陽海林，張　攀，周樹良

經(jīng)濟果木林水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)設(shè)計

陽海林，張攀，周樹良

(衡陽市林業(yè)局，湖南 衡陽 421001)

針對經(jīng)濟果木林噴滴灌系統(tǒng)普遍存在的流量配比欠妥、設(shè)備功能不全、建設(shè)成本過高、操作效率偏低等問題，創(chuàng)新研發(fā)了一套包含首部水閥、三通、反沖洗裝置的經(jīng)濟果木林水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)，具備完善的噴滴灌功能。實踐證明，投入到經(jīng)濟果木林植保作業(yè)中可有效降低經(jīng)濟果木林的建設(shè)成本，提高操作效率，促進產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

水肥一體化；噴滴灌系統(tǒng)；研究

發(fā)展經(jīng)濟果木林產(chǎn)業(yè)是實施鄉(xiāng)村振興和“三高四新”戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。近年來，由于政策的扶持和果木消費市場的極速增長，我國的經(jīng)濟果木林產(chǎn)業(yè)得到了空前發(fā)展。

1　首部設(shè)計安裝中普遍存在的問題

精準(zhǔn)開展水肥管理，是提高經(jīng)濟林產(chǎn)量、保證產(chǎn)品品質(zhì)的主要措施之一。噴滴灌系統(tǒng)的首部在設(shè)備維護、建設(shè)成本、操作效率等方面存在的問題是經(jīng)濟果林安裝、使用水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的痛點和難點，在一定程度上制約了水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，制約了經(jīng)濟果木林產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展。

由于部分經(jīng)濟果木林經(jīng)營業(yè)主對于噴滴灌系統(tǒng)先進科學(xué)的操作理念和操作經(jīng)驗有所欠缺，而某些噴滴灌系統(tǒng)安裝施工方出于降低成本等方面考慮，在安裝噴滴灌系統(tǒng)時普遍存在灌溉分區(qū)不科學(xué)、管道水壓不均衡等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)在進行灌溉作業(yè)時存在流量配比欠妥、設(shè)備功能不全、建設(shè)成本過高、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現(xiàn)為：①首部主水管規(guī)格偏小，設(shè)備運行過程中實際水流量不能滿足生產(chǎn)需要；②過濾器規(guī)格偏小或過濾器數(shù)量偏少，在水質(zhì)過濾環(huán)節(jié)形成阻塞，導(dǎo)致水流量供應(yīng)不足。

1.2　設(shè)備功能不全

設(shè)備功能不全主要表現(xiàn)為：①蓄水池未安裝總水閥，不便于蓄水池提前蓄水，還可能導(dǎo)致噴滴灌系統(tǒng)首部長時間浸泡在水中，不便于設(shè)備管理；②未預(yù)留臨時澆灌用的水閥，不能滿足設(shè)備隨時供水的需要；③缺乏肥料配制功能，導(dǎo)致設(shè)備運行過程中無法預(yù)制肥料，不利于水肥一體化作業(yè)。

1.3　建設(shè)成本過高

建設(shè)成本過高主要指肥料配制設(shè)備在設(shè)計與安裝時表現(xiàn)為兩個極端：一個極端是未設(shè)計安裝肥水配制設(shè)備，另一個極端是單獨設(shè)計安裝了與蓄水池容量、材質(zhì)相仿的肥水配制池，建設(shè)成本過高。

1.4　操作效率偏低

操作效率偏低表現(xiàn)為：①各類水閥設(shè)計安裝數(shù)量不夠，導(dǎo)致設(shè)備運行過程中操作不便；②各類零部件全部采用熱熔接，不便于設(shè)備維護時裝卸；③首部過濾設(shè)備的沖洗、裝卸過于繁瑣，導(dǎo)致運行操作效率偏低。

2　首部高效應(yīng)用設(shè)計

針對噴滴灌系統(tǒng)首部現(xiàn)有設(shè)計安裝中普遍存在的問題，通過對主水管規(guī)格、水閥、三通、反沖洗裝置等部件重新進行優(yōu)化設(shè)計，能切實提高經(jīng)濟果木林水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的作業(yè)效果。噴滴灌系統(tǒng)首部設(shè)計如圖1所示。

