枣庄市峄城区大田喷灌节水试验研究

孔桂芹，陈秀真

（1.枣庄市水资源试验站，山东 枣庄 277102；2.枣庄市水利和渔业局，山东 枣庄 277800）

随着人口的增加、经济发展和城镇化水平的提高，峄城区水资源紧缺矛盾日益突出。目前作为用水大户的农业，灌溉水利用率只有54%左右，水分生产率为1.05 kg/m3。长期以来，农作物的灌溉方式一直以“大水漫灌”为主，水资源浪费严重，形成了水旱灾害的严重性和频繁性。又由于连续干旱，地表水可利用量逐渐减少，地下水超采导致地下水位持续下降，地下漏斗区逐步扩大，浅水井相继干涸，水资源紧缺已成为制约工农业生产及国民经济发展的主要因素。为保护利用水资源，节约能源，降低灌溉成本，培植农业新财源，根据试验区的总体规划要求，结合当地的自然、经济、社会、水源条件和管理形式，确定选用半固定式大田喷灌工程作为试验模式。半固定式喷灌系统的水泵、动力机、和干管做成固定的，支管做成移动的。

1 试验区概况

试验区位于枣庄市峄城区底阁镇内，本区土地平整、土壤肥沃，适宜生长多种粮食作物及经济作物，主要种植小麦、玉米、地瓜、花生及蔬菜、水果等。本区属温带半湿润季风气候区，气候温和，四季分明，光照充足，无霜期长，全年≥0℃积温5 137.6℃，平均无霜期193 d，多年平均降雨量846.4 mm，日照时数2 376 h，对农作物生长十分有利。

2 节水灌溉试验设计

本次节水试验选择底阁镇吴底公路旁运埠屯村一处16.67 hm2的小种植方作为半固定式大田喷灌工程的试验区。区内地势平缓、土壤为褐土，田间持水量25%。灌溉用地下水，地质情况属中奥陶灰岩裂隙岩溶含水组，其岩性质纯性脆易破碎、易溶蚀，是良好的含水层。此地机井深度为80～120 m，静水位为12～15 m，动水位为16～23 m，机井涌水量为50～80 m3/s，能有效地保证水源来源。

2.1 试验设计参数

设计灌水定额取46.7 mm，灌水周期取7 d，依据有关规范，确定该喷灌允许喷灌强度P允为15 mm/h，设计喷灌强度为9.6 mm/h。

2.2 喷头选择及参数确定

1）喷头选型。选用山东莱芜塑料制品股份有限公司生产的ZY-1 型铝质喷头，喷嘴直径d 取1.846 mm，进水口直径D 取20 mm，工作压力为30 kPa，喷水量q取2.98 m3/h，射程18.0 m，喷灌强度Pa=6.2 mm/h＜Ps允。

2）确定间距系数和组合问题。根据基本资料，选定设计风速3 m/s，因灌溉季节风向不定，而种植方向为南北方向，因而支管布置成与种植方向一致的方向，喷头布置成正方形组合形式，喷头间距、支管间距取18 m。

2.3 喷头系统布置

试验区以机井为中心布置管道，管道采用双控，单井自成系统，干管采用固定式，埋在地下80 cm，支管及其他喷灌设备系统按机井出水量配置。

1）单井控制面积。通过计算取20.14 hm2，因此，机井可控制16.67 hm2的典型方，共有支管61个，喷头427个，干管长455 m，单支管长135 m。

2）通过计算喷灌工作时间取5 h。喷头每日移动次数取η=3 次。每眼井控制的喷头数取20个。因一条支管上有7个喷头，2 套支管同时工作。

2.4 管道设计

1）管道选择。通过计算，干管选用Φ140 mm 的PVC 管，采用承插法连接安装，给水处用带法兰盘钢管连接；支管选用Φ75 mm 的薄壁铝合金管，每条支管安装7个喷头，任意两喷头间的水头差要控制在喷头工作压力的20%以内，以免造成喷水不均匀。

2）管道水力计算。通过计算，塑料干管沿程水头损失hf为3.5 m，支管沿程损失h沿为29.9 m。在喷灌系统支管上有若干个竖管喷头，同时进行喷洒，因此支管每隔一定距离都有部分水量流出，即支管流量是逐段减少的，为此只能采用近似的方法，假定支管各孔流量相同，计算出沿程水头损失h沿乘上多口系数F（取0.249）进行校正，即得出多口管道的实际沿程水头损失，局部水头损失按沿程水头损失的15%计算。调整后的支管沿程水头损失h沿为7.45 m。

