苗圃高效滴灌系統典型設計及技術推廣——以新沂市苗圃灌溉系統應用為例

薛良儒，魏 峰

(江蘇省新沂市水利局，江蘇新沂221400)

在“十一·五”和“十二·五”期間，新沂市的農業生產結構得到了大幅度的調整，截至2012年底，全市苗圃面積已達2萬hm2(30萬畝)，成為農業灌溉用水的大戶。新沂市位于魯南丘陵和蘇北平原過渡帶，全縣的山丘、平原、圩洼地約各占1/3。由于當地自然條件限制，新沂市在供水結構上難以實現統一供給和調配。因此，有效挖掘水資源利用潛力、優化供水結構、提高水資源利用率顯得尤為重要。該文結合新沂市水資源現狀，依據天然水循環的基本原理，研究出適用于新沂市山丘、平原、圩洼3種地勢條件下小流域尺度的供水結構優化系統。對于緩解供水壓力、滿足當地的需水要求、促進區域生態環境及社會經濟的協調發展都有重要意義。

1 滴灌系統典型田塊規劃設計

1.1 典型田塊基本情況 典型田塊位于新沂市瓦窯鎮現代化農業推廣示范園，田塊的面積為10 hm2(150畝)，水源為農用機井。選取此園的苗圃種植園對該技術進行了推廣，配套了滴灌系統灌溉設施。經過實地調查證明，運用該滴灌系統進行灌溉不僅解決了漏水、漏肥等問題，而且在節水、節地、節能等方面實現了新的突破，滴灌系統工程達到了規劃設計的預期效果。

根據對該地區地下水資源的評估分析可知，苗圃園現有機井出水量可達到40 m3/h，該苗圃園一次灌溉的需水要求為200 m3/h，因灌溉分為6組輪灌，故該機井可以滿足輪灌的流量要求，不需新增其他水源。

1.2 滴灌系統田間灌水系統的組成 田間灌水系統由支管道、毛管道、微管道以及滲水溝4部分組成。鑒于該園區苗圃較大、株距較長等特點，滲水溝繞樹挖筑，直徑標準以樹冠的2/3計，這樣滲水溝可更加有效地將灌水器流出的水均勻入滲到苗圃根系土壤中。支、毛、微管采用PE塑料管，除微管灌水器露出地面10 cm左右以外，滴灌系統管道均埋于地下。

1.3 滴灌系統參數設計 新沂市地區屬暖溫帶半溫潤季風氣候，春季多風少雨，多年平均降水量為724.2 mm，汛期降雨占全年的80%左右，多年水面平均蒸發量為1 106.4 mm。研究區域內的土壤以砂性土壤為主，干土平均厚度為1.0 m，干容重為1.4 g/cm3，田間持水率占土體25%，苗圃株距為4.0 m，行距為5.0 m。園區無地表水流，水源主要依靠機井抽取地面18 m以下含水層的水。

入春后該地氣溫回升較快，苗圃生長需水量較大，而這期間該地區降雨量很少，需灌水補充，結合當地實際情況，該區規劃設計參數如下:

(1)土壤濕潤度大于等于25%;

(2)日耗水強度等于2.5 mm/d;

(3)灌溉水利用系數等于0.95;

(4)灌水均勻度等于95%。

1.4 灌溉制度的確定

1.4.1 灌水定額。灌水定額為

式中:γ土、γ水—分別為土壤和水的容重，γ土取 1.4 g/cm3;H—計劃濕潤土層深度，取100 cm;β—土壤濕潤比，取25%;βmax—田間持水率上限(以干土重計)，所以βmax=17.9%;βmin—田間持水率下限βmin=0.7×βmax=12.5%。

參數代入(1)式即得

灌水定額m=10×100×25% ×(17.9%-12.5%)×1.4/1.0=18.9(mm)。

1.4.2 輪灌周期。輪灌周期為

式中:m—灌水定額，18.9 mm;Ea—灌溉時石榴最大日耗水強度，2.5 mm/d;η—灌溉水利用系數。

參數代入(2)式，得輪灌周期

1.4.3 一次連續灌水時間。一次連續灌水時間為

式中:m為灌水定額，取18.9 mm;Sr—苗圃株距，取4 m;St—苗圃行距，取5 m;η水—灌溉水利用系數，取0.95;n—單株苗圃下安裝的灌水器，取1;q—灌水器輸水流量40 L/h。

參數代入(3)式得，一次連續灌水時間

1.4.4 工作制度。該研究區滴灌系統的工作制度采用輪灌的方式，其中，輪灌組的數目設為N，有:

