核桃膜下滴灌技術(shù)效益分析

馮愛國

（呂梁市離石區(qū)水利水保局，山西 離石 033000）

1 合作社概況

呂梁市離石區(qū)宇峰農(nóng)林牧漁專業(yè)合作社滴灌工程，位于呂梁市離石區(qū)棗林鄉(xiāng)陶家莊行政村馮家山自然村，距市區(qū)約17km，項(xiàng)目區(qū)水泥硬化路面4.6km，總治理面積166.72hm2。

合作社組建于2010年，2012年掛牌成立，是一個(gè)集農(nóng)作物、蔬菜、核桃種植和牧業(yè)、漁業(yè)綜合發(fā)展的專業(yè)合作社，合作社現(xiàn)有核桃林106.67hm2，會(huì)員50戶，75人。合作社成立以來，嚴(yán)格奉行了“科學(xué)、節(jié)約、高效”的管理模式發(fā)展各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，2010年發(fā)展核桃精品園60hm2，2011年冬春核桃園46.67hm2。均按照“標(biāo)準(zhǔn)化、品種化、規(guī)模化、科學(xué)化”的理念采用了“打大坑、熟土肥料土回填，品種化、標(biāo)準(zhǔn)化苗木選育，科學(xué)化、嚴(yán)格化苗木栽植”的辦法，主栽品種為禮品2號(hào)，株行距為3m×5m，平均投資28050元/hm2，共計(jì)投資224.4萬元。標(biāo)準(zhǔn)化、品種化、規(guī)模化的栽植已成為全區(qū)的典型。2013年被評(píng)為離石區(qū)示范合作社。

2 存在的主要問題

由于灌溉設(shè)施不完善，農(nóng)田水利工程設(shè)施薄弱，農(nóng)民灌溉成本高且非常不方便。同時(shí)，水資源的嚴(yán)重短缺和低效的傳統(tǒng)灌溉方式，浪費(fèi)了有限的水資源。

實(shí)行膜下滴灌節(jié)水型灌溉技術(shù)，可有效提高灌溉保證率，改善農(nóng)田灌溉狀況，提高核桃的產(chǎn)量和品質(zhì)，有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)環(huán)境的改善，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)、增收。

3 工程總體方案和布局

主要以抽取泉水作為項(xiàng)目區(qū)水源，通過現(xiàn)有的機(jī)井、水泵和輸水管道，提水到項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有3個(gè)蓄水池內(nèi)，總輸水流量為280m3/h。各蓄水池流量可采用調(diào)節(jié)控制閥門調(diào)整入池流量，以滿足控制面積范圍內(nèi)的用水量要求。

根據(jù)水源條件，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地形，分3個(gè)灌水小區(qū)（單元），每個(gè)蓄水池與控制片區(qū)形成一個(gè)滴灌系統(tǒng)。蓄水池均位于各灌水小區(qū)的最高處，通過各輸水干管和配水支管將壓力水輸送至毛管，實(shí)施重力滴灌。其中1號(hào)水池控制面積65.73hm2，2號(hào)水池控制面積25.33hm2，3號(hào)水池控制面積15.66hm2，合計(jì)106.72hm2。

項(xiàng)目區(qū)目前有雨水集蓄工程1處，已建有400m3蓄水池1座，50～100m3蓄水池5座。現(xiàn)有蓄水池可并入輸水管網(wǎng)，以提高供水保證率。

4 規(guī)劃設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)地形復(fù)雜，地塊破碎，水源（蓄水池）分散。因此以各個(gè)蓄水池控制單元作典型設(shè)計(jì)。

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)

灌溉設(shè)計(jì)保證率85%，設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比20%，灌溉水利用系數(shù)0.9，灌水均勻度95%。

4.2 灌水定額

灌水定額按以下公式計(jì)算：

式中：mmax——最大凈灌水定額，mm；

γ——土壤容重，mm，取1.43g/cm3；

z——土壤計(jì)劃濕潤(rùn)土層深度，cm，取50cm；

p——設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，%，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)附近現(xiàn)有工程，取20；

