現(xiàn)代農(nóng)業(yè)果園滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

俞衛(wèi)東 凌曉燕

摘要：隨著滴灌技術(shù)發(fā)展，它在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用越來越廣泛，因其節(jié)水、節(jié)肥、省工成為最節(jié)水的灌溉技術(shù)之一。滴灌適用范圍廣，可用于果樹、蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物及溫室大棚。以江蘇禾木農(nóng)博園葡萄園滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用為例，深入研究了果園滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并分析了滴灌系統(tǒng)設(shè)備選型，最后總結(jié)了果園滴灌系統(tǒng)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；果園；滴灌系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號： S2756文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（201412-0432-02

農(nóng)業(yè)是用水大戶，其中灌溉用水占農(nóng)業(yè)總用水量的80%，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須大力發(fā)展節(jié)水灌溉。滴灌技術(shù)是農(nóng)田節(jié)水灌溉的主要方法之一，近年來在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。本研究結(jié)合江蘇農(nóng)博園內(nèi)果園灌溉系統(tǒng)需求，對果園滴灌系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以供同行參考。

1工程概況

江蘇禾木農(nóng)博園位于江蘇省句容市邊城鎮(zhèn)內(nèi)，分設(shè)施園藝區(qū)、無土草毯生產(chǎn)示范區(qū)等7個功能區(qū)（圖1。該園區(qū)設(shè)施先進(jìn)，配套齊全，與教學(xué)科研結(jié)合緊密。本項(xiàng)目區(qū)位于江蘇農(nóng)博園內(nèi)，灌區(qū)內(nèi)種植葡萄，即本項(xiàng)目為葡萄園滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)，葡萄種植的株行距20 m×28 m，滴灌管間距采用單壟布置（圖2。對園區(qū)葡萄等果樹進(jìn)行高新節(jié)水灌溉，面積為32 hm2。葡萄園當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件：年均風(fēng)速35 m/s，主風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)；常年降水量 1 0117 mm，以夏季居多，其中6月、7月降水量1513、1873 mm；土壤為黏壤土，質(zhì)地較黏重[1]。

2滴灌技術(shù)原理及特點(diǎn)

21滴灌技術(shù)原理

滴灌是一種節(jié)水低壓灌溉技術(shù)，廣泛用于農(nóng)田水利工程。它將過濾的有壓水通過輸水管道及管網(wǎng)輸送到灌溉帶，通過滴頭以水滴的形式進(jìn)行平緩均勻灌溉。

滴灌技術(shù)一般與機(jī)械化配套使用，利用專門設(shè)計(jì)的毛管管道和滴頭，將水和肥料一同滴灌到作物根部，進(jìn)行局部灌溉。為了提高自動化水平，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，還可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求開發(fā)相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)和專家診斷系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)在運(yùn)行過程中易發(fā)生滴頭結(jié)垢和堵塞問題，所以滴灌對水質(zhì)要求較高，須進(jìn)行過濾處理。

[F（W16][TPYWD1tif][F]

[F（W12][TPYWD2tif][F]

22滴灌技術(shù)的特點(diǎn)

（1水資源高效利用。在滴灌系統(tǒng)下，灌溉水浸潤土壤表面，可很大程度上避免土壤水分的無效蒸發(fā)。灌溉時，降低了水滴在空氣運(yùn)動過程中的損失，且不會潤濕農(nóng)作物表面，大大減少了水分的蒸發(fā)量；滴灌系統(tǒng)容易控制水量，不致產(chǎn)生地面徑流和土壤深層滲漏。同時，滴灌僅濕潤作物根部附近的土壤，其他區(qū)域土壤水分含量較低，能夠精確控制施水深度，所以非常省水。（2能降低農(nóng)藥施用量。滴灌是局部灌溉，實(shí)施滴灌后，土壤根系能夠保持良好的通透性，通過水和肥料的混合，使土壤中水分及養(yǎng)分含量處于農(nóng)作物生長的最適宜狀態(tài)。灌區(qū)地表蒸發(fā)量較小，能較好地調(diào)節(jié)田地土壤的濕度，有效控制灌區(qū)農(nóng)田中作物的病蟲害發(fā)生率，降低農(nóng)藥的施用量。（3能提高作物品質(zhì)。滴灌系統(tǒng)能夠給農(nóng)作物及時適量供水、供肥，在有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時，改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，使灌區(qū)內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)率顯著提高，提升經(jīng)濟(jì)效益。（4適應(yīng)工作范圍廣。滴灌對不同性質(zhì)的土壤和地形適應(yīng)能力較強(qiáng)。滴頭的工作壓力范圍較廣，且滴頭出流均勻，不易造成地面土壤板結(jié)。（5灌溉作物產(chǎn)量高。采用滴灌技術(shù)的作物之間未能提供足夠的水分和養(yǎng)分，雜草不易生長，節(jié)約了除草用工成本。農(nóng)作物根區(qū)能夠保持最佳供水、供肥狀態(tài)，所以能增產(chǎn)增收。

3滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

31灌水定額的設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)單位面積上的一次灌水量可用灌水深度表示：

[J（]m=01γzp（θmax-θmin。[J][JY]（1

式中：m表示設(shè)計(jì)灌水深度，mm；γ表示土壤干容重，g/cm3；灌區(qū)土壤屬于黏壤土，取γ=14；θmax表示適宜土壤含水率上限（占干土質(zhì)量的比例，田間持水量約為28%，取θmax=25%；θmin表示適宜土壤含水率下限（占干土質(zhì)量的百分比，取θmin=18%；z表示計(jì)劃濕潤層深度，m，取z=08 m；p表示土壤濕潤比，取40%[5]。經(jīng)計(jì)算，m=33 mm，即灌水量約為330 m3/hm2。

