广西糖料蔗指针式喷灌应用探讨

林学佳，姚 瑶，谢文海

（1.广西大学，南宁 530004；2.广西科源工程咨询有限责任公司，南宁 530023）

广西糖料蔗指针式喷灌应用探讨

林学佳1、2，姚 瑶2，谢文海2

（1.广西大学，南宁 530004；2.广西科源工程咨询有限责任公司，南宁 530023）

简述指针式喷灌的组成、特点、蔗田典型地块组合，探讨了指针式喷灌在广西蔗区灌溉的适应性条件和经济适应性。通过典型工程设计，介绍了糖料蔗指针式喷灌的设计要点，并进行了效益分析评价，提出指针式喷灌在广西糖料蔗“双高”基地建设的相关建议。

指针式喷灌；广西；甘蔗；适应性；分析

1 概述

指针式喷灌机，是将喷灌机的转动中心轴固定在支座上，中心轴进水口与输水管道相连，上端通过旋转机构（集电环）与旋转弯管连接，通过桁架上的喷洒系统向作物喷水的一种节水增产灌溉机械。指针式喷灌具有节水、节地、节省劳力、对地形适应能力强等优点，适应在集中、连片（土地整合）的经济效益较好的蔗区、经济条件较好、劳动力紧张或从事非农业劳动人数较多的蔗区进行推广[1，2]。目前，在广西糖料蔗主产区——宾阳县和扶绥县推广应用了1.00万亩左右，增产增糖效果显著，有助于农业增产和农民增收。

2 广西糖料蔗指针式喷灌应用探讨

2.1 结构组成

（1）中心支轴轴座：喷灌机的转动支轴，安装在灌溉面积的中心，可固定在钢筋混凝土基座上。支轴座中心管下端与井泵出水管或压力管相连，上端通过旋转机构（集电环）与旋转弯管连接；

（2）喷洒系统：喷洒系统由喷洒支管和安装在上面的喷头组成。喷洒支管一般采用薄壁镀锌钢管，直径由所选用的喷头来定。支管上装有若干喷头，喷头种类可采用3种方式；喷头的工作压力可采用高压或低压；喷头的流量由安装位置来决定；

（3）跨体桁架系统：桁架组成喷灌机的基本单元，桁架一跨的长度一般30～60 m，喷洒支管是桁架的组成部分。指针式喷灌机则采用空间拱架支承喷洒支管结构；

（4）塔车：塔车由塔架、行走轮和驱动系统等组成，既是桁架的支座，也是喷灌机的驱动部件；

（5）驱动装置：电动驱动装置是采用有过流过载保护的三相异步电动机，通过蜗轮蜗杆减速器或链轮，带动行走轮移动的。

2.2 特点

指针式喷灌机的特点与传统滴灌的比较见表1。

2.3 蔗田典型地块组合

广西糖料蔗“双高”基地多为225 m×225 m类型，选择此规格地块为典型地块，进行设备选型（以VAL⁃LEY公司的产品为例）。选用河流水或地下水通过加压泵站，将水加压进指针式喷灌机的管道进行喷灌。系统设备采用1个高跨体中心点支架8-5/8″，1个中心点柔性接头，1个圆形机跨体6-5/8″×54.86 m×2.9 m×3.7 m，2个中间跨体6-5/8″×54.86m×2.9m×3.7m，1个尾端跨体6-5/8″×54.86 m×2.9 m×3.7 m，1个悬臂6-5/8″×5.52m×0.76m×3.7m，4个高跨体驱动单元，4个14.9″×24″低压轮胎，4个0.9kW高速驱动电机及全铝电机盖，喷头采用NelsonD3000，配套15 Psi稳压器（见表2、3）。

