基于滾移式噴灌的農(nóng)田水利節(jié)水灌溉方案設(shè)計分析

張巨林

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

在農(nóng)業(yè)灌溉中，水源對作物的正常生長起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)灌溉技術(shù)主要采用漫灌形勢，造成大量水資源浪費(fèi)，因此，技術(shù)人員開始將農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)作為研究重點(diǎn)，而這也成為農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展必然趨向及未來工作主要目標(biāo)。

在實踐中，必須重視節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。在節(jié)水灌溉技術(shù)的實施中，既要以少量的水分來提高產(chǎn)量，又要在不影響基本農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前提下，做到水資源的節(jié)流，這樣就必須采用科學(xué)的灌溉措施進(jìn)行日常工作。在現(xiàn)有的農(nóng)田灌溉中應(yīng)用節(jié)水技術(shù)，既能有效地完成農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化改造，又能促進(jìn)水資源的合理分配，避免水資源的浪費(fèi)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。所以，在實際工作中，要提高對節(jié)水灌溉技術(shù)的認(rèn)識，并根據(jù)實際情況，合理地選用合適的節(jié)水灌溉技術(shù)，才能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1 滾移式噴灌機(jī)原理概述

滾移式噴灌機(jī)又稱滾輪式噴灌機(jī)，是一種半自動的大型噴灌機(jī)。與噴灌機(jī)本體配套的水源泵站和供水管網(wǎng)屬于預(yù)先設(shè)置的農(nóng)田作業(yè)，而非滾動噴灌系統(tǒng)的一部分。典型的滾動式噴灌器由驅(qū)動車、輸水支管、驅(qū)動輪、引水軟管、噴頭、矯正器、自動泄水閥和制動支桿等構(gòu)成[1]。滾移式噴灌機(jī)除了作為輪軸的圓形隨動輪，通過增加或減小導(dǎo)管的長度，可以改變整個噴灌機(jī)的長度，還需要1 輛推進(jìn)器來提供在地面上行走的動力。需要導(dǎo)流軟管采用方便快捷的安拆連接方式將滾移式噴灌機(jī)與農(nóng)田的供水網(wǎng)絡(luò)連接起來，為滾移式噴灌機(jī)提供灌溉用水，并通過多種噴嘴和噴嘴校正裝置將水噴射到不同的形狀，以滿足不同的作物對水分的需求。此外，還要安裝自動泄水閥、剎車支桿等零部件。在滾動噴灌機(jī)啟動的情況下，按照一定的灌水量和循環(huán)時間，在某地點(diǎn)完成噴灌作業(yè)，關(guān)閥停止供水，再將機(jī)械移至下一噴灌點(diǎn)與供水系統(tǒng)相連。繼續(xù)進(jìn)行灌溉工作。1 臺滾移式噴灌機(jī)，在一個循環(huán)中，可以完成1 000 多畝（1 畝約等于0.067 hm2，下同）的灌溉。噴灌機(jī)的灌溉長度是150～600 m，根據(jù)具體情況，選擇合適的噴灌長度，必須考慮到水源的給水量和噴灌場地的寬度。滾筒噴灌機(jī)的輪軸管道，為了滿足其運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)能力，需要1 根螺旋管來驅(qū)動整個機(jī)械的工作，一般都是用規(guī)格為110 mm 的耐扭鋁管來制造。噴灌間隔一般為10～12 m，根據(jù)水源壓力、作物種類和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速而變化。

2 案例概述

案例工程為某地區(qū)農(nóng)墾區(qū)，該區(qū)域地勢起伏、河流縱橫，整體可細(xì)分為低山丘陵、高平原及河漫灘3 種地貌，該地區(qū)土壤肥沃，是當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。在當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展背景下，該墾區(qū)負(fù)責(zé)人也積極探究農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方案，在充分結(jié)合本地區(qū)實際情況及技術(shù)發(fā)展水平基礎(chǔ)上，最終決定采用滾移式噴灌機(jī)落實節(jié)水灌溉目標(biāo)。

3 滾移式噴灌設(shè)計方案

3.1 基本參數(shù)及管道敷設(shè)方案

案例農(nóng)場總面積約為1 400 畝，地塊土壤容量及田間持水量分別為1.3 kg/cm3及22%，主要作物及水源分別為玉米作物及地表水。

技術(shù)人員在實際開展設(shè)計工作時，依據(jù)我國現(xiàn)行GB/T 50085—2007《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》設(shè)定灌溉保證率為90%，同時設(shè)定輸水管道水、田間噴灑水系數(shù)分別為0.97、0.9，并在此基礎(chǔ)上計算得出灌溉水利用系數(shù)為0.87。除此以外，技術(shù)人員在實際工作中還對地塊耗水強(qiáng)度進(jìn)行篩選，最終得出4 mm/d 結(jié)果。

在管道敷設(shè)方案設(shè)計上，技術(shù)人員設(shè)計將水源及噴灌單元管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行連接，隨后利用輸水干管將水源引至需灌溉區(qū)域，干管布置主要依托于作物種植壟向垂直方向布置，支管部分則沿隴向進(jìn)行布置，噴灌機(jī)作業(yè)過程中會沿隴向移動，完成灌溉作業(yè)[2]。

