富縣丘陵溝壑區發展蘋果節水灌溉技術的可行性

龐海云

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 自然概況

富縣位于陜西省北部，延安市南部，渭北旱塬北沿，陜北黃土高塬南部，屬黃土高塬溝壑區與丘陵溝壑區的過渡地帶，洛河中上游子午嶺林區。東依黃龍山系與宜川、洛川相鄰，西靠子午嶺與甘肅合水、寧縣相接，南接隆坊塬與黃陵相靠，北緣丘陵溝壑與志丹、甘泉、寶塔區相連。海拔在1000到1200m之間。總面積4182.00km2，全縣轄8鎮5鄉1個街道辦事處，240個行政村。2008年總人口14.84萬人，其中農業人口11.66萬人。全縣地勢東南低，西北高。地貌以丘陵溝壑為主。在2005年第五屆全國縣域經濟基本競爭力提升速度最快的百縣（市）評選中入圍。

中指塬地處富縣西部塬區，距縣域10.5km，屬丘陵溝壑區半干旱大陸性氣候，塬面寬闊，平均海拔高程1100m～1300m。包括三個鄉鎮、分別是鉗二鄉、羊泉鎮、吉子現鄉。現有人口32450人，現有蘋果面積78330畝，是富縣主要蘋果生產基地之一。

2 區域內缺水現狀

2.1 干旱缺水

富縣中指塬灌區地處富縣西部塬區，距縣域10.5km，屬丘陵溝壑區半干旱大陸性氣候，區域內自然災害主要有干旱、大風、冰雹、霜凍等，尤其以干旱最為嚴重。在國家大力倡導“退耕還林”工程以來，區內大力發展蘋果種植，現有果園面積78330畝，但基本上維持在靠天吃飯的局面，果品商品率低。

2.2 區域內水土流失嚴重，生態環境惡化

中指塬灌區地形破碎、溝壑縱橫，土質疏松，地表水資源貧乏，降水量年際變化大，年內分配不均，6月～9月約占全年降水量的75%。暴雨集中以及植被缺乏，是構成該地區嚴重水土流失，生態環境惡化的主要原因。

區域內溝壑密度達12 km/km2。塬區主要地表組成物質為黃土，因深厚的黃土土層與其明顯的垂直節理性，遇水易崩解，抗沖、抗蝕性能很弱，溝道崩塌、滑塌、瀉溜等混合侵蝕異常活躍。塬區的降水特點是年降水量少而暴雨集中，汛期降雨量占年降水量的70%～80%，其中大部分又集中在幾次強度較大的暴雨。暴雨歷時短、強度大、突發性強，是造成嚴重水土流失和高含沙洪水的主要原因。同時，黃土高原地區植被稀少，也是造成生態惡化的主要因素之一。

2.3 區域內可利用水資源

1998年以來，當地水利部門在中指塬灌區充分利用公路路面為天然集雨場，修建水窖積蓄雨水。項目區目前有水窖1000眼，年可蓄水3.35萬m3，能滿足部分果園生產需水（每年十余次的噴施農藥用水）。2005年，富縣縣政府在余渠河建成漩水灣水庫和中指塬東西兩輸水干管的鋪設，又為塬區完善了供水泵站工程，每年可向塬區供水43.80萬m3。塬區現有果園7.8萬畝，按照普通的灌水方式，蘋果的灌溉定額為24m3/畝，需水量為187.2萬 m3，缺水 143.3萬 m3。

3 節水灌溉應用的意義與發展前景

3.1 節水灌溉應用的意義

節水灌溉首先是建立節水型社會的需要。陜北的丘陵溝壑區水資源緊缺，實施節水灌溉后，可以使有限的水資源得到合理的開發和利用，提高水的利用率，節約水資源。其次，節水灌溉是增加農民收入的必然要求。節水灌溉技術的推廣應用，可以把科學技術同生產過程直接聯系在一起，更好地指導生產實踐。這一技術的應用可以充分挖掘農業內部增收潛力，提高農業綜合效益，增加農民種植果業的積極性。節水灌溉是改善農村生態環境的需求。最后，通過節水灌溉，可節約大量農業用水，減少地表水的引用和地下水的開采。節約的水可用于林、草、牧業發展和生態環境改善以及增加城鎮生產、生活用水。

3.2 節水灌溉技術的發展前景

目前，我國節水灌溉工程中，噴灌、微灌技術所占的比重還比較輕，與發達國家相比較還有較大的差距。從20世紀50年代初到80年代初，美國新增灌溉面積2億畝，其中噴灌面積占50%；在此期間，前蘇聯新增灌溉面積的70%采用噴灌。以色列在推廣噴、微灌技術的過程中，研制出多種灌溉兼施肥設備，使肥料與灌溉水混合使用，實現了節水、增產和優質的統一。

水資源的保證程度與國民經濟的發展有著不可分割的關系，這一問題已經引起國家的高度重視。近年來，國家更是把大力發展節水灌溉，推廣渠道防滲、管道輸水、噴灌滴灌等技術作為重點來建設。隨著認識水平的提高，我國節水灌溉技術應用也有了長足的發展。地下滴灌技術就是在灌溉過程中，水通過地埋毛管上的灌水器緩慢滲入附近土壤，再借助毛細管作用或重力擴散到整個作物根層地灌溉技術。由于在灌溉過程中幾乎沒有水分蒸發損失，而且對土壤結構的破壞輕，因此，該項技術的節水增產效果最為明顯，而且便于農田作業和管理，特別適合于在我國西北地區干旱、高溫、風大的自然條件下推廣使用。

