商南縣茶葉節(jié)水灌溉與經(jīng)濟(jì)效益探析

蘇全軍

（陜西省商南縣城關(guān)街道辦農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，陜西 商洛 726000）

商南縣平均海拔896.3 m，茶葉是商南縣重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。試馬鎮(zhèn)是茶葉重要產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有茶園143.3 hm2。因取水設(shè)施常年失修，水毀嚴(yán)重，使得許多茶園無法灌溉。茶樹一般在生長期和采摘期需水較多，在幼齡階段，植株根系淺，耐旱力弱，需水迫切。只有正確地掌握茶園的灌溉技術(shù)，才能及時(shí)適量地滿足茶樹各生育階段對水分的要求，達(dá)到經(jīng)濟(jì)用水、提高茶園單產(chǎn)的目的。為了支持茶葉發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)民增收，需對茶園節(jié)水灌溉方案及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行探討。

1 概況

商南縣茶樹節(jié)水灌溉項(xiàng)目位于試馬鎮(zhèn)試馬河流域。根據(jù)取水水源，項(xiàng)目區(qū)分為試馬河取水樞紐改造工程、郭埡村李家溝茶園灌溉工程，其中試馬河灌溉項(xiàng)目是以試馬河水為水源，采用渠灌形式灌溉茶樹42 hm2，郭埡村李家溝茶園灌溉項(xiàng)目是以大口井水為水源，采用管灌和微噴灌形式灌溉茶樹101.3 hm2。兩項(xiàng)目一共灌溉茶樹143.3 hm2。

2 試馬河節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)分析

2.1 水源工程設(shè)計(jì)

試馬河取水樞紐位于試馬河中上游，擋水壩寬18 m，高1.5 m。取水樞紐及輸水渠道遭受不同程度的人為、自然破壞，導(dǎo)致?lián)跛畨螞_沙閘、引水閘丟失，壩體下游未設(shè)置防沖設(shè)施，導(dǎo)致下游河床沖刷嚴(yán)重。試馬河節(jié)水灌溉建設(shè)內(nèi)容包括更換沖砂閘、放水閘各1 套（尺寸為0.6 m×0.8 m）；鋪設(shè)壩體下游鉛絲石籠護(hù)坦5 m；增設(shè)1 m 寬下河踏步，下河踏步尺寸為20 cm×30 cm，為C20 混凝土澆筑，臺(tái)階下設(shè)10 cmC20 混凝土墊層，100 cmM7.5 漿砌石基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)保證率為85%，灌溉水利用系數(shù)取0.75。則設(shè)計(jì)灌溉系統(tǒng)流量為40.10 L/s。根據(jù)近年的運(yùn)行資料顯示，試馬村茶園42 hm2田地以試馬河取水樞紐作為灌溉水源，水量充沛，能夠滿足灌溉用水需求。

2.2 灌溉定額

本項(xiàng)目區(qū)屬于商洛丘陵淺山區(qū)，按照《陜西行業(yè)用水定額》，茶樹地面灌溉凈定額中等年為8 m3/hm2，干旱年為13.3 m3/hm2。設(shè)計(jì)茶樹渠灌用水定額為13.2 m3/hm2。根據(jù)種植作物生育規(guī)律、氣候特征和需水分配周期，依據(jù)地方種植經(jīng)驗(yàn)，確定茶樹每年灌水次數(shù)生育周期為4 次，冬灌為2 次，每次灌水定額均為2.2 m3/hm2。在保證率85%的情況下，渠灌需水總量12.47 萬m3，其中最大日需水量3465 m3/d，時(shí)需水量144.38 m3/h。

2.3 渠道改造設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀干渠為60 cm×60 cm 的漿砌石渠道，滲漏嚴(yán)重。為了不改變干渠整體渠系的水力特征條件，此次改造段維持現(xiàn)狀斷面型式不變，修復(fù)干渠200 m，原渠道拆除重建，渠道采用40 cm厚M7.5 漿砌石，用M10 水泥砂漿抹面，流量為0.19 m3/s。改造后，減少滴跑冒漏，可以極大地節(jié)約水資源。

3 郭埡村李家溝茶園灌溉設(shè)計(jì)分析

郭埡村李家溝茶園位于山上，地勢起伏明顯，本次設(shè)計(jì)在項(xiàng)目區(qū)建設(shè)大口井和噴灌工程，以解決101.3 hm2茶園灌溉問題。管灌及微噴灌設(shè)計(jì)保證率為85%，微噴灌灌溉水利用系數(shù)取0.9，管灌灌溉水利用系數(shù)取0.86。根據(jù)地形及大口井出水量，本次設(shè)計(jì)郭埡村李家溝茶園灌溉工程分為4 個(gè)片區(qū)，新建大口井2 座，500 m3蓄水池2 座，200 m3蓄水池2 座。

3.1 水源工程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)總需水量及最高日、時(shí)需水量計(jì)算見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)需水總量計(jì)算表

