申莊水庫蘋果園節(jié)水灌溉技術(shù)研究

賈珺琳

（晉城市水務(wù)局,山西 晉城 037000）

灌溉是集輸水與灌水于一體的農(nóng)業(yè)活動(dòng),其技術(shù)變遷之下,輸水方式轉(zhuǎn)型升級,水利用系數(shù)由0.3 大幅增至0.95,水資源利用水平提高；灌水方式也發(fā)生階段性演變,逐步淘汰地表漫灌的粗放化方式,向噴灌、微灌等方向升級。具體至我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)是重要舉措,此舉有利于提高水資源利用水平,緩解區(qū)域水資源供需矛盾,改善生態(tài)環(huán)境,甚至對經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化起到促進(jìn)作用。

1 果園發(fā)展涌泉灌技術(shù)的動(dòng)因

1.1 水資源匱乏,對果業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生制約作用

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,各行各業(yè)的用水量迅猛增加,為滿足水資源的使用要求,部分地區(qū)存在無限制的水資源開發(fā)行為,例如水井愈打愈深,地下水位持續(xù)下降,水文條件惡化,加劇水資源供應(yīng)緊缺的局面,水量的減少迫使水分增加,果農(nóng)的生產(chǎn)成本提高,阻礙果業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程。

1.2 傳統(tǒng)灌溉水方式粗放化,水資源浪費(fèi)量大

果園灌溉存在水資源匱乏的局面,但與之相矛盾的是,部分果園仍采用傳統(tǒng)的地面漫灌技術(shù),其存在水資源明顯浪費(fèi)的弊端。雖然部分地區(qū)對渠道輸水方式做出升級,將其轉(zhuǎn)為管道輸水的方式,但具體至田面灌溉中,大水漫灌的現(xiàn)象仍普遍存在,且田面畦田的尺寸較大（通常長度達(dá)到100 m～300 m、寬度2 m～6 m）,引發(fā)極為嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。每年由于滲漏蒸發(fā)或是其它原因而浪費(fèi)的水量尤為可觀,據(jù)統(tǒng)計(jì)其幾乎達(dá)到灌溉用水總量的40%以上,也正是由于此現(xiàn)象的存在,更突出節(jié)水型灌溉技術(shù)的重要性,需要根據(jù)果園灌溉的需求和現(xiàn)場水資源狀況合理應(yīng)用科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)。

2 節(jié)水灌溉技術(shù)在申莊蘋果灌區(qū)的應(yīng)用

2.1 灌區(qū)概況

申莊水庫位于申莊村東,始建于1959 年,壩高25 m,庫容1400 萬m3,流域面積104.5 km2,2010 年進(jìn)行了壩體除險(xiǎn)加固,平均年蓄水量210 萬m3,每年3 月、4 月枯水期30%年份出現(xiàn)斷水現(xiàn)象,蓄水量在0～20 萬m3之間。水庫移民示范村果樹園區(qū)建設(shè)工程,工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為714.3 m3/d,果樹園區(qū)250 畝。

2.2 申莊村節(jié)水片典型設(shè)計(jì)

典型地塊選在2 號干管上,分干管控制的范圍,控制面積為119 畝。地塊長400 m,寬200 m。涌泉灌工程系統(tǒng)由首部樞紐、管路系統(tǒng)及涌泉器組成。管路系統(tǒng)分總干、分干、支、毛五級。總干管為DN110 的PE 管,從蓄水池引出向田間公路垂直布置,總干管左側(cè)（與總干管垂直）布置DN110 的PE分干管,分干管采用DN90 的PE 管,垂直于總干管單向布置,長200 m～400 m,支管采用DN63 的PE 管,一根分干管控制9 條支管,毛管采用DN25 的PE 管,長120 m,毛管間距3 m,每條毛管上設(shè)40 個(gè)涌水器,涌水器間距為3 m,及每棵蘋果樹下放置一個(gè)涌水器。每根支管控制6 對毛管。

2.3 基于現(xiàn)場條件的水源工程設(shè)計(jì)

