網(wǎng)進(jìn)行灌溉。

2.儲蓄水建筑物（水窖）

水窖為筒式窖，窖體由窖口、窖頂、窖筒三部分組成。窖筒采用素混凝土現(xiàn)澆而成，壁厚8cm，窖底混凝土厚12cm，窖底、側(cè)壁及拱頂用M10 砂漿連續(xù)抹面2～3 遍，防止?jié)B水，砌磚頂部外側(cè)澆注5～8cm 素混凝土，以增加頂部強(qiáng)度。 窖頂上部與窖口相連，深0.5～2厘米，半球形，內(nèi)徑由上向下逐漸放大，到窖筒處內(nèi)徑3.5 米，用磚砌成。

3.輔助設(shè)施

輔助設(shè)施包括引水渠、沉沙池、進(jìn)水管和溢流管，引水渠主要任務(wù)是將集雨場匯集的雨水引入沉沙池。進(jìn)水管采用直徑φ10 厘米的PVC-U 塑料硬管， 溢流管在窖頂以下埋設(shè)排水管道，將多余窖水從溢流管泄出，確保窖體安全。

4.雨水集蓄滴灌系統(tǒng)設(shè)計

集雨水窖灌溉系統(tǒng)動力采用太陽能供電，水泵則采用太陽能專用水泵，該系統(tǒng)由三塊太陽能發(fā)電板及一個直流潛水泵組成。它將太陽能直接轉(zhuǎn)換成直流電驅(qū)動水泵工作，供水部分采用電動直流隔膜泵。 整套灌溉系統(tǒng)主要包括太陽能板、自動控制器、水泵、過濾器、施肥罐、田間管網(wǎng)等幾部分組成，它最大的特點是利用太陽能板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生直流電，直接帶動水泵自動為田間作物實施灌溉， 配置的三塊太陽能板，總受光面積3.84 平方米（每塊太陽能發(fā)電板的面積為1.6 米×0.8 米），可產(chǎn)生電壓132 伏，功率540W，每小時出水量7～8 方，能滿足30 畝地的滴灌使用。 滴灌系統(tǒng)由水源-首部樞紐-輸配水管網(wǎng)-滴灌系統(tǒng)等組成。①水源：滴灌系統(tǒng)的水源為集雨水窖，利用水窖積蓄的雨水作為水源，來保證系統(tǒng)所需水量。 ②首部樞紐 ： 滴灌系統(tǒng)的首部樞紐包括太陽能潛水泵-施肥（藥）裝置-過濾設(shè)施。 田間滴灌工程是利用太陽能水泵來保證系統(tǒng)所需工作壓力。過濾設(shè)備是將水流過濾、防止各種污物進(jìn)入滴灌系統(tǒng)堵塞滴頭或在系統(tǒng)中形成沉淀。施肥灌裝置的作用是使易溶于水并適于根施的肥料、農(nóng)藥、除草劑、化控藥品等在施肥罐內(nèi)充分溶解，然后再通過滴灌系統(tǒng)輸送到作物根部。 ③輸配水管網(wǎng)：輸配水管網(wǎng)的作用是將處理過的水按照要求輸送分配到每個灌水單元和滴頭，太陽能滴灌工程按照一級輸配水管網(wǎng)布置， 地面PE 管管徑為Φ40 毫米、管道壓力等級為0.25MPa。 ④滴灌系統(tǒng)： 滴灌管是滴灌系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，是直接向作物施水肥的設(shè)備。 其作用是利用滴頭的微小流道或孔眼消能減壓，使水流變?yōu)樗尉鶆虻厥┤胱魑锔鶇^(qū)土壤中。 太陽能滴灌工程采用內(nèi)鑲式滴灌管，管徑為Φ16 毫米、壁厚e=0.4 毫米、滴頭流量為1.4 升/小時。

四、環(huán)境影響評價

清水河縣地處干旱地帶受季風(fēng)環(huán)流影響， 干旱、多風(fēng)和暴雨構(gòu)成典型的氣候特點，是全國水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一， 惡劣的氣候條件和自然地理條件，造成該地區(qū)植被稀疏，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)受其制約，發(fā)展緩慢。

通過集蓄天然降水， 為農(nóng)業(yè)灌溉開辟了新型水源，對缺水地區(qū)人畜飲水和灌溉用水具有不可替代的地位。 集雨節(jié)水工程有效地攔蓄地表徑流，減輕了徑流沖刷和溝道切割侵蝕，減輕了區(qū)內(nèi)水土流失，對生態(tài)環(huán)境改善、植被恢復(fù)和土地生產(chǎn)力提高將起到積極的促進(jìn)作用。集雨太陽能滴灌系統(tǒng)最大優(yōu)點體現(xiàn)在節(jié)電、節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)增收，太陽能系統(tǒng)是環(huán)保節(jié)能型系統(tǒng)，使用的是太陽再生能源，減少了碳化物產(chǎn)生。 在環(huán)保方面不但實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保， 帶給農(nóng)戶的還有經(jīng)濟(jì)效益，另外，它與滴灌系統(tǒng)配套，降低了水資源消耗。 大面積推廣集雨水窖太陽能滴灌補(bǔ)灌節(jié)水技術(shù)對于解決本縣糧食生產(chǎn)和水資源短缺這個對立矛盾具有重要意義。

[1]鄭和祥,李和平,付衛(wèi)平.基于集雨系統(tǒng)的太陽能光伏提水溫室滴灌發(fā)展模式[J].灌溉排水學(xué)報,2014(3).