絞盤(pán)式噴灌與管灌灌溉水利用系數(shù)試驗(yàn)研究

□蘭鳳 呂旺 吳美

絞盤(pán)式噴灌與管灌灌溉水利用系數(shù)試驗(yàn)研究

□蘭鳳 呂旺 吳美

隨著土地流轉(zhuǎn)的趨勢(shì)日益形成，土地規(guī)?；?jīng)營(yíng)已經(jīng)成了包地大戶(hù)、農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)、農(nóng)村土地合作社日益關(guān)注的焦點(diǎn)，科學(xué)種田管理和全程機(jī)械化操作的結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。絞盤(pán)式噴灌機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。然而，絞盤(pán)式噴灌機(jī)在河北省實(shí)際應(yīng)用效果研究還很少，為了正確評(píng)價(jià)絞盤(pán)式噴灌機(jī)的灌溉效果，本文以實(shí)際灌溉為基礎(chǔ)，在同類(lèi)地塊同種作物同時(shí)安排兩種灌溉方式的試驗(yàn)小區(qū)，對(duì)其灌溉水利用系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。研究不同節(jié)水灌溉工程的灌溉水利用系數(shù)，對(duì)指導(dǎo)我省節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1.基本概念

灌溉水利用系數(shù)是指在一次灌水期間被農(nóng)作物利用的凈水量與水源渠首處總引進(jìn)水量的比值。是衡量灌溉水利用程度的一個(gè)重要指標(biāo)，也是集中反映灌溉工程質(zhì)量、灌溉技術(shù)水平和灌溉用水管理水平的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。灌溉水利用系數(shù)也是領(lǐng)導(dǎo)宏觀決策的重要依據(jù)。

灌溉水利用系數(shù)測(cè)定計(jì)算方法主要有：首尾測(cè)定法和典型渠段測(cè)量法，本文采用首尾測(cè)定法。所謂首尾測(cè)定法是指不必測(cè)定灌溉水輸、配水過(guò)程中的損失，而直接測(cè)定灌區(qū)渠首引進(jìn)的水量和最終貯存到作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的水量（即凈灌水定額），從而求得灌溉水利用系數(shù)。這樣可繞開(kāi)測(cè)定渠系水利用系數(shù)這個(gè)難點(diǎn)，減少了許多測(cè)定工作量。

2.試驗(yàn)區(qū)概況

2.1 地理位置

試驗(yàn)區(qū)位于河北省無(wú)極縣七汲鄉(xiāng)東漢村村南。

2.2 基本情況

絞盤(pán)式噴灌機(jī)試驗(yàn)地塊共計(jì)300畝，地塊南北寬300m～340m，東西長(zhǎng)650m。噴灌機(jī)采用山東華泰保爾“雨星”大型噴灌機(jī)TX75-300型，噴灑寬度為50m，行進(jìn)速度設(shè)置為最低檔。為了便于絞盤(pán)式噴灌機(jī)作業(yè)，地塊按照軸線間距50m由西往東依次劃分成13條地，并進(jìn)行編號(hào)。

管灌地塊共計(jì)2畝，地塊南北寬125m，東西長(zhǎng)11m。本地塊只有一個(gè)出水口，位于地塊的最南部中間位置，出水口管徑為Φ110，畦田規(guī)格為9m×5m，每次灌溉開(kāi)啟一個(gè)畦田，依次輪灌。

2.3 水資源與灌溉條件

灌溉水源均為地下水，水位埋深28.4m左右，配套水泵流量32m3/h，礦化度小于1g/L。噴灌地塊水泵型號(hào)為200QJ32-117/9，功率為18.5kW；管灌地塊水泵型號(hào)為200QJ32-48/3，功率為7.5kW。

3.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法采用田測(cè)法，在現(xiàn)有田間種植生產(chǎn)條件下，以田間觀測(cè)方法確定土壤含水量、灌水量、降雨量等主要觀測(cè)指標(biāo)，作為兩種灌水方式的對(duì)比依據(jù)。

