甘肅省干旱區(qū)果樹滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：滴灌技術(shù)是蘋果節(jié)水優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的重要節(jié)水灌溉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。本文以甘肅省靜寧縣M試驗(yàn)站為例，詳細(xì)介紹蘋果田間灌溉過程中滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的灌水器選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定、水量平衡計(jì)算及管網(wǎng)布置等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：滴灌設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)參數(shù)；管網(wǎng)布置；干旱山區(qū)

滴灌是蘋果節(jié)水優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的重要灌溉技術(shù)。滴灌工程施工、操作簡(jiǎn)單易行，適應(yīng)性強(qiáng)，特別是在干旱缺水地區(qū)極具推廣價(jià)值。在果樹栽培過程中，適時(shí)灌水是保證果樹豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要條件。蘋果樹合成1 kg干物質(zhì)要消耗142～500 kg

水，667 m2產(chǎn)1 500 kg的蘋果園每年需要375～525 t/667 m2水，相當(dāng)于790 mm的降水量。再加上蒸發(fā)消耗，需要更多的水分。因此，一切有灌水條件的地區(qū)，在蘋果生長(zhǎng)期應(yīng)及時(shí)澆水。

當(dāng)前，對(duì)蘋果樹的灌溉主要依賴地下水，因此，對(duì)蘋果的田間灌溉采用傳統(tǒng)的漫灌方式，浪費(fèi)嚴(yán)重，蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)較低，效益不高。實(shí)施節(jié)水灌溉已成為蘋果種植可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。先進(jìn)的滴灌節(jié)水灌溉系統(tǒng)在節(jié)水方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，有效地提高了水資源的利用率，緩解了用水供需矛盾[1]，是當(dāng)前實(shí)施蘋果園節(jié)水灌溉的一個(gè)極為有效的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、工程概況

該項(xiàng)目研究區(qū)域?yàn)楦拭C省靜寧縣M試驗(yàn)站，地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地勢(shì)由西北向東南傾斜，海拔1 600～

2 245 m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候，四季分明，氣候溫和，光照充足，年均氣溫7.1 ℃，無霜期159 d，年均日照時(shí)間2 238 h。夏季降水較多，冬春季節(jié)降水較少，年均降水量為450.8 mm，年蒸發(fā)量為1 469.0 mm。面積為1.53 hm2，地勢(shì)平坦。種植作物為蘋果，株距為4 m，行距為5 m，種植方向?yàn)闁|西向。M試驗(yàn)站無任何地表水，生產(chǎn)、生活用水全部為地下水，在果園現(xiàn)有機(jī)井1眼，水量較充足，出水量為50～60 m3/h，靜水位為20 m，動(dòng)水位為13～14 m。

二、滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）灌水器選擇

滴頭的選擇是滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要工作，也是關(guān)鍵性工作，選擇是否恰當(dāng)直接影響工程的投資和灌水質(zhì)量。滴頭選擇主要依據(jù)作物種類和作物種植模式、土壤性質(zhì)等因素綜合考慮[2]。不同作物對(duì)灌水的要求不同，相同作物不同的種植模式對(duì)灌水的要求也不同。對(duì)于果樹來說，其株間行距大，所以需要雙排布置毛管。

試驗(yàn)站蘋果園的土壤主要是沙壤土，由表1可知，滴頭流量應(yīng)大于3.2 L/h，滴頭間距為0.3～0.5 m。所以，本工程采用北京市綠源塑料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的壓力補(bǔ)償式滴頭。其產(chǎn)品性能如下：滴頭工作水頭為10 m，滴灌毛管進(jìn)水口壓力0.1 MPa，滴頭間距為0.5 m，滴頭流量為4 L/h。

（二）滴灌設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

1.滴灌土壤濕潤(rùn)比

微灌時(shí)被濕潤(rùn)的土體占計(jì)劃濕潤(rùn)總土體的百分比稱為土體濕潤(rùn)比。在實(shí)際應(yīng)用中，常以地面以下20～30 cm處的濕潤(rùn)面積占總灌水面積的百分比表示[3]。各種土壤和作物恰當(dāng)?shù)淖钚駶?rùn)比還沒有明確的結(jié)論。

對(duì)于蘋果這樣的寬行距種植作物，合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)是至少達(dá)到根系水平截面面積的1/3，至多2/3。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485—2009）建議，設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比取值范圍為30%～50%（見表2）。

滴灌設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比計(jì)算公式如下：

p=Dw/Sr×100%（1）

式（1）中，p為滴灌設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比；Sr為毛管間距，Sr=5 m；Dw為濕潤(rùn)帶寬度，根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485—2009），本工程取1.5 m，則p=1.5/5×100%=30%。由于25%<30%<

