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        核桃膜下滴灌技術效益分析

        2017-03-06 03:02:51馮愛國
        山西水利 2017年12期

        馮愛國

        (呂梁市離石區(qū)水利水保局,山西 離石 033000)

        1 合作社概況

        呂梁市離石區(qū)宇峰農林牧漁專業(yè)合作社滴灌工程,位于呂梁市離石區(qū)棗林鄉(xiāng)陶家莊行政村馮家山自然村,距市區(qū)約17km,項目區(qū)水泥硬化路面4.6km,總治理面積166.72hm2。

        合作社組建于2010年,2012年掛牌成立,是一個集農作物、蔬菜、核桃種植和牧業(yè)、漁業(yè)綜合發(fā)展的專業(yè)合作社,合作社現(xiàn)有核桃林106.67hm2,會員50戶,75人。合作社成立以來,嚴格奉行了“科學、節(jié)約、高效”的管理模式發(fā)展各項產業(yè),2010年發(fā)展核桃精品園60hm2,2011年冬春核桃園46.67hm2。均按照“標準化、品種化、規(guī)?;?、科學化”的理念采用了“打大坑、熟土肥料土回填,品種化、標準化苗木選育,科學化、嚴格化苗木栽植”的辦法,主栽品種為禮品2號,株行距為3m×5m,平均投資28050元/hm2,共計投資224.4萬元。標準化、品種化、規(guī)?;脑灾惨殉蔀槿珔^(qū)的典型。2013年被評為離石區(qū)示范合作社。

        2 存在的主要問題

        由于灌溉設施不完善,農田水利工程設施薄弱,農民灌溉成本高且非常不方便。同時,水資源的嚴重短缺和低效的傳統(tǒng)灌溉方式,浪費了有限的水資源。

        實行膜下滴灌節(jié)水型灌溉技術,可有效提高灌溉保證率,改善農田灌溉狀況,提高核桃的產量和品質,有利于產業(yè)結構調整和生態(tài)環(huán)境的改善,促進農民增產、增收。

        3 工程總體方案和布局

        主要以抽取泉水作為項目區(qū)水源,通過現(xiàn)有的機井、水泵和輸水管道,提水到項目區(qū)現(xiàn)有3個蓄水池內,總輸水流量為280m3/h。各蓄水池流量可采用調節(jié)控制閥門調整入池流量,以滿足控制面積范圍內的用水量要求。

        根據(jù)水源條件,結合項目區(qū)地形,分3個灌水小區(qū)(單元),每個蓄水池與控制片區(qū)形成一個滴灌系統(tǒng)。蓄水池均位于各灌水小區(qū)的最高處,通過各輸水干管和配水支管將壓力水輸送至毛管,實施重力滴灌。其中1號水池控制面積65.73hm2,2號水池控制面積25.33hm2,3號水池控制面積15.66hm2,合計106.72hm2。

        項目區(qū)目前有雨水集蓄工程1處,已建有400m3蓄水池1座,50~100m3蓄水池5座?,F(xiàn)有蓄水池可并入輸水管網(wǎng),以提高供水保證率。

        4 規(guī)劃設計

        項目區(qū)地形復雜,地塊破碎,水源(蓄水池)分散。因此以各個蓄水池控制單元作典型設計。

        4.1 規(guī)劃設計參數(shù)

        灌溉設計保證率85%,設計土壤濕潤比20%,灌溉水利用系數(shù)0.9,灌水均勻度95%。

        4.2 灌水定額

        灌水定額按以下公式計算:

        式中:mmax——最大凈灌水定額,mm;

        γ——土壤容重,mm,取1.43g/cm3;

        z——土壤計劃濕潤土層深度,cm,取50cm;

        p——設計土壤濕潤比,%,根據(jù)項目區(qū)附近現(xiàn)有工程,取20;

        θmax——適宜土壤含水率上限重量百分比,%,取28.5;

