论文部分内容阅读
【摘 要】以上虞区规模化节水灌溉增效示范项目海涂农业园片区为例，介绍了微喷灌技术及其优点，以及微喷灌的工程设计方法，可为微喷灌技术在规模化节水灌溉工程中的应用提供借鉴。
【关键词】微喷灌；节水灌溉；应用推广
【中图分类号】TV93
【文献标识码】B
Applications of Micro-sprinkling Irrigation on Large-scale Water-saving Irrigation in Shangyu
Shen Jin-chao，Lou Wu-jun
（Shangyunongfa water conservancy construction company Shaoxing Zhejiang 312300）
【Abstract】This paper introduces applications of micro-sprinkling irrigation on large-scale water-saving irrigation in shangyu， then analysis this technology and it's benefit，which can provide experience for large-scale water-saving irrigation projects.
【Key words】Micro-sprinkling irrigation Water-saving irrigation；Application
1. 工程背景
（1）为推进实施《规模化节水灌溉增效示范项目“十二五”总体建设方案》，作为浙江省的两个试点地区之一，上虞区于2014年度开展了浙江省绍兴市上虞区规模化节水灌溉增效示范项目。按照项目规划，项目区总面积16610亩，包括虞北平原区的海涂农业园片区，共10080亩，其中276亩大棚微喷灌；四十里河平原区的丰惠镇片区，共6530亩。以下主要介绍笔者所在的海涂农业园片区概况。
（2）海涂农业园片区位于杭州湾南翼的上虞海涂九六丘，绍兴滨海新城北部，东至团农河，西、南靠九一丘直河，北濒杭州湾，园区总面积12418亩，区内土地平坦，地势开阔。园区四周有宽约50m的人工河道，为园区灌溉水源和排水通道。河道与九六丘分丘闸相连，可在雨季及时将洪水拍向杭州湾。现状部分河道存在堤岸坍塌，河床抬高的情况，不利河道蓄水和排水。
（3）目前园区农业生产方式粗放，以传统的露地栽培为主，园区土地均由农业经营户承租，灌溉用水均由各经营户自行抽水灌溉，灌溉方式大多采用大水漫灌，大棚、滴喷灌等农业设施的应用率低，这种灌溉方式不仅水资源浪费严重，而且耗费大量的劳动力，直接影响到农产品质量和单位面积的产出。园区土地由农业经营户承租，由于各经营主体的科技水平存在差异，导致农业机械化应用水平低下，在一定程度上削弱了园区的发展潜力和示范带动能力。
2. 微喷灌技术简介
微喷灌是利用折射、旋转、或辐射式微型喷头将具有一定压力的水，喷到距离地面不高的空中，散布成微小的水滴，均匀地喷撒到农作物上和农作物根区的地面上，实现节水灌溉的一种新技术。微喷灌是一种介于喷灌和滴灌之间的节水灌溉技术（微喷灌技术示意图见图1），与它们相比，其优点如下：
2.1 节约用水。微喷灌的节水主要体现在减少含水土壤面积、控制灌水深度，减少蒸发和渗漏损失。由于一个微喷灌头喷洒的面积仅几平方米，可以实现局部灌溉，所以比喷灌更节水，一般比沟灌节水50%～70%。
2.2 系统组合性能强，使用方便。通过调整喷嘴和分水器，可以形成多种喷洒直径和降雨强度的组合，从而适应了不同农作物的用水需要。某些情况下微喷灌系统还可以很容易地转化成滴灌系统。此外，微喷头可随时调整其工作位置，如树上、行间或株间等。
2.3 节省能源。微喷头的设计工作压力一般在15～20m水头之间，又是局部供水，与喷灌相比大大减少了系统的供水量和扬程，节省能源的作用十分明显。
2.4 受风的影响小于喷灌系统。因微喷头工作位置低，喷洒仰角小，在多风季节仍可作业。
