高效节水灌溉在山西果树园区的应用

朱毅民

（山西省水利水电科学研究院，山西太原030002）

山西省农业科学院果树研究所是山西省唯一的一个公益果树研究机构，其地处晋中盆地太谷县和祁县交界处，是全国土地面积最大的果树科研机构。该所占地448.3 hm2，拥有的果园面积为333.3 hm2，是山西省乃至全国集中连片规模最大的果树栽培区。但长期以来，由于科研经费有限，果园内灌溉设施落后，仍沿用20世纪70年代建成的灌溉渠系，这些工程设施和设备已经年久失修，机井灌溉配套设施老化，管理分散，渠系跑、冒、滴、蒸发现象严重，无法满足果树正常的灌水需求，水资源缺乏，浪费严重。因此，该所在2007年自筹资金建成节水园区3.3 hm2，经初步统计，采用涌泉灌溉与大水漫灌相比，3.3 hm2每年可节水1.5万m3，节水费用达1.3万元，效果非常显著。因此，进一步扩大果树高效节水灌溉建设规模十分必要。

虽然该所承担着全国的果树科研与示范推广任务，但果园水利配套设施严重滞后，已成为果树科研创新和示范推广的“瓶颈”。因此，提出建设果树高效节水灌溉示范、创造果树科研创新与推广示范园区迫在眉睫。依据水源类型与现有机井用水量进行平衡分析，采取远期与近期2套方案。远期依托大水网工程建设规划东山供水工程子洪支线输水到项目区，新建输水管道9 024 m，作为远期规划水源，可以使项目区的用水得到保证，减少地下水的开采，涵养地下水源，并作为特大干旱时应急的第2水源；近期依托当地水源，将区内16眼机井（其中，有3眼即将报废）加以更新改造，并计划沿东峪河和观音河影响区域新打机井6眼，将19眼机井就近串联，同时新建与修复调节池6个，形成近期的水源，布设供水管网，统一调度，合理安排，高效利用，可基本满足近期灌溉用水。

1 技术选型

1.1 主管道工程设计

目前，用于输水的管道主要有钢管、球墨铸铁管、UPVC管、HDPE管和夹砂玻璃钢管，经过比较论证，项目区内地形复杂，最高点和最低点的高差超过80 m，主管路由南向北布置在高程较高地段，支管路也布置在每个地块的高处，以保证园区自流灌溉方式。根据项目区的实际情况，主管道上共留有18个出水口。管材选择应考虑各方面因素，在主管道前段的复杂地段和管径比较大的地段选用钢管，在末端的平原地区选用UPVC管[1]。

1.2 灌溉方式选取

喷灌就是采用射程较大的喷头进行喷洒灌溉。喷头的选择由于考虑到项目区风速较大，果树需要的喷灌强度又不大，故选用阻尼防风旋转喷头。在果园中安装喷灌，除具有灌溉效果外，还可以避免“倒春寒”和晚霜带来的侵害。

滴灌就是采用滴灌管进行灌溉。该园区中滴灌主要用于葡萄灌溉，在每行葡萄下面布设2条滴灌管，根据葡萄树的大小决定滴灌管的布置位置。按照葡萄毛细根的分布来布置滴灌管，可满足葡萄对水、肥的需求，也可节省水、肥用量。

环绕式滴灌就是采用压力补偿式滴头进行灌溉。在每棵果树下方布置6个出水量为4 L/h的压力补偿式滴头，安装在Φ16的PE管路上，根据树冠大小确定PE管环绕的半径。这种灌溉方式能够根据果树对水和肥料的需求，在果树树冠下方的毛细根处进行灌溉，既能满足果树对水、肥的需求，又可节省水、肥用量。

高挂微喷就是采用小射程的微喷头进行灌溉。在果树上方安装倒挂喷头，主要用来对果树进行加湿和喷洒叶面肥，同时还可以有效避免“倒春寒”和晚霜带来的侵害。

树下微灌就是采用小射程的微灌喷头进行灌溉，即在2棵树的中间布设1个微喷头，喷洒半径为1 m。这种树下微喷灌溉可以满足果树灌溉的需求，还可以避免土壤板结，营造良好的田间小气候，创造夜露效果，增加昼夜温差，提高果品质量。

