经济果木林水肥一体化喷滴灌系统设计

阳海林，张　攀，周树良

经济果木林水肥一体化喷滴灌系统设计

阳海林，张攀，周树良

(衡阳市林业局，湖南 衡阳 421001)

针对经济果木林喷滴灌系统普遍存在的流量配比欠妥、设备功能不全、建设成本过高、操作效率偏低等问题，创新研发了一套包含首部水阀、三通、反冲洗装置的经济果木林水肥一体化喷滴灌系统，具备完善的喷滴灌功能。实践证明，投入到经济果木林植保作业中可有效降低经济果木林的建设成本，提高操作效率，促进产业高质量发展。

水肥一体化；喷滴灌系统；研究

发展经济果木林产业是实施乡村振兴和“三高四新”战略的重要内容之一。近年来，由于政策的扶持和果木消费市场的极速增长，我国的经济果木林产业得到了空前发展。

1　首部设计安装中普遍存在的问题

精准开展水肥管理，是提高经济林产量、保证产品品质的主要措施之一。喷滴灌系统的首部在设备维护、建设成本、操作效率等方面存在的问题是经济果林安装、使用水肥一体化喷滴灌系统的痛点和难点，在一定程度上制约了水肥一体化喷滴灌系统的推广应用，制约了经济果木林产业的高效发展。

由于部分经济果木林经营业主对于喷滴灌系统先进科学的操作理念和操作经验有所欠缺，而某些喷滴灌系统安装施工方出于降低成本等方面考虑，在安装喷滴灌系统时普遍存在灌溉分区不科学、管道水压不均衡等问题，导致系统在进行灌溉作业时存在流量配比欠妥、设备功能不全、建设成本过高、操作效率偏低等缺陷。

1.1　流量配比欠妥

流量配比欠妥主要表现为：①首部主水管规格偏小，设备运行过程中实际水流量不能满足生产需要；②过滤器规格偏小或过滤器数量偏少，在水质过滤环节形成阻塞，导致水流量供应不足。

1.2　设备功能不全

设备功能不全主要表现为：①蓄水池未安装总水阀，不便于蓄水池提前蓄水，还可能导致喷滴灌系统首部长时间浸泡在水中，不便于设备管理；②未预留临时浇灌用的水阀，不能满足设备随时供水的需要；③缺乏肥料配制功能，导致设备运行过程中无法预制肥料，不利于水肥一体化作业。

1.3　建设成本过高

建设成本过高主要指肥料配制设备在设计与安装时表现为两个极端：一个极端是未设计安装肥水配制设备，另一个极端是单独设计安装了与蓄水池容量、材质相仿的肥水配制池，建设成本过高。

1.4　操作效率偏低

操作效率偏低表现为：①各类水阀设计安装数量不够，导致设备运行过程中操作不便；②各类零部件全部采用热熔接，不便于设备维护时装卸；③首部过滤设备的冲洗、装卸过于繁琐，导致运行操作效率偏低。

2　首部高效应用设计

针对喷滴灌系统首部现有设计安装中普遍存在的问题，通过对主水管规格、水阀、三通、反冲洗装置等部件重新进行优化设计，能切实提高经济果木林水肥一体化喷滴灌系统的作业效果。喷滴灌系统首部设计如图1所示。

图1　水肥一体化喷滴灌系统首部高效应用设计示意图

2.1　主水管规格设计

主水管规格设计包括主水管规格和过滤器规格、数量、滤芯精度。水管的流量与水管内水流的压力(流速)和水管横截面成正比。首先要根据水肥一体化喷滴灌系统的覆盖面积、地形情况、灌溉分区情况确定主水管直径，再具体根据分区面积、作物种植密度、每株作物配置的喷滴头数量和喷滴头的额定流量确定水管的规格。为了与市面上销售的增压水泵进出口直径规格配套，主水管设计规格至少在Φ75mm或以上，主水管规格设计和选择详见表1。喷滴灌系统所选用的滤芯精度过低，不能有效过滤杂质，容易造成喷滴头和管网堵塞；滤芯精度过高，影响水管内水流的通过性。现阶段，喷滴灌所用水源大致分为井水、池塘水和小溪河流水三大类，不同的水源所含的杂质也有所不同，过滤器滤芯要根据水源类型和喷滴头规格进行选择，一般选择80～140目的滤芯。为方便安装施工，过滤器的直径尽量与主水管管道直径相同；根据实践操作经验，在同一过滤系统中并联安装2～3个同一规格的过滤器，可以减少过滤器对水流量和水压的影响。同一规格的管道，管网的水流量与管网内的水压呈线形正比关系，设计安装时管道预留约10%的流量。其他规格的水管流量配置参照执行。