        θmin——適宜土壤含水率下限重量百分比,%,取19.5。

        經計算,最大凈灌水定額為12.87mm,灌水定額約為129m3/hm2。

        4.3 灌水器選擇

        當?shù)睾颂以灾膊捎?m×4m的株行距,滴頭設計工作壓力為0.1~0.4MPa,單滴頭設計流量為6.0L/h,每棵樹下安裝2個滴頭,滴頭間距1m。滴灌管沿每條種植行鋪設,每行鋪設一條滴灌管,滴灌管設計外徑16mm,設計壁厚1.0mm。經計算,選用型號DKB-6-(100-400)灌水器。

        4.4 毛管布置方式

        灌水作物為核桃樹,采用1行作物布置1條滴灌管的布置方式。作物行距4m,株距3m,滴灌管根據(jù)作物種植方向也可弧形布置。

        4.5 一次灌水延續(xù)時間

        一次灌水延續(xù)時間按以下公式計算:

        式中:t——一次灌水延續(xù)時間,h;

        m——設計灌水定額,mm;

        se——滴孔間距,m;

        sL——毛管間距,m;

        qd——滴頭總流量,L/h;

        η——灌溉水利用系數(shù),取0.9。

        經計算,灌水延續(xù)時間為14.3h。

        4.6 管網(wǎng)布置

        滴灌系統(tǒng)設3級管道,干管、支管和毛管。干管基本沿路布置,支管垂直于等高線布置在地塊一側,毛管根據(jù)地塊實際情況布置在支管的一側或兩側。其中,干管根據(jù)地形條件明設或埋設,支管與毛管在地表鋪設。

        4.7 輪灌組劃分

        確定最大輪灌區(qū)數(shù)目,本項目區(qū)劃分為15個輪灌組。

        4.8 管道水力計算

        4.8.1 毛管水力計算

        毛管設計進口壓力為10m,毛管鋪設長度根據(jù)實際情況為15~120m。毛管為滴灌管,滴灌管上布置壓力補償式滴頭,其水頭損失按以下公式計算:

        式中:hf1——管道的水頭損失,m;

        f——摩阻系數(shù),取8.4×104;

        Q——管道流量,m3/h;

        D——管道內徑,mm;

        L——管道長度,m;

        m——流量指數(shù),取1.75;

        b——管徑指數(shù),取4.75;

        F——多口系數(shù)。

        4.8.2 支管水力計算

        支管為與毛管相連的次一級管道。支管根據(jù)各自的控制面積內毛管條數(shù)確定設計流量,利用經濟流速確定管徑。PE管水頭損失按以下公式計算:

        式中:hf——干管沿程水頭損失,m;

        f——摩阻系數(shù),取8.4×104;

        L——管長,m;

        Q——流量,m3/h;

        d——管道內徑,mm;

        m——流量指數(shù),取1.75;

        b——管徑指數(shù),取4.75。

        鋼管、鑄鐵管水頭損失按下列公式計算:

        當v<1.2m/s時,i=0.000912v2(1+0.867/v)0.3/d1.3

        當v≥1.2m/s時,i=0.00107v2/d1.3

        式中:i——鋼管、鑄鐵管水頭損失,m;

        v——管內流速,m/s;

        d——管道內徑,mm。局部水頭損失按沿程水頭損失的10%考慮。

        4.8.3 干管水力計算

        在干管設計中,根據(jù)各輪灌區(qū)的流量確定干管的總流量,干管流量應為該輪灌組分干管以下各支管流量之和。

        干管的水頭損失由管道的沿程水頭損失和局部水頭損失組成,局部水頭損失按沿程水頭損失的10%取值設計。

        根據(jù)計算結果,大部分管道壓力能滿足滴灌壓力要求,少數(shù)不能滿足的可以控制其高程以下的部分區(qū)域,壓力不足的可以預留出水口,并設置控制閘閥,以方便取水。靜水壓力大于40m的管道進水口應設置減壓閥。