2.4 适应条件

（1）平原、丘陵等地形，坡度不高于15°，地面无线路、树木及其他障碍物；

（2）水资源较丰富或地下水较容易开采的地方；

表1 指针式喷灌机与传统滴灌比较

表2 系统设备组合形式

表3 指针式喷灌系统构成及参数

（3）规模化、集约化、规范化的现代化生产模式，并具有农业、农机专业技术服务队伍的现代农业合作社以及农场等，确保设备的运行、维修、管护；

（4）达到一定规模后（灌溉面积500亩以上），与其他高效节水灌溉方式相比，造价适中。

2.5 经济分析

（1）1～3跨，小地块，水源水量要求较低，亩均投资高。控制半径68～204 m，灌溉面积20～200亩，设备投资4～48万元，亩均投资2 500～2 400元（仅喷灌机组投资，不含水源工程投资）；

（2）4跨，典型地块，适宜地块较多，水源水量要求适中，亩均投资较高。控制半径252 m，灌溉面积300亩，设备投资69万元，亩均投资2 300元；

（3）5～7跨，地块较大，适宜地块较少，适合大地块的蔗区等，水源水量要求较高，亩均造价适中。控制半径327～456 m，灌溉面积500～1 000亩，设备投资90～160万元，亩均投资1 800～1 600元；

（4）8～9跨，地块超大，适宜地块少，水源水量要求高，设备亩均投资低。控制半径511～565 m，灌溉面积1 000～1 500亩，设备投资150～225万元，亩均投资1 600～1 500元。

2.6 典型工程设计

2.6.1 项目区基本情况

典型工程项目区面积2 000亩，均种植糖料蔗，蔗种为柳城05136、桂糖40、新台糖66、桂糖032 287、福农38，该项目区位于宾阳县廖平农场，地处低纬度，受海洋暖湿气流调节，高温多雨，夏长冬短，属亚热带季风气候。平均气温22.3℃，10℃以上的总积温为7 477.8℃，年无霜期346 d，年平均日照时数为1 634.4 h，年平均辐射总量为439.82 kJ/cm2，年降雨量1 201.6 mm，主要集中在5～9月份，其雨量达897.9 mm，占全年总降雨量74.7%，11月至次年3月雨量较少。

该项目区的水源为红水河支流，多年平均天然径流量2.6亿m3，最大年径流量17.2亿m3，年最小年径流量0.53亿m3，丰水期的5～10月的径流量占年径流量的88.2%；其中6～9月占年径流量的72%。水量丰富可作为项目区的水源。

2.6.2 设计参数

典型工程项目区的灌溉定额根据下式进行计算：

式中：ms——最大灌水定额，mm；

h——计划湿润层深度，cm，取0.4 m；

γ——土壤容重，g/cm3，取1.47 g/cm3；

β′1——适宜土壤含水量上限（重量百分比），

β′1=22.5；

β′2——适宜土壤含水量下限（重量百分比），β′2=17。

经计算指针式喷灌的灌水定额为ms=32.34 mm，即ms=21.57 m3/亩。

同时，计算得到灌溉周期为7 d，总提水流量280 m3/h，分为两片区，片区一1200亩，片区二800亩。

2.6.3 设备选型

选择美国生产的维蒙特指针式喷灌机两台，其中，一号机：9跨+25 m悬臂，负责1 200亩蔗区的灌溉；二号机：6跨+25 m悬臂+25 m射程尾枪，负责800亩蔗区的灌溉。喷头喷洒半径重合率164%，喷头型号为NelsonD3 000，配合15 Psi稳压器，软管采用复合软管及配重，喷头间距2.9 m，喷头高度1.8 m，每日喷水量11.03 mm/d，设备电压降8.5 V，圆形喷灌机入口压力12 m水头。

2.6.4 系统布置及主要构筑物

（1）在河边修建1座加压泵站，安装两台水泵，直接加压指针式喷灌机内喷灌；泵房采用固定式分基型，布置于原渠道边，泵房兼配电房和值班室，面积为58 m2，采用浆砌石基础，为单层砖混结构，平面尺寸为10.8 m×5.4 m，高3.3 m，分为2个开间，其中:开间为3.6 m×5.4 m，为设备室，室内布有水泵启闭柜、滤水器等设备；开间为7.2 m×5.4 m，为管理房兼作仓库；

