蘋果穴灌灌溉工程設(shè)計探討

陳雯飛

（杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州 730050）

平?jīng)鍪星f浪縣地處甘肅省中東部，境內(nèi)溝壑縱橫，地形地貌復(fù)雜，資源匱乏，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依靠農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。莊浪縣人民為求發(fā)展，經(jīng)過多年修造梯田，在1998年修造完成全國第一個“中國梯田化模范縣”，為農(nóng)業(yè)發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。莊浪縣境內(nèi)主要有水洛河、莊浪河、葫蘆河等3條河流，均屬黃河流域渭河水系，具有發(fā)展農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)的水土資源條件和獨特優(yōu)勢。莊浪縣2018年高效節(jié)水灌溉項目所選項目實施區(qū)大規(guī)模種植蘋果，經(jīng)濟(jì)效益好，但是田間沒有配套灌溉工程，灌溉水利用率低，灌溉設(shè)施落后，群眾多以柴油機(jī)泵抽水大水漫灌，浪費大、成本高，嚴(yán)重影響蘋果的產(chǎn)量和質(zhì)量。上述問題一直是制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。莊浪縣政府、群眾在水旱災(zāi)害和因旱致貧的生活中，深刻體會到發(fā)展農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)的緊迫性和重要性，對發(fā)展高效節(jié)水灌溉工程的認(rèn)識逐步提高，迫切希望在高效節(jié)水灌溉項目的支撐下解決水資源供需矛盾。高效節(jié)水灌溉工程的實施，能夠改善項目區(qū)灌水條件，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

1 灌溉方式選擇

我國大部分未配套高效節(jié)水灌溉工程的地區(qū)多采用漫灌。這種灌溉方式的缺點是浪費水，破壞土壤理化性狀，土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重，土壤水分有效利用期短，不利于樹木生長[1-2]。在項目投資有限的情況下，以最少的材料和施工成本，滿足最大效能的系統(tǒng)功能，滴灌和小管出流較管道灌溉投資高。僅采用低壓管道灌溉，因設(shè)計灌溉定額針對整片土地，灌水定額較大，且樹冠營養(yǎng)生長旺盛，果實品質(zhì)有所下降[3]。因此，本設(shè)計擬采用低壓管道輸水+田間穴灌的灌溉方式，對每株果樹進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，減少水資源浪費，提高水源保證率。

低壓管道灌溉一般配備給水栓，給水栓布置一般有3種常用形式：給水栓直接將水輸送到田間、給水栓配備防沖井和給水栓后接地面軟帶。根據(jù)項目區(qū)地形及用水實際情況，本設(shè)計擬采用低壓管道輸水+田間穴灌和低壓管道灌溉+給水栓+地面軟帶的灌溉方式。因此，設(shè)計管網(wǎng)結(jié)構(gòu)為干管—支管—出水栓—地面軟管，田間管網(wǎng)以“豐”字形和“山”字形布置。

2 灌溉工程設(shè)計

2.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計灌溉保證率為75%，灌溉水利用系數(shù)為0.90，作物高峰日耗水強度（補充灌溉）為2.5 mm/d，土壤天然干密度為1.30 g/cm3，田間持水率為24.4%（占干土重）。

2.2 灌水定額計算

管灌灌水定額計算公式：

式中：m為管灌灌水定額（mm）；γ為計劃濕潤層土壤干容重，取1.3 g/cm3；h為土壤計劃濕潤層深度，取0.7 m；β1為適宜含水量（重量百分比）上限，可取田間持水量的80%～100%，此處取95%；β2為適宜含水量（重量百分比）下限，可取田間持水量的60%～80%，此處取65%；田間持水量取24.4%。

經(jīng)計算，m=66.6 mm，可折算成666 m3/hm2。

目前，項目區(qū)灌水方式為穴灌、溝灌，栽植果樹600～750株/hm2，穴灌面積約為占地面積的1/10。因此，穴灌定額m=6.66 mm，可折算成66.6 m3/hm2。

2.3 最大灌水周期

最大灌水周期計算公式如下：

式中：Tmax為最大灌水周期（d）；mmax為最大灌水定額（mm）；Ea為作物日耗水強度（mm/d）；

經(jīng)計算，Tmax=2.66 d，取 T=2.5 d。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計流量

