申莊水庫蘋果園節水灌溉技術研究

賈珺琳

（晉城市水務局,山西 晉城 037000）

灌溉是集輸水與灌水于一體的農業活動,其技術變遷之下,輸水方式轉型升級,水利用系數由0.3 大幅增至0.95,水資源利用水平提高；灌水方式也發生階段性演變,逐步淘汰地表漫灌的粗放化方式,向噴灌、微灌等方向升級。具體至我國的農業生產中,建設節水型灌區是重要舉措,此舉有利于提高水資源利用水平,緩解區域水資源供需矛盾,改善生態環境,甚至對經濟結構的優化起到促進作用。

1 果園發展涌泉灌技術的動因

1.1 水資源匱乏,對果業生產產生制約作用

隨著工農業生產規模的擴大,各行各業的用水量迅猛增加,為滿足水資源的使用要求,部分地區存在無限制的水資源開發行為,例如水井愈打愈深,地下水位持續下降,水文條件惡化,加劇水資源供應緊缺的局面,水量的減少迫使水分增加,果農的生產成本提高,阻礙果業生產進程。

1.2 傳統灌溉水方式粗放化,水資源浪費量大

果園灌溉存在水資源匱乏的局面,但與之相矛盾的是,部分果園仍采用傳統的地面漫灌技術,其存在水資源明顯浪費的弊端。雖然部分地區對渠道輸水方式做出升級,將其轉為管道輸水的方式,但具體至田面灌溉中,大水漫灌的現象仍普遍存在,且田面畦田的尺寸較大（通常長度達到100 m～300 m、寬度2 m～6 m）,引發極為嚴重的水資源浪費現象。每年由于滲漏蒸發或是其它原因而浪費的水量尤為可觀,據統計其幾乎達到灌溉用水總量的40%以上,也正是由于此現象的存在,更突出節水型灌溉技術的重要性,需要根據果園灌溉的需求和現場水資源狀況合理應用科學的節水灌溉技術。

2 節水灌溉技術在申莊蘋果灌區的應用

2.1 灌區概況

申莊水庫位于申莊村東,始建于1959 年,壩高25 m,庫容1400 萬m3,流域面積104.5 km2,2010 年進行了壩體除險加固,平均年蓄水量210 萬m3,每年3 月、4 月枯水期30%年份出現斷水現象,蓄水量在0～20 萬m3之間。水庫移民示范村果樹園區建設工程,工程的設計規模為714.3 m3/d,果樹園區250 畝。

2.2 申莊村節水片典型設計

典型地塊選在2 號干管上,分干管控制的范圍,控制面積為119 畝。地塊長400 m,寬200 m。涌泉灌工程系統由首部樞紐、管路系統及涌泉器組成。管路系統分總干、分干、支、毛五級。總干管為DN110 的PE 管,從蓄水池引出向田間公路垂直布置,總干管左側（與總干管垂直）布置DN110 的PE分干管,分干管采用DN90 的PE 管,垂直于總干管單向布置,長200 m～400 m,支管采用DN63 的PE 管,一根分干管控制9 條支管,毛管采用DN25 的PE 管,長120 m,毛管間距3 m,每條毛管上設40 個涌水器,涌水器間距為3 m,及每棵蘋果樹下放置一個涌水器。每根支管控制6 對毛管。

2.3 基于現場條件的水源工程設計

（1）筑壩抬高水位引水。在緊鄰壩體的臺地處布置泵站,綜合考慮水泵揚程和防洪標準,規劃機房的合適建設位置；以膠管或鋼管焊接的方法支撐吸水管。根據引水量、現場地形特征,確定采用溢流堰砌石重力壩。經計算,配置的是55 kW 電機和D46-30×9 多級離心泵各一臺,出水量46 m3/h,揚程270 m。

（2）于出水口修筑封閉式圓柱形漿砌石供水池,直徑取9m,配套進出水管、溢流管等設施。建設的供水池在灌溉中發揮出調節的作用,以維持灌溉水的穩定性。按照與干管垂直的位置關系布設配水支管,聯合應用各級支閘閥,根據實際灌溉需求有效控制輪灌。于分支管道處配套放水閘,在其輔助下調控各用水單元的用水量,避免用水過多或過少。管溝用原土做夯實處理,開挖1∶0.3 的邊坡,回填時采取壓實措施,要求壓實系數不小于0.85。

（3）果樹管灌面積119 畝,分別為各單元配置控制閥和水表,根據現場種植要求實行輪灌,田間用軟管澆灌。實測結果顯示,單棵樹、一畝果樹的需水量分別為0.2 m3、8 m3。

