卷盤式噴灌技術(shù)在山陰縣某牧草基地中的應(yīng)用

賀麗娟

（山西汾河一壩管理有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

山西省水資源緊缺，發(fā)展節(jié)水灌溉是必然選擇。節(jié)水灌溉是最大限度提高單位灌溉用水量的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值的灌溉措施。常見的有噴灌、滴管、滲灌、渠道防滲、低壓管灌等。

噴灌是把由水泵加壓或自然落差形成的有壓水，通過壓力管道送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，形成細(xì)小水滴，均勻地散落到農(nóng)田的一種灌溉方式。適用性較強(qiáng)，既適用于平原，也適用于山區(qū)，既適用于透水性強(qiáng)的土壤，也適用于透水性弱的土壤。由于管道輸水損失很小，灌溉水利用系數(shù)可達(dá)0.85 以上，比明渠輸水的地面灌溉省水20%～30%。噴灌形式多種多樣，分為固定管道式噴灌、半移動(dòng)式噴灌、中心支軸式噴灌、卷盤式噴灌、滾移式噴灌。其中卷盤式噴灌的地形適應(yīng)性強(qiáng)，具有易于管理、省工省時(shí)、噴灑質(zhì)量高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 基本資料

牧草基地位于山陰縣薛圐圙村南，在桑干河干渠河漫灘與一級(jí)階地交替段，為大同盆地的一部分，微向河谷傾斜，平均海拔1 021.1～1 031.4 m，地勢(shì)比較平坦，地面坡度1°～2°，田面坡度2°～3°。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，光照充足，雨量較少，四季分明。年均氣溫7.3℃，≥10℃的有效積溫3 000℃，無霜期136 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 800 h，年降水量410 mm，最大凍土層深度147 cm，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)橄募緰|南風(fēng)，冬季西北風(fēng)。

牧草基地灌溉面積146.27 hm2，無可供灌溉的地表水源，均采用地下水進(jìn)行灌溉，地下水資源比較豐富，能滿足灌溉需求?，F(xiàn)狀灌溉方式為大水漫灌。

2 噴灌工程設(shè)計(jì)

2.1 灌溉制度的確定

牧草基地種植作物為苜蓿，灌溉水源為地下水，灌溉方式采用卷盤式噴灌機(jī)噴灌。根據(jù)《山西用水定額第1 部分：農(nóng)業(yè)用水定額》（DB14/T 1049.1-2015），山陰為Ⅰ區(qū)，85%保證率時(shí)Ⅰ區(qū)灌溉定額為1 500 m3/hm2，噴灌調(diào)整系數(shù)為0.61，水源調(diào)整系數(shù)地下水為0.93，計(jì)算灌溉定額為900 m3/hm2。再結(jié)合灌區(qū)實(shí)際情況及農(nóng)民的灌溉經(jīng)驗(yàn)，確定苜蓿灌溉定額為1 125 m3/hm2。又根據(jù)苜蓿的生育期特點(diǎn)，確定作物灌溉用水定額。灌溉制度見表1。

表1 苜蓿灌溉制度

牧草基地灌溉面積146.57 hm2，作物全部種植苜蓿，規(guī)劃水平年綜合灌溉凈定額1 125 m3/hm2。管道水利用系數(shù)取0.96，田間噴灑水利用系數(shù)取0.90，確定灌溉水利用系數(shù)為0.86。灌區(qū)灌溉總需水量為19.18 萬m3。

灌溉水源采用地下水進(jìn)行灌溉。

2.2 機(jī)組選型

卷盤式噴灌具有適應(yīng)地形性強(qiáng)、易于管理、省工省時(shí)、噴灑質(zhì)量高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)市場(chǎng)使用情況，絞盤式噴灌機(jī)選用型號(hào)JP 75-300。設(shè)備技術(shù)參數(shù)為：

1）有效噴灑長(zhǎng)度300 m，有效噴灑幅寬50 m，單次單邊作業(yè)最大控制面積1.33 hm2；2）噴頭噴嘴直徑18～22 mm；3）噴頭流量13～45 m3/h；4）噴頭射程25～42 m；5）噴頭工作壓力0.35～1.0 MPa；6）噴灌強(qiáng)度6～10 mm/h。

項(xiàng)目區(qū)水源井配套水泵，將水流提至地面給水栓，絞盤式噴灌機(jī)就近連接給水栓。絞盤式噴灌機(jī)進(jìn)口工作壓力按0.7 MPa 考慮，給水栓預(yù)留0.7 MPa 壓力。絞盤式噴灌機(jī)噴灌方式為輪灌，配備四輪拖拉機(jī)為牽引設(shè)備。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)苜蓿設(shè)計(jì)灌溉制度，計(jì)算絞盤式噴灌機(jī)灌溉周期內(nèi)灌溉面積。

單臺(tái)噴灌機(jī)噴灌面積

A=1.5qtT/m

式中：A——單臺(tái)噴灌機(jī)噴灌面積，hm2；

q——噴灌機(jī)流量，m3/h，取值32 m3/s；

t——每天灌溉時(shí)間，22 h；

T——灌溉周期（一次灌水延續(xù)時(shí)間），10 d；

m——設(shè)計(jì)灌水定額為26.16 mm。

經(jīng)計(jì)算，單臺(tái)噴灌機(jī)灌水周期內(nèi)噴灌面積最大值為26.91 hm2。

牧草基地灌溉面積146.57 hm2，根據(jù)單臺(tái)噴灌機(jī)控制面積及地形實(shí)際情況，綜合確定卷盤式噴灌機(jī)為7 臺(tái)。

2.3 田間工程設(shè)計(jì)