新建5#井井深15 m，井徑4 m，單井出流量199.9 m3/h。設(shè)置4 臺(tái)水泵，單井出流量259.4 m3/h。其中2 臺(tái)功率為13 kW，水泵型號(hào)為250QJ125-80/5，電機(jī)型號(hào)YQS200-5.5，揚(yáng)程130 m，出水流量149.69 m3/h。另1 臺(tái)功率為30 kW，水泵型號(hào)為250QJ125-96/6，電機(jī)型號(hào)YQS200-5.5，揚(yáng)程85 m，出水流量109.2 m3/h，日供水量4797.6 m3/d。

新建8#井井深15 m，井徑4 m，設(shè)置3 臺(tái)水泵，其中2 臺(tái)功率為45 kW，水泵型號(hào)為200QJ32-78/6，電機(jī)型號(hào)YQS200-5.5，揚(yáng)程70 m，出水流量68.17 m3/h。另2 臺(tái)功率為30 kW，水泵型號(hào)為200QJ32-78/7，電機(jī)型號(hào)YQS200-5.5，揚(yáng)程80 m，出水流量131.5 m3/h。日供水量6225.6 m3/d。

大口井灌溉控制面積見表2。

表2 大口井單井可控制最大灌溉面積計(jì)算表

根據(jù)地形及水源條件，為提升灌溉質(zhì)量，并對水源進(jìn)行一定的調(diào)壓，蓄水池為矩形結(jié)構(gòu)，1#和3#蓄水池為500 m3，2#和4#蓄水池為200 m3。水源地調(diào)蓄水池為地埋式C25 鋼砼矩形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水池尺寸為7.8 m(長)×7.8 m（寬）×3.5 m（高），11.7 m（長）×11.7 m（寬）×4.0 m（高）。池頂覆土厚為0.5 m，基礎(chǔ)處理采用200 mmC15 砼墊層，1000 mm 3∶7 灰土換填夯實(shí)。

3.2 灌溉定額設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)位于商洛丘陵淺山區(qū)，按照《陜西行業(yè)用水定額》，本次設(shè)計(jì)茶樹微噴灌用水定額為10.8 m3/hm2，茶樹管灌用水定額為11.2 m3/hm2。根據(jù)種植作物生育規(guī)律、氣候特征和需水分配周期，依據(jù)地方種植經(jīng)驗(yàn)，確定茶樹每年灌水次數(shù)生育周期為4 次，冬灌2 次，每次灌水定額為1.87 m3/hm2。

設(shè)計(jì)灌水周期按照公式：

式中：T 為灌水周期，d；m 為設(shè)計(jì)灌溉定額，mm；Ea為作物臨界日需水量，mm/d。

設(shè)計(jì)灌水定額:

式中：Md為設(shè)計(jì)凈灌溉水定額，mm；Ia為供水強(qiáng)度，mm/d；m' 為設(shè)計(jì)毛灌溉水定額，mm；η 為灌溉水利用系數(shù)。

一次灌水延續(xù)時(shí)間應(yīng)按下列公式確定：

式中：t 為一次灌水延續(xù)時(shí)間，h；m' 為設(shè)計(jì)毛灌溉水定額，mm；Se為灌水器間距；SL為毛管間距；q 為灌水器流量。

輪灌組計(jì)算公式為：

式中：t 為一次灌水延續(xù)時(shí)間；T 為灌水周期；C 為一天運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485-2009）規(guī)定，結(jié)合近年來國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)采用系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間為10 h～18 h。

式中相關(guān)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 設(shè)計(jì)灌水定額及灌水周期表

茶樹微噴灌設(shè)計(jì)灌水定額40.7 mm，設(shè)計(jì)灌水周期T 為6 d；管灌設(shè)計(jì)灌水定額42.6 mm，設(shè)計(jì)灌水周期T 為6 d。

3.3 微噴灌工程設(shè)計(jì)

該片區(qū)內(nèi)微噴灌面積23 hm2。該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)多南偏東風(fēng)，多年平均風(fēng)速1.5 m/s，定時(shí)最大風(fēng)速24 m/s，灌溉季節(jié)日平均風(fēng)速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作時(shí)數(shù)15 h。選用平口霧化地插噴頭，工作參數(shù)見表4。

