果園全自動化微噴灌技術
2008-04-12 00:00:00高玉臣
山西果樹 2008年3期
針對一些地表水和淺層地下水源緊缺，巖溶裂縫水比較豐富，土層深厚，梯田平整的灌區，可采用全自動微噴進行灌溉。有一個灌區，自20世紀初期起發展以蘋果為主的果園基地46.7 hm2，灌區內梯田平整，道路規格，地塊呈方形；土壤為黏土，土壤質地好，土層深約5 m;樹齡7年生，樹冠直徑2.5 m，行距平均為4.0 m，垂直于等高線種植，果樹管理良好。20世紀90年代初打巖石深井2眼，出水量分別為32 m3/h和50 m3/h;建容積850 m3的大型蓄水池1座，容積80 m3的小型蓄水池10座;埋設了150 mm高壓混凝土輸水管1 250 m，PVC雙壁波紋塑料管1 880 m。水源可靠，水質良好。由于輸水距離遠，且地形復雜，大部分為逆坡，提水費用高，灌水周期長，水的利用率低，果樹不能適時適量灌溉，產量低而不穩，每1 hm2產量僅12 000 kg。特別是采用大水漫灌，灌溉定額高達1 200 m3／hm2，損失嚴重。為此，興建了全園全自動化微噴灌工程，節水、節能，增效明顯，現介紹如下。
1 工程規劃
1.1 輪灌區規劃
灌區面積為46.7 hm2，根據果樹需水情況及單井出水量，采用輪灌工作制度，平均每個輪灌區控制面積1.7 hm2，見圖1。為確保果樹適時灌溉，該微噴灌區采用雙重供水方式，即有電時采用全自動化微噴，由深井提供水源；停電時采用青石山自壓微噴，由蓄水池提供水源。
1.2 管網系統布置
管網布置見圖2，具體分布方式如下：
1）主干管布置。主干管連接已建深井、蓄水池，主干管為南北走向布置。
2) 分干管布置。由分干管直接向各輪灌區供水，分干管垂直于等高線，南北走向布置，雙向供水。
3) 支管布置。支管垂直于分干管，沿等高線方向東西布置，單向供水。
4）毛管布置。根據灌區地形情況，毛管分兩種布置方式：一是每隔1行樹布置1條毛管，垂直于等高線南北方向布置，平均間距為9.0 m，長28~30 m，雙向供水，可控制18~22個微噴頭；二是每行布置1條毛管，垂直于等高線南北方向布置，平均間距為4.5 m，長65~70 m，單向供水，可控制18~22個微噴頭。
5）微噴頭布置。每兩棵樹中間布置1個微噴頭，平均間距3.5 m，用長3.0 m、4 mm的塑料管與毛管相接，并用插桿將噴頭固定在樹下，見圖3。
1.3 微噴頭與附屬設備
微噴頭采用水利部農田灌溉研究所最新研制的單向、折射、噴霧式微噴頭，工作壓力為98 kPa時的流量為50 L／h，射程1.25 m，霧化指標為500，濕潤面積4.66 m2。在水泵出口處安裝逆止閥、安全閥，在干管分水口前安裝過濾器、電動閘閥、壓力表、水表，分干管、支管最高位置及拐角處安裝進排氣閥，分干管末端安裝排水閥。
2 管徑選擇與管道、過濾器安裝
2.1 經濟管徑的選擇與管道的安裝
田間管網按照干、支、毛、微的順序逐級安裝。主干管采用1992年鋪設的鋼筋混凝土管道。分干管首端選用110 mm波紋塑料管，采用子母口對接形式連接，末端選用80 mmPE軟管。支管選用50 mm、40 mm PE軟管，均采用噴燈熱擴口涂膠，按承接工藝進行連接。毛管選用20 mm、15 mm軟管，利用打孔器打孔，采用旁通、管卡與支管連接，每條長28～64 m，控制16～18棵果樹。微管選用4 mm PE軟管，利用打孔器打孔，采用承插接頭與毛管連接。
灌區冬季多年平均溫度-5 ℃～7 ℃，凍土層深約25 cm，為防止管道凍裂以及耕作時不被破壞，管道埋深均在50 cm以下。
2.2 過濾器安裝
為提高對水的凈化程度，防止微噴頭堵塞，在分干管進口處安裝由雙層120目塑料滌綸沙網組成的過濾器，為確保及時排出污物，在過濾器的進口與出口處各安裝1塊1 MPa壓力表，當兩表壓力差較大時，應通過排污管及時排污，凈水可從濾網外層直接進入分干管，為準確掌握水量，在過濾器進口處壓力表前安裝水表。
3 全自動微噴灌系統原理
本設計要求全自動化灌水系統能夠自動測量果園土壤濕度、土壤溫度和株間空氣濕度3項灌水指標，并自動采集、傳送給計算機，按需水要求進行分析，做出灌水決策，自動控制灌水全過程，并將執行情況反饋至總控室。整個全自動化灌水系統控制網絡分為3級：
1) 在灌區內每個輪灌區中選擇一個果樹品種、長勢、土壤種類、接受陽光照射等方面都具有代表性的檢測點，于檢測點處安裝1套由傳感器負壓計、電接點溫度計、濕敏電阻組成的能夠自動測量土壤濕度、土壤溫度及空氣濕度的自動測量設備。
2) 主控機(微機)對自動測量設備所測的3項控制指標進行采集、分析，當3項指標同時滿足果樹需灌條件時，主控機將以此為據向田間各子控站發出控制命令，同時自動連續地檢測各田間子控站的實際工作情況，并通過屏幕進行顯示。
3) 田間子控站接收并記憶主控機發出的命令、控制設備(電動閘閥及水泵)的運行狀態，并將設備的實際工作情況以信息的形式輸送給主控機，進行屏幕顯示。
4 效益分析
4.1 灌水均勻度測定
為了測定支管小區的灌水均勻度，我們在區內布置了9個測試點，測試點布置見圖4。
通過對典型支管的田間測試，得出灌水均勻度和水源有效利用率均在95 ％以上。灌溉定額為210 m3／hm2，濕潤深度可達0.8 m。
4.2 節水、節能效益
與大水漫灌相比，全自動微噴灌系統節水、節能率在80 ％以上，費用降低90 ％，節省土地2 ％（表1）。
加之，微噴灌還能夠增加株間濕度，調節溫度，增產、增收效益顯著，增產率可提高40 ％以上。該工程總投資88.13萬元，年增效益達55.44萬元，工程年費用總值為14.05萬元，按動態法分析，益本比為2.63，3.16 a(年)即可收回全部投資。
（收稿日期：2007-12-06）