式中:N—輪灌組數目;C—每天灌水時間，取12 h;T—灌水周期，取7 d;t—一次連續灌水時間，取10 h。

參數代入(4)式得輪灌組數目

所以，按照每條干管向一條支管供水，分6組輪灌。

2 滴灌系統關鍵技術要求

毛管直徑與允許長度的選擇是滴灌系統灌溉系統不可或缺的。所以，在田間管網用材中，毛管直徑和長度的確定至關重要，且對灌溉系統的費用和灌溉質量也有直接的影響［1］。在該系統設計中，支管與毛管的用材量高達90%以上，其中毛管的用材量占55%左右。在推廣該技術中，毛管直徑主要采用15 mm雙向控制，每根毛管控制長度在32 m左右，控制苗圃灌溉在8棵左右。根據相關資料和經驗，對該系統作出以下技術要求:

(1)在技術允許范圍內，為減少滴灌系統的年費用，則需要盡最大可能地減少材料的耗用量，這就要將支管口的工作水頭作適當提高;

(2)滴灌系統中的管道溝槽的開挖要求比較嚴格，開挖時必須保證作業面平直，并且作業面要求在耕作層、凍土層以下。首先要平整溝槽，夯實槽底，最后鋪設管道，管道之間的連接均采用加熱承插連接，管道轉彎及閥門接頭處設置墩座，有固定的作用;

(3)管道鋪設完成后，則回填溝槽，用細土回填且分層搗實，待溝槽填至一半時再進行沖洗。該系統設計為壓力管網，故在進行完全填充前，必須安裝壓力表并控制閥門進行試壓;

(4)微管灌水器形式多樣，在該系統設計中選用一個穩流器與微管相連，再將其插入毛管，其優點是對微管的長度要求不嚴格，只要滿足相關技術要求即可。但是，一個灌水器的流量只有40 L/h，所以可以根據樹種不同或苗圃大小增設多個灌水器;

(5)為達到沿溝水量分布均勻的效果，開灌后水流流封滲溝的速度應當快速，在設計中，采用人工開挖，將滲溝梯形斷面開挖成深窄型效果比較好，根據樹種根系要求，調整滲溝的直徑。

3 效益分析

滴灌系統的經濟效益主要包含節水效益和節能效益、增收效益和節地效益等方面，具體指標如下［2］:

(1)節水效益，2 700 m3/hm2;

(2)節能效益，450 kWh/hm2;

(3)增收效益，2 250元/hm2;

(4)節地效益，占灌溉面積的2%;

(5)省工效益，75個工日/hm2;

(6)投資為6 750元/hm2;

(6)效益費用比1.85。

節水灌溉試驗證明滴灌達到了上述要求，有效地實現了農業增產，降低了農業生產成本。據統計，平均增產15%左右，單方水生產糧食達1.8 kg左右，實現了農業增產、農民增收;同時，節省了勞動力，降低了農業生產成本，激發了農民科學種田、合理灌溉的積極性，并減少了水資源的開采壓力，水資源自身循環得到了保障。除此之外，在良好的水環境狀態下，生態環境也逐步得以改善，實現經濟效益、社會效益、生態效益的協調發展。

4 現有節水工程及節水發展中存在的問題

近些年我國節水灌溉工程取得了顯著成效，但仍然存在著許多問題，影響著節水工程的效益發揮與下一步節水工程的發展，主要有:

(1)土地使用制度與節水灌溉的發展存在矛盾。農民作為土地的經營者，對土地的使用有自主權，導致區域內土地種植作物種類差別較大。但小范圍內不可能發展太多的灌溉形式，導致灌溉模式與不同種類的作物生長習性之間存在矛盾，農民中間也存在異議。現有的土地使用制度與節水工程發展難以統一，對于下一步節水灌溉的發展存在一定程度的束縛。

(2)農民對節水灌溉認識不足。多數農民對于缺水的嚴重后果及水危機認識不夠，節水意識不強，并認為農田灌溉是灌水越多越好，節水工程往往得不到很好地利用。建立節水農業不僅是一項技術工程，更是一項社會工程，積極做好節水灌溉的宣傳工作，建立有償用水制度，建立節水社會、扭轉農民的灌溉落后意識十分重要。更要向農民示范節水灌溉操作，展現節水工程的各方面效益，使其從根本上認識發展節水灌溉的迫切性、重要性。

(3)節水工程的多元投資機制尚未形成。現有節水工程處于示范發展階段，投資方式一般為“三三制”，即國家、地方財政、群眾自籌各1/3。現有節水灌溉面積不及總耕地面積的20%，發展節水灌溉有巨大的潛力。但根據目前國情與地方財政情況來看，完全由國家或地方財政投資節水工程不可能，全部由農民投資也不現實。可以按照商品價值規律，適當地提高水價，將部分收費用于節水工程的發展;同時制定節水灌溉工程投入政策，調動社會各方面的財力，來有效推動節水工程的大規模發展。

