商南縣茶葉節水灌溉與經濟效益探析

蘇全軍

（陜西省商南縣城關街道辦農業綜合服務站，陜西 商洛 726000）

商南縣平均海拔896.3 m，茶葉是商南縣重要的經濟支柱產業。試馬鎮是茶葉重要產區，現有茶園143.3 hm2。因取水設施常年失修，水毀嚴重，使得許多茶園無法灌溉。茶樹一般在生長期和采摘期需水較多，在幼齡階段，植株根系淺，耐旱力弱，需水迫切。只有正確地掌握茶園的灌溉技術，才能及時適量地滿足茶樹各生育階段對水分的要求，達到經濟用水、提高茶園單產的目的。為了支持茶葉發展，促進農民增收，需對茶園節水灌溉方案及經濟效益進行探討。

1 概況

商南縣茶樹節水灌溉項目位于試馬鎮試馬河流域。根據取水水源，項目區分為試馬河取水樞紐改造工程、郭埡村李家溝茶園灌溉工程，其中試馬河灌溉項目是以試馬河水為水源，采用渠灌形式灌溉茶樹42 hm2，郭埡村李家溝茶園灌溉項目是以大口井水為水源，采用管灌和微噴灌形式灌溉茶樹101.3 hm2。兩項目一共灌溉茶樹143.3 hm2。

2 試馬河節水灌溉設計分析

2.1 水源工程設計

試馬河取水樞紐位于試馬河中上游，擋水壩寬18 m，高1.5 m。取水樞紐及輸水渠道遭受不同程度的人為、自然破壞，導致擋水壩沖沙閘、引水閘丟失，壩體下游未設置防沖設施，導致下游河床沖刷嚴重。試馬河節水灌溉建設內容包括更換沖砂閘、放水閘各1 套（尺寸為0.6 m×0.8 m）；鋪設壩體下游鉛絲石籠護坦5 m；增設1 m 寬下河踏步，下河踏步尺寸為20 cm×30 cm，為C20 混凝土澆筑，臺階下設10 cmC20 混凝土墊層，100 cmM7.5 漿砌石基礎。

設計保證率為85%，灌溉水利用系數取0.75。則設計灌溉系統流量為40.10 L/s。根據近年的運行資料顯示，試馬村茶園42 hm2田地以試馬河取水樞紐作為灌溉水源，水量充沛，能夠滿足灌溉用水需求。

2.2 灌溉定額

本項目區屬于商洛丘陵淺山區，按照《陜西行業用水定額》，茶樹地面灌溉凈定額中等年為8 m3/hm2，干旱年為13.3 m3/hm2。設計茶樹渠灌用水定額為13.2 m3/hm2。根據種植作物生育規律、氣候特征和需水分配周期，依據地方種植經驗，確定茶樹每年灌水次數生育周期為4 次，冬灌為2 次，每次灌水定額均為2.2 m3/hm2。在保證率85%的情況下，渠灌需水總量12.47 萬m3，其中最大日需水量3465 m3/d，時需水量144.38 m3/h。

2.3 渠道改造設計

現狀干渠為60 cm×60 cm 的漿砌石渠道，滲漏嚴重。為了不改變干渠整體渠系的水力特征條件，此次改造段維持現狀斷面型式不變，修復干渠200 m，原渠道拆除重建，渠道采用40 cm厚M7.5 漿砌石，用M10 水泥砂漿抹面，流量為0.19 m3/s。改造后，減少滴跑冒漏，可以極大地節約水資源。

3 郭埡村李家溝茶園灌溉設計分析

郭埡村李家溝茶園位于山上，地勢起伏明顯，本次設計在項目區建設大口井和噴灌工程，以解決101.3 hm2茶園灌溉問題。管灌及微噴灌設計保證率為85%，微噴灌灌溉水利用系數取0.9，管灌灌溉水利用系數取0.86。根據地形及大口井出水量，本次設計郭埡村李家溝茶園灌溉工程分為4 個片區，新建大口井2 座，500 m3蓄水池2 座，200 m3蓄水池2 座。