2.5 降低系统投资。因为采用了低压小流量的供水方式，对系统供水能力的要求降低了，从而使各级管道的口径减小，并降低了管材的压力等级，减少了系统的动力功率，使系统的总投资大大下降。
2.6 有助于开发利用盐碱土壤。对盐碱土壤上的作物，可利用微喷灌在作物根系区创造一个低盐浓度的区域，保证作物的正常生长。
2.7 对田间作业的干扰小。因管道和微喷头便于移动，不影响田间农机作业。
2.8 可用于施肥、喷洒除草剂等。
图1 微喷灌技术示意图
3. 微喷灌工程设计实例
3.1 水源选择。
以海涂农业园片区微喷灌区灌片18中微灌片1为例，该地块长约282m，宽约236m，面积约100亩。系统水源为河道水，采用固定泵站提水，水源选用4寸叠片过滤器过滤，过滤精度120目。
3.2 作物、土壤。
该典型地块面积约100亩，主要种植蔬菜（毛豆、西兰花、大白菜等）。项目区土壤为壤土。
3.3 微喷水带。
根据工程实际情况，工程选择40 3～5孔增强型微喷水带，其工作压力为60KPa，流量为40L/（h·m），喷洒宽度为4m。
灌水器流量偏差率取qv=20%，灌水器工作水头偏差率：
hv= qv x（1+0.15×1-xx×qv） x=0.5，hv=0.41
工作水头偏差Δh=6×0.41=2.46m。根据毛支管水头差分配比，Δh毛=0.5Δh=1.23m，Δh支=0.5Δh=1.23m，微喷带极限长度100m。 3.4 微喷灌工作制度拟定。
3.4.1 设计灌水定额。
最大净灌水定额mmax=0.001γzp（β1-β2）
Mmax——最大净灌水定额（mm）；
γ——土壤干容重（g/cm），取1.37g/cm；
p——设计土壤湿润比，取90%；
h——计划湿润层深度（cm），取25cm；
β1——适宜土壤含水量上限（重量百分比），取22.5%；
β2——适宜土壤含水量上限（重量百分比），取17.5%；
计算得mmax=0.001×1.37×90×25×（22.5-17.5）=15.4mm。
3.4.2 设计灌水周期。
设计日耗水强度取Ia=4mm，设计灌水周期Tmax=mmax/Ia=3.85d，设计灌水周期T取3.5天，设计灌水定额md=T×Ia=4×3.5=14mm。
3.4.3 每次同时喷洒长度。
典型区总面积66600m2，微喷水带布置间距为4m（考虑大棚的四周间距1m，计算微喷带间距取4.5m），共布置喷水带长约14400m，为节省劳动，考虑田块实际情况，典型区块划为24个轮灌组，即每次同时喷洒长度为600m，微喷带平行大棚布置，每个大棚内布置2根。
3.4.4 湿润比校核。
单个大棚尺寸8m×60m，单根微喷带喷洒宽度4m，每个大棚内布置2根，喷洒宽度8m，可满足设计要求。
3.5 水力计算。
3.5.1 系统设计流量。
由于所选微喷水带每米流量为40L/h·m，最大同时喷洒米数为600m，则设计流量：
Q=40×600=24000L/h =24m3/h
3.5.2 管道水力计算及管径选择。
根据《微灌工程技术规范GB/T 50485-2009》，沿程水头损失计算式
hf=fL（Qgm）/Db
根据规范，管道局部水头损失按沿程水头损失的10%～15%估算，这里按12%计取。
3.5.3 分干管管径选择。
一个轮灌组同时工作的微喷带600m，可得流量Q=24m3/h，由经验公式D=13√Q=63.7mm，分干管选择De75×4.5（1.0MPa），即约5个大棚（9m×60m）同时灌溉。
式中：D——分干管管径（mm）；
Q——分干管流量（m3/h）。
3.5.4 干管管径选择。
同时向三个典型片供水，流量24×276/100=66.24m3/h，由经验公式得管径105.6mm，由于干管较长干管选用De160×7.7（0.8MPa），最多控制约1800m的微喷带，即约15个大棚同时灌溉。
3.5.5 管网水力计算。
微喷带长60m，视为沿程均匀泄流，开孔数较大时，开口系数取0.36，微喷带水头损失h1=1.15×0.36×（1+0.12）=0.46m<1.23m，满足微喷带工作水头偏差要求。