涌泉灌俗称小管出流，就是采用大流量稳流器进行灌溉。根据项目区的情况，为了不妨碍田间作业，将稳流器挂在空中，用Φ4毛管将水引到果树根系附近的地面。这样既能满足灌溉的需求，也不影响田间的机械作业[2-3]。

1.3 施肥装置

文丘里施肥装置主要用于面积较大和施肥均匀度要求较高的地方，利用进出口处的压差原理，将肥料吸入滴灌管道，因此，必须人为制造压差，利用关小阀门流道制造水头损失，以维持固定的压差值，当压差值恒定时，注入的肥料（或农药）流量就稳定。也可在其上安装流量计，以便监控注入流量。

水动注肥泵主要用于需要精确施肥的地方。注肥器安装在供水管道上，不用电驱动，以水压作动力，设备安装后，不需要专门看管，不管水流的流量和压力发生什么变化，溶液的剂量总是严格地与进入设备的水量成比例。

施肥机主要用于大型园区的生产和示范园区的展示，它可以采取串联和并联2种方式安装在管路上，将溶解的肥料液注入到罐中与清水充分混合，形成稳定、均匀的营养液，通过系统辅助泵将营养液提供给作物。施肥机可以存储多个施肥程序，根据不同作物进行不同的肥料配比，做到精确施肥；施肥机随机还配有PC和pH检测设备，根据不同的肥料配比，实时调整不同肥料的吸入量[4]。

1.4 自控系统

自控系统采用中央控制，由中央控制器、田间控制器、气象站、各种传感器和电磁阀等组成。中央控制器和田间控制器之间采用无线连接，带有解码器的田间控制器和电磁阀、各种传感器之间采用有线连接；田间控制器采用太阳能板供电。该自控系统既可以采用中央控制器控制，也可以采用无线电遥控器控制，还可以在田间控制器上进行控制，同时还可以通过网站进行控制。

自动反冲洗过滤器设计对于核心展示区和示范区中的首部系统采用离心式水砂分离器和叠片过滤器组合，以便更好地除去水中杂质，防止灌溉系统堵塞。该自动反冲洗过滤器，可以根据压差和时间自动进行反冲洗，节水性强，维护耗费低，过滤性可靠，有效性强[5]。

2 结语

采用以上技术将使果树示范区的果树灌溉状况得到彻底改善，扩大了灌溉面积，缩短了灌水周期，增加了灌水次数，提高了水的利用效率和水分生产率，从而达到节水、节地、省工、省时与增产、增效的效果。根据山西省农科院果树研究所初步估计，每年可节约灌溉用水45万m3，达30%以上；节约施肥3万kg，高达40%～50%；每公顷地可节省用工2个工月，增产2 250 kg，增产达10%～20%。本项目实施后，年可节省提水用电费21万元，节约肥料费22.5万元，新增果品综合生产能力200万kg。

本工程实施后，将有力地促进当地用水观念的转变，促进包括多种节水灌溉模式在内的一系列节水技术的推广应用，从工程建设模式到工程管理模式等方面必将对山西省节水园区的建设起到示范作用，并将辐射带动周边地区节水灌溉事业，以此推动山西省农业节水灌溉事业的发展。

本项目集工程建设、示范推广、科学研究于一体，是以建设优质、稳产、高效农业为目标，以专业科研队伍为技术支撑，以先进的工程节水措施、农艺节水措施和管理节水措施相配套的综合科技推广项目。项目建成后，果树园区应成立建后管护机构，建立健全各项运行管护规章制度，明确管理人员的岗位责任制，认真落实水表管理维护和计量收费制度，定期对管理职工和技术人员进行节水灌溉、农艺栽培、水肥耦合、管理节水等方面的技术培训与指导，开展多种形式的节水宣传，提高全民节水意识，全面提高水分及养分利用效率，充分发挥工程效益。

［1］安源.农田管道灌溉技术介绍及设计要点[J].水利科技与经济，2012（3）：81-82.

［2］王伟，王美娥.当前节水灌溉形式及主要技术措施[J].河北农业科学，2011，15（2）：74-76.

［3］司徒立友，景卓琳，夏亦芹，等.薄露灌溉技术的试验示范推广作用[J].内蒙古农业科技，2005（7）：382-383.

［4］郑维平.海原县不同生态类型区作物施肥技术方案[J].宁夏农林科技，2012（4）：12-13，22.

［5］葛芸萍，崔秋云.灌溉自动控制在节水工程中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报，2012，24（1）：10-12.