3.1 水源工程設計

項目區總需水量及最高日、時需水量計算見表1。

表1 項目區需水總量計算表

新建5#井井深15 m，井徑4 m，單井出流量199.9 m3/h。設置4 臺水泵，單井出流量259.4 m3/h。其中2 臺功率為13 kW，水泵型號為250QJ125-80/5，電機型號YQS200-5.5，揚程130 m，出水流量149.69 m3/h。另1 臺功率為30 kW，水泵型號為250QJ125-96/6，電機型號YQS200-5.5，揚程85 m，出水流量109.2 m3/h，日供水量4797.6 m3/d。

新建8#井井深15 m，井徑4 m，設置3 臺水泵，其中2 臺功率為45 kW，水泵型號為200QJ32-78/6，電機型號YQS200-5.5，揚程70 m，出水流量68.17 m3/h。另2 臺功率為30 kW，水泵型號為200QJ32-78/7，電機型號YQS200-5.5，揚程80 m，出水流量131.5 m3/h。日供水量6225.6 m3/d。

大口井灌溉控制面積見表2。

表2 大口井單井可控制最大灌溉面積計算表

根據地形及水源條件，為提升灌溉質量，并對水源進行一定的調壓，蓄水池為矩形結構，1#和3#蓄水池為500 m3，2#和4#蓄水池為200 m3。水源地調蓄水池為地埋式C25 鋼砼矩形結構，設計水池尺寸為7.8 m(長)×7.8 m（寬）×3.5 m（高），11.7 m（長）×11.7 m（寬）×4.0 m（高）。池頂覆土厚為0.5 m，基礎處理采用200 mmC15 砼墊層，1000 mm 3∶7 灰土換填夯實。

3.2 灌溉定額設計

項目區位于商洛丘陵淺山區，按照《陜西行業用水定額》，本次設計茶樹微噴灌用水定額為10.8 m3/hm2，茶樹管灌用水定額為11.2 m3/hm2。根據種植作物生育規律、氣候特征和需水分配周期，依據地方種植經驗，確定茶樹每年灌水次數生育周期為4 次，冬灌2 次，每次灌水定額為1.87 m3/hm2。

設計灌水周期按照公式：

式中：T 為灌水周期，d；m 為設計灌溉定額，mm；Ea為作物臨界日需水量，mm/d。

設計灌水定額:

式中：Md為設計凈灌溉水定額，mm；Ia為供水強度，mm/d；m' 為設計毛灌溉水定額，mm；η 為灌溉水利用系數。

一次灌水延續時間應按下列公式確定：

式中：t 為一次灌水延續時間，h；m' 為設計毛灌溉水定額，mm；Se為灌水器間距；SL為毛管間距；q 為灌水器流量。

輪灌組計算公式為：

式中：t 為一次灌水延續時間；T 為灌水周期；C 為一天運行的小時數，根據《微灌工程技術規范》（GB/T 50485-2009）規定，結合近年來國內外成功經驗，考慮系統的經濟性，設計采用系統日運行時間為10 h～18 h。

式中相關參數取值及計算結果見表3。

表3 設計灌水定額及灌水周期表

茶樹微噴灌設計灌水定額40.7 mm，設計灌水周期T 為6 d；管灌設計灌水定額42.6 mm，設計灌水周期T 為6 d。

3.3 微噴灌工程設計

該片區內微噴灌面積23 hm2。該項目區內多南偏東風，多年平均風速1.5 m/s，定時最大風速24 m/s，灌溉季節日平均風速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作時數15 h。選用平口霧化地插噴頭，工作參數見表4。

