微噴帶灌溉系統布置方式比選研究

劉英華

(遼寧省遼陽市水利工程建設技術審核中心，遼寧 遼陽 111009)

微噴帶是兼具噴灌和滴灌優點的一種新型灌溉設備，自20世紀90年代從日本引入我國，之后我國開始自主研發，國內最早生產的微噴帶系列產品，是由農業部規劃設計研究院研發，并進行了示范推廣[1-2]。21世紀初，為解決水資源供需矛盾，我國開始大力發展微灌、噴灌等高效節水灌溉工程，微噴帶因其具有灌溉流量大，灌溉時間短，灌水均勻度高，不易堵塞，操作簡單等特點[3]，近年來在節水灌溉中被廣泛應用。我國學者也對微噴帶開展了大量的研究，但其相關研究成果主要集中在微噴帶的研發及其水力性能等方面[4-5]，而微噴帶的田間應用現狀表明，對田間布置方式及其適用條件方面的研究比較少，微噴帶的使用基本延續了滴灌的使用方式，即不考慮水源條件、地塊大小、管理方式等因素，而將微噴帶一律作為滴灌管帶的替代品，固定在田間使用，提高了微噴帶灌溉系統的工程成本。本文在多年實踐經驗的基礎上，開展了微噴帶田間布置方式及其適用條件的研究，可為微噴帶的合理應用提供參考。

1 微噴帶灌溉技術

微噴帶灌溉系統包括水源工程、輸水管網、田間微噴帶及連接配件等，使用時由水源工程加壓供水，通過輸水管網將灌溉水輸送到田間，在一定工作壓力下，灌溉水通過微噴帶上規則分布的小孔噴射而出，噴出的水流受重力、空氣阻力及水流之間相互撞擊等影響，經過細流、碎裂、分散霧化等過程后形成水滴，灑落在地面和作物上[6]，形成以微噴帶為中心的濕潤帶。微噴帶的出水孔按照一定規則布設，成孔方式多采用機械打孔、氣動打孔及激光打孔，成孔直徑為0.1～1.2 mm，孔形為圓形[7-8]。在實際應用中，管徑32 mm的微噴帶較為常見，其流量通常為8 m3/h，單側灌溉寬度為4 m，工作水頭為15 m，最大鋪設長度為100 m，最大控制面積為0.08 hm2，每米價格3～3.5元。

2 微噴帶田間布置方式

工程實踐表明，布置方式相同時，微噴帶畝均成本為滴灌畝均成本的近1倍，而微噴帶具有可移動性，通過移動微噴帶，可以增加單條微噴帶的灌溉面積，從而降低畝均投資，但會增加田間工作量，提高運行成本。根據微噴帶的布置方式，田間工程可分為固定式、半固定式和移動式3種類型。

2.1 移動式微噴帶灌溉系統

2.1.1 系統運行方式

移動式微噴帶灌溉系統包括水源工程、輸水軟帶、控制閥門、快速接頭及微噴帶等，除水源工程固定外，其余設備均可移動。移動式微噴帶灌溉系統示意圖見圖1。控制閥門安裝在輸水軟帶末端，使用時通過微噴帶快速接頭將控制閥門與微噴帶連接，開啟控制閥門并啟動水泵即可對灌水小區1進行灌溉。待灌水小區1灌溉結束后，停止供水，移動微噴帶到灌水小區2，并重復灌溉過程，直到所有灌水小區灌溉結束。

圖1 移動式微噴帶灌溉系統示意圖

2.1.2 實例分析

某地塊面積0.8 hm2，灌溉系統包括水源工程一處，位于地塊中央，50 mm輸水軟管1條(50 m)，32 mm微噴帶1條(100 m)，每次工作1條微噴帶，單次灌溉面積為0.08 hm2，單次灌溉時間為2 h，移動輸水軟帶及微噴帶需30 min，移動10次微噴帶可完成地塊灌溉任務，總灌水時間為25 h。系統地面管網工程投資為435.2元(移動式微噴帶灌溉系統管網工程費用明細見表1)，單位面積工程投資為544.0元/hm2；人工費用按照每小時10元計算，每次灌水運行費用為250.0元，單位面積運行費用為312.5元/hm2。

表1 移動式微噴帶灌溉系統管網工程費用明細表

2.1.3 適用性分析

移動式微噴帶灌溉系統簡便易用，由于單次運行的噴帶灌溉數量少，系統所需流量低，通常采用管徑50 mm的輸水軟管即可滿足要求，投資較低。但由于輪灌小區灌溉面積較小，系統工作時需要頻繁移動輸水軟帶及微噴帶，且管件拆卸安裝工作量較大。因此，比較適合距離水源較近，灌溉面積較小的地塊，以及以家庭為單元、分散經營為主的經營模式。

2.2 半固定式微噴帶灌溉系統

2.2.1 系統運行方式

半固定式微噴帶灌溉系統包括水源工程、地埋輸水管道、出水栓、輸水軟帶、控制閥門、快速接頭及微噴帶等，水源工程、地埋輸水管道及出水栓固定，其余設備均可移動。半固定式微噴帶灌溉系統示意圖見圖2。輸水軟帶連接出水栓與控制閥門，并通過微噴帶快速接頭將控制閥門與微噴帶連接，使用方式與移動式微噴帶灌溉系統相似。為增大單次灌溉面積，采用雙向灌溉方式，即出水栓1兩端同時連接輸水軟帶，并通過快速接頭連接微噴帶。出水栓2與出水栓1布置方式相同，待出水栓1灌溉結束后，開始出水栓2的灌溉工作，拆卸并移動出水栓1上的輸水軟帶和微噴帶至出水栓3，待出水栓2灌溉結束后，開始出水栓3的灌溉工作。

