經濟果木林水肥一體化噴滴灌系統設計

陽海林，張　攀，周樹良

經濟果木林水肥一體化噴滴灌系統設計

陽海林，張攀，周樹良

(衡陽市林業局，湖南 衡陽 421001)

針對經濟果木林噴滴灌系統普遍存在的流量配比欠妥、設備功能不全、建設成本過高、操作效率偏低等問題，創新研發了一套包含首部水閥、三通、反沖洗裝置的經濟果木林水肥一體化噴滴灌系統，具備完善的噴滴灌功能。實踐證明，投入到經濟果木林植保作業中可有效降低經濟果木林的建設成本，提高操作效率，促進產業高質量發展。

水肥一體化；噴滴灌系統；研究

發展經濟果木林產業是實施鄉村振興和“三高四新”戰略的重要內容之一。近年來，由于政策的扶持和果木消費市場的極速增長，我國的經濟果木林產業得到了空前發展。

1　首部設計安裝中普遍存在的問題

精準開展水肥管理，是提高經濟林產量、保證產品品質的主要措施之一。噴滴灌系統的首部在設備維護、建設成本、操作效率等方面存在的問題是經濟果林安裝、使用水肥一體化噴滴灌系統的痛點和難點，在一定程度上制約了水肥一體化噴滴灌系統的推廣應用，制約了經濟果木林產業的高效發展。

由于部分經濟果木林經營業主對于噴滴灌系統先進科學的操作理念和操作經驗有所欠缺，而某些噴滴灌系統安裝施工方出于降低成本等方面考慮，在安裝噴滴灌系統時普遍存在灌溉分區不科學、管道水壓不均衡等問題，導致系統在進行灌溉作業時存在流量配比欠妥、設備功能不全、建設成本過高、操作效率偏低等缺陷。

1.1　流量配比欠妥

流量配比欠妥主要表現為：①首部主水管規格偏小，設備運行過程中實際水流量不能滿足生產需要；②過濾器規格偏小或過濾器數量偏少，在水質過濾環節形成阻塞，導致水流量供應不足。

1.2　設備功能不全

設備功能不全主要表現為：①蓄水池未安裝總水閥，不便于蓄水池提前蓄水，還可能導致噴滴灌系統首部長時間浸泡在水中，不便于設備管理；②未預留臨時澆灌用的水閥，不能滿足設備隨時供水的需要；③缺乏肥料配制功能，導致設備運行過程中無法預制肥料，不利于水肥一體化作業。

1.3　建設成本過高

建設成本過高主要指肥料配制設備在設計與安裝時表現為兩個極端：一個極端是未設計安裝肥水配制設備，另一個極端是單獨設計安裝了與蓄水池容量、材質相仿的肥水配制池，建設成本過高。

1.4　操作效率偏低

操作效率偏低表現為：①各類水閥設計安裝數量不夠，導致設備運行過程中操作不便；②各類零部件全部采用熱熔接，不便于設備維護時裝卸；③首部過濾設備的沖洗、裝卸過于繁瑣，導致運行操作效率偏低。

2　首部高效應用設計

針對噴滴灌系統首部現有設計安裝中普遍存在的問題，通過對主水管規格、水閥、三通、反沖洗裝置等部件重新進行優化設計，能切實提高經濟果木林水肥一體化噴滴灌系統的作業效果。噴滴灌系統首部設計如圖1所示。

圖1　水肥一體化噴滴灌系統首部高效應用設計示意圖

2.1　主水管規格設計

主水管規格設計包括主水管規格和過濾器規格、數量、濾芯精度。水管的流量與水管內水流的壓力(流速)和水管橫截面成正比。首先要根據水肥一體化噴滴灌系統的覆蓋面積、地形情況、灌溉分區情況確定主水管直徑，再具體根據分區面積、作物種植密度、每株作物配置的噴滴頭數量和噴滴頭的額定流量確定水管的規格。為了與市面上銷售的增壓水泵進出口直徑規格配套，主水管設計規格至少在Φ75mm或以上，主水管規格設計和選擇詳見表1。噴滴灌系統所選用的濾芯精度過低，不能有效過濾雜質，容易造成噴滴頭和管網堵塞；濾芯精度過高，影響水管內水流的通過性。現階段，噴滴灌所用水源大致分為井水、池塘水和小溪河流水三大類，不同的水源所含的雜質也有所不同，過濾器濾芯要根據水源類型和噴滴頭規格進行選擇，一般選擇80～140目的濾芯。為方便安裝施工，過濾器的直徑盡量與主水管管道直徑相同；根據實踐操作經驗，在同一過濾系統中并聯安裝2～3個同一規格的過濾器，可以減少過濾器對水流量和水壓的影響。同一規格的管道，管網的水流量與管網內的水壓呈線形正比關系，設計安裝時管道預留約10%的流量。其他規格的水管流量配置參照執行。