（2）泵站至指针式喷灌机的管道采用PVC-U管，埋设于地下80 cm，每500 m设置镇墩一个，镇墩采用C15混凝土浇筑。

2.7 效益分析

2.7.1 社会效益

项目实施后，社会效益显著：一是降低用水成本、促进农民增收。主要通过节水灌溉，提高灌溉水利用率，减少灌溉劳动力、降低了提水费用和生产成本、从而提高作物复种指数和优化产业结构；二是促进社会主义新农村建设。项目实施后，项目区农作物的需水量得到了保证，农民收入得到稳步提高，从而为改善村容村貌和建设社会主义新农村提供经济基础；三是能节约用水，提高灌溉水利用系数。

2.7.2 经济效益

通过比较，在无灌溉地块种植甘蔗，亩均年投入种植成本（主要包括人工、肥料、种苗等）1 200元，年亩均产量为4 t，按470元/t收购价测算，产值为1 880；在使用指针式喷灌的地块种植甘蔗，亩均年投入种植成本1 000元，工程成本（按亩均投入2 000元，设备15年使用期平摊费用）130元，年亩均产量为6t，产值为2820元。可知，实施指针式喷灌工程，亩均年利润可提高1 010元，其经济效益非常显著（见表4）。

表4 有无指针式喷灌的经济效益比较

2.7.3 生态环境效益

实施后，形成了“水、肥、药”一体化的灌溉模式，提高了田间管理效率，糖料蔗种植的灌溉用水量及能源消耗大大减少，极大地提高资源利用率，减少化肥、农药等化学用品的投入，改善了项目区域的人畜用水条件。蔗区在旱季能得到灌溉，滋润土壤，促进糖料蔗生长，调节局部小气候，优化空气质量维持蔗区生态平衡，为实现“清洁田园·美丽广西”的目标奠定良好基础。

3 建议

（1）在广西自治区政府大力推动500万亩糖料蔗优质高产高糖糖料蔗基地建设的背景下，基于指针式喷灌的设计简单、操作方便等特点，建议在集中、连片（土地整合）的经济效益较好的蔗区、经济条件较好、劳动力紧张或从事非农业劳动人数较多的蔗区进行推广；

（2）由于指针式喷灌在广西应用的时间较短，建议打造出样本工程，加强区域间交流，使指针式喷灌得到更好的推广；

（3）指针式喷灌在广西还属于新型灌溉方式，其实用性已经得到认可，但区内还未有设备生产商和维修商，设施引进运行后出现问题难及时处理，另外，该设备对运行管护人员的技能要求相对较高。因此，建议鼓励厂商在广西投资建厂，并加大基层技术人员的培训力度，培养一支能熟练操作和维修指针式喷灌机的技术队伍。

[1] 何令祖，吴卫熊.广西蔗区节水灌溉技术适应条件调查与分析[J].中国农村水利水电，2015（11）：36-39.

[2] 潘 伟，吴卫熊.广西丘陵山区蔗区水利创新发展模式研究[J].节水灌溉，2015（9）：91-95.

（责任编辑：周 群）

Application of pointer type sprinkler irrigation in sugar cane planting of Guangxi

LIN Xue-jia1,2,YAO Yao2,XIE Wen-hai2

（1.Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Guangxi Keyuan Engineering Consultant Co.Ltd.Nanning 530023,China）

With regard to pointer type sprinkler irrigation,the authors make a brief introduction on its composition and characteristics,and on the combination of typical sugar cane farm blocks;probe into its adaptive conditions and economic adaptability in sugar cane planting areas of Guangxi;presented the key points of design with a typical en⁃gineering design example;analyze and evaluate the benefits;and give suggestions for its application in high yield and sugar-content cane planting bases of Guangxi.

Pointer type sprinkler irrigation;Guangxi;sugar cane;adaptability;analysis

S275.5；S556.1

B

1003-1510（2016）02-0072-04

2016-02-18

水利部公益行业专项《广西糖料蔗高效节水灌溉发展模式研究》（项目编号：201301013）；广西自治区农业科技成果转化资金项目《广西百万亩糖料蔗高效节水灌溉关键技术集成与示范》（项目编号：14125004-4）。

林学佳（1983-），男，广西宾阳人，广西科源工程咨询有限责任公司工程师，学士，从事水利水电工程设计工作。