32設(shè)計(jì)灌水周期

設(shè)計(jì)灌水周期是指按設(shè)計(jì)灌水定額灌水后，保障土壤含水率和正常生長的灌水時間間隔，用式（2計(jì)算，即：

[J（]T=（m/Taη。[J][JY]（2

式中：T表示灌水周期，d；Ta表示設(shè)計(jì)補(bǔ)水強(qiáng)度，mm/d；η表示水利用系數(shù)[5]，灌區(qū)屬于滴灌系統(tǒng)，水利用系數(shù)取95%；經(jīng)計(jì)算T=82 d，取灌水周期為 5 d，該值為果園作物需水高峰期時的灌水周期。

33一次灌水延續(xù)時間

一次灌水延續(xù)時間是指在不產(chǎn)生徑流的條件下，將設(shè)計(jì)灌水定額水量均勻分布于作物灌區(qū)田間所用的灌水時間，用式（3計(jì)算，即：

[J（]t=m[Se/（Sl·qd]。[J][JY]（3

式中：t表示一次灌水延續(xù)時間，h；Se表示滴頭間距，m，取04 m；Sl表示毛管間距，m，取20 m；qd表示滴頭設(shè)計(jì)流量，L/h[5]，取20 L/h；經(jīng)計(jì)算，t=15 h。

34輪灌組數(shù)目的確定

按作物需水量的要求，全系統(tǒng)輪灌組的數(shù)目計(jì)算公式為：

[J（]N≤CT/t。[J][JY]（4

式中：N表示允許的輪灌組數(shù)量最大值，取整數(shù)；C表示1 d運(yùn)行的時間，滴灌取 20 h；T表示灌水周期，取5 d；t表示一次灌水延續(xù)時間，15 h；計(jì)算后得出N=666，取6。

4設(shè)備選型

滴灌設(shè)備包括水泵、過濾裝置、干管、支管及毛管。水泵流量為 40 m3/h，根據(jù)水量平衡及水力計(jì)算結(jié)果選臥式離心水泵 QW80-170-75-2。查性能曲線可知，水頭損失為 6～8 m。施肥系統(tǒng)選用容量為 2 m×2 m×1 m的施肥池。

41管道選型參數(shù)

葡萄南北栽植，水源位于項(xiàng)目區(qū)西北部。干管選用柔韌性和強(qiáng)度較好的高密度聚乙烯管（PE管，經(jīng)流量計(jì)算，干管選直徑為160 mm的PVC 160×47/06型塑料管；支管材料選用低密度聚乙烯管材，選用直徑為63 mm的PE 63×47/04型管道。毛管垂直于附管與支管布置，毛管間距為 20 m。每行葡萄布置1根毛管，毛管選用直徑為16 mm的內(nèi)鑲柱狀滴灌管。首部樞紐裝置布置在水泵的旁邊，便于操作與管理。

42滴頭選型參數(shù)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)材料選定適合作物種植模式和土壤條件的滴頭。滴灌系統(tǒng)中普遍采用的滴頭流量和滴頭間距范圍見表 1。毛管型號為 MRD160/09-40，滴頭間距為 04 m，設(shè)計(jì)工作水頭為8 m，毛管布設(shè)間距為 20 m，滴頭設(shè)計(jì)流量為2 L/h。

[F（W5][HT6H][J]表1滴頭選擇參數(shù)[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W9，W20W]土壤質(zhì)地[B（][BHDWG12，W20W]滴頭選擇參數(shù)

[BHDWG12，W10。2W]流量（L/h滴頭間距（m[BW]

[BHDG15，W9，W10。2W]沙土21～3203

[BHDW]壤土15～2103～05

黏土10～1504～05[HJ][BG）F][F）]

43減壓閥的使用

[JP2]為了降低灌溉的成本和保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，滴灌系統(tǒng)選用承壓等級為8 kg的PE管，按照規(guī)范要求管道壓力為系統(tǒng)工作壓力的15倍，因此工作壓力須保證在6 kg 以內(nèi)。由于土地高差會導(dǎo)致管道的壓力增加，為了使管道可以安全運(yùn)行，因此在5～6 kg內(nèi)安裝減壓閥以保證管道的壓力降到灌溉設(shè)計(jì)的最小壓力，從而使管道正常運(yùn)行，提高灌溉的均勻度。

當(dāng)管道內(nèi)壓力超過5 kg時，應(yīng)加減壓閥來降低閥后壓力，使其達(dá)到灌溉設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)壓力值，保證管道的安全，提高灌溉的均勻度。

5結(jié)語

本葡萄園滴灌系統(tǒng)項(xiàng)目自運(yùn)行2年多以來運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠，有效改善了果園灌溉條件，大大起到了果園灌溉節(jié)水、節(jié)肥、減少勞動力的應(yīng)用效果，提高了果品的品質(zhì)和產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了果園生產(chǎn)增產(chǎn)增效。

本項(xiàng)目在實(shí)施過程中，還考慮對滴灌系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制升級改造，并依據(jù)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與果園滴灌工程相結(jié)合，設(shè)計(jì)出更科學(xué)、合理、實(shí)用的現(xiàn)代果園滴灌系統(tǒng)是今后的努力方向。

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