（1）筑壩抬高水位引水。在緊鄰壩體的臺(tái)地處布置泵站,綜合考慮水泵揚(yáng)程和防洪標(biāo)準(zhǔn),規(guī)劃機(jī)房的合適建設(shè)位置；以膠管或鋼管焊接的方法支撐吸水管。根據(jù)引水量、現(xiàn)場地形特征,確定采用溢流堰砌石重力壩。經(jīng)計(jì)算,配置的是55 kW 電機(jī)和D46-30×9 多級離心泵各一臺(tái),出水量46 m3/h,揚(yáng)程270 m。

（2）于出水口修筑封閉式圓柱形漿砌石供水池,直徑取9m,配套進(jìn)出水管、溢流管等設(shè)施。建設(shè)的供水池在灌溉中發(fā)揮出調(diào)節(jié)的作用,以維持灌溉水的穩(wěn)定性。按照與干管垂直的位置關(guān)系布設(shè)配水支管,聯(lián)合應(yīng)用各級支閘閥,根據(jù)實(shí)際灌溉需求有效控制輪灌。于分支管道處配套放水閘,在其輔助下調(diào)控各用水單元的用水量,避免用水過多或過少。管溝用原土做夯實(shí)處理,開挖1∶0.3 的邊坡,回填時(shí)采取壓實(shí)措施,要求壓實(shí)系數(shù)不小于0.85。

（3）果樹管灌面積119 畝,分別為各單元配置控制閥和水表,根據(jù)現(xiàn)場種植要求實(shí)行輪灌,田間用軟管澆灌。實(shí)測結(jié)果顯示,單棵樹、一畝果樹的需水量分別為0.2 m3、8 m3。

（4）設(shè)計(jì)灌水定額

據(jù)公式：M=0.1rzp（max-min）/η

式中：m為設(shè)計(jì)灌水定額,mm；r為土壤容重,g/cm3,r=1.3；z為計(jì)劃濕潤層深度,m,z=1 m；p為微灌設(shè)計(jì)土壤濕潤比,%,p=40%；η為灌溉水利用系數(shù),取0.85；max為適宜土壤含水量上限（重量百分比）,%,max=2.25；min為適宜土壤含水量下限（重量百分比）,%,min=1.75。

計(jì)算得：M=0.1×1.3×1×0.4（2.25-1.75）/0.9=0.029 m=29 mm

涌泉灌的設(shè)計(jì)灌水定額為30 mm（20.01 m3/畝）。

（5）灌水周期

取蘋果平均最大日耗水量Ea=4 mm/d,則灌水周期T為：

取T=7 d。

（6）取水工程

1）取水流量

引水管設(shè)計(jì)流量Q=20000 m3/4/7/16=45 m3/h。

2）取水構(gòu)筑物

新建500 m3鋼筋混凝土圓形敞口池一座作為本次工程的調(diào)節(jié)水池。

（7）輸水工程

管材根據(jù)實(shí)測確定,從500 m3調(diào)節(jié)池至田間主管閥門房水頭為50 m 可采用0.6 MP 的PE 管,全長500 m。

PE管經(jīng)濟(jì)流速選擇1 m/s,經(jīng)以下計(jì)算管道水頭損失132 m。

1）設(shè)計(jì)流量為0.0161 m/s。

2）設(shè)計(jì)流速,采用PE 管經(jīng)濟(jì)流速1m/s。

4）沿程水頭損失,按下式計(jì)算：

式中：h1為沿程水頭損失,m；L為計(jì)算管段的長度,500 m；i為單位管長水頭損失,0.06 m/m。

工程總引水總管的實(shí)測高差為50 m,大于水頭損失30 m,滿足輸水水頭。

本次規(guī)劃以灌溉蘋果樹為主,根據(jù)蘋果樹生育期需水情況和多年的灌溉經(jīng)驗(yàn),灌溉天數(shù)以100 天為宜,灌區(qū)中,涌泉器安裝在毛管上。毛管與支管按傳統(tǒng)方式相互垂直呈“梳子”狀布置,并平行果樹種植方向,每行鋪設(shè)一條,間距3 m,毛管選用Φ25 mm 的PE 管,單根毛管長度為120 m,毛管上涌泉器安裝在果樹株旁,間距3 m,一棵果樹一個(gè)涌泉器,一條毛管上有40 個(gè)涌泉器。支管東西向布置,選用Φ63 mm 的PE 管,每條支管控制6 根毛管,單根支管長度為50 m,與分干管道相接并列布置。

