微噴帶灌溉田間灌溉方式的選擇與應(yīng)用研究

竇超銀　李趨　陳偉等

摘要：微噴帶的灌溉方式直接影響了微噴帶灌溉工程的投入和效益的發(fā)揮，在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對微噴帶移動式（PI）、半固定式（SFI）和固定式（FI）等灌溉方式的使用方法和適用條件進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：PI方式操作簡單，勞動強(qiáng)度大，適用于小面積微噴帶灌溉；FI方式管網(wǎng)成本高，但便于管理，適用于大面積節(jié)水灌溉工程；SFI方式系統(tǒng)投入和勞動強(qiáng)度介于PI方式和FI方式之間，適用于中等面積地塊的灌溉。PI和SFI通過增大單條微噴帶的灌溉面積，降低了微噴帶平均投入，而FI主要通過增加微噴帶使用年限降低設(shè)備投入。

關(guān)鍵詞：灌溉方式；節(jié)水灌溉；經(jīng)濟(jì)性；運(yùn)行管理；微噴帶

中圖分類號： S275.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0507-03

收稿日期：2014-11-06

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（編號：2014BAD12B04）。

作者簡介：竇超銀（1982—），男，江蘇如皋人，博士，工程師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：chydou@163.com。微噴帶灌溉是在噴灌和滴灌的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型灌溉方式，它利用微噴帶將水均勻地噴灑在田間，灌溉流量大，灌水周期短[1]，所用設(shè)施操作簡單，易于收放，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[2-3]，為農(nóng)戶普遍接受。近年來在節(jié)水灌溉工程中得到一定的發(fā)展，尤其在遼寧地區(qū)，一般以補(bǔ)充灌溉為主，且灌溉多集中在春旱易發(fā)的作物苗期。噴灌滴灌等先進(jìn)灌溉設(shè)備投入高，使用率低，應(yīng)用效果低于預(yù)期效果，因而在一些地區(qū)“節(jié)水增糧”行動工程中，嘗試建設(shè)使用了更為農(nóng)民認(rèn)可的微噴帶節(jié)水灌溉工程。但是，目前微噴帶灌溉的田間應(yīng)用表明，由于缺乏田間應(yīng)用方式的相關(guān)研究，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，微噴帶灌溉普遍采用滴灌灌溉的用法，只是將微噴帶代替滴灌帶作為毛管鋪設(shè)田間，這使得微噴帶灌溉平均投入較高，影響了農(nóng)戶自發(fā)應(yīng)用的積極性。因此，本研究在結(jié)合多年微噴帶工程應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對微噴帶灌溉的田間灌溉方式及其適用條件開展研究，從而為微噴帶灌溉技術(shù)的合理應(yīng)用提供參考。

1微噴帶灌溉技術(shù)

微噴帶灌溉系統(tǒng)由水源與取水工程部分，輸、配水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間微噴帶3部分組成。灌溉時(shí)，灌溉水在一定的工作壓力下通過微噴帶上規(guī)則分布的出水孔噴出，對作物進(jìn)行灌溉。出水孔噴出的水流在空氣阻力、水的相互撞擊力、重力和表面張力等作用下，經(jīng)過細(xì)流、碎裂、分散霧化3個(gè)過程后形成水滴，降落在地面和作物上[4]，形成以微噴帶為中心、微噴帶鋪設(shè)長度為長、噴灑幅寬為寬的濕潤帶[5]。

常用直徑32 mm微噴帶流量達(dá)到8 m3/h，單側(cè)噴幅4 m，幅寬8 m，鋪設(shè)長度≤100 m，工作壓力0.15 MPa。在工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，單條微噴帶控制灌溉面積一般為0.067 hm2，目前市場上直徑32 mm微噴帶價(jià)格在300～350元/卷（100 m），即當(dāng)和滴灌采用相同的管網(wǎng)布置和使用方式時(shí)，微噴帶灌溉的田間毛管平均投入高出滴灌帶1倍。

2微噴帶灌溉方式

田間毛管的投入是直接影響農(nóng)戶選擇灌溉方式的主要原因，在微噴帶灌溉系統(tǒng)中，田間毛管即微噴帶。工程實(shí)踐表明，通過移動使用微噴帶增加單條微噴帶灌溉面積和通過固定微噴帶增加使用年限是降低微噴帶使用成本的有效措施。為此，在微噴帶使用過程中，根據(jù)系統(tǒng)管路和微噴帶的可移動性形成了移動式、半固定式和固定式3種微噴帶灌溉方式。