表1　水肥一體化噴滴灌系統1kg壓力下水管配置對照表

2.2　水閥和三通設計

噴滴灌系統首部共設計了總水閥、過濾器分向控制閥和分區灌溉控制閥。在蓄水池出水端設計總水閥，方便蓄水管理和設備維護，避免系統首部長時間浸泡在水中；過濾器分向控制閥和反沖洗管網可有效利用增壓水泵的壓力，高效實施反沖洗；分區灌溉控制閥(附加三通和水管)可根據灌溉系統總流量和覆蓋面積實施精準灌溉。在蓄水池出水端之后、總水閥之前設計安裝三通(附加設計水閥和水管)在系統非運行狀態下可隨時滿足臨時澆灌需要。為方便維護時裝卸，在增壓水泵前后兩端使用活接接頭連接。

2.3　水肥一體化設計

在增壓水泵前后端分別設計三通(附加水閥和水管，增壓水泵前端水管比后端水管高一個規格，通常設計Φ50mm和Φ40mm)可以有效利用系統排放的水和增壓水泵前后的壓力差；臨時配置一只容量不低于80kg的水桶，可實現水肥一體化作業。

2.4　反沖洗裝置設計

將灌溉管網與沖洗管網連接成一個閉合回路，通過水閥控制管內水的流向，利用管內水壓可以高效實施反沖洗。

3　首部高效應用操作

3.1　水肥一體化操作

關閉Q1、Z2、Z4，打開總水閥(Z0)、Z1、Z3和分區灌溉控制閥(Q4或Q5)，啟動增壓水泵；待系統運行正常供水后，打開Q3，從主水管流出少量水注入肥料池；待肥料池注入適量水并充分溶解肥料后，打開Q2，增壓水泵可將配制的肥料水吸入管道。實施水肥一體化灌溉時可根據肥料池中的水量調節Q2和Q3的流量；肥池中可一邊注水一邊添加肥料，通過充分攪動水肥，促進肥料充分溶解。

3.2　濾芯反沖洗操作

系統運行正常供水情況下，關閉Q2、Q3，打開Z2、Z4，關閉Z1、Z3，利用增壓水泵的壓力，對過濾器實施反沖洗，污水和雜質從Z4排出。為防止雜質因干燥后強力附著在濾芯上，因殘留的肥料滋生藻類和菌類植物，保證反沖洗的效率和效果，盡量在每次灌溉后和灌溉前對過濾器各沖洗一次。

4　結語

通過創新水肥一體化噴滴灌系統的設計與安裝，增強了設備的實用性，方便了設備維護，降低了建設成本，提高了作業效率，能促進水肥一體化噴滴灌系統的推廣應用，在一定程度上推動了經濟果木林產業的高質量發展。

Design of an integrated sprinkler and drip irrigation system for water and fertilizer in economic fruit forest

YANG Hailin, ZHANG Pan, ZHOU Shuliang

(Hengyang Forestry Bureau, Hengyang, Hunan 421001, China)

There are common problems in the sprinkler and drip irrigation system of economic fruit trees, such as improper flow ratio, incomplete equipment function, high construction cost, and low operational efficiency. This paper innovatively developed a water and fertilizer integrated sprinkler and drip irrigation system for economic fruit tree forests including the first water valve, triple valves, water and fertilizer integration, and backwashing device. The system has perfect sprinkler and drips irrigation functions. The practice has proved that the system can effectively reduce the cost of fruit forest construction, improve operational efficiency, and promote the high-quality development of the forestry industry.

integration of water and fertilizer; sprinkler and drips irrigation system; research

S666.4

A

2096–8736(2022)03–0001–03

陽海林(1974—)，男，湖南衡陽人，大學本科，工程師，主要研究方向為森林資源培育。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