申庄水库苹果园节水灌溉技术研究

贾珺琳

（晋城市水务局,山西 晋城 037000）

灌溉是集输水与灌水于一体的农业活动,其技术变迁之下,输水方式转型升级,水利用系数由0.3 大幅增至0.95,水资源利用水平提高；灌水方式也发生阶段性演变,逐步淘汰地表漫灌的粗放化方式,向喷灌、微灌等方向升级。具体至我国的农业生产中,建设节水型灌区是重要举措,此举有利于提高水资源利用水平,缓解区域水资源供需矛盾,改善生态环境,甚至对经济结构的优化起到促进作用。

1 果园发展涌泉灌技术的动因

1.1 水资源匮乏,对果业生产产生制约作用

随着工农业生产规模的扩大,各行各业的用水量迅猛增加,为满足水资源的使用要求,部分地区存在无限制的水资源开发行为,例如水井愈打愈深,地下水位持续下降,水文条件恶化,加剧水资源供应紧缺的局面,水量的减少迫使水分增加,果农的生产成本提高,阻碍果业生产进程。

1.2 传统灌溉水方式粗放化,水资源浪费量大

果园灌溉存在水资源匮乏的局面,但与之相矛盾的是,部分果园仍采用传统的地面漫灌技术,其存在水资源明显浪费的弊端。虽然部分地区对渠道输水方式做出升级,将其转为管道输水的方式,但具体至田面灌溉中,大水漫灌的现象仍普遍存在,且田面畦田的尺寸较大（通常长度达到100 m～300 m、宽度2 m～6 m）,引发极为严重的水资源浪费现象。每年由于渗漏蒸发或是其它原因而浪费的水量尤为可观,据统计其几乎达到灌溉用水总量的40%以上,也正是由于此现象的存在,更突出节水型灌溉技术的重要性,需要根据果园灌溉的需求和现场水资源状况合理应用科学的节水灌溉技术。

2 节水灌溉技术在申庄苹果灌区的应用

2.1 灌区概况

申庄水库位于申庄村东,始建于1959 年,坝高25 m,库容1400 万m3,流域面积104.5 km2,2010 年进行了坝体除险加固,平均年蓄水量210 万m3,每年3 月、4 月枯水期30%年份出现断水现象,蓄水量在0～20 万m3之间。水库移民示范村果树园区建设工程,工程的设计规模为714.3 m3/d,果树园区250 亩。

2.2 申庄村节水片典型设计

典型地块选在2 号干管上,分干管控制的范围,控制面积为119 亩。地块长400 m,宽200 m。涌泉灌工程系统由首部枢纽、管路系统及涌泉器组成。管路系统分总干、分干、支、毛五级。总干管为DN110 的PE 管,从蓄水池引出向田间公路垂直布置,总干管左侧（与总干管垂直）布置DN110 的PE分干管,分干管采用DN90 的PE 管,垂直于总干管单向布置,长200 m～400 m,支管采用DN63 的PE 管,一根分干管控制9 条支管,毛管采用DN25 的PE 管,长120 m,毛管间距3 m,每条毛管上设40 个涌水器,涌水器间距为3 m,及每棵苹果树下放置一个涌水器。每根支管控制6 对毛管。

2.3 基于现场条件的水源工程设计

（1）筑坝抬高水位引水。在紧邻坝体的台地处布置泵站,综合考虑水泵扬程和防洪标准,规划机房的合适建设位置；以胶管或钢管焊接的方法支撑吸水管。根据引水量、现场地形特征,确定采用溢流堰砌石重力坝。经计算,配置的是55 kW 电机和D46-30×9 多级离心泵各一台,出水量46 m3/h,扬程270 m。

（2）于出水口修筑封闭式圆柱形浆砌石供水池,直径取9m,配套进出水管、溢流管等设施。建设的供水池在灌溉中发挥出调节的作用,以维持灌溉水的稳定性。按照与干管垂直的位置关系布设配水支管,联合应用各级支闸阀,根据实际灌溉需求有效控制轮灌。于分支管道处配套放水闸,在其辅助下调控各用水单元的用水量,避免用水过多或过少。管沟用原土做夯实处理,开挖1∶0.3 的边坡,回填时采取压实措施,要求压实系数不小于0.85。

（3）果树管灌面积119 亩,分别为各单元配置控制阀和水表,根据现场种植要求实行轮灌,田间用软管浇灌。实测结果显示,单棵树、一亩果树的需水量分别为0.2 m3、8 m3。