表4 微噴頭工作參數(shù)表

（1）管網(wǎng)布置及管材選擇

各級管道按照垂直向布置原則布置。即區(qū)域內(nèi)毛管平行于作物種植方向，支管垂直于毛管方向即垂直于行，干管垂直于支管方向。根據(jù)所選噴頭規(guī)格，布置毛管間距為3.0 m，噴頭間距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均選用PVC-U 管，毛管選用φ32PE 管道，壓力等級0.6 MPa。管徑選擇原則是在滿足設(shè)計(jì)流量和壓力的前提下，使系統(tǒng)投入費(fèi)用最小。干管和分管平直且無分水管道時(shí)每200 m 設(shè)置一個(gè)伸縮節(jié)，在三通、彎頭、閘閥等處設(shè)置鎮(zhèn)墩，每條支管首部設(shè)置控制閥和閥門井，在管網(wǎng)最低處設(shè)置排水閥和排水井。計(jì)算得出設(shè)計(jì)灌水周期為6 d。每組工作時(shí)間為4.1 h，設(shè)計(jì)取5 h。每天開啟3 組。根據(jù)區(qū)域地形，項(xiàng)目區(qū)共分18 個(gè)輪灌小組。每組灌水時(shí)間為5 h，分6 d 灌完。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按下式計(jì)算:

式中：Q設(shè)為灌溉工程設(shè)計(jì)流量，m3/h；A 為灌溉面積,229770 m2；η 為灌溉水利用系數(shù)，η=0.9；t 為日工作時(shí)數(shù)，取15 h；T 為一次灌水延續(xù)時(shí)間，取6 d；mi為灌水定額，36.6 mm。

計(jì)算得微噴灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為103.9 m3/h，取104.4 m3/h。

毛管選用PE63 級DN32PE 管，壓力等級0.6 MPa，最大鋪設(shè)長度為262 m，本次設(shè)計(jì)毛管允許的最多出水口數(shù)量為51個(gè)，選取最大鋪設(shè)長度150 m。分管最小間距30 m，分管極限孔數(shù)為39 個(gè)，分管極限長度為1146 m。噴頭流量為90 L/s,每次工作噴頭為1160 個(gè)，系統(tǒng)流量為104.4 m3/h。

（3）管網(wǎng)設(shè)計(jì)制度

對于430.0 m～450.0 m 之間采用管灌方式，400.0 m～430.0 m之間采用微噴灌灌溉方式。

管灌設(shè)計(jì)灌水周期為6 d，每組設(shè)計(jì)取3 h，每天開啟5 組。分為30 個(gè)輪灌組，共有14 條支管，給水栓總數(shù)30 個(gè)。每次打開1 個(gè)給水栓，每個(gè)給水栓出水流量30 m3/h。

微噴灌設(shè)計(jì)灌水周期為6 d，每組設(shè)計(jì)取5 h，每天開啟3組。分為18 個(gè)輪灌組，共有8 條支管。噴頭流量為90 L/s,每次工作噴頭為1160 個(gè)，系統(tǒng)流量為104.4 m3/s。

本次設(shè)計(jì)主管兩條，分別為1-2、3-4。兩條主管同時(shí)工作，1-2 主管為微噴系統(tǒng)供水時(shí)，3-4 主管為管灌系統(tǒng)供水。3-4 主管為微噴系統(tǒng)供水時(shí)，1-2 主管為管灌系統(tǒng)供水。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

實(shí)施試馬鎮(zhèn)茶園節(jié)水灌溉工程后，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益十分顯著，對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民收入的增加有著深遠(yuǎn)的影響。工程實(shí)施后新增（含恢復(fù)）灌溉面積512.1 hm2，年增加經(jīng)濟(jì)作物綜合生產(chǎn)能力136.81 萬kg，年增產(chǎn)總值1854.25 萬元，大于工程總投資1512.35 萬元。

4.1 社會(huì)效益

商南縣茶園節(jié)水灌溉項(xiàng)目通過小型水源工程、渠道配套等小型農(nóng)田水利工程的實(shí)施，一是改善了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增強(qiáng)了茶葉發(fā)展后勁；二是增強(qiáng)了茶葉抵御自然災(zāi)害能力，加快了項(xiàng)目區(qū)群眾脫貧致富奔小康步伐；三是改善水資源的供給條件，補(bǔ)充地下水，同時(shí)也緩解了人畜飲水困難；四是發(fā)揮了良好的示范帶動(dòng)作用，形成顯著的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 生態(tài)環(huán)境效益

項(xiàng)目實(shí)施后，區(qū)域水資源得到有效利用，在補(bǔ)充地下水的同時(shí)，提高了農(nóng)業(yè)抗災(zāi)減災(zāi)能力，形成水田旱澇保收，利于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，也提高了區(qū)域植被覆蓋率，減緩水土流失，有利于局部氣候改善，改善自然環(huán)境，區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境趨于良性循環(huán)，減少了社會(huì)矛盾，構(gòu)筑了和諧的社會(huì)環(huán)境。

5 結(jié)語

商南縣茶園節(jié)水灌溉項(xiàng)目涉及試馬鎮(zhèn)2 個(gè)村，其節(jié)水灌溉項(xiàng)目分別為河水渠灌和井水噴灌、微灌形式，通過對水源和灌溉制度、定額以及管網(wǎng)的布設(shè)探討，以及節(jié)水工程的科學(xué)建設(shè)，為秦嶺山區(qū)推進(jìn)節(jié)水工程建設(shè)提供了參考。