4 節水灌溉工程實際應用

根據使用不同節水灌溉方式時，富縣中指塬灌區丘陵溝壑區地形對土地耕作層的侵蝕作用，分析適合該地區的節水灌溉技術。以微噴灌技術為例進行技術指標分析。

4.1 微噴灌溉系統的設計參數的確定

4.1.1 設計耗水強度

微噴灌耗水主要為作物本身的生理消耗，地面蒸發損失很小。可用式（1）、（2）計算。

式中，Ea——設計耗水強度，mm/d；

Kv——作物遮陰率對耗水量的修正系數，當由式（2）計算出的數值大于1時，取值為1；本次果樹多數樹齡為掛果1～2年的成樹，因此取值為1；

Ec——作物需水強度，mm/d；

Gc——作物遮陰率，對果樹根據樹冠半徑和果樹所占面積計算確定。

經計算，蘋果采用不同的灌水方式取值不同，滴灌為3～5mm/d，微噴灌為4～6mm/d。

4.1.2 設計土壤濕潤比

設計土壤濕潤比是指被濕潤土體占計劃濕潤層總土體積的百分比。可由式（3）計算。

式中，P——土壤濕潤比（%）；

Aω——微噴頭的有效濕潤面積，m2；

n——一棵樹下布置的微噴頭數，個；

St、Sr——果樹株距、行距，m。

若每棵蘋果樹下布設兩個噴頭，噴頭噴灑半徑為1m；經計算，蘋果園土壤濕潤比為52.3%。

4.2 微噴灌溉系統設計

4.2.1 微噴灌溉系統布置方案

因項目區地形坡度較大，豎向高差超過100m，且塬頂面建有2000m3蓄水池，具備進行自壓灌溉的條件，故擬采用自壓半固定式管道微噴灌溉。田間灌溉管網分三級，即分干管、支管、毛管。分干管和支管采用固定地埋式，毛管為移動式。分干管沿與等高線垂直方向下坡布置，支管根據實際地形采用魚骨形布置，支管沿平行等高線的塬臺地布置，毛管沿種植地壟方向布置。支管單向供水，支管間距按30m布置，遇到地形復雜處間距可適當的拉大或縮小，支管上給水栓間距按果樹行距4m布置，支管上給水栓接毛管，微噴頭由三通與毛管連接，噴頭間距為果樹株距3m，通過雙噴頭進行灌溉。

考慮運行方便，分干管進口處設置一進水閘閥，每條支管進口設置1個閘閥。每支管末端設一泄水閘閥，為放空管道。

4.2.2 設計流量

（1）毛管設計流量。

毛管設計流量＝一個噴頭出水流量×噴頭個數

噴頭選用LWP型微噴頭，噴嘴直徑1.2mm，出水流量57L/h。按照節水灌溉制度下的蘋果的灌溉定額10m3/畝，則一棵樹需水量為0.18 m3，則需3.16小時澆完。

毛管經濟管徑為DN25，一條毛管控制10個噴頭，毛管設計流量為570L/h。

（2）分干管、支管設計流量。

一次灌溉天數為3天，一天灌溉時間為17小時。灌溉系統中分干管采取續灌制度，支管采取集中輪灌制度，5條支管為一個輪灌組，各條分支管同時開啟12條毛管。

分干管流量＝支管流量×支管數支管流量＝毛管流量×毛管條數

4.2.3 管徑的確定

式中，D——管道內徑（m）；

Q——設計流量（m3/s）；

V——管內經濟流速（m/s）。

最后按水力計算調整管徑。

4.2.4 管材的選取

選擇管材主要以其工作可靠，價格低廉，使用年限長，內壁光滑以及安裝施工容易為準。經濟比選后，田間輸配水管選用PVC-U管，管壓PN=1MPa。

5 節水灌溉技術應用后的效益分析

果園節水灌溉項目實施后，對項目區果樹關鍵需水期進行節水灌溉，每年灌溉3次，不僅可以增加果品產量，還可以提高果品的商品率。根據富縣類似地區節水灌溉的統計資料，當地蘋果年平均產量約1200kg，果品按照2009年的綜合價格3.0元/kg計算：①實施果園節水灌溉后，按蘋果每畝增產20%左右估計，可增產240kg，增收720元。②實施果園節水灌溉后，蘋果每畝商品率提高了10%，即每公斤增加0.2元，每畝產生效益240元。綜上，實施灌溉后每畝增收效益960元。

節水灌溉實施后，蘋果種植面積不斷增加，經濟效益明顯提高。隨蘋果產量的增加和品質的提高，農民收入每年以20%速度增加，有的地方農民增收速度更大。通過項目的實施，不僅改善了果園的生態環境和生產條件，實現了增產增收，帶動和促進了全縣果業經濟又好又快的發展，而且群眾生產生活水平得到顯著提高，有力地推動了全縣高效農業的快速發展。

到2010年底，富縣中指塬灌區實施節水灌溉蘋果面積達到0.7萬畝。可以看出，在富縣中指塬丘陵溝壑區實施蘋果節水灌溉技術是可行的。該項技術的應用將會促進農業經濟的發展，為緩解水資源危機，促進全縣經濟發展創造良好的條件。陜西水利