程 澤

（新疆昌源水務(wù)科學(xué)研究院（有限公司），烏魯木齊 830000）

1 灌區(qū)概況

烏魯木齊河灌區(qū)依托于烏魯木齊河兩岸，總控制面積2.87萬(wàn)hm2，為自治區(qū)大型灌區(qū)之一。該灌區(qū)主要灌溉水源來(lái)自烏魯木齊河。1980年至今，灌區(qū)面積平均增加速度達(dá)到10%，對(duì)灌溉水需求量逐漸增大。2018年新疆自治區(qū)糧食總產(chǎn)量達(dá)到1504.23萬(wàn)t，其中棉花總產(chǎn)量511.09萬(wàn)t，占全國(guó)棉花總產(chǎn)量83.8%。全區(qū)農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝?5%以上，農(nóng)產(chǎn)總產(chǎn)值占全區(qū)經(jīng)濟(jì)總量30%左右。由于超過(guò)50%耕地采用傳統(tǒng)漫灌，灌區(qū)供水矛盾日益突出。為維持灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展，2018年4月，對(duì)烏魯木齊河灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造工程，其中滴灌技術(shù)被主要推廣到大棚種植產(chǎn)業(yè)中。

2 滴灌技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

保證合理的土壤濕潤(rùn)區(qū)是滴灌參數(shù)設(shè)計(jì)的核心任務(wù)，而影響濕潤(rùn)度的關(guān)鍵參數(shù)包括：滴頭流量、滴頭間距、毛管壓力和管徑。在此通過(guò)試驗(yàn)手段來(lái)確定影響土壤濕潤(rùn)度的合理相關(guān)參數(shù)［2］。

2.1 滴頭流量

2.1.1 對(duì)土壤濕潤(rùn)區(qū)范圍的影響

本次設(shè)計(jì)0.7，1.0，1.5，2.0L/h 4種滴頭流量，其他參數(shù)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)保持一致。在滴定80min后，不同滴頭流量下土壤的水平和垂直濕潤(rùn)降如圖1、圖2。

圖1 緊沙土

圖2 沙壤土

由圖1、圖2可知：

（1）隨著滴頭流量增加，緊沙土和沙壤土的垂直和水平濕潤(rùn)峰均出現(xiàn)增長(zhǎng)狀態(tài)，且垂直濕潤(rùn)峰數(shù)值及增長(zhǎng)水平均大于水平濕潤(rùn)峰。

（2）滴頭流量相等的情況下，緊沙土的濕潤(rùn)峰明顯大于沙壤土，因緊沙土含有的沙性土多，孔隙率較大。

（3）兩種土壤的垂直濕潤(rùn)峰變化率均大于各自的水平濕潤(rùn)峰，究其原因是兩類沙性土壤中大孔隙較多，垂直濕潤(rùn)峰運(yùn)移速度大于水平濕潤(rùn)峰［3］。若使土壤的垂直濕潤(rùn)峰過(guò)大，會(huì)造成較多水分深層滲漏，不利于作物根系的吸收。因此根據(jù)種植作物根系的發(fā)展特點(diǎn)來(lái)確定最適合滴頭流量。

本項(xiàng)目大棚以種植蔬菜為主，包括西紅柿、茄子、辣椒等，作物根系一般分布在20cm以內(nèi)的耕作土中，為避免水分的深層滲漏，本項(xiàng)目滴灌系統(tǒng)的滴頭流量控制在1.0～1.5L/h［4］。

2.1.2 對(duì)土壤濕潤(rùn)區(qū)水分均勻度的影響

隨著滴灌開(kāi)啟時(shí)間增長(zhǎng)，滴頭附近的土壤其含水率逐步增大，當(dāng)擴(kuò)散的水分小于滴頭流出的水量時(shí)，在低頭附近的土壤會(huì)成為水分飽和區(qū)。此時(shí)雖然水分還在向四周擴(kuò)散，但大部分水分會(huì)垂直向下擴(kuò)散。根據(jù)規(guī)律：滴頭流量越大，越容易形成“窄深型”濕潤(rùn)區(qū)，即垂直濕潤(rùn)峰明顯大于水平濕潤(rùn)峰；反之則形成“寬淺型”濕潤(rùn)區(qū)。

因此在設(shè)計(jì)滴頭流量時(shí)，在水平濕潤(rùn)峰變化不大的情況下，盡可能選擇小滴頭流量。通過(guò)分析緊沙土和沙壤土的水平及垂直濕潤(rùn)峰，確定本項(xiàng)目滴灌系統(tǒng)的滴頭流量宜選擇1.0L/h。若種植作物改變，則相應(yīng)最優(yōu)滴頭流量也應(yīng)適當(dāng)調(diào)整［5］。

