绞盘式喷灌与管灌灌溉水利用系数试验研究

□兰凤 吕旺 吴美

绞盘式喷灌与管灌灌溉水利用系数试验研究

□兰凤 吕旺 吴美

随着土地流转的趋势日益形成，土地规模化经营已经成了包地大户、农场经营、农村土地合作社日益关注的焦点，科学种田管理和全程机械化操作的结合已经成为现代农业发展的必然。绞盘式喷灌机的应用也越来越广泛。然而，绞盘式喷灌机在河北省实际应用效果研究还很少，为了正确评价绞盘式喷灌机的灌溉效果，本文以实际灌溉为基础，在同类地块同种作物同时安排两种灌溉方式的试验小区，对其灌溉水利用系数进行对比分析。研究不同节水灌溉工程的灌溉水利用系数，对指导我省节水农业发展具有重要意义。

1.基本概念

灌溉水利用系数是指在一次灌水期间被农作物利用的净水量与水源渠首处总引进水量的比值。是衡量灌溉水利用程度的一个重要指标，也是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和灌溉用水管理水平的一项综合指标。灌溉水利用系数也是领导宏观决策的重要依据。

灌溉水利用系数测定计算方法主要有：首尾测定法和典型渠段测量法，本文采用首尾测定法。所谓首尾测定法是指不必测定灌溉水输、配水过程中的损失，而直接测定灌区渠首引进的水量和最终贮存到作物计划湿润层的水量（即净灌水定额），从而求得灌溉水利用系数。这样可绕开测定渠系水利用系数这个难点，减少了许多测定工作量。

2.试验区概况

2.1 地理位置

试验区位于河北省无极县七汲乡东汉村村南。

2.2 基本情况

绞盘式喷灌机试验地块共计300亩，地块南北宽300m～340m，东西长650m。喷灌机采用山东华泰保尔“雨星”大型喷灌机TX75-300型，喷洒宽度为50m，行进速度设置为最低档。为了便于绞盘式喷灌机作业，地块按照轴线间距50m由西往东依次划分成13条地，并进行编号。

管灌地块共计2亩，地块南北宽125m，东西长11m。本地块只有一个出水口，位于地块的最南部中间位置，出水口管径为Φ110，畦田规格为9m×5m，每次灌溉开启一个畦田，依次轮灌。

2.3 水资源与灌溉条件

灌溉水源均为地下水，水位埋深28.4m左右，配套水泵流量32m3/h，矿化度小于1g/L。喷灌地块水泵型号为200QJ32-117/9，功率为18.5kW；管灌地块水泵型号为200QJ32-48/3，功率为7.5kW。

3.试验设计

3.1 试验方法

试验方法采用田测法，在现有田间种植生产条件下，以田间观测方法确定土壤含水量、灌水量、降雨量等主要观测指标，作为两种灌水方式的对比依据。

喷灌地块选择9个观测点，分别位于1#、7#、13#条地的北、中、南部。管灌地块选择2个观测点，分别位于地块的南部和北部。每次灌溉前后取土监测土壤含水量的变化。农户根据小麦玉米的生长状态和常年种植经验自定灌溉次数、灌溉时间。喷灌观测点布置见图1。

图1 喷灌地块观测点布置图

3.2 观测要求

降雨量观测。降雨量观测采用雨量桶计量，雨量桶放置在田间，每次降雨形成后，由观测人员人工观测。灌水时可作为田间受水量计算。

土壤含水量。土壤含水量观测采用取土烘干法。观测时间选在每次灌水前后以及降雨之后。取土深度为1m，每20cm为一层。

灌溉用水量。采用水表计量，每次灌水时记录灌溉用水量、灌水时长。

各项观测内容均在管灌田间同时开展。

4.试验数据及分析

4.1 降雨量

除了灌水技术、生育状态以外，降雨因素是影响作物耗水量的一个主要因素。在小麦、玉米生育期间我们对试验地块降雨情况进行了全面的观测，观测结果见表1。

4.2 净灌水量

4.2.1 喷灌地块净灌水量计算

冬小麦：由于小麦生育期内有效降雨很少，故小麦生长所需水分主要来源于地下水灌溉。2015年10月～2016年6月，测得小麦平均一次净灌水量为21.15m3/亩，共灌溉6次，因每次灌溉绞盘式喷灌机的设置参数一样，则年净灌水量为21.15×6=126.90m3。