40%，所以符合規(guī)范要求。

2.設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度

設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度應(yīng)采用設(shè)計(jì)年灌溉季節(jié)月平均耗水強(qiáng)度峰值，并應(yīng)由當(dāng)?shù)卦囼?yàn)資料確定，在無實(shí)測(cè)資料時(shí)可通過計(jì)算或根據(jù)表3選取。根據(jù)表3數(shù)據(jù)確定設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度為Ea=5 mm/d。

3.計(jì)劃濕潤(rùn)層深度

對(duì)蘋果樹的田間實(shí)測(cè)，90%的根系分布在150 cm深度內(nèi)，而果樹的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為0.5～1.2 m。根據(jù)蘋果樹的根系狀況以及土壤和地下水的情況，而且滴灌的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度不能太深，因此確定計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為0.8 m。

4.土壤田間持水量

土壤田間持水量取30%，適宜土壤含水量上、下限分別為田間持水量的90%和65%[4]。

5.灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485—2009）要求，灌溉水的利用系數(shù)應(yīng)不低于90%，因此取η=95%。

6.系統(tǒng)工作小時(shí)數(shù)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)日工作小時(shí)數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮春娃r(nóng)業(yè)技術(shù)條件確定，不宜大于20 h。

因此，取t=20 h。

（三）水量平衡計(jì)算

根據(jù)微灌面積和灌溉設(shè)計(jì)補(bǔ)充強(qiáng)度，計(jì)算滴灌系統(tǒng)所需的最小供水流量

（m3/h），計(jì)算公式如下：

Qt=（10×A×Ia）/（η×C）（2）

式（2）中，A為設(shè)計(jì)區(qū)灌溉面積（hm2）。Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度（mm/d），Ia=Ea-P0。其中，Ea為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，取5.0 mm/d；P0為有效降雨量，由地區(qū)相關(guān)資料知，多年平均降水量163.2 mm。

C為系統(tǒng)日最大運(yùn)行時(shí)間（h），系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留出一段非運(yùn)行時(shí)間用于系統(tǒng)檢修和其他預(yù)想不到的停機(jī)故障等。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，日最大運(yùn)行小時(shí)數(shù)不大于20 h，但根據(jù)國內(nèi)外實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，為降低系統(tǒng)投資，日最大運(yùn)行時(shí)間可以達(dá)到20 h。η為灌溉水利用系數(shù)，取為0.95。

只有滲入到作物根系層內(nèi)并為作物所吸收利用的降雨才能稱為有效降雨，本文依據(jù)氣象站的降雨資料，采用美國水土保持站（USDA Soil Conservation Service）推薦的公式計(jì)算有效降雨量P0，計(jì)算公式如下：

P0=Pt（125-0.2Pt）/125，Pt<250 mm

P0=125+0.1Pt，Pt≥250mm（3）

式（3）中，Pt為氣象站測(cè)定的一次降雨的總降雨量。

根據(jù)式（3）求得，P0=0.33 mm/d，則

Qt=（10AIa）/ηC=（10×1.53×5）/（0.95×20）=

3.8 m3/h，水井的供水流量80 m3/h，因?yàn)?/p>

Qt<80 m3/h，則該水源滿足滴灌系統(tǒng)的要求。

（四）管網(wǎng)布置

如圖1所示，采用雙排布置的方法，在每棵樹下面設(shè)置8個(gè)滴頭，滴頭間距

0.5 m，排間距2.0 m。

三、結(jié)語

由于采用了較先進(jìn)的滴灌節(jié)水灌溉技術(shù)，并合理科學(xué)的滴管系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)參數(shù)，并配置了有效的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，減少了作物的蒸騰蒸發(fā)及渠道的無效蒸發(fā)，提高了灌溉水利用系數(shù)，減少渠道占地，提高了土地利用率，節(jié)約了灌溉用水量，減緩了對(duì)地下的超采。該研究成果項(xiàng)目實(shí)施后，緩解水資源緊張狀況，提高土地利用率，節(jié)省勞動(dòng)力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高群眾生活水平。節(jié)約和保護(hù)了地下水資源，同時(shí)具有明顯的降塵抑沙作用，使人們的生活環(huán)境得到進(jìn)一步改善，達(dá)到水資源可持續(xù)利用的目的，促進(jìn)了當(dāng)?shù)靥O果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。（基金項(xiàng)目：蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：Z2017-10）

參考文獻(xiàn)：

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