（4）设计灌水定额

据公式：M=0.1rzp（max-min）/η

式中：m为设计灌水定额,mm；r为土壤容重,g/cm3,r=1.3；z为计划湿润层深度,m,z=1 m；p为微灌设计土壤湿润比,%,p=40%；η为灌溉水利用系数,取0.85；max为适宜土壤含水量上限（重量百分比）,%,max=2.25；min为适宜土壤含水量下限（重量百分比）,%,min=1.75。

计算得：M=0.1×1.3×1×0.4（2.25-1.75）/0.9=0.029 m=29 mm

涌泉灌的设计灌水定额为30 mm（20.01 m3/亩）。

（5）灌水周期

取苹果平均最大日耗水量Ea=4 mm/d,则灌水周期T为：

取T=7 d。

（6）取水工程

1）取水流量

引水管设计流量Q=20000 m3/4/7/16=45 m3/h。

2）取水构筑物

新建500 m3钢筋混凝土圆形敞口池一座作为本次工程的调节水池。

（7）输水工程

管材根据实测确定,从500 m3调节池至田间主管阀门房水头为50 m 可采用0.6 MP 的PE 管,全长500 m。

PE管经济流速选择1 m/s,经以下计算管道水头损失132 m。

1）设计流量为0.0161 m/s。

2）设计流速,采用PE 管经济流速1m/s。

4）沿程水头损失,按下式计算：

式中：h1为沿程水头损失,m；L为计算管段的长度,500 m；i为单位管长水头损失,0.06 m/m。

工程总引水总管的实测高差为50 m,大于水头损失30 m,满足输水水头。

本次规划以灌溉苹果树为主,根据苹果树生育期需水情况和多年的灌溉经验,灌溉天数以100 天为宜,灌区中,涌泉器安装在毛管上。毛管与支管按传统方式相互垂直呈“梳子”状布置,并平行果树种植方向,每行铺设一条,间距3 m,毛管选用Φ25 mm 的PE 管,单根毛管长度为120 m,毛管上涌泉器安装在果树株旁,间距3 m,一棵果树一个涌泉器,一条毛管上有40 个涌泉器。支管东西向布置,选用Φ63 mm 的PE 管,每条支管控制6 根毛管,单根支管长度为50 m,与分干管道相接并列布置。

基于现场地形和果树的生长特点,经对比分析后选择的是小管出流灌溉技术,根据该技术的应用要求,配套新一代的小管出流稳流器,此装置中含有以硅胶为原料制成的补偿膜片,兼具耐久、性能稳定多项特点,且设计为防回吸结构,能够有效避免系统关闭时的真空现象（若有真空,杂物将倒吸,从而导致灌水器遭堵塞,严重影响正常灌水）。涌水器的流量为15 L/h,工作压力150 kPa。

自项目建成启用以来,灌区果树种植条件得以优化,果树生长状态良好,产量和果实质量较之于以往均有所改善,新增节水灌溉面积250 亩,节水19000 m3,使农业稳产、旱涝保收,总产量增加,并且农产品品质改善,商品率提高,经济效益显著。

3 灌区节水灌溉技术发展建议

（1）因地制宜,合理选用节水灌溉技术。综合考虑到灌区自然特征、作物类型、经济发展水平等多项因素,确定最具可行性的节水灌溉技术。在技术的选型中,除了考虑到节水效益外,还需注重对经济效益的追求,尽可能在两者间寻求均衡点,原因在于经济效益偏低时易打击农户的积极性,不利于可持续发展。此外,节水灌溉技术规划需要契合于国家种植规划,紧随发展战略。而由于农业事业的持续发展,其正显现出规模化、机械化的特征,因此在选取节水灌溉技术时也需对此方面予以高度的重视,避免技术滞后。

（2）增加财政投入,促进技术推广。节水灌溉技术的推广需要得到足量资金的支持,在此方面需要以国家投入为主,根据具体的技术推广需求建立专项基金,用于灌区灌溉技术的推广与应用。积极扩充资金的筹措渠道,考虑国家投资、社会融资等多种方法,也可采取转让、承包等方式吸引社会资本,以保证有足够的资金用于节水灌溉技术的推广,使其“落地开花”。结合市场经济环境,探索具有可行性的市场融资方式,以此来降低筹资成本,更加有效地抵御资金风险,使资金得到有效的应用,使优质的节水灌溉技术得到推广。

4 结语

节水灌溉技术在水资源紧缺的农业生产背景下显得尤为关键,对于申庄苹果灌区而言,为促进该产区苹果种植业的发展,有必要应用节水灌溉技术,以较少的水资源投入来推动农业生产。针对节水灌溉技术推广中的阻碍,需要遵循因地制宜的原则,注重技术的探索、资金的配置等,有效提高节水灌溉技术的应用水平,为农业生产助力。