分干管最长120m，工作的轮灌组支管40m，可视为沿程均匀泄流，开孔数10个，开口系数0.374，另80m为输水段，分干管水头损失：h2=（2.20×0.374+2.2×2）×（1+0.12）=5.85m。分干管从中点处接入干管，水头损失0.46m<1.23m，满足工作水头偏差要求；干管最长652m，水头损失：h=5.83m，合计管网水头损失为12.91m。
3.6 水泵选型。
（1）典型区块喷灌系统的设计流量为66.24/0.95=69.72m3/h；
（2）喷灌系统设计水头。
H=ΔZ+Σhf+Σhj+hp
式中：ΔZ——水源水面至喷点的高差（m）；
Σhf——沿程水头损失（m）；
Σhj——局部水头损失（m）；
hp——微喷工作水头；（m）。
由上式计算得H=0+12.91+6=18.91m
根据计算所得的设计流量及扬程，泵站至各典型区块的主管选用De160×7.7（0.8MPa）同时向3个典型区块供水，流量为69.72m3/h，考虑泵站内的管道水头损失2m和叠片过滤器水头损失4m，水泵至微喷带的最大水头损失为：
H=0+12.91+6=18.91m
选用喷灌离心泵IS80-65-125二台，配套电机功率5.5KW，Q=30m3/h，H=22.5m，效率64%，气蚀余量3.0m。
4. 结语
通过微喷灌等节水灌溉技术的实施，对海涂农业园片区水资源进行优化配置，提高灌溉水利用率，必将大幅度降低海涂农业园区灌溉用水量，缩短灌溉周期，提高灌溉保证率，提升蔬菜品质，增加蔬菜产量，使农业生态处于良性循环状态。此外，微喷灌还能适应复杂地形，不破坏土壤结构，可减少和控制杂草生长，减少作物病虫害发生，调节和改善田间小气候，易于实现灌溉自动化，特别适合作为规模化节水灌溉措施加以应用。
参考文献
[1] 蔡琼. 宁波市农业节水技术模式选择[D].宁波大学，2013.
[2] 张桂兰，张建亮，崔蓉，王倩. 软管微喷灌节水技术在设施蔬菜生产上的应用[J]. 天津农林科技，2011，02：8～9.
[3] 曾永跃. 机械微喷灌节水技术应用初探[J]. 广西农业机械化，2009，04：27～28.
[4] GBT 50485-2009 微灌工程技术规范[S].
[文章编号]1619-2737（2015）05-25-337
【关键词】微喷灌；节水灌溉；应用推广
【中图分类号】TV93
【文献标识码】B
Applications of Micro-sprinkling Irrigation on Large-scale Water-saving Irrigation in Shangyu
Shen Jin-chao，Lou Wu-jun
（Shangyunongfa water conservancy construction company Shaoxing Zhejiang 312300）
【Abstract】This paper introduces applications of micro-sprinkling irrigation on large-scale water-saving irrigation in shangyu， then analysis this technology and it's benefit，which can provide experience for large-scale water-saving irrigation projects.
【Key words】Micro-sprinkling irrigation Water-saving irrigation；Application
1. 工程背景
（1）为推进实施《规模化节水灌溉增效示范项目“十二五”总体建设方案》，作为浙江省的两个试点地区之一，上虞区于2014年度开展了浙江省绍兴市上虞区规模化节水灌溉增效示范项目。按照项目规划，项目区总面积16610亩，包括虞北平原区的海涂农业园片区，共10080亩，其中276亩大棚微喷灌；四十里河平原区的丰惠镇片区，共6530亩。以下主要介绍笔者所在的海涂农业园片区概况。