2.1微噴帶移動式灌溉

微噴帶移動式灌溉（PI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、軟管、控制閥門和微噴帶構(gòu)成。除水源外，管道及分水設(shè)備都可移動，機(jī)泵有的固定，有的也可移動；在緊急抗旱時(shí)，可將移動水車作為移動水源。PI連接方式如圖1所示，軟管和控制閥門作為一個(gè)整體使用，灌溉時(shí)通過微噴帶快接直接與微噴帶相連，打開閥門，啟動機(jī)泵即可進(jìn)行灌溉，灌溉完畢后，關(guān)閉機(jī)泵，拆卸快接，將控制閥門與下一條微噴帶連接，重復(fù)灌溉過程，第二條微噴帶灌溉時(shí)，移動第一條微噴帶放置下一處。PI一般以單條微噴帶為灌溉單元，進(jìn)行單獨(dú)灌溉，田間配置2條或2條以上微噴帶；在應(yīng)用過程中，為了減少機(jī)泵的頻繁啟閉，部分用戶對軟管進(jìn)行改進(jìn)，在軟管上通過三通分出2個(gè)帶有一段軟管的控制閥門，同時(shí)連接2條微噴帶，當(dāng)1條微噴帶灌溉結(jié)束時(shí)，打開另一個(gè)閥門，關(guān)閉第一個(gè)閥門。

PI方式簡便易行，由于1次1條微噴帶灌溉，微噴帶使用量少；流量約8 m3/h，一般選用直徑50 mm軟管作為輸水管即可，也有農(nóng)戶用消防軟帶，設(shè)備投資低；但是由于灌溉單元面積小，運(yùn)行時(shí)管件拆卸安裝工作量大，在移動輸水軟管和使用過的微噴帶時(shí)需要較大的勞動強(qiáng)度；另外，設(shè)備經(jīng)過反復(fù)移動和安拆易破損，使用壽命縮短，因此，PI主要適用于近水源小面積地塊的灌溉，尤其適用于一家一戶土地分散經(jīng)營模式下以家庭為單元的灌溉；而PI系統(tǒng)的靈活性和實(shí)用性也可將微噴帶灌溉在緊急抗旱進(jìn)行應(yīng)用。

2.2微噴帶半固定式灌溉

微噴帶半固定式灌溉（SFI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、地埋管網(wǎng)、出水裝置、軟管、控制閥門和微噴帶等構(gòu)成，即管道系統(tǒng)一部分固定，另一部分移動。SFI連接如圖2所示，由軟管一端連接出水栓，另一端固定1個(gè)控制球閥，灌溉時(shí)操作步驟和PI基本相同。在應(yīng)用過程中，為了減少機(jī)泵的頻繁啟閉，使操作更為便捷，同時(shí)增大一次灌溉面積，減少輪灌組數(shù)，則充分利用田間出水裝置，多條微噴帶同時(shí)灌溉。出水栓兩側(cè)均通過軟管和微噴帶連接，2條微噴帶同時(shí)灌溉；在另一出水栓上以同樣方式連接2條微噴帶，一組灌溉結(jié)束開始另一組灌溉，關(guān)閉并移動第一組微噴帶做好新輪灌組的準(zhǔn)備工作。如果單井控制面積較大，可不同分干管上的多個(gè)出水栓同時(shí)工作。

考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和水力性能[6-7]，軟管多用直徑50 mm 軟管，長度應(yīng)≤32 m，地下分干管采用直徑63 mm PE管，長度≤36 m，即出水栓控制距離最大可達(dá)到64 m，控制面積約1.1 hm2；當(dāng)1個(gè)出水栓上只有1條微噴帶工作時(shí)，分干管長度可增加，但輪灌實(shí)施時(shí)微噴帶較為分散，田間行走距離增加，反而增加了工作強(qiáng)度，故不推薦。

SFI方式較PI方式減少了軟管的移動長度，且軟管在一

條直線上移動，大幅降低了勞動強(qiáng)度和設(shè)備的磨損；SFI方式的另一個(gè)特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)多條微噴帶同時(shí)灌溉，提高了灌溉效率，增大了系統(tǒng)灌溉面積。但是SFI仍不可避免地存在勞動強(qiáng)度和設(shè)備磨損的問題，因此，SFI主要適用于離水源有一定距離，或面積中等的地塊。

2.3微噴帶固定式灌溉

微噴帶固定式灌溉（FI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、地埋管網(wǎng)、出水裝置、地表支管、控制閥門和微噴帶等構(gòu)成，即管道系統(tǒng)固定，灌溉完畢后微噴帶不進(jìn)行移動。FI連接如圖3所示，與SFI連接相比，F(xiàn)I出水栓后連接PE管，微噴帶直接與PE支管相連，控制閥門安裝在支管上，將不在同一分干管上的支管灌溉單元編組進(jìn)行灌溉；灌溉時(shí)，打開閥門，啟動機(jī)泵，灌溉單元連接的微噴帶同時(shí)工作，灌溉結(jié)束時(shí)，先打開下一組閥門再關(guān)閉當(dāng)前單元閥門；微噴帶安裝后在生育期結(jié)束時(shí)拆卸收回保存。

