興化里下河地區(qū)流動(dòng)灌溉機(jī)船供水計(jì)量研究

曹麗 鄭天柱

摘要：興化里下河地區(qū)水網(wǎng)稠密，每年約90萬畝稻田采用流動(dòng)灌溉機(jī)船供水。為全面落實(shí)興化市農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，亟需對(duì)這部分流動(dòng)灌溉機(jī)泵供水計(jì)量開展專題研究，解決它們的計(jì)量及流量率定問題。通過現(xiàn)場模型測試了不同柴油機(jī)泵在不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)際流量，從而得到流動(dòng)灌溉機(jī)船實(shí)際供水計(jì)量，為農(nóng)業(yè)水價(jià)改革提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：流動(dòng)灌溉機(jī)船;柴油機(jī)泵;用水計(jì)量;農(nóng)業(yè)水價(jià)改革

引言：

興化市常年種植水稻110萬畝，按照傳統(tǒng)的灌溉方法，水稻生長期需要不斷周期性地進(jìn)行灌水，以保證水稻生長正常需求，水資源得不到充分利用，漫灌式供水帶來粗放式用水，帶來殘留農(nóng)藥化肥的廢水直接排入河道，嚴(yán)重污染水環(huán)境。作為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革示范區(qū)，2018年戴南鎮(zhèn)182座灌溉站安裝了電磁流量器，每臺(tái)價(jià)值2600多元，由興化市農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革專項(xiàng)資金列支。2017年小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣工程項(xiàng)目區(qū)大鄒鎮(zhèn)和大垛鎮(zhèn)28座灌溉站安裝了電磁流量器。

由于興化市位于里下河腹部，水網(wǎng)稠密，目前約90萬畝稻田采用流動(dòng)灌溉機(jī)船供水[1]，該灌溉裝置具有流動(dòng)性好、無需輸水渠道，適合1家1戶自備使用，最大服務(wù)面積約100畝，整個(gè)興化市擁有3萬艘流動(dòng)灌溉機(jī)船，多數(shù)機(jī)泵設(shè)備老舊，為全面落實(shí)興化市農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，亟需對(duì)這部分流動(dòng)灌溉機(jī)泵供水計(jì)量開展專題研究，解決它們的計(jì)量及流量率定問題。

1 基本情況

1.1 供水計(jì)量方法

船載柴油機(jī)泵灌溉裝置具有流動(dòng)性好、無輸水渠道，適合1家1戶自備使用，最大服務(wù)面積約100畝，僅興化市釣魚鎮(zhèn)17個(gè)行政村現(xiàn)有260多臺(tái)這種船載柴油機(jī)泵灌溉裝置[2]。常用泵型為250HW-8、200HW-5S混流泵，額定流量540 m3/h、390 m3/h。實(shí)際使用中，凈揚(yáng)程和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化，運(yùn)行流量一般小于額定流量，為了實(shí)現(xiàn)這種船載柴油機(jī)泵灌溉裝置的灌水流量計(jì)量，本試驗(yàn)?zāi)康氖菧y量不同轉(zhuǎn)速條件下，實(shí)際運(yùn)行流量的大小。

水泵流量測試可以采用的方法較多，如水堰法測流量、差壓式流量計(jì)測流量、渦輪式流量計(jì)測流量、電磁流量計(jì)測流量等，目前工程中應(yīng)用較為廣泛的是采用超聲波流量計(jì)測流量。

1.2 容器法

本次試驗(yàn)采用容器法，即通過容器法測水體體積，除以計(jì)時(shí)的時(shí)長，即得平均流量。其主要設(shè)備：量水池、換向器、計(jì)時(shí)器、測速儀。

量水池為矩形結(jié)構(gòu)，有效容積約30 m3，6.20 m×6.00 m×0.82 m，量水池水平放置，底部設(shè)放水短管3個(gè)和控制閥，短管直徑100 mm，量水池內(nèi)側(cè)垂直設(shè)水位標(biāo)尺，從下往上標(biāo)刻度。