牧草基地灌溉面積146.57 hm2。管道輸水常用的管材有混凝土管、塑料硬（軟）管及金屬管等。管材選擇結(jié)合使用壽命、輸水性能、施工方便程度、衛(wèi)生性能和維護(hù)費(fèi)用等因素，考慮到管道管徑較小，最大工作壓力1.0 MPa，因此，管材選用經(jīng)濟(jì)耐用的PVC-U 塑料管。

管道埋設(shè)于地下，埋深不小于當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃?.47 m，管道埋深均按1.5 m 考慮。干管沿道路、地塊邊或地塊中央布設(shè)，支管垂直干管布設(shè)，支管上根據(jù)田間噴灌機(jī)布置情況布設(shè)給水栓。供卷盤式噴灌機(jī)使用的給水栓間距不小于50 m。給水栓出水口口徑與卷盤式噴灌機(jī)的管徑保持一致，采用DN 75 鑄鐵管，給水栓出地立管長(zhǎng)度2.0 m。干管首部設(shè)置控制閥井，管道末段設(shè)置泄水閥井，封凍前將水從泄水井排空。輸水線路上各拐點(diǎn)、管道交接點(diǎn)均設(shè)置有C 15 混凝土鎮(zhèn)墩。項(xiàng)目區(qū)共鋪設(shè)PVC-U 管道9 705 m。

采用經(jīng)濟(jì)流速法初選管徑，管道直徑可按下式初步確定：

式中：Q——輸水管設(shè)計(jì)流量，m3/s；

Ve——PVC-U 管道經(jīng)濟(jì)流速，1.0～1.5 m/s；

D——管內(nèi)徑，m。

經(jīng)計(jì)算，輸水管道選用管徑為DN 110 的PVC-U管。

為控制灌溉管網(wǎng)，在每個(gè)獨(dú)立管網(wǎng)起點(diǎn)處設(shè)置控制閘閥井，可方便控制整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)。閘閥井深度2.35 m，高出地面0.25 m，內(nèi)徑1.2 m，墻厚24 cm，井口采用直徑800 mm 輕型灰口鑄鐵井蓋。

為方便控制項(xiàng)目區(qū)耕地灌水，在管道末端最低處設(shè)置一座泄水井，泄水井深2.37 m，內(nèi)直徑1.0 m，壁厚0.24 m，采用磚砌結(jié)構(gòu)，底部鋪設(shè)30 cm 厚礫石透水體，蓋板為直徑800 mm 輕型灰口鑄鐵井蓋。

項(xiàng)目區(qū)共鋪設(shè)PVC-U 灌溉管道9 705 m，鑄鐵給水栓108 套，控制閘閥井14 座，末端泄水井15 座；配置卷盤式噴灌機(jī)7 臺(tái)，小型拖拉機(jī)7 臺(tái)。

2.4 輸水管的水頭損失計(jì)算

管道水頭損失計(jì)算，包括沿程水頭損失和局部水頭損失，計(jì)算公式如下。

沿程水頭損失計(jì)算公式：

式中：hf——沿程水頭損失，m；

f——摩阻系數(shù)，鋼管為62500，PVC 管為94800；

L——管長(zhǎng)，m；

Q——流量，m3/h；

m——流量系數(shù)，鋼管取1.9，PVC 管取1.77；

d——管內(nèi)徑，mm；

b——管徑指數(shù)，鋼管取5.1，PVC 管取4.77。

管道局部損失按沿程損失的10%計(jì)。

根據(jù)井泵提水量和管道節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)流量通過損失計(jì)算比較，最終選擇合理的管徑。詳見表2。

3 綜合效益分析

3.1 灌溉效益

牧草基地耕地面積146.57 hm2，以種植苜蓿為主，按畝均增產(chǎn)苜蓿2 000 kg 計(jì)算，共計(jì)增產(chǎn)439.72 萬kg，每按0.05 元/kg 計(jì)算，增加收入21.99 萬元。不考慮不可預(yù)見的冰雹、風(fēng)災(zāi)、冷害和嚴(yán)重蟲災(zāi)等自然災(zāi)害。

表2 管徑及管道水頭損失計(jì)算表

3.2 節(jié)水、節(jié)能效益

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀主要種植苜蓿等高耗水作物，工程區(qū)大部分為旱地，現(xiàn)狀水利設(shè)施已不能滿足灌溉發(fā)展的需求。本次采取節(jié)水噴灌方式，從而節(jié)約區(qū)域用水，提升了水源涵養(yǎng)能力。

3.3 節(jié)地效益

卷盤式噴灌技術(shù)，可以取消灌區(qū)的農(nóng)渠、毛渠，節(jié)省這兩級(jí)渠道所占用的耕地面積，采用噴灌措施后，通過相同水量時(shí)所需的過流斷面減少，因此可以減少占用耕地。

3.4 省工效益

由于卷盤式噴灌技術(shù)與傳統(tǒng)灌溉相比自動(dòng)化程度有較大提高，田面進(jìn)行了平整規(guī)劃，用于灌溉的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間均降低，因此可以節(jié)約一部分人工。

3.5 社會(huì)效益

卷盤式噴灌技術(shù)是現(xiàn)代化灌溉技術(shù)之一，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)機(jī)械化、規(guī)?；?、集約化、智能化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，對(duì)于引進(jìn)和采用農(nóng)業(yè)新技術(shù)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，運(yùn)用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)語

隨著牧草基地噴灌工程的實(shí)施，灌區(qū)水土資源得到了合理的利用，保護(hù)和改善了項(xiàng)目區(qū)所在地的生態(tài)環(huán)境，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到了改善，提高了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)了灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了灌區(qū)人民的生活水平。

項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)提高灌區(qū)水的利用率，大力推行節(jié)水灌溉是很必要的，對(duì)維護(hù)灌區(qū)工程效益和保證灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展是十分必要的，對(duì)灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。