2.2 滴頭間距

滴頭間距是滴灌系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一，不僅影響土壤水分分布均勻度，也影響濕潤(rùn)區(qū)范圍。間距太小，會(huì)使?jié)駶?rùn)區(qū)產(chǎn)生重疊，造成深層滲漏問(wèn)題；間距太大，則會(huì)使部分根系得不到充分灌溉。

2.2.1 滴頭間距與土壤濕潤(rùn)體關(guān)系模型

為了簡(jiǎn)化分析，在此將濕潤(rùn)體看作橫截面為圓形的半橢球型，其中滴頭位于截面圓心位置（如圖3）。土壤濕潤(rùn)體含水量均勻度取決于兩截面圓形交匯區(qū)域面積，滴頭間距越大，交匯面積越小，且交匯處含水量越?。环粗闆r正好相反［6］。

圖3 土壤濕潤(rùn)體模型及重疊示意

2.2.2 滴頭間距對(duì)土壤含水率均勻分布影響

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)間距分別為20cm和30cm，滴頭流量設(shè)定1.0L/h。當(dāng)?shù)晤^間距20cm時(shí)，緊沙土和沙壤土的交匯區(qū)結(jié)果如圖4。

圖4 緊沙土和沙壤土交匯區(qū)試驗(yàn)

由圖4可知：

（1）沙壤土的交匯區(qū)域面積比緊沙土明顯大，說(shuō)明沙壤土含水率分布更為均勻，其本質(zhì)原因是沙壤土所含黏粒多，使毛管力較大。

（2）緊沙土較多水分集中在滴頭附近，已經(jīng)趨于飽和，而周邊土壤水分蔓延范圍小，不利于含水量的均勻分布。由此確定緊沙土不太適合推廣滴灌技術(shù)，若使用該技術(shù)則滴灌系統(tǒng)的滴頭間距還需適當(dāng)減小［7］。

2.2.3 沙壤土最佳滴頭間距分析

滴頭間距分別為20cm和30cm時(shí)，沙壤土各部分土壤的含水率變化情況如圖5和圖6。

圖5 滴頭間距20cm時(shí)土壤含水率

圖6 滴頭間距30cm土壤含水率

由圖5、圖6可知：

（1）同一滴頭間距下，隨著土壤深度增加，土壤體積含水量呈下降趨勢(shì)。

（2）深度為表層、7cm、14cm時(shí)，不同的水平距離時(shí)其體積含水率基本穩(wěn)定，而深度21cm時(shí)波動(dòng)明顯。

（3）滴頭間距由20cm擴(kuò)大至30cm，同一位置土壤含水率總體呈下降趨勢(shì)，但表層至14cm深度，基本僅差0.03%，21cm深度差別較大。

當(dāng)沙壤土大棚種植作物的根系主體深度不超過(guò)21cm時(shí)，建議設(shè)計(jì)滴頭間距為30cm，既能保證灌溉效果，又可以節(jié)約成本和水資源；當(dāng)超過(guò)21cm時(shí)，建議設(shè)計(jì)滴頭間距不大于20cm才能保證灌溉效果。

2.3 毛管參數(shù)最優(yōu)值設(shè)對(duì)比分析

本項(xiàng)目比選管徑和布置方式兩個(gè)參數(shù)，其中管徑分別為8mm和16mm；布置方式為縱向和橫向。共有4種組合方案：毛管橫向布置8，16mm；毛管縱向布置8，16mm。

圖7 不同參數(shù)下毛管水頭損失曲線

由圖7可知：

（1）水頭損失由小到大依次為：橫向布置16mm，橫向布置8mm，縱向布置16mm，縱向布置8mm，可知布置方式對(duì)水頭損失影響程度大于管徑；

（2）布置方式一樣時(shí)，管徑越大，毛管水頭損失越??；

（3）隨著毛管長(zhǎng)度增加，其水頭損失也在逐步加大。

最終確定本項(xiàng)目最優(yōu)毛管參數(shù)為橫向布置管徑16mm。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）滴灌技術(shù)與傳統(tǒng)漫灌相比，節(jié)水量可達(dá)50%，作物產(chǎn)量增加10%。通過(guò)試驗(yàn)在烏魯木齊河灌區(qū)大棚種植中取得了較好的綜合效益。

（2）平均單位面積灌溉用工時(shí)減少50%，普通女性便可完成日常灌溉工作，方便成年男性外出打工，極大地增加了農(nóng)民種植積極性。

（3）從根本上緩解了灌區(qū)用水緊張問(wèn)題，保證了地下水安全。