噴灌地塊選擇9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別位于1#、7#、13#條地的北、中、南部。管灌地塊選擇2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別位于地塊的南部和北部。每次灌溉前后取土監(jiān)測(cè)土壤含水量的變化。農(nóng)戶(hù)根據(jù)小麥玉米的生長(zhǎng)狀態(tài)和常年種植經(jīng)驗(yàn)自定灌溉次數(shù)、灌溉時(shí)間。噴灌觀測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 噴灌地塊觀測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 觀測(cè)要求

降雨量觀測(cè)。降雨量觀測(cè)采用雨量桶計(jì)量，雨量桶放置在田間，每次降雨形成后，由觀測(cè)人員人工觀測(cè)。灌水時(shí)可作為田間受水量計(jì)算。

土壤含水量。土壤含水量觀測(cè)采用取土烘干法。觀測(cè)時(shí)間選在每次灌水前后以及降雨之后。取土深度為1m，每20cm為一層。

灌溉用水量。采用水表計(jì)量，每次灌水時(shí)記錄灌溉用水量、灌水時(shí)長(zhǎng)。

各項(xiàng)觀測(cè)內(nèi)容均在管灌田間同時(shí)開(kāi)展。

4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

4.1 降雨量

除了灌水技術(shù)、生育狀態(tài)以外，降雨因素是影響作物耗水量的一個(gè)主要因素。在小麥、玉米生育期間我們對(duì)試驗(yàn)地塊降雨情況進(jìn)行了全面的觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 凈灌水量

4.2.1 噴灌地塊凈灌水量計(jì)算

冬小麥：由于小麥生育期內(nèi)有效降雨很少，故小麥生長(zhǎng)所需水分主要來(lái)源于地下水灌溉。2015年10月～2016年6月，測(cè)得小麥平均一次凈灌水量為21.15m3/畝，共灌溉6次，因每次灌溉絞盤(pán)式噴灌機(jī)的設(shè)置參數(shù)一樣，則年凈灌水量為21.15×6=126.90m3。

噴灌地塊灌前、灌后土壤含水量情況見(jiàn)圖2-1、2-2。

通過(guò)圖可以看出，除個(gè)別試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)離散外，其他數(shù)據(jù)都是呈規(guī)律性的。

表1 2015年、2016年度試驗(yàn)區(qū)降雨量表

圖2-1 噴灌地塊灌前土壤含水量

圖2-2 噴灌地塊灌后土壤含水量

灌前0cm～100cm土壤含水量在7%～10%，且隨著土壤深度的增加含水量呈緩慢增加趨勢(shì)；灌后土壤含水量呈現(xiàn)兩頭高中間底的趨勢(shì)，灌后0cm～20cm土壤含水量較高在15%左右，60cm～70cm土壤含水量最低在7%～10%左右，80cm～100cm土壤含水量在10%～15%。

夏玉米：夏玉米生長(zhǎng)季節(jié)為每年的6月～10月份，正好處在年度的濕潤(rùn)季節(jié)，2016年玉米全生育期內(nèi)降雨量346.5mm，占全年降雨總量的87.83%，降雨有效利用系數(shù)取0.9，則夏玉米可利用的有效降雨為346.5×0.9= 311.85mm。試驗(yàn)測(cè)得平均一次凈灌水量為21.15m3/畝，一年灌溉2次，則年凈灌水量為21.15×2=42.30m3/畝。玉米全生育期需水量為21.15×1.5×2+311.85= 375.30mm，核計(jì)250.20m3/畝。

4.2.2 管灌地塊凈耗水量計(jì)算

冬小麥：2015年10月～2016年6月，測(cè)得小麥平均一次凈灌水量為27.18m3/畝，一年灌溉4次，小麥年凈灌水量為27.18× 4=108.72m3/畝。