θmax——適宜土壤含水率上限重量百分比，%，取28.5；

θmin——適宜土壤含水率下限重量百分比，%，取19.5。

經(jīng)計(jì)算，最大凈灌水定額為12.87mm，灌水定額約為129m3/hm2。

4.3 灌水器選擇

當(dāng)?shù)睾颂以灾膊捎?m×4m的株行距，滴頭設(shè)計(jì)工作壓力為0.1～0.4MPa，單滴頭設(shè)計(jì)流量為6.0L/h，每棵樹下安裝2個(gè)滴頭，滴頭間距1m。滴灌管沿每條種植行鋪設(shè)，每行鋪設(shè)一條滴灌管，滴灌管設(shè)計(jì)外徑16mm，設(shè)計(jì)壁厚1.0mm。經(jīng)計(jì)算，選用型號(hào)DKB-6-（100-400）灌水器。

4.4 毛管布置方式

灌水作物為核桃樹，采用1行作物布置1條滴灌管的布置方式。作物行距4m，株距3m，滴灌管根據(jù)作物種植方向也可弧形布置。

4.5 一次灌水延續(xù)時(shí)間

一次灌水延續(xù)時(shí)間按以下公式計(jì)算：

式中：t——一次灌水延續(xù)時(shí)間，h；

m——設(shè)計(jì)灌水定額，mm；

se——滴孔間距，m；

sL——毛管間距，m；

qd——滴頭總流量，L/h；

η——灌溉水利用系數(shù)，取0.9。

經(jīng)計(jì)算，灌水延續(xù)時(shí)間為14.3h。

4.6 管網(wǎng)布置

滴灌系統(tǒng)設(shè)3級(jí)管道，干管、支管和毛管。干管基本沿路布置，支管垂直于等高線布置在地塊一側(cè)，毛管根據(jù)地塊實(shí)際情況布置在支管的一側(cè)或兩側(cè)。其中，干管根據(jù)地形條件明設(shè)或埋設(shè)，支管與毛管在地表鋪設(shè)。

4.7 輪灌組劃分

確定最大輪灌區(qū)數(shù)目，本項(xiàng)目區(qū)劃分為15個(gè)輪灌組。

4.8 管道水力計(jì)算

4.8.1 毛管水力計(jì)算

毛管設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為10m，毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況為15～120m。毛管為滴灌管，滴灌管上布置壓力補(bǔ)償式滴頭，其水頭損失按以下公式計(jì)算：

式中：hf1——管道的水頭損失，m；

f——摩阻系數(shù)，取8.4×104；

Q——管道流量，m3/h；

D——管道內(nèi)徑，mm；

L——管道長(zhǎng)度，m；

m——流量指數(shù)，取1.75；

b——管徑指數(shù)，取4.75；

F——多口系數(shù)。

4.8.2 支管水力計(jì)算

支管為與毛管相連的次一級(jí)管道。支管根據(jù)各自的控制面積內(nèi)毛管條數(shù)確定設(shè)計(jì)流量，利用經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。PE管水頭損失按以下公式計(jì)算：

式中：hf——干管沿程水頭損失，m；

f——摩阻系數(shù)，取8.4×104；

L——管長(zhǎng)，m；

Q——流量，m3/h；

d——管道內(nèi)徑，mm；

m——流量指數(shù)，取1.75；

b——管徑指數(shù)，取4.75。

鋼管、鑄鐵管水頭損失按下列公式計(jì)算：

當(dāng)v＜1.2m/s時(shí)，i=0.000912v2（1+0.867/v）0.3/d1.3

當(dāng)v≥1.2m/s時(shí)，i=0.00107v2/d1.3

式中：i——鋼管、鑄鐵管水頭損失，m；

v——管內(nèi)流速，m/s；

d——管道內(nèi)徑，mm。局部水頭損失按沿程水頭損失的10%考慮。

4.8.3 干管水力計(jì)算

在干管設(shè)計(jì)中，根據(jù)各輪灌區(qū)的流量確定干管的總流量，干管流量應(yīng)為該輪灌組分干管以下各支管流量之和。

干管的水頭損失由管道的沿程水頭損失和局部水頭損失組成，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%取值設(shè)計(jì)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，大部分管道壓力能滿足滴灌壓力要求，少數(shù)不能滿足的可以控制其高程以下的部分區(qū)域，壓力不足的可以預(yù)留出水口，并設(shè)置控制閘閥，以方便取水。靜水壓力大于40m的管道進(jìn)水口應(yīng)設(shè)置減壓閥。

4.9 系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)