（2）海涂农业园片区位于杭州湾南翼的上虞海涂九六丘，绍兴滨海新城北部，东至团农河，西、南靠九一丘直河，北濒杭州湾，园区总面积12418亩，区内土地平坦，地势开阔。园区四周有宽约50m的人工河道，为园区灌溉水源和排水通道。河道与九六丘分丘闸相连，可在雨季及时将洪水拍向杭州湾。现状部分河道存在堤岸坍塌，河床抬高的情况，不利河道蓄水和排水。
（3）目前园区农业生产方式粗放，以传统的露地栽培为主，园区土地均由农业经营户承租，灌溉用水均由各经营户自行抽水灌溉，灌溉方式大多采用大水漫灌，大棚、滴喷灌等农业设施的应用率低，这种灌溉方式不仅水资源浪费严重，而且耗费大量的劳动力，直接影响到农产品质量和单位面积的产出。园区土地由农业经营户承租，由于各经营主体的科技水平存在差异，导致农业机械化应用水平低下，在一定程度上削弱了园区的发展潜力和示范带动能力。
2. 微喷灌技术简介
微喷灌是利用折射、旋转、或辐射式微型喷头将具有一定压力的水，喷到距离地面不高的空中，散布成微小的水滴，均匀地喷撒到农作物上和农作物根区的地面上，实现节水灌溉的一种新技术。微喷灌是一种介于喷灌和滴灌之间的节水灌溉技术（微喷灌技术示意图见图1），与它们相比，其优点如下：
2.1 节约用水。微喷灌的节水主要体现在减少含水土壤面积、控制灌水深度，减少蒸发和渗漏损失。由于一个微喷灌头喷洒的面积仅几平方米，可以实现局部灌溉，所以比喷灌更节水，一般比沟灌节水50%～70%。
2.2 系统组合性能强，使用方便。通过调整喷嘴和分水器，可以形成多种喷洒直径和降雨强度的组合，从而适应了不同农作物的用水需要。某些情况下微喷灌系统还可以很容易地转化成滴灌系统。此外，微喷头可随时调整其工作位置，如树上、行间或株间等。
2.3 节省能源。微喷头的设计工作压力一般在15～20m水头之间，又是局部供水，与喷灌相比大大减少了系统的供水量和扬程，节省能源的作用十分明显。
2.4 受风的影响小于喷灌系统。因微喷头工作位置低，喷洒仰角小，在多风季节仍可作业。
2.5 降低系统投资。因为采用了低压小流量的供水方式，对系统供水能力的要求降低了，从而使各级管道的口径减小，并降低了管材的压力等级，减少了系统的动力功率，使系统的总投资大大下降。
2.6 有助于开发利用盐碱土壤。对盐碱土壤上的作物，可利用微喷灌在作物根系区创造一个低盐浓度的区域，保证作物的正常生长。
2.7 对田间作业的干扰小。因管道和微喷头便于移动，不影响田间农机作业。
2.8 可用于施肥、喷洒除草剂等。
图1 微喷灌技术示意图
3. 微喷灌工程设计实例
3.1 水源选择。
以海涂农业园片区微喷灌区灌片18中微灌片1为例，该地块长约282m，宽约236m，面积约100亩。系统水源为河道水，采用固定泵站提水，水源选用4寸叠片过滤器过滤，过滤精度120目。
3.2 作物、土壤。
该典型地块面积约100亩，主要种植蔬菜（毛豆、西兰花、大白菜等）。项目区土壤为壤土。
3.3 微喷水带。
根据工程实际情况，工程选择40 3～5孔增强型微喷水带，其工作压力为60KPa，流量为40L/（h·m），喷洒宽度为4m。
灌水器流量偏差率取qv=20%，灌水器工作水头偏差率：
hv= qv x（1+0.15×1-xx×qv） x=0.5，hv=0.41
工作水头偏差Δh=6×0.41=2.46m。根据毛支管水头差分配比，Δh毛=0.5Δh=1.23m，Δh支=0.5Δh=1.23m，微喷带极限长度100m。 3.4 微喷灌工作制度拟定。
3.4.1 设计灌水定额。
最大净灌水定额mmax=0.001γzp（β1-β2）
Mmax——最大净灌水定额（mm）；
γ——土壤干容重（g/cm），取1.37g/cm；
p——设计土壤湿润比，取90%；
h——计划湿润层深度（cm），取25cm；
β1——适宜土壤含水量上限（重量百分比），取22.5%；
β2——适宜土壤含水量上限（重量百分比），取17.5%；
计算得mmax=0.001×1.37×90×25×（22.5-17.5）=15.4mm。
3.4.2 设计灌水周期。
设计日耗水强度取Ia=4mm，设计灌水周期Tmax=mmax/Ia=3.85d，设计灌水周期T取3.5天，设计灌水定额md=T×Ia=4×3.5=14mm。