系統(tǒng)設(shè)計流量相關(guān)計算公式如下：

式中：Q為灌溉系統(tǒng)設(shè)計流量（m3/h）；a為控制性作物種植比例，a=100%；A為灌溉系統(tǒng)設(shè)計灌溉面積，為 20 hm2；η 為灌溉水利用系數(shù)，取 0.90；T為灌水周期，取T=2.5 d；m為灌水定額，取66.6 m3/hm2；t為日工作小時數(shù)，取t=10.0 h。

經(jīng)計算，系統(tǒng)設(shè)計流量為59.2 m3/h。

2.5 一次灌水延續(xù)時間

本設(shè)計中果樹田間灌溉采用穴灌，根據(jù)灌區(qū)的作物種植模式、地塊寬度、土壤特性等因素，選用DN50鋼制單向出水口，田間出水口設(shè)計流量q=5 m3/h。本次采用輪灌制度，系統(tǒng)單個給水栓向所屬地塊依次輪流供水，單個給水栓設(shè)計流量為5 m3/h。運行時每個系統(tǒng)每次每條支管打開2個給水栓灌水，出水口平均間距a=60 m，支管平均間距b=30 m，m=6.7 mm，種植株行距為3 m×4 m，穴灌面積為1 m×1 m。出水口的一次灌水延續(xù)時間計算公式如下：

式中：t為出水口工作時間（h）；a為出水口間距（m）；b 為支管間距（m）；m 為設(shè)計灌水定額（mm）；Q為系統(tǒng)設(shè)計流量（m3/h）；η為田間水利用系數(shù)，取0.90。

經(jīng)計算，t=0.89 h，取 t=1 h。

2.6 灌溉系統(tǒng)工作制度及灌溉制度

朱店鎮(zhèn)楊灣村灌溉工程區(qū)種植作物為蘋果樹，種植比例為100%。經(jīng)計算分析，灌溉系統(tǒng)灌溉水利用系數(shù)為0.90，作物需水高峰期灌水周期為2.5 d，灌水定額為66.6 m3/hm2，灌溉定額為1 539 m3/hm2。作物灌溉制度見表1。

表1 朱店鎮(zhèn)楊灣村蘋果管灌灌溉制度

3 效益分析

莊浪縣低壓管道灌溉項目實施后，不僅可以有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，也能極大地改變莊浪縣農(nóng)民一直以來靠天吃飯、零星粗放經(jīng)營的舊觀念，轉(zhuǎn)向高效農(nóng)業(yè)要效益，靠科學(xué)求發(fā)展，以品牌占市場，以市場促生產(chǎn)，形成重科學(xué)、重信息、重管理、重規(guī)模、重質(zhì)量、重品牌的共識。先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)與新建水源工程相結(jié)合，改變了相對落后的生產(chǎn)方式，提高了勞動生產(chǎn)率。項目建設(shè)完成后，有助于降低農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)成本，增加農(nóng)民收益，對村級及基層組織建設(shè)和社會穩(wěn)定具有非常重要的現(xiàn)實意義。莊浪縣低壓管道灌溉項目建成后，項目區(qū)可新增有效灌溉面積266.67 hm2，可有效改善項目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)小氣候，作物適時灌溉可以涵養(yǎng)水源，將極大地改善項目區(qū)生態(tài)環(huán)境。本項目實施后，將有力增加灌溉面積，改善灌溉條件，提高灌溉水利用率，對水、土、生態(tài)和環(huán)境都將產(chǎn)生有利影響。

4 結(jié)語

查閱相關(guān)資料，穴灌對于蘋果的生長具有積極意義。因此，針對梯田、山丘地區(qū)，在項目投資有限的情況下，可以采用低壓管道輸水+田間穴灌和低壓管道灌溉+給水栓+地面軟帶的灌溉方式[4]，節(jié)約水資源，提高水源保證率，方便運行管理。根據(jù)莊浪縣農(nóng)田水利項目高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)方案，莊浪縣低壓管道灌溉項目建設(shè)完成后，項目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件明顯改善，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益明顯增加[5]。