灌溉系統(tǒng)的水質(zhì)過濾、水量控制、肥料注入等通常在首部進(jìn)行。

灌溉首部增壓裝置。本次利用高位蓄水池的自然水頭實(shí)施重力滴灌，不需配備增壓裝置。

過濾系統(tǒng)。水源為井水，水質(zhì)良好，考慮到有機(jī)物、粉塵等可能會(huì)堵塞滴頭，過濾器系統(tǒng)采用網(wǎng)式過濾器，根據(jù)樣本提供數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算過濾器需安裝在水位以下5m。

施肥系統(tǒng)。施肥系統(tǒng)采用壓差式施肥罐，容積50L，型號(hào)SFG-50。

水源工程改造，本次更新原提水站機(jī)泵2臺(tái)。

管理房。為維護(hù)管理方便，首部新建管理房2座，磚混結(jié)構(gòu)，位于2號(hào)蓄水池和3號(hào)蓄水池旁。

附屬建筑物設(shè)計(jì)。管道附屬設(shè)施根據(jù)管線走向、地形特點(diǎn)等，沿線主要布設(shè)排氣閥井、分水閥井、鎮(zhèn)墩等附屬建筑物。

5 效益分析

5.1 增產(chǎn)

項(xiàng)目效益計(jì)算采用有無對(duì)比法進(jìn)行。工程實(shí)施后可大大提高作物灌溉保證率，促進(jìn)作物增產(chǎn)，單位增產(chǎn)1500kg/hm2，106.72hm2核桃可增產(chǎn)16萬kg，增值320萬元。水利灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)按0.4計(jì)算，則年效益為128萬元。

5.2 節(jié)水

輸水管網(wǎng)化，有效杜絕渠道灌溉的深層滲漏和蒸發(fā)損失。地膜下土壤中的水分蒸發(fā)減少80%以上，比地面灌省水40%～50%，是當(dāng)今世界上田間灌溉最節(jié)水的灌溉技術(shù)。滴灌無地表徑流，濕潤(rùn)寬度、深度一致，無滲漏。由全面灌溉，變成局部灌溉，用水量明顯減少。

5.3 提高肥料利用率

綠色植物生長(zhǎng)需要的無機(jī)鹽只有溶解于水才能被運(yùn)輸和利用。滴灌能均勻地將水溶性肥料、農(nóng)藥隨水施入作物根系生長(zhǎng)區(qū)，利于作物吸收，不殘留，不產(chǎn)生肥料流失、蒸發(fā)等，使氮肥利用率由34%提高到53%，大幅提高肥料利用率。

5.4 減少機(jī)械作業(yè)費(fèi)用

減少了播前灌溉開溝、修毛渠、平地作業(yè)，減少了中耕、追肥、打藥等機(jī)械作業(yè)次數(shù)，農(nóng)機(jī)作業(yè)費(fèi)節(jié)省20%左右，同時(shí)降低機(jī)械對(duì)苗種的損傷。

5.5 土地利用率大大提高

膜下滴灌省去了農(nóng)渠、毛渠和埂子，增加了實(shí)際播種面積，使土地利用率比常規(guī)灌溉提高了5%～7%左右。

5.6 降低勞動(dòng)強(qiáng)度

膜下滴灌減少了鏟地除草投工，又可自動(dòng)控制灌水，大大降低了田間灌水的勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度。用地面管灌1hm2至少需要1個(gè)人作業(yè)13h，而采用膜下滴灌單位面積僅需要1個(gè)人作業(yè)3～4h即可完成，而且不受地勢(shì)高低影響，操作簡(jiǎn)單，省工省力，勞動(dòng)率至少提高2～3倍。

5.7 提高作物品質(zhì)、產(chǎn)量

膜下滴灌灌溉均勻，水肥供給適時(shí)、適量，避免病害的傳播，有利于作物均衡生長(zhǎng)，提高作物品質(zhì)。

5.8 有效防止土壤鹽漬化

膜下滴灌使滴水和提墑形成的濕潤(rùn)鋒外圍形成積鹽區(qū)，濕潤(rùn)鋒內(nèi)形成脫鹽區(qū)，使耕作層鹽分逐年減少，抑制次生鹽堿化，是改良和開發(fā)鹽堿地的有效新技術(shù)。常規(guī)灌的棵間蒸發(fā)量大，使地下鹽分上行，造成耕作層鹽分增加，產(chǎn)生次生鹽漬化，不利作物生長(zhǎng)。

6 結(jié)語

綜上所述，膜下滴灌除具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益外，還可產(chǎn)生一定的生態(tài)效益與社會(huì)效益，特別適合在離石區(qū)推廣使用。