換向器控制水流是否注入量水池。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，開始計(jì)時(shí)測量，同時(shí)，換向器控制水流注入量水池。結(jié)束時(shí)，讀取水位和時(shí)長數(shù)據(jù)。

測速儀：非接觸式紅外測速儀（UT372），測量柴油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速。計(jì)時(shí)器可用手機(jī)秒表計(jì)時(shí)功能。

2 實(shí)驗(yàn)方案及試驗(yàn)裝置

2.1 試驗(yàn)方案

（1）測試250HW-8混流泵在814-1200 r/min不同工況下的流量。

（2）測試200HW-5S混流泵在731-1226 r/min不同工況下的流量。

（3）測試10HB-30混流泵在819-1056 r/min不同工況下的流量。

2.2 試驗(yàn)裝置

為了獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖2-1所示，試驗(yàn)原理如圖2-2。量水池為矩形磚混結(jié)構(gòu)，側(cè)面加筋。試驗(yàn)地點(diǎn)位于釣魚鎮(zhèn)元如村2組位于興化市東北約16.0 km，釣魚鎮(zhèn)西南5.0 km。灌溉水源取自東西向圩內(nèi)河道，河寬約9 m，內(nèi)河水位約1.20 m，平均水深約1.5 m，圩內(nèi)河與新海河相通，試驗(yàn)期間水位恒定。灌溉稻田呈長條形，長度175 m，寬度17 m，約4.5畝。地面高程3.00 m，量水池高度0.82 m，凈揚(yáng)程2.70 m。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)結(jié)果表明，流量與轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，符合比例律，詳見圖3-1、圖3-2。

3.2 試驗(yàn)工況分析

繪制不同轉(zhuǎn)速下混流泵性能曲線和管道性能曲線，兩者交點(diǎn)為泵裝置運(yùn)行工況點(diǎn)。不同轉(zhuǎn)速的泵性能曲線根據(jù)比例律，換算。

（1）10吋混流泵

10吋混流泵（10HB-30）（舊泵）980 r/min時(shí)流量263 m3/h，1060 r/min時(shí)流量313 m3/h，如圖3-3。該泵為上世紀(jì)70年代生產(chǎn)，使用時(shí)間較長，運(yùn)行效率較低，油耗高達(dá)1.5 L/h以上（正常0.9 L/h ）。

10吋混流泵（250HW-8）（新泵），980 r/min時(shí)流量396 m3/h，1060 r/min時(shí)流量536 m3/h，如圖3-4。

（2）8吋混流泵

8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min時(shí)，流量371 m3/h，如圖3-5。

10吋混流泵（250HW-8）980 r/min時(shí)流量396 m3/h，8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min時(shí)流量371 m3/h。

10吋混流泵（10HB-30）980 r/min時(shí)流量263 m3/h，比10吋新泵（250HW-8）980 r/min時(shí)流量低33.6%。因此，8吋混流泵（舊）1160 r/min時(shí)流量275 m3/h。

3.3 水泵運(yùn)行凈揚(yáng)程修正

試驗(yàn)時(shí)量水池設(shè)置在地面以上，將凈揚(yáng)程提高80 cm，實(shí)際灌溉運(yùn)行凈揚(yáng)程1.9 m，因此，實(shí)際運(yùn)行的泵流量比試驗(yàn)工況流量略大，需修正。10吋混流泵（250HW-8）980 r/min時(shí)流量439 m3/h，8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min時(shí)流量403 m3/h。凈揚(yáng)程修正后的工況分別見圖3-6和圖3-7。

10吋混流泵（10HB-30）980 r/min時(shí)流量299 m3/h，比10吋混流泵（250HW-8）980 r/min時(shí)流量低31.9%。

4 分析與討論

（1）額定工況運(yùn)行流量

10吋混流泵980 r/min時(shí)流量299 m3/h，8吋混流泵1160 r/min時(shí)流量296 m3/h。

根據(jù)調(diào)研，實(shí)際水泵中檔轉(zhuǎn)速（83.6%額定轉(zhuǎn)速）運(yùn)行，10吋混流泵（舊）流量223 m3/h，8吋混流泵（舊）流量192.3 m3/h。

