大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)現(xiàn)存問(wèn)題及改進(jìn)建議

景俊生

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏源新實(shí)業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)概述

滴灌系統(tǒng)由引水部件、首部控制樞紐、配水管網(wǎng)以及灌水器幾部分共同組成（見(jiàn)圖1）。在滴灌系統(tǒng)中，最大的能量損失是由管道水頭損失和灌水器內(nèi)部復(fù)雜流道對(duì)水能消耗造成的，這使灌水器受工作壓力變化的影響較小，出水量小而穩(wěn)定；系統(tǒng)中對(duì)造價(jià)影響最大的因素是水頭即工作壓力，其中系統(tǒng)首部、管網(wǎng)、過(guò)濾設(shè)施、灌水器等的價(jià)格均與工作壓力成正比，即造價(jià)隨壓力增大而提升。

圖1 滴灌系統(tǒng)裝置示意圖Fig.1 The schematic diagram of drip irrigation system

當(dāng)前，大中型農(nóng)業(yè)滴灌系統(tǒng)常用的灌水器及毛管工作壓力為10 m，在確保灌水均勻度的基礎(chǔ)上，滴灌系統(tǒng)的工作壓力均可降低。從整體來(lái)看，我國(guó)大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：第一，我國(guó)大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)通常使用較高工作水頭，系統(tǒng)中滴頭平均工作水頭是滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中最為重要技術(shù)參數(shù)之一。其中，滴頭工作壓力越高，則水泵揚(yáng)程越高，所需能耗費(fèi)用就越高。第二，設(shè)計(jì)中大多使用較大管徑的貼片式滴灌帶。此類滴灌帶雖能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水灌溉，但造價(jià)較高，制約了滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用。滴頭的工作壓力越大，則毛管、支管和干管要承受的水壓力越高，使用的管道壁厚混合耗材量也會(huì)增加，這使得投資費(fèi)用大大提升。第三，就遠(yuǎn)離居民點(diǎn)或者村莊的農(nóng)田而言，系統(tǒng)電源供應(yīng)也是設(shè)計(jì)中存在的重要問(wèn)題之一。

2 大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)現(xiàn)存問(wèn)題

由于滴灌技術(shù)在許多地區(qū)尚處試驗(yàn)、摸索階段，因此在大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)中存在許多問(wèn)題。

2.1 滴灌運(yùn)維成本較高

滴灌技術(shù)在運(yùn)維成本中投入相對(duì)較高，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，是一筆不小的支出。首先，日常維護(hù)中人工費(fèi)過(guò)高。同時(shí)，滴灌帶、連接滴灌帶的地面鋪管及滴灌帶配件在使用過(guò)程中需定期更換，由于購(gòu)買(mǎi)廠家不同，且系統(tǒng)中許多精細(xì)零配件難以重復(fù)利用，造成每年支出居高不下。最后，由于滴灌帶的質(zhì)量參差不齊，重新購(gòu)買(mǎi)和運(yùn)維的成本加大。

2.2 滴灌帶質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)

滴灌帶質(zhì)量參差不齊也是阻礙滴灌發(fā)展的重要因素之一。當(dāng)前在市場(chǎng)上的滴灌帶質(zhì)量和規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)標(biāo)，管道選徑偏小，如換種其他作物，現(xiàn)有地埋供水管道無(wú)法利用，需重新設(shè)計(jì)鋪設(shè)管道。

2.3 滴灌接頭容易堵塞

滴灌系統(tǒng)龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且由灌水器、過(guò)濾器、施肥灌等所組成，為了降低成本，管徑均選用較小的管道，加大了維修難度和投入成本。當(dāng)前大中型農(nóng)業(yè)滴灌大多采取井水灌溉的方式，其中存在大量泥沙，造成滴灌堵塞且不易解決，因此，會(huì)存在接頭易堵塞、鹽蝕松動(dòng)漏水等故障，大大制約了滴灌技術(shù)的使用和推廣。

2.4 配套設(shè)施尚未完善

由于之前自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制技術(shù)不太成熟，一般是用水壓控制閥門(mén)，為了運(yùn)行操作方便和有效控制閥門(mén)，閥門(mén)基本是集中安裝。使灌溉時(shí)間、制度難以進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)施，造成灌溉不均勻。難以根據(jù)不同農(nóng)作物實(shí)際生長(zhǎng)需求進(jìn)行供水，不僅有礙農(nóng)作物的生長(zhǎng)，同時(shí)也制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