表1　水肥一体化喷滴灌系统1kg压力下水管配置对照表

2.2　水阀和三通设计

喷滴灌系统首部共设计了总水阀、过滤器分向控制阀和分区灌溉控制阀。在蓄水池出水端设计总水阀，方便蓄水管理和设备维护，避免系统首部长时间浸泡在水中；过滤器分向控制阀和反冲洗管网可有效利用增压水泵的压力，高效实施反冲洗；分区灌溉控制阀(附加三通和水管)可根据灌溉系统总流量和覆盖面积实施精准灌溉。在蓄水池出水端之后、总水阀之前设计安装三通(附加设计水阀和水管)在系统非运行状态下可随时满足临时浇灌需要。为方便维护时装卸，在增压水泵前后两端使用活接接头连接。

2.3　水肥一体化设计

在增压水泵前后端分别设计三通(附加水阀和水管，增压水泵前端水管比后端水管高一个规格，通常设计Φ50mm和Φ40mm)可以有效利用系统排放的水和增压水泵前后的压力差；临时配置一只容量不低于80kg的水桶，可实现水肥一体化作业。

2.4　反冲洗装置设计

将灌溉管网与冲洗管网连接成一个闭合回路，通过水阀控制管内水的流向，利用管内水压可以高效实施反冲洗。

3　首部高效应用操作

3.1　水肥一体化操作

关闭Q1、Z2、Z4，打开总水阀(Z0)、Z1、Z3和分区灌溉控制阀(Q4或Q5)，启动增压水泵；待系统运行正常供水后，打开Q3，从主水管流出少量水注入肥料池；待肥料池注入适量水并充分溶解肥料后，打开Q2，增压水泵可将配制的肥料水吸入管道。实施水肥一体化灌溉时可根据肥料池中的水量调节Q2和Q3的流量；肥池中可一边注水一边添加肥料，通过充分搅动水肥，促进肥料充分溶解。

3.2　滤芯反冲洗操作

系统运行正常供水情况下，关闭Q2、Q3，打开Z2、Z4，关闭Z1、Z3，利用增压水泵的压力，对过滤器实施反冲洗，污水和杂质从Z4排出。为防止杂质因干燥后强力附着在滤芯上，因残留的肥料滋生藻类和菌类植物，保证反冲洗的效率和效果，尽量在每次灌溉后和灌溉前对过滤器各冲洗一次。

4　结语

通过创新水肥一体化喷滴灌系统的设计与安装，增强了设备的实用性，方便了设备维护，降低了建设成本，提高了作业效率，能促进水肥一体化喷滴灌系统的推广应用，在一定程度上推动了经济果木林产业的高质量发展。

Design of an integrated sprinkler and drip irrigation system for water and fertilizer in economic fruit forest

YANG Hailin, ZHANG Pan, ZHOU Shuliang

(Hengyang Forestry Bureau, Hengyang, Hunan 421001, China)

There are common problems in the sprinkler and drip irrigation system of economic fruit trees, such as improper flow ratio, incomplete equipment function, high construction cost, and low operational efficiency. This paper innovatively developed a water and fertilizer integrated sprinkler and drip irrigation system for economic fruit tree forests including the first water valve, triple valves, water and fertilizer integration, and backwashing device. The system has perfect sprinkler and drips irrigation functions. The practice has proved that the system can effectively reduce the cost of fruit forest construction, improve operational efficiency, and promote the high-quality development of the forestry industry.

integration of water and fertilizer; sprinkler and drips irrigation system; research

S666.4

A

2096–8736(2022)03–0001–03

阳海林(1974—)，男，湖南衡阳人，大学本科，工程师，主要研究方向为森林资源培育。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：唐琦军