（4）設計灌水定額

據公式：M=0.1rzp（max-min）/η

式中：m為設計灌水定額,mm；r為土壤容重,g/cm3,r=1.3；z為計劃濕潤層深度,m,z=1 m；p為微灌設計土壤濕潤比,%,p=40%；η為灌溉水利用系數,取0.85；max為適宜土壤含水量上限（重量百分比）,%,max=2.25；min為適宜土壤含水量下限（重量百分比）,%,min=1.75。

計算得：M=0.1×1.3×1×0.4（2.25-1.75）/0.9=0.029 m=29 mm

涌泉灌的設計灌水定額為30 mm（20.01 m3/畝）。

（5）灌水周期

取蘋果平均最大日耗水量Ea=4 mm/d,則灌水周期T為：

取T=7 d。

（6）取水工程

1）取水流量

引水管設計流量Q=20000 m3/4/7/16=45 m3/h。

2）取水構筑物

新建500 m3鋼筋混凝土圓形敞口池一座作為本次工程的調節水池。

（7）輸水工程

管材根據實測確定,從500 m3調節池至田間主管閥門房水頭為50 m 可采用0.6 MP 的PE 管,全長500 m。

PE管經濟流速選擇1 m/s,經以下計算管道水頭損失132 m。

1）設計流量為0.0161 m/s。

2）設計流速,采用PE 管經濟流速1m/s。

4）沿程水頭損失,按下式計算：

式中：h1為沿程水頭損失,m；L為計算管段的長度,500 m；i為單位管長水頭損失,0.06 m/m。

工程總引水總管的實測高差為50 m,大于水頭損失30 m,滿足輸水水頭。

本次規劃以灌溉蘋果樹為主,根據蘋果樹生育期需水情況和多年的灌溉經驗,灌溉天數以100 天為宜,灌區中,涌泉器安裝在毛管上。毛管與支管按傳統方式相互垂直呈“梳子”狀布置,并平行果樹種植方向,每行鋪設一條,間距3 m,毛管選用Φ25 mm 的PE 管,單根毛管長度為120 m,毛管上涌泉器安裝在果樹株旁,間距3 m,一棵果樹一個涌泉器,一條毛管上有40 個涌泉器。支管東西向布置,選用Φ63 mm 的PE 管,每條支管控制6 根毛管,單根支管長度為50 m,與分干管道相接并列布置。

基于現場地形和果樹的生長特點,經對比分析后選擇的是小管出流灌溉技術,根據該技術的應用要求,配套新一代的小管出流穩流器,此裝置中含有以硅膠為原料制成的補償膜片,兼具耐久、性能穩定多項特點,且設計為防回吸結構,能夠有效避免系統關閉時的真空現象（若有真空,雜物將倒吸,從而導致灌水器遭堵塞,嚴重影響正常灌水）。涌水器的流量為15 L/h,工作壓力150 kPa。

自項目建成啟用以來,灌區果樹種植條件得以優化,果樹生長狀態良好,產量和果實質量較之于以往均有所改善,新增節水灌溉面積250 畝,節水19000 m3,使農業穩產、旱澇保收,總產量增加,并且農產品品質改善,商品率提高,經濟效益顯著。

3 灌區節水灌溉技術發展建議

（1）因地制宜,合理選用節水灌溉技術。綜合考慮到灌區自然特征、作物類型、經濟發展水平等多項因素,確定最具可行性的節水灌溉技術。在技術的選型中,除了考慮到節水效益外,還需注重對經濟效益的追求,盡可能在兩者間尋求均衡點,原因在于經濟效益偏低時易打擊農戶的積極性,不利于可持續發展。此外,節水灌溉技術規劃需要契合于國家種植規劃,緊隨發展戰略。而由于農業事業的持續發展,其正顯現出規模化、機械化的特征,因此在選取節水灌溉技術時也需對此方面予以高度的重視,避免技術滯后。

（2）增加財政投入,促進技術推廣。節水灌溉技術的推廣需要得到足量資金的支持,在此方面需要以國家投入為主,根據具體的技術推廣需求建立專項基金,用于灌區灌溉技術的推廣與應用。積極擴充資金的籌措渠道,考慮國家投資、社會融資等多種方法,也可采取轉讓、承包等方式吸引社會資本,以保證有足夠的資金用于節水灌溉技術的推廣,使其“落地開花”。結合市場經濟環境,探索具有可行性的市場融資方式,以此來降低籌資成本,更加有效地抵御資金風險,使資金得到有效的應用,使優質的節水灌溉技術得到推廣。

4 結語

節水灌溉技術在水資源緊缺的農業生產背景下顯得尤為關鍵,對于申莊蘋果灌區而言,為促進該產區蘋果種植業的發展,有必要應用節水灌溉技術,以較少的水資源投入來推動農業生產。針對節水灌溉技術推廣中的阻礙,需要遵循因地制宜的原則,注重技術的探索、資金的配置等,有效提高節水灌溉技術的應用水平,為農業生產助力。