圖2 半固定式微噴帶灌溉系統示意圖

2.2.2 實例分析

某地塊面積4 hm2，灌溉系統包括水源工程一處，位于地塊中央，地埋管路為90 mm PVC管，長度192 m，50 mm出水栓5個，50 mm輸水軟管2條(每條50 m)，32 mm微噴帶2條(每條100 m)，每次工作2條微噴帶，單次灌溉面積為0.16 hm2，單次灌溉時間為2 h，由于拆卸及移動上一組微噴帶與下一組微噴帶灌溉同時進行，故需拆卸及移動微噴帶不占用灌溉時間，每個出水栓移動5次微噴帶可完成地塊灌溉任務，所用時間為50 h。系統管網工程投資為3282.5元(半固定式微噴帶灌溉系統管網工程費用明細見表2)，單位面積工程投資為820.6元/hm2；人工費用按照每小時10.0元計算，每次灌水運行費用為500.0元，單位面積運行費用為125.0元/hm2。

表2 半固定式微噴帶灌溉系統管網工程費用明細表

2.2.3 適用性分析

半固定式微噴帶灌溉系統較移動式微噴帶灌溉系統減少了輸水軟帶的移動距離，且輸水軟帶呈線性移動，大大降低了移動管帶的工作強度。此外，半固定式微噴帶灌溉系統可實現多條微噴帶同時工作，不但增加了微噴帶的灌溉面積，也提高了微噴帶的使用效率。但半固定式微噴帶灌溉系統仍然需要在管帶移動及管件拆卸安裝上投入一定的人工，因此，比較適合于距離水源工程稍遠，且中等面積的地塊灌溉。

2.3 固定式微噴帶灌溉系統

2.3.1 系統運行方式

固定式微噴帶灌溉系統包括水源工程、地埋輸水管道、出水栓、地面輸水管道、控制閥門及微噴帶等，灌溉系統所有部分均固定不動。固定式微噴帶灌溉系統示意圖見圖3。與半固定式微噴帶相比，固定式微噴帶灌溉系統出水栓連接地面管網，微噴帶直接與地面管網相連，控制閥門安裝于地面管網上，不同分干管上的支管可組成輪灌組，同時進行灌溉。灌溉時開啟輪灌組1的全部閥門并啟動水泵。灌溉結束后，打開輪灌組2的全部閥門再關閉輪灌組1的全部閥門，重復操作，直到全部輪灌組灌溉結束。

2.3.2 實例分析

某地塊面積15.36 hm2，灌溉系統包括水源工程一處，位于地塊中央，地埋管路為90 mm PVC管，長度672 m，63 mm出水栓16個，地面管路為50 mmPE管，共16條(每條40 m)，32 mm微噴帶192條(每條100 m)，共16個輪灌組，每次開啟一個輪灌組，每個輪灌組工作12條微噴帶，灌溉面積為0.96 hm2，每個輪灌組灌溉時間為2 h，無需移動微噴帶，灌溉所用時間為32 h。系統管網工程投資為76 691.2元(固定式微噴帶灌溉系統管網工程費用明細見表3)，單位面積工程投資為4992.9元/hm2；由于不需要移動微噴帶，故不計運行成本。

圖3 固定式微噴帶灌溉系統示意圖

項目規格/mm數量單價/元總價/元地埋管路90 672 m18.9012 700.8出水部件63 16個32.20515.2地面管路63 640 m8.455408.0微噴帶32 19 200 m3.0057 600.0控制閥門63 32個11.00352.0微噴帶堵頭32 192個0.60115.2合計76 691.2

2.3.3 適用性分析

固定式微噴帶灌溉系統不需要移動管帶和拆卸管件，人工費用大大降低，但由于單條微噴帶控制面積減少，工程畝均投資較高，因此，比較適用于輸水距離較長，地塊面積較大，經濟條件好，且規模化、集約化程度較高的地區。

3 結 論

微噴帶的布置方式，應根據水源條件、地塊面積、管理方式、經濟條件等方面綜合確定，通過以上研究，結合已有工程經驗，本文得到如下結論：

(1)移動式微噴帶，增大單條微噴帶的灌溉面積是降低微噴帶工程投入的主要途徑，但頻繁移動微噴帶會增加田間工作量，提高運行成本。

(2)移動式微噴帶灌溉系統簡單易用，工程成本低，但使用時需要頻繁移動輸水軟帶和微噴帶，田間工作量大，運行成本高，因此適用于小地塊灌溉，分散經營為主的地區。

(3)半固定式微噴帶灌溉系統可以減少輸水軟帶和微噴帶的移動次數，降低田間工作量，降低運行成本，但與移動式微噴帶灌溉系統相比工程成本略高，其工程成本和運行成本介于移動式系統和固定式系統之間，適合中等面積地塊的灌溉。

(4)固定式微帶灌溉系統工程成本較高，但灌溉過程中不需要移動微噴帶，田間工作量少，運行管理方便，由于減少了微噴帶的移動，也減少了微噴帶使用過程中的磨損與折損，延長了微噴帶的使用壽命，降低了年平均工程成本，比較適用于輸水距離較長，地塊面積較大，經濟條件好，且規模化、集約化程度較高的地區。