3.1 大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)建議

系統(tǒng)滴灌設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2。首先要考慮水源設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)水泵、凈化過(guò)濾器、在灌溉同時(shí)進(jìn)行施肥及防治蟲(chóng)害物質(zhì)添加的肥料罐、水源流量控制器等，在此過(guò)程中，可通過(guò)取消二級(jí)首部過(guò)濾設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)泵房過(guò)濾器精度一次性達(dá)標(biāo)。借助設(shè)備的綜合利用，實(shí)現(xiàn)滴灌設(shè)計(jì)的自動(dòng)化控制，進(jìn)一步提升灌溉效率，降低灌溉難度。對(duì)于滴灌系統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)而言，管道設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)之一，管道除輸水主干管道外，還有支管、毛管等多種類型，因此，可利用現(xiàn)在較成熟的智能化遠(yuǎn)程控制技術(shù)裝備進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，管徑大，以便更換作物后能夠利用。同時(shí)，將閥門(mén)分散到田間，降低管道鋪設(shè)用量，借助在多個(gè)部位安裝壓力器和閥門(mén)等方式，使水源能夠輸送到滴灌管道中的各個(gè)部位，進(jìn)而發(fā)揮更好的效果；滴頭作為水流經(jīng)過(guò)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉的重要部分，要確保其位于土壤的表面或土壤淺表土層，不僅能夠保護(hù)滴頭，也可確保滴灌效果[2]。還可通過(guò)建立集控中心，通過(guò)電腦或手機(jī)app進(jìn)行遠(yuǎn)程控制啟停和灌水單元的開(kāi)關(guān)。

圖2 滴灌系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)圖Fig.2 The optimal design of drip irrigation system

3.2 大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

對(duì)于滴灌系統(tǒng)的過(guò)濾器設(shè)計(jì)而言，在滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，過(guò)濾器的重要性不言而喻[3]?？紤]到滴灌系統(tǒng)中滴頭孔洞較小，若難以借助過(guò)濾器將水源中較大雜質(zhì)過(guò)濾清除，則易導(dǎo)致滴頭堵塞，進(jìn)而嚴(yán)重影響滴灌系統(tǒng)的運(yùn)行和灌溉效果，甚至還可能導(dǎo)致爆管。對(duì)于滴灌系統(tǒng)的管道分布設(shè)計(jì)而言，考慮到管道分布是否合理的問(wèn)題，有如下兩點(diǎn)建議：一方面，若管道分布過(guò)密，則滴灌過(guò)程中水分消耗會(huì)增加，這就造成了水資源浪費(fèi)問(wèn)題，影響滴灌系統(tǒng)節(jié)水效果；另一方面，若管道分布過(guò)于分散，造成某些區(qū)域灌溉不到，使灌溉效果大打折扣，從而制約農(nóng)作物質(zhì)量和生長(zhǎng)，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展；對(duì)于滴灌系統(tǒng)的壓力設(shè)計(jì)而言，要充分考慮合理、有效的設(shè)計(jì)輸水壓力。基于此可借助安裝壓力儀表和控制儀表的方式控制輸水壓力，對(duì)此一是要防止輸水壓力不足，造成水源難以達(dá)到遠(yuǎn)處滴灌管道的滴頭，二是避免由于壓力過(guò)大造成滴灌系統(tǒng)的管道損壞，形成水資源浪費(fèi)，進(jìn)而影響滴灌的效果和農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

除上述內(nèi)容外，針對(duì)滴灌帶毛管與主管銜接接頭處毛管容易滑絲脫開(kāi)、毛管質(zhì)量差，造成的管身噴水、規(guī)格不達(dá)標(biāo)等一系列問(wèn)題，還需要進(jìn)一步研究完善滴灌技術(shù)，升級(jí)滴灌配套設(shè)施結(jié)構(gòu)和材料，進(jìn)一步完善滴灌滴頭設(shè)計(jì)，可采用新材料或接頭螺旋絲嵌入和鉚釘環(huán)扣等方式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級(jí)。與此同時(shí)，還有必要因地制宜，按照作物的種類進(jìn)行集中或分散供水、凈化處理、液肥施肥等技術(shù)，這一方面可以實(shí)現(xiàn)蔬菜類經(jīng)濟(jì)作物與糧食作物在時(shí)間和水量上的異樣要求，還可進(jìn)一步保障滴灌技術(shù)配套標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的開(kāi)展，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

4 結(jié)論

大中型農(nóng)業(yè)滴灌技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)健康發(fā)展具有重要的促進(jìn)意義，基于此進(jìn)一步優(yōu)化完善相關(guān)設(shè)計(jì)，有助于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，確保其質(zhì)量穩(wěn)步提升。面對(duì)未來(lái)，在大中型農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)計(jì)時(shí)，要在充分掌握其理論和要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)，進(jìn)而滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需要，促進(jìn)和農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。