基于現(xiàn)場地形和果樹的生長特點(diǎn),經(jīng)對比分析后選擇的是小管出流灌溉技術(shù),根據(jù)該技術(shù)的應(yīng)用要求,配套新一代的小管出流穩(wěn)流器,此裝置中含有以硅膠為原料制成的補(bǔ)償膜片,兼具耐久、性能穩(wěn)定多項(xiàng)特點(diǎn),且設(shè)計(jì)為防回吸結(jié)構(gòu),能夠有效避免系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)的真空現(xiàn)象（若有真空,雜物將倒吸,從而導(dǎo)致灌水器遭堵塞,嚴(yán)重影響正常灌水）。涌水器的流量為15 L/h,工作壓力150 kPa。

自項(xiàng)目建成啟用以來,灌區(qū)果樹種植條件得以優(yōu)化,果樹生長狀態(tài)良好,產(chǎn)量和果實(shí)質(zhì)量較之于以往均有所改善,新增節(jié)水灌溉面積250 畝,節(jié)水19000 m3,使農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、旱澇保收,總產(chǎn)量增加,并且農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改善,商品率提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展建議

（1）因地制宜,合理選用節(jié)水灌溉技術(shù)。綜合考慮到灌區(qū)自然特征、作物類型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等多項(xiàng)因素,確定最具可行性的節(jié)水灌溉技術(shù)。在技術(shù)的選型中,除了考慮到節(jié)水效益外,還需注重對經(jīng)濟(jì)效益的追求,盡可能在兩者間尋求均衡點(diǎn),原因在于經(jīng)濟(jì)效益偏低時(shí)易打擊農(nóng)戶的積極性,不利于可持續(xù)發(fā)展。此外,節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)劃需要契合于國家種植規(guī)劃,緊隨發(fā)展戰(zhàn)略。而由于農(nóng)業(yè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展,其正顯現(xiàn)出規(guī)?；C(jī)械化的特征,因此在選取節(jié)水灌溉技術(shù)時(shí)也需對此方面予以高度的重視,避免技術(shù)滯后。

（2）增加財(cái)政投入,促進(jìn)技術(shù)推廣。節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣需要得到足量資金的支持,在此方面需要以國家投入為主,根據(jù)具體的技術(shù)推廣需求建立專項(xiàng)基金,用于灌區(qū)灌溉技術(shù)的推廣與應(yīng)用。積極擴(kuò)充資金的籌措渠道,考慮國家投資、社會(huì)融資等多種方法,也可采取轉(zhuǎn)讓、承包等方式吸引社會(huì)資本,以保證有足夠的資金用于節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣,使其“落地開花”。結(jié)合市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境,探索具有可行性的市場融資方式,以此來降低籌資成本,更加有效地抵御資金風(fēng)險(xiǎn),使資金得到有效的應(yīng)用,使優(yōu)質(zhì)的節(jié)水灌溉技術(shù)得到推廣。

4 結(jié)語

節(jié)水灌溉技術(shù)在水資源緊缺的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)背景下顯得尤為關(guān)鍵,對于申莊蘋果灌區(qū)而言,為促進(jìn)該產(chǎn)區(qū)蘋果種植業(yè)的發(fā)展,有必要應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù),以較少的水資源投入來推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。針對節(jié)水灌溉技術(shù)推廣中的阻礙,需要遵循因地制宜的原則,注重技術(shù)的探索、資金的配置等,有效提高節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用水平,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)助力。