喷灌地块灌前、灌后土壤含水量情况见图2-1、2-2。

通过图可以看出，除个别试验点数据离散外，其他数据都是呈规律性的。

表1 2015年、2016年度试验区降雨量表

图2-1 喷灌地块灌前土壤含水量

图2-2 喷灌地块灌后土壤含水量

灌前0cm～100cm土壤含水量在7%～10%，且随着土壤深度的增加含水量呈缓慢增加趋势；灌后土壤含水量呈现两头高中间底的趋势，灌后0cm～20cm土壤含水量较高在15%左右，60cm～70cm土壤含水量最低在7%～10%左右，80cm～100cm土壤含水量在10%～15%。

夏玉米：夏玉米生长季节为每年的6月～10月份，正好处在年度的湿润季节，2016年玉米全生育期内降雨量346.5mm，占全年降雨总量的87.83%，降雨有效利用系数取0.9，则夏玉米可利用的有效降雨为346.5×0.9= 311.85mm。试验测得平均一次净灌水量为21.15m3/亩，一年灌溉2次，则年净灌水量为21.15×2=42.30m3/亩。玉米全生育期需水量为21.15×1.5×2+311.85= 375.30mm，核计250.20m3/亩。

4.2.2 管灌地块净耗水量计算

冬小麦：2015年10月～2016年6月，测得小麦平均一次净灌水量为27.18m3/亩，一年灌溉4次，小麦年净灌水量为27.18× 4=108.72m3/亩。

夏玉米：2016年度测得玉米平均一次净灌水量为27.18m3/亩，一年灌溉1次，则年净灌水量为27.18×1= 27.18m3/亩。2016年度夏玉米可利用的有效降雨为311.85mm，则玉米全生育期亩均需水量为27.18×1.5×1+ 311.85=352.62mm，核计235.08m3/亩。

4.3 毛灌水量

喷灌地块每条地长度按320m计，每条地每次灌溉时间均在20h左右，则绞盘式喷灌机的实际行走速度为v= 320÷20=16m/h。根据机组的牵引速度公式：

式中：

v—机组牵引速度（m/h）；

q—机组的流量（m3/h），取32m3/h；

B—条形地块轴线的间距（m），取50m；

m—灌水定额（mm）。

计算得出喷灌机的亩均灌溉水量为40.00mm，核计26.67m3/亩。小麦全生育期共灌水6次，玉米全生育期共灌水2次，因每次灌水喷灌机的设置参数均不变，故小麦全生育期毛灌水量为26.67×6=160.02m3/亩，玉米全生育期毛灌水量为26.67×2=53.34m3/亩。

管灌地块机井出水量32.00m3/h，小麦全生育期灌水4次，玉米全生育期灌水1次，每次灌溉平均用时2.75h，则亩均一次灌水量为44.00m3，则小麦全生育期毛灌水量为176.00m3/亩，玉米全生育期亩均毛灌溉水量为44.00m3/亩。

4.4 灌溉水利用系数

根据上述可知，采用绞盘式喷灌机灌溉的小麦全生育期净灌水量为126.90m3/亩，毛灌水量为160.02m3/亩，则灌溉水利用系数为η=126.90÷ 160.02=0.79；玉米全生育期净灌水量为42.30m3/亩，毛灌水量为53.34m3/亩，则灌溉水利用系数为η=0.79。

管灌地块小麦全生育期净灌水量为108.72m3/亩，毛灌水量为176.00m3/亩，则灌溉水利用系数为η=108.72÷ 176.00=0.62；玉米全生育期净灌水量为27.80m3/亩，毛灌水量为44.00m3/亩，则灌溉水利用系数为η=0.63。详细数据见表2。

根据GB/T 50085-2007《喷灌工程技术规范》第4.1.3条，管道系统水利用系数与田间喷洒水利用系数在干旱地区取小值，在风速低于3.4m/s时，η= 0.95×0.8～0.98×0.9=0.76～0.88。故试验测得绞盘式喷灌机的灌溉水利用系数符合规范要求，所得结论可靠。

5.试验结论

绞盘式喷灌机的灌溉水利用系数为0.79，高于管灌的0.62～0.63。由于当地耕作层土壤偏沙性，保水性差，管道灌溉一次灌水量大，容易造成漏出耕作层，所以水利用系数就偏低，而绞盘式喷灌机正好弥补了这个缺陷，所以在沙性土壤条件下，绞盘式喷灌在灌溉水利用方面更有优势。在河北省地下水资源严重超采的大环境下，提高水利用率是解决水资源短缺问题的有效办法之一，可以在具备条件的地区发展移动绞盘式喷灌机灌溉。□

表2 绞盘式喷灌与管灌灌溉水有效利用系数对比

2017-07-11

兰凤，女，汉族，河北省水利技术试验推广中心，工程师。

吕旺，男，汉族，河北省水利技术试验推广中心，工程师。

吴美，女，汉族，河北省水利技术试验推广中心，工程师。