圖1　水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)首部高效應(yīng)用設(shè)計示意圖

2.1　主水管規(guī)格設(shè)計

主水管規(guī)格設(shè)計包括主水管規(guī)格和過濾器規(guī)格、數(shù)量、濾芯精度。水管的流量與水管內(nèi)水流的壓力(流速)和水管橫截面成正比。首先要根據(jù)水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的覆蓋面積、地形情況、灌溉分區(qū)情況確定主水管直徑，再具體根據(jù)分區(qū)面積、作物種植密度、每株作物配置的噴滴頭數(shù)量和噴滴頭的額定流量確定水管的規(guī)格。為了與市面上銷售的增壓水泵進出口直徑規(guī)格配套，主水管設(shè)計規(guī)格至少在Φ75mm或以上，主水管規(guī)格設(shè)計和選擇詳見表1。噴滴灌系統(tǒng)所選用的濾芯精度過低，不能有效過濾雜質(zhì)，容易造成噴滴頭和管網(wǎng)堵塞；濾芯精度過高，影響水管內(nèi)水流的通過性。現(xiàn)階段，噴滴灌所用水源大致分為井水、池塘水和小溪河流水三大類，不同的水源所含的雜質(zhì)也有所不同，過濾器濾芯要根據(jù)水源類型和噴滴頭規(guī)格進行選擇，一般選擇80～140目的濾芯。為方便安裝施工，過濾器的直徑盡量與主水管管道直徑相同；根據(jù)實踐操作經(jīng)驗，在同一過濾系統(tǒng)中并聯(lián)安裝2～3個同一規(guī)格的過濾器，可以減少過濾器對水流量和水壓的影響。同一規(guī)格的管道，管網(wǎng)的水流量與管網(wǎng)內(nèi)的水壓呈線形正比關(guān)系，設(shè)計安裝時管道預(yù)留約10%的流量。其他規(guī)格的水管流量配置參照執(zhí)行。

表1　水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)1kg壓力下水管配置對照表

2.2　水閥和三通設(shè)計

噴滴灌系統(tǒng)首部共設(shè)計了總水閥、過濾器分向控制閥和分區(qū)灌溉控制閥。在蓄水池出水端設(shè)計總水閥，方便蓄水管理和設(shè)備維護，避免系統(tǒng)首部長時間浸泡在水中；過濾器分向控制閥和反沖洗管網(wǎng)可有效利用增壓水泵的壓力，高效實施反沖洗；分區(qū)灌溉控制閥(附加三通和水管)可根據(jù)灌溉系統(tǒng)總流量和覆蓋面積實施精準(zhǔn)灌溉。在蓄水池出水端之后、總水閥之前設(shè)計安裝三通(附加設(shè)計水閥和水管)在系統(tǒng)非運行狀態(tài)下可隨時滿足臨時澆灌需要。為方便維護時裝卸，在增壓水泵前后兩端使用活接接頭連接。

2.3　水肥一體化設(shè)計

在增壓水泵前后端分別設(shè)計三通(附加水閥和水管，增壓水泵前端水管比后端水管高一個規(guī)格，通常設(shè)計Φ50mm和Φ40mm)可以有效利用系統(tǒng)排放的水和增壓水泵前后的壓力差；臨時配置一只容量不低于80kg的水桶，可實現(xiàn)水肥一體化作業(yè)。

2.4　反沖洗裝置設(shè)計

將灌溉管網(wǎng)與沖洗管網(wǎng)連接成一個閉合回路，通過水閥控制管內(nèi)水的流向，利用管內(nèi)水壓可以高效實施反沖洗。

3　首部高效應(yīng)用操作

3.1　水肥一體化操作

關(guān)閉Q1、Z2、Z4，打開總水閥(Z0)、Z1、Z3和分區(qū)灌溉控制閥(Q4或Q5)，啟動增壓水泵；待系統(tǒng)運行正常供水后，打開Q3，從主水管流出少量水注入肥料池；待肥料池注入適量水并充分溶解肥料后，打開Q2，增壓水泵可將配制的肥料水吸入管道。實施水肥一體化灌溉時可根據(jù)肥料池中的水量調(diào)節(jié)Q2和Q3的流量；肥池中可一邊注水一邊添加肥料，通過充分攪動水肥，促進肥料充分溶解。

3.2　濾芯反沖洗操作

系統(tǒng)運行正常供水情況下，關(guān)閉Q2、Q3，打開Z2、Z4，關(guān)閉Z1、Z3，利用增壓水泵的壓力，對過濾器實施反沖洗，污水和雜質(zhì)從Z4排出。為防止雜質(zhì)因干燥后強力附著在濾芯上，因殘留的肥料滋生藻類和菌類植物，保證反沖洗的效率和效果，盡量在每次灌溉后和灌溉前對過濾器各沖洗一次。

4　結(jié)語

通過創(chuàng)新水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的設(shè)計與安裝，增強了設(shè)備的實用性，方便了設(shè)備維護，降低了建設(shè)成本，提高了作業(yè)效率，能促進水肥一體化噴滴灌系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，在一定程度上推動了經(jīng)濟果木林產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)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

陽海林(1974—)，男，湖南衡陽人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向為森林資源培育。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