(4)節水灌溉技術服務體系有待加強。建立、健全節水灌溉技術服務體系，是鞏固和發展節水灌溉的重要環節。基層水利部門現有業務人員技術水平較低，對新興的高效節水灌溉工程了解太少，不能完整準確地將節水灌溉技術傳授給農民群眾和合理指導灌溉，也不能對節水灌溉的效益向農民作解釋，造成農民群眾對節水灌溉工程的認識不全面，認為節水工程是形象工程、表面文章，這就使得節水灌溉工程的利用率低。所以，積極提高水利部門的業務水平和技術服務意識十分重要，基層水利部門的宣傳和指導是農民正確認識并接受節水工程的重要渠道，節水灌溉工程的使用者、收益者是農民群眾，而取得良好的群眾基礎是發展節水工程的先決條件。

5 滴灌系統的優點缺點

5.1 滴灌系統的優點

(1)節水效益突出。滴灌系統因地施灌，屬局部灌溉，這樣灌水量就能夠得到較準確地控制。灌水器將水逐滴滴入蔬菜作物根系區的土壤中，借助毛管張力作用入滲和擴散，使緊靠蔬菜根系的土壤達到飽和狀態，而其他部位土壤水分均處于非飽和狀態，這樣灌溉水利用率可達95%以上，而且不會造成土壤板結。滴灌大大減少了灌溉水的滲漏與蒸發，提高了水資源的利用率，并能夠及時滿足苗圃的需水要求。滴灌系統灌水器流道管徑選用φ4PE塑料管，遠大于滴灌灌水器流道斷面(1.0 mm左右)，篩網式過濾器以70目左右布置，這樣有效減少了管道堵塞的機會和水頭損失，節約了能源，延長了沖洗周期。

(2)提高了灌水效率。滴灌系統對土壤、地形有很強的適應性，根據粘性土壤和沙質土壤的不同入滲率，控制調節相應的灌水速度或灌水時間，既保持根系土壤有適宜水分，又不至造成地面徑流或深層滲漏。滴灌系統灌溉技術擴大了苗圃的有效灌溉面積，提高了灌水的均勻度，在總水量和灌溉面積相同的情況下，大大降低了農業灌溉成本，提高了灌水效率。

(3)改變了傳統的施肥方式，提高了肥效。滴灌系統不僅有效解決了大水漫灌導致的漏肥現象，而且改變了傳統的挖坑施肥模式，化肥經施肥器溶解后隨灌溉水進入農作物根區土壤中，并隨水入滲根系土壤。因為現有土地為家庭聯產承包責任田，各家也可以在灌溉時將化肥隨水撒入土壤并溶解，解決了其他灌溉不方便施有機肥的問題。

(4)建立合理收費體制，方便了工程管理。滴灌系統針對每株苗圃分別灌溉，在一定灌溉的時間內，每株苗圃的設計灌水量都是一樣的，由當地水行政部門成立供水公司，按照每次灌水的時間，計算每個苗圃的供水量，向園區果農按方收取農業水費，公正合理。滴灌系統除微管灌水器外均埋在耕作層以下，大大減少了被人為破壞的機會，保證了工程使用壽命和效益的正常發揮。

5.2 缺點

(1)滴灌系統灌水器直徑過小，極易引起堵塞。堵塞嚴重時影響系統的正常工作。造成這種現象的原因有很多，大都是由于泥沙、有機質以及微生物等物的堆積。因此滴灌系統對灌溉水質要求相當嚴格，即便是取自地下水，也應經過嚴格過濾才能進入滴灌系統，以確保滴灌系統長期發揮效益。因此，裝備要求高，一次性投資較大。

(2)農作物根系生長均存在向水性，滴灌系統屬正常局部灌溉，這樣蔬菜根系集中向濕潤土壤區生長，對根系的正常發展產生一定程度的抑制作用。

6 結語

新沂市水利建設借助國家農田水利建設重點縣的機遇，發展了近兩萬畝的高效節水灌溉面積，從取得的經濟效益可看出發展滴灌系統的可靠性、合理性。目前滴灌系統由菜農自行操作，工程的管理也放手交給農民，滴灌系統已成為現代化農業生產的必備“工具”，管理愛護滴灌工程將成為菜農的責任，用經濟效益驅動菜農的投資熱情，用滴灌的重要性增強菜農的管理的責任心，形成了“建、管、用”的良性循環，做到了建有投資、管有措施、用有效益。

［1］傅琳，董文楚，鄧耀泉，等.微灌工程技術指南［M］.北京:水利電力出版社，1988:31-38.

［2］水利部農村水利司，中國灌溉排水技術開發培訓中心.噴灌與微灌設備［M］.北京:中國水利電力出版社，1998:156-174.