        4.9 系統(tǒng)首部設計

        灌溉系統(tǒng)的水質過濾、水量控制、肥料注入等通常在首部進行。

        灌溉首部增壓裝置。本次利用高位蓄水池的自然水頭實施重力滴灌,不需配備增壓裝置。

        過濾系統(tǒng)。水源為井水,水質良好,考慮到有機物、粉塵等可能會堵塞滴頭,過濾器系統(tǒng)采用網(wǎng)式過濾器,根據(jù)樣本提供數(shù)據(jù),經計算過濾器需安裝在水位以下5m。

        施肥系統(tǒng)。施肥系統(tǒng)采用壓差式施肥罐,容積50L,型號SFG-50。

        水源工程改造,本次更新原提水站機泵2臺。

        管理房。為維護管理方便,首部新建管理房2座,磚混結構,位于2號蓄水池和3號蓄水池旁。

        附屬建筑物設計。管道附屬設施根據(jù)管線走向、地形特點等,沿線主要布設排氣閥井、分水閥井、鎮(zhèn)墩等附屬建筑物。

        5 效益分析

        5.1 增產

        項目效益計算采用有無對比法進行。工程實施后可大大提高作物灌溉保證率,促進作物增產,單位增產1500kg/hm2,106.72hm2核桃可增產16萬kg,增值320萬元。水利灌溉效益分攤系數(shù)按0.4計算,則年效益為128萬元。

        5.2 節(jié)水

        輸水管網(wǎng)化,有效杜絕渠道灌溉的深層滲漏和蒸發(fā)損失。地膜下土壤中的水分蒸發(fā)減少80%以上,比地面灌省水40%~50%,是當今世界上田間灌溉最節(jié)水的灌溉技術。滴灌無地表徑流,濕潤寬度、深度一致,無滲漏。由全面灌溉,變成局部灌溉,用水量明顯減少。

        5.3 提高肥料利用率

        綠色植物生長需要的無機鹽只有溶解于水才能被運輸和利用。滴灌能均勻地將水溶性肥料、農藥隨水施入作物根系生長區(qū),利于作物吸收,不殘留,不產生肥料流失、蒸發(fā)等,使氮肥利用率由34%提高到53%,大幅提高肥料利用率。

        5.4 減少機械作業(yè)費用

        減少了播前灌溉開溝、修毛渠、平地作業(yè),減少了中耕、追肥、打藥等機械作業(yè)次數(shù),農機作業(yè)費節(jié)省20%左右,同時降低機械對苗種的損傷。

        5.5 土地利用率大大提高

        膜下滴灌省去了農渠、毛渠和埂子,增加了實際播種面積,使土地利用率比常規(guī)灌溉提高了5%~7%左右。

        5.6 降低勞動強度

        膜下滴灌減少了鏟地除草投工,又可自動控制灌水,大大降低了田間灌水的勞動量和勞動強度。用地面管灌1hm2至少需要1個人作業(yè)13h,而采用膜下滴灌單位面積僅需要1個人作業(yè)3~4h即可完成,而且不受地勢高低影響,操作簡單,省工省力,勞動率至少提高2~3倍。

        5.7 提高作物品質、產量

        膜下滴灌灌溉均勻,水肥供給適時、適量,避免病害的傳播,有利于作物均衡生長,提高作物品質。

        5.8 有效防止土壤鹽漬化

        膜下滴灌使滴水和提墑形成的濕潤鋒外圍形成積鹽區(qū),濕潤鋒內形成脫鹽區(qū),使耕作層鹽分逐年減少,抑制次生鹽堿化,是改良和開發(fā)鹽堿地的有效新技術。常規(guī)灌的棵間蒸發(fā)量大,使地下鹽分上行,造成耕作層鹽分增加,產生次生鹽漬化,不利作物生長。

        6 結語

        綜上所述,膜下滴灌除具有顯著的經濟效益外,還可產生一定的生態(tài)效益與社會效益,特別適合在離石區(qū)推廣使用。

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