2.5 水泵选型

通过计算，水泵扬程H 为67.4 m。因此，试验区内水泵选用淄博水电泵厂生产的200QJ60-72/7 型水泵，配套电机功率30 kW。

2.6 喷灌方案

喷灌系统干管埋在地下，支管在地面上移动。两个给水栓间距为54 m，喷灌支管在每个给水栓工作15 h，有3个工作位置，每个轮灌区有4 套移动支管，2 套工作，2 套备用。由于管末端和首端交替向中间运行。即：第一套支管在干管末端第一位置工作时，第二套支管在干管首端第一个工作位置处等待工作时，第二套支管首端第一个工作位置处等待工作，待第一套支管喷完后，立即转为第二套支管运行。待第一套支管位置地面能走人时（3 h 后），再把支管移到干管末端第二位置处等待工作，依次类推，直到喷灌完毕。

3 节水灌溉后评价

3.1 经济效益

1）灌溉效益。按照小麦实行节水灌溉后的亩增产数以及因灌溉而带来的田间管理和科技的提高而收取的效益，根据规定水利因素分摊系数为0.5，即以灌溉总效益的50%来计算节水灌溉效益。由于喷灌及时、灌溉强度均匀，经过节水灌溉后与土渠相比，可提高产量20%左右，试验区灌溉总增产量1.81万kg，总效益为2万元。

2）节水效益。小麦采用大水漫灌时，机井灌区每次用水1 350 m3/hm2（按渠系配套完整计算），年灌水4 次，灌溉定额5 400 m3/hm2，年灌溉用水量9万m3。实行节水灌溉后，喷灌田公顷次用水23 m3左右，节水率高达75%，试验区灌溉用水2.3万m3，年可节约灌溉用水6.7万m3。

3）节地效益。根据原有工程占地资料统计，渠灌亩均占地4%～6%，低压管灌亩均占地1.5%～2.0%，而喷灌亩均占地1.0%～1.5%，试验区可节约土地0.67 hm2左右，土地复种率达到90%以上，常年每亩两熟作物可增产300 kg 左右。

另外，传统方法施肥，喷药不均匀，有效利用率30%左右，而使用喷灌施药肥均匀，有效利用率可提高到70%以上。

3.2 社会效益和生态效益

1）喷灌量符合小麦需水规律。小麦作为浅根性作物，根系不发达，不能充分利用土壤深层水分，其叶片表面保护组织也不发达，水分蒸发快，不耐干旱。幼苗过冬期抗旱能力差，为保证幼苗壮旺，不能缺水。而喷灌可以人为控制水量，在幼苗期，浅喷就能满足冬小麦过冬用水需求。而需水量较大的分蘖、开花、灌浆等生长旺盛期，喷灌可根据测定的灌水定额来进行喷洒。

2）防止水土流失，改善土壤结构。渠灌浇地超量过多，容易造成土壤板结，而喷灌可以人工控制墒情，有效改善土壤物理性能，使土壤松活，适宜作物种子破土出苗，有利于土壤养分中氮、磷、钾的吸收，促进根系生长发育。喷灌不产生地面径流，又不致发生深层渗漏，土壤下层保持原耕翻的良好结构。

3）改变田间小气候。喷灌时由于水滴直径小，雾化较好，因而小麦喷灌时形成田间独特小气候。试验区测定结果为：喷灌结束1 d 后比不喷区相对湿度平均提高7%，温度降低0.7～1.0℃，有利于防止干热风对小麦的伤害。

4）促进农业结构调整。节水灌溉增效试验的成功极大地促进了农业结构调整，农民因发展节水灌溉，作物浇水有了保证，不仅种植了价格高、市场竞争能力强的优良面包小麦，而且还带动了一批新品种蔬菜的种植，极大地增加了农民收入。

[1]郭元裕.农田水利学[M].北京：中国水利水电出版社，1999，33-133.

[2]沈振荣，等.节水新概念[M].北京：中国水利水电出版社，2000，77-88.

[3]钱蕴壁，等.节水农业新技术研究[M].郑州：黄河水利出版社,2002.