3.2 灌溉方案設(shè)計

技術(shù)人員在實際工作中針對噴灌作業(yè)方案進(jìn)行設(shè)計，具體內(nèi)容主要涵蓋以下幾方面。

第一，技術(shù)人員利用公式（1）對凈灌水定額進(jìn)行計算。

式中：m凈表示凈灌水定額值；γ 及h 分別表示計劃濕潤層土壤干容量及深度；β1及β2分別表示適宜土壤含水量上下限。

第二，技術(shù)人員利用公式（2）對灌水周期進(jìn)行計算。

式中：T 和Ia分別表示灌水周期及耗水強(qiáng)度。

第三，技術(shù)人員利用公式（3）對毛灌水定額進(jìn)行計算。

式中：m毛及η 分別表示設(shè)計毛灌水定額及灌溉水利用系數(shù)。

在完成相關(guān)參數(shù)計算后，技術(shù)人員得出參數(shù)結(jié)果見表1。

表1 灌溉方案設(shè)計參數(shù)

3.3 管道布置方案及水力計算

3.3.1 管道布置方案設(shè)計

案例灌溉區(qū)總面積約為1 434 畝，為切實保障灌溉作業(yè)管理有序性，工作人員將其劃分為多個灌溉地塊，其灌溉水主要來源于中心水庫。為充分落實灌溉制度設(shè)計了，確保水源供給充足同時嚴(yán)格依照周期完成灌溉作業(yè)，技術(shù)人員將管網(wǎng)系統(tǒng)細(xì)分為輸水干管及輸水支管兩級，2 者之間采用地埋PE 管進(jìn)行連接，同時技術(shù)人員設(shè)計依托于閥門井，利用輸水軟管連接噴灌機(jī)管道及輸水支管[3]。在管徑設(shè)計方面，技術(shù)人員決定采用經(jīng)驗公式法進(jìn)行，具體如下所示

在Q＜120 m3/h 情況下，

在Q＞120 m3/h 情況下，

依托于水力計算結(jié)果，可實現(xiàn)調(diào)整管徑目的，具體管徑見表2。

表2 管徑設(shè)計表

3.3.2 水頭損失計算

為切實保障噴灌系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，技術(shù)人員需要對管網(wǎng)水力進(jìn)行計算，其實際工作中設(shè)定采用官網(wǎng)系統(tǒng)中最不利噴點(diǎn)作為計算依據(jù)開展后續(xù)計算工作。

在輸水干管水力計算方面，技術(shù)人員在實際工作過程中，設(shè)定干管局部水頭損失為干管沿程水頭損失的10%，隨后技術(shù)人員利用如下公式對沿程水頭損失計算[4]。

式中：h干表示水頭損失；hf及hj分別表示沿程水頭損失及依照水頭損失10%的局部水頭損失；Q、D、L、f 分別表示流量、管道內(nèi)徑、管道長度及摩阻系數(shù)。

在支管水頭損失計算方面，技術(shù)人員決定依照支管沿程水頭損失的10%作為結(jié)果，其具體計公式為

式中：h支表示水頭損失；hf及hj分別表示沿程水頭損失及依照水頭損失10%的局部水頭損失；Q、D、L、f 分別表示流量、管道內(nèi)徑、管道長度及摩阻系數(shù)。

在經(jīng)過詳細(xì)計算后，技術(shù)人員得出噴灌管網(wǎng)系統(tǒng)水力計算表，見表3。

表3 噴灌管網(wǎng)系統(tǒng)水利計算結(jié)果

4 案例節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用效益

4.1 節(jié)水效益分析

案例灌溉區(qū)中，技術(shù)人員所設(shè)計噴灌方案投入使用后，逐漸形成管道輸水及滾移式噴灌技術(shù)為主的灌溉作業(yè)體系，其實際作業(yè)過程中依照60 m3/畝定額開展作物噴灌工作。技術(shù)人員工作中對節(jié)水灌溉方案的節(jié)水效益進(jìn)行分析，最終得出結(jié)論，在同等條件下采用畦灌模式灌溉定額為120 m3/畝，由2 種模式對比分析可知，相較于畦灌模式，噴灌模式節(jié)水效率達(dá)到100%，節(jié)水效果極為顯著且深層滲漏情況得到有效緩解。

4.2 增產(chǎn)效益分析

案例灌溉區(qū)中，節(jié)水灌溉方案在提升作物產(chǎn)量方面也呈現(xiàn)出較為顯著的成效。技術(shù)人員在實際對此方面進(jìn)行計算過程中依托于1 萬畝玉米作物作為增產(chǎn)效益計算依據(jù)，其主要計算方式為節(jié)水灌溉方案應(yīng)用后較以往增加的產(chǎn)量及產(chǎn)值，具體公式如下

式中：Δy 表示增產(chǎn)量；y1及y0分別表示節(jié)水灌溉平均產(chǎn)量及以往平均產(chǎn)量。由最終計算結(jié)果可知，在計算涉及的1 萬畝玉米作物種植區(qū)中，以往平均產(chǎn)量為650 kg/畝，而噴灌方案應(yīng)用后平均產(chǎn)量為800 kg/畝，平均增產(chǎn)量達(dá)到150 kg/畝。

5 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷提升，以噴灌技術(shù)為代表的一系列新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于灌溉作業(yè)之中，各項節(jié)水灌溉措施在新技術(shù)支持下也得到有效落實。本文所研究案例針對噴灌技術(shù)應(yīng)用方案進(jìn)行設(shè)計，由最終應(yīng)用成效進(jìn)行分析可知，其在節(jié)水以及增產(chǎn)方面均取得較好成效，同時該方案在控制肥料及農(nóng)藥污染方面也發(fā)揮出重要作用，切實推動綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)落實，可以為其他區(qū)域提供參考意見。