夏玉米：2016年度測(cè)得玉米平均一次凈灌水量為27.18m3/畝，一年灌溉1次，則年凈灌水量為27.18×1= 27.18m3/畝。2016年度夏玉米可利用的有效降雨為311.85mm，則玉米全生育期畝均需水量為27.18×1.5×1+ 311.85=352.62mm，核計(jì)235.08m3/畝。

4.3 毛灌水量

噴灌地塊每條地長(zhǎng)度按320m計(jì)，每條地每次灌溉時(shí)間均在20h左右，則絞盤(pán)式噴灌機(jī)的實(shí)際行走速度為v= 320÷20=16m/h。根據(jù)機(jī)組的牽引速度公式：

式中：

v—機(jī)組牽引速度（m/h）；

q—機(jī)組的流量（m3/h），取32m3/h；

B—條形地塊軸線的間距（m），取50m；

m—灌水定額（mm）。

計(jì)算得出噴灌機(jī)的畝均灌溉水量為40.00mm，核計(jì)26.67m3/畝。小麥全生育期共灌水6次，玉米全生育期共灌水2次，因每次灌水噴灌機(jī)的設(shè)置參數(shù)均不變，故小麥全生育期毛灌水量為26.67×6=160.02m3/畝，玉米全生育期毛灌水量為26.67×2=53.34m3/畝。

管灌地塊機(jī)井出水量32.00m3/h，小麥全生育期灌水4次，玉米全生育期灌水1次，每次灌溉平均用時(shí)2.75h，則畝均一次灌水量為44.00m3，則小麥全生育期毛灌水量為176.00m3/畝，玉米全生育期畝均毛灌溉水量為44.00m3/畝。

4.4 灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)上述可知，采用絞盤(pán)式噴灌機(jī)灌溉的小麥全生育期凈灌水量為126.90m3/畝，毛灌水量為160.02m3/畝，則灌溉水利用系數(shù)為η=126.90÷ 160.02=0.79；玉米全生育期凈灌水量為42.30m3/畝，毛灌水量為53.34m3/畝，則灌溉水利用系數(shù)為η=0.79。

管灌地塊小麥全生育期凈灌水量為108.72m3/畝，毛灌水量為176.00m3/畝，則灌溉水利用系數(shù)為η=108.72÷ 176.00=0.62；玉米全生育期凈灌水量為27.80m3/畝，毛灌水量為44.00m3/畝，則灌溉水利用系數(shù)為η=0.63。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

根據(jù)GB/T 50085-2007《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》第4.1.3條，管道系統(tǒng)水利用系數(shù)與田間噴灑水利用系數(shù)在干旱地區(qū)取小值，在風(fēng)速低于3.4m/s時(shí)，η= 0.95×0.8～0.98×0.9=0.76～0.88。故試驗(yàn)測(cè)得絞盤(pán)式噴灌機(jī)的灌溉水利用系數(shù)符合規(guī)范要求，所得結(jié)論可靠。

5.試驗(yàn)結(jié)論

絞盤(pán)式噴灌機(jī)的灌溉水利用系數(shù)為0.79，高于管灌的0.62～0.63。由于當(dāng)?shù)馗鲗油寥榔承?，保水性差，管道灌溉一次灌水量大，容易造成漏出耕作層，所以水利用系?shù)就偏低，而絞盤(pán)式噴灌機(jī)正好彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，所以在沙性土壤條件下，絞盤(pán)式噴灌在灌溉水利用方面更有優(yōu)勢(shì)。在河北省地下水資源嚴(yán)重超采的大環(huán)境下，提高水利用率是解決水資源短缺問(wèn)題的有效辦法之一，可以在具備條件的地區(qū)發(fā)展移動(dòng)絞盤(pán)式噴灌機(jī)灌溉?！?/p>

表2 絞盤(pán)式噴灌與管灌灌溉水有效利用系數(shù)對(duì)比

2017-07-11

蘭鳳，女，漢族，河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，工程師。

呂旺，男，漢族，河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，工程師。

吳美，女，漢族，河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，工程師。