FI模式下，灌溉單元控制面積大小可根據(jù)實(shí)際需要而定，除地區(qū)水源條件外，主要考慮運(yùn)行管理的難易程度和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。灌溉單元面積較大時(shí)，系統(tǒng)便于灌溉管理，但管網(wǎng)投入高；當(dāng)灌溉單元面積較小時(shí)，管網(wǎng)投入低，但田間工作量大。管網(wǎng)管徑選擇及控制面積確定可參考表1，如在遼寧省建平縣八家農(nóng)場微噴帶灌溉項(xiàng)目區(qū)，水泵流量50 m3/h，灌溉面積約14.7 hm2，田間地埋干管選用直徑110 mm PVC管，設(shè)6條地埋直徑90 mm PVC分干管，每個(gè)分干管上安裝3個(gè)雙向出水口，每個(gè)出水口接2個(gè)灌溉單元，即單出水栓控制4個(gè)灌溉單元（圖3），地表支管灌溉單元選用直徑63 mm PE管，同時(shí)3條微噴帶工作，灌溉面積0.2 hm2；灌溉時(shí)，同時(shí)開啟不在同一分干管的2個(gè)支管灌溉單元，每個(gè)灌溉單元灌溉流量約24 m3/h。單井控制面積內(nèi)共72個(gè)控制閥，每隔3 h由井管員田間啟閉閥門1次，勞動強(qiáng)度適中，灌溉方式得到當(dāng)?shù)厝罕娬J(rèn)可。

FI方式田間微噴帶使用量大，灌溉單元面積大，工程一次性投資也較大，但系統(tǒng)運(yùn)行管理方便，省工效益明顯；微噴帶在田間無移動磨損，使用壽命長，如在遼寧省彰武縣阿爾鄉(xiāng)微噴帶灌溉工程中，微噴帶已使用4年，仍能夠正常使用，與普通滴灌灌溉相比，微噴帶平均成本僅為滴灌帶一半，且隨著使用年限的增加，其經(jīng)濟(jì)性將更為明顯，因此，F(xiàn)I適用于大面積且有一定管理?xiàng)l件的節(jié)水灌溉工程。

3討論和結(jié)論

微噴帶的3種灌溉應(yīng)用方式中，PI和SFI通過移動微噴帶增大灌溉面積以減少平均微噴帶的投入，在微噴帶使用當(dāng)年即可見效，1次灌溉中如果1條微噴帶移動使用10次，其投入約為30～35元/hm2，僅為滴灌帶的20%左右，雖然田間移動軟管和微噴帶勞動強(qiáng)度大，但其低廉的投入，以及補(bǔ)充灌溉條件下，作物生育期內(nèi)較少的灌溉次數(shù)，使移動灌溉較為普遍。在遼寧地區(qū)，PI常見于種植面積小于1.3 hm2的用戶，SFI常見于承包或流轉(zhuǎn)一部分土地種植經(jīng)濟(jì)作物的大戶，如種植紅干椒、韭菜、花生等，面積一般在1.3～4.0 hm2之間。

FI方式通過延長使用壽命降低平均投入，根據(jù)目前市場價(jià)格，微噴帶使用2年即可和滴灌帶投入持平，而一般微噴帶使用壽命都較長，即使是田間移動灌溉，也可達(dá)到3～4年，尤其是在實(shí)際工程應(yīng)用中，農(nóng)戶在需要灌溉時(shí)才安裝微噴帶，灌溉完畢后，有些農(nóng)戶卷收保存，有效延長了設(shè)備使用壽命。與PI和SFI相比，F(xiàn)I最大的優(yōu)勢在于運(yùn)行管理方便，在建平縣八家農(nóng)場項(xiàng)目區(qū)，結(jié)合自動化建設(shè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動控制灌溉，更體現(xiàn)了FI方式的優(yōu)勢，這也是今后農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展趨勢。

因此，本研究在結(jié)合現(xiàn)有工程基礎(chǔ)上，通過對微噴帶灌溉的田間應(yīng)用形式開展研究，可以得到以下結(jié)論：（1）增大灌溉面積和延長使用年限是降低微噴帶使用成本的主要途徑，移動式和半固定式微噴帶灌溉是增大微噴帶灌溉面積的主要灌溉方式，固定式微噴帶灌溉通過長期使用提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；（2）移動式微噴帶灌溉操作簡單，但勞動強(qiáng)度大，適用于小面積灌溉；（3）半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)操作性和經(jīng)濟(jì)性介于移動式和固定式之間，適宜中等面積地塊灌溉；（4）固定式微噴帶灌溉便于運(yùn)行管理，適用于大面積節(jié)水灌溉工程，有利于工程的長效發(fā)揮。

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