據(jù)調(diào)研，10吋混流泵（舊泵）平均灌溉時(shí)間約1 h/次，4.5畝用水量223 m3。平均供水49.6 m3/畝，灌溉平均水深74 mm，多年平均灌溉10～12次，首次泡田平均需水量80 -100 m3/畝，每畝灌溉年供水量526-646 m3。參考《江蘇省灌溉用水定額（2014）》基本水稻灌溉定額+附加灌溉定額，為636 m3/畝，基本相符。

因船載柴油機(jī)泵使用的混流泵普遍使用年限較長（>40年），與額定工況相比，實(shí)測水泵流量299 m3/h，比新泵的流量低31.9%。

（2）現(xiàn)狀機(jī)泵裝置普遍老舊，管道變形破損亟需改造，內(nèi)容包括電啟動(dòng)電機(jī)、控制器、變速箱等，改造費(fèi)用800元/套。

（3）用水管理粗放，因秧苗直播方式，密度大，無規(guī)則行間距，機(jī)泵從稻田一端進(jìn)水流向另一端時(shí)，秧苗對(duì)水流流動(dòng)阻力大，當(dāng)田塊較長時(shí)，漫灌式上水用時(shí)較長。其次，稻田田埂受耕機(jī)碾壓局部不規(guī)則塌陷，田埂保水能力不強(qiáng)，稻田漏水、滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，田埂需加高、加固。

（4）機(jī)泵運(yùn)行作業(yè)多數(shù)缺少泵出水池防沖斗。實(shí)際稻田受水端沖刷形成橢圓形凹坑，試驗(yàn)地點(diǎn)土質(zhì)為亞粘土，沖刷凹坑寬約 1.8 m，長度超過2.2 m。面積大于3.0 m2。

5 成果與建議

5.1 研究成果

通過實(shí)測，流動(dòng)灌溉柴油機(jī)船供水，現(xiàn)狀實(shí)際用水定額測算成果見表5-1。現(xiàn)狀，流動(dòng)灌溉不同泵型等條件下，畝均灌水量均高于省用水定額，約9.7%-30.7%。

5.2 建議

（1）實(shí)際應(yīng)用中，需客觀掌握柴油機(jī)泵的運(yùn)行時(shí)長，需選擇適合機(jī)泵計(jì)量的計(jì)時(shí)器，可選用“震動(dòng)式計(jì)時(shí)器柴油機(jī)專用”，這種計(jì)時(shí)器具有感震傳感器、防水、LCD顯示、電池使用壽命長等特點(diǎn)，型號(hào)為RL-HM06，寧波啟凡電子生產(chǎn)，售價(jià)約35元/臺(tái)。

（2）建議財(cái)政適當(dāng)補(bǔ)貼建設(shè)防沖刷磚混出水池和流動(dòng)灌溉機(jī)船設(shè)備維修費(fèi)，以提高機(jī)泵運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效。

（3）逐步改用電灌站，便于運(yùn)行管理自動(dòng)化。

（4）鑒于水泵運(yùn)行條件惡劣、水位變動(dòng)等，建議對(duì)常規(guī)泵型的水泵流量進(jìn)行跟蹤率定。

（5）全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，規(guī)范農(nóng)業(yè)用水計(jì)量管理。

具體供水操作程序a.計(jì)時(shí)器讀取初值;b.確定水泵銘牌轉(zhuǎn)速;c.啟動(dòng)機(jī)泵運(yùn)行;d.結(jié)束計(jì)時(shí);e.根據(jù)率定流量和運(yùn)行時(shí)間，推算該機(jī)泵實(shí)際的供水量;f.記錄水泵供水量[3、4]。

參考文獻(xiàn)

[1]袁家明. 近代江南地區(qū)灌溉機(jī)械推廣應(yīng)用研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

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[4]王蘇，周蔚，徐瑤，陳丹，褚琳琳.基于節(jié)水優(yōu)先的江蘇省農(nóng)業(yè)用水與節(jié)水發(fā)展策略探討[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2020，40（04）：67-70.

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