表4 微噴頭工作參數表

（1）管網布置及管材選擇

各級管道按照垂直向布置原則布置。即區域內毛管平行于作物種植方向，支管垂直于毛管方向即垂直于行，干管垂直于支管方向。根據所選噴頭規格，布置毛管間距為3.0 m，噴頭間距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均選用PVC-U 管，毛管選用φ32PE 管道，壓力等級0.6 MPa。管徑選擇原則是在滿足設計流量和壓力的前提下，使系統投入費用最小。干管和分管平直且無分水管道時每200 m 設置一個伸縮節，在三通、彎頭、閘閥等處設置鎮墩，每條支管首部設置控制閥和閥門井，在管網最低處設置排水閥和排水井。計算得出設計灌水周期為6 d。每組工作時間為4.1 h，設計取5 h。每天開啟3 組。根據區域地形，項目區共分18 個輪灌小組。每組灌水時間為5 h，分6 d 灌完。

（2）系統設計流量

系統設計流量按下式計算:

式中：Q設為灌溉工程設計流量，m3/h；A 為灌溉面積,229770 m2；η 為灌溉水利用系數，η=0.9；t 為日工作時數，取15 h；T 為一次灌水延續時間，取6 d；mi為灌水定額，36.6 mm。

計算得微噴灌溉系統設計流量為103.9 m3/h，取104.4 m3/h。

毛管選用PE63 級DN32PE 管，壓力等級0.6 MPa，最大鋪設長度為262 m，本次設計毛管允許的最多出水口數量為51個，選取最大鋪設長度150 m。分管最小間距30 m，分管極限孔數為39 個，分管極限長度為1146 m。噴頭流量為90 L/s,每次工作噴頭為1160 個，系統流量為104.4 m3/h。

（3）管網設計制度

對于430.0 m～450.0 m 之間采用管灌方式，400.0 m～430.0 m之間采用微噴灌灌溉方式。

管灌設計灌水周期為6 d，每組設計取3 h，每天開啟5 組。分為30 個輪灌組，共有14 條支管，給水栓總數30 個。每次打開1 個給水栓，每個給水栓出水流量30 m3/h。

微噴灌設計灌水周期為6 d，每組設計取5 h，每天開啟3組。分為18 個輪灌組，共有8 條支管。噴頭流量為90 L/s,每次工作噴頭為1160 個，系統流量為104.4 m3/s。

本次設計主管兩條，分別為1-2、3-4。兩條主管同時工作，1-2 主管為微噴系統供水時，3-4 主管為管灌系統供水。3-4 主管為微噴系統供水時，1-2 主管為管灌系統供水。

4 經濟效益分析

實施試馬鎮茶園節水灌溉工程后，項目區內的社會效益、經濟效益和生態環境效益十分顯著，對農村經濟和農民收入的增加有著深遠的影響。工程實施后新增（含恢復）灌溉面積512.1 hm2，年增加經濟作物綜合生產能力136.81 萬kg，年增產總值1854.25 萬元，大于工程總投資1512.35 萬元。

4.1 社會效益

商南縣茶園節水灌溉項目通過小型水源工程、渠道配套等小型農田水利工程的實施，一是改善了區域農業生產條件，增強了茶葉發展后勁；二是增強了茶葉抵御自然災害能力，加快了項目區群眾脫貧致富奔小康步伐；三是改善水資源的供給條件，補充地下水，同時也緩解了人畜飲水困難；四是發揮了良好的示范帶動作用，形成顯著的生態和經濟效益。

4.2 生態環境效益

項目實施后，區域水資源得到有效利用，在補充地下水的同時，提高了農業抗災減災能力，形成水田旱澇保收，利于農業增產、農民增收，也提高了區域植被覆蓋率，減緩水土流失，有利于局部氣候改善，改善自然環境，區內生態環境趨于良性循環，減少了社會矛盾，構筑了和諧的社會環境。

5 結語

商南縣茶園節水灌溉項目涉及試馬鎮2 個村，其節水灌溉項目分別為河水渠灌和井水噴灌、微灌形式，通過對水源和灌溉制度、定額以及管網的布設探討，以及節水工程的科學建設，為秦嶺山區推進節水工程建設提供了參考。