3.4.3 每次同时喷洒长度。
典型区总面积66600m2，微喷水带布置间距为4m（考虑大棚的四周间距1m，计算微喷带间距取4.5m），共布置喷水带长约14400m，为节省劳动，考虑田块实际情况，典型区块划为24个轮灌组，即每次同时喷洒长度为600m，微喷带平行大棚布置，每个大棚内布置2根。
3.4.4 湿润比校核。
单个大棚尺寸8m×60m，单根微喷带喷洒宽度4m，每个大棚内布置2根，喷洒宽度8m，可满足设计要求。
3.5 水力计算。
3.5.1 系统设计流量。
由于所选微喷水带每米流量为40L/h·m，最大同时喷洒米数为600m，则设计流量：
Q=40×600=24000L/h =24m3/h
3.5.2 管道水力计算及管径选择。
根据《微灌工程技术规范GB/T 50485-2009》，沿程水头损失计算式
hf=fL（Qgm）/Db
根据规范，管道局部水头损失按沿程水头损失的10%～15%估算，这里按12%计取。
3.5.3 分干管管径选择。
一个轮灌组同时工作的微喷带600m，可得流量Q=24m3/h，由经验公式D=13√Q=63.7mm，分干管选择De75×4.5（1.0MPa），即约5个大棚（9m×60m）同时灌溉。
式中：D——分干管管径（mm）；
Q——分干管流量（m3/h）。
3.5.4 干管管径选择。
同时向三个典型片供水，流量24×276/100=66.24m3/h，由经验公式得管径105.6mm，由于干管较长干管选用De160×7.7（0.8MPa），最多控制约1800m的微喷带，即约15个大棚同时灌溉。
3.5.5 管网水力计算。
微喷带长60m，视为沿程均匀泄流，开孔数较大时，开口系数取0.36，微喷带水头损失h1=1.15×0.36×（1+0.12）=0.46m<1.23m，满足微喷带工作水头偏差要求。
分干管最长120m，工作的轮灌组支管40m，可视为沿程均匀泄流，开孔数10个，开口系数0.374，另80m为输水段，分干管水头损失：h2=（2.20×0.374+2.2×2）×（1+0.12）=5.85m。分干管从中点处接入干管，水头损失0.46m<1.23m，满足工作水头偏差要求；干管最长652m，水头损失：h=5.83m，合计管网水头损失为12.91m。
3.6 水泵选型。
（1）典型区块喷灌系统的设计流量为66.24/0.95=69.72m3/h；
（2）喷灌系统设计水头。
H=ΔZ+Σhf+Σhj+hp
式中：ΔZ——水源水面至喷点的高差（m）；
Σhf——沿程水头损失（m）；
Σhj——局部水头损失（m）；
hp——微喷工作水头；（m）。
由上式计算得H=0+12.91+6=18.91m
根据计算所得的设计流量及扬程，泵站至各典型区块的主管选用De160×7.7（0.8MPa）同时向3个典型区块供水，流量为69.72m3/h，考虑泵站内的管道水头损失2m和叠片过滤器水头损失4m，水泵至微喷带的最大水头损失为：
H=0+12.91+6=18.91m
选用喷灌离心泵IS80-65-125二台，配套电机功率5.5KW，Q=30m3/h，H=22.5m，效率64%，气蚀余量3.0m。
4. 结语
通过微喷灌等节水灌溉技术的实施，对海涂农业园片区水资源进行优化配置，提高灌溉水利用率，必将大幅度降低海涂农业园区灌溉用水量，缩短灌溉周期，提高灌溉保证率，提升蔬菜品质，增加蔬菜产量，使农业生态处于良性循环状态。此外，微喷灌还能适应复杂地形，不破坏土壤结构，可减少和控制杂草生长，减少作物病虫害发生，调节和改善田间小气候，易于实现灌溉自动化，特别适合作为规模化节水灌溉措施加以应用。
参考文献
[1] 蔡琼. 宁波市农业节水技术模式选择[D].宁波大学，2013.
[2] 张桂兰，张建亮，崔蓉，王倩. 软管微喷灌节水技术在设施蔬菜生产上的应用[J]. 天津农林科技，2011，02：8～9.
[3] 曾永跃. 机械微喷灌节水技术应用初探[J]. 广西农业机械化，2009，04：27～28.
[4] GBT 50485-2009 微灌工程技术规范[S].
[文章编号]1619-2737（2015）05-25-337