小管出流在石榴灌溉中的应用
2014-12-14夏宝妮张焕萍
夏宝妮，张焕萍
(陕西省西安市临潼区水利工作队，陕西 西安710600)
临潼石榴历史悠久，距今已有2000多年的栽培选育历史。主要分布在骊山北麓坡台地和山前洪积扇区，面积达12万多亩，成为全国最大的石榴基地。年产石榴约10万 t。临潼石榴以果大皮薄，汁多味甜，核软鲜美，籽肥渣少，品质优良等特点而著称。石榴虽耐干旱，但在生长期内仍需水分适宜才能正常地生长发育，特别在幼树期，保证水分的充足供给是必不可少的措施。
1 石榴种植灌溉现状分析
临潼石榴果园种植在陕西主要分布于骊山北麓，海拔530～750 m的山前冲积扇上，地表水缺乏。地下水埋藏深120m～200 m，单井出水量15～30 m3/h;地势分布基本上南高北低，田块成梯田化，土壤大部分为砂性壤土，土壤容重1.45 g/cm3;年平均降水量576 mm，年内降雨分布不均，春旱、伏旱频繁。尤其是7月下旬—8月上旬，石榴膨果期干旱缺水，直接影响果品的优质、高产，使农民收入受到较大影响。因此最有效的灌水方式和方法成为农民的迫切需求。在众多的灌水技术中，小管出流具有田间灌水流量小、分布均匀、不破坏土壤结构、水肥一体化、易实现自动控制等特点。
2 小管出流灌水特点
1)与滴灌相比，堵塞问题小，水质净化简单，经济成本相对偏低且节省时间。小管灌水器的流道直径比滴灌灌水器的流道或孔口的直径(0.5～1.2 mm)大的多，而且采用大流量出流，解决了滴灌系统灌水器易于堵塞的难题。因此一般只要在系统首部安装60～80目/英寸的筛网式过滤器就足够了(滴灌系统的过滤器的过滤介质则需要120～200目/英寸)。同时，由于过滤器的网眼大、水头损失小，既节省能源消耗，又可延长冲洗周期。
2)与沟灌相比，省工、省时、省水。小管出流灌溉是一种局部灌溉技术，只湿润入渗沟渠两侧果树根系活动层的部分土壤，水的利用率很高，而且是管网输配水，没有渗漏损失。据试验，可比地面灌溉节约用水60%以上。
3)与喷灌相比，可防止伏旱裂果现象。在石榴座果后，尤其在膨果后期，高温久旱，降雨、喷灌水直接洒在果子上，常会引起裂果，影响果品优质优价。而小管出流灌溉可使果树环境水分相对稳定，土壤水分增加速度变缓，达到缓慢均匀供水，满足了果实膨大的需要，因而很少出现裂果。
4)能适应果园复杂多变的地形，且以有限水源增加更大面积。
3 应用实例
项目区位于秦陵街道杨家村，有9个村民小组，总人口2 602人，耕地面积3 000亩，是以石榴种植为产业专业村。典型区以杨家组西单井控制面积为实例，东西宽295 m，南北长306 m，总面积90亩。地势南高北低，海拔在525～565之间。采用从井提水输送到靠南部的高位水池，由高位水池再自流进入管网。
3.1 灌溉制度的确定
3.1.1 设计灌水定额
石榴根系较浅，其中20～70 cm土层中分布密度最大，占总根系的70%。取计划湿润层深为0.7 m，土壤的湿润比40%，田间土壤持水量22%。适宜土壤含水量上下限分别取田间土壤持水率的85%和60%，即为 θmax=18.7%和 θmin=13.2%。土壤干容重为 1.45 g/cm3，灌溉水利用系数，取 =0.9;
则净灌水定额md为
=14.9 m3/亩
3.1.2 设计灌水周期
石榴为小叶耐旱作物，设计耗水强度Ea=4 mm/d。
灌水周期
T=m/Ea=22.33/4=5.5 d
灌水周期为5 d
3.2 单井控制面积的确定
项目区现有机井一眼，井深250 m，单井出水量15 m3/h，动水埋深130 m，钢管内径377 mm。单井控制灌溉面积的确定:
式中:F0为单井控制的灌溉面积(亩);Q为单井出水流量(m3/h)，本项目区内取=15 m3/h;T为单井控制的面积一次灌水所需要的时间(d)，取=5 d;t为每天灌水时间(h)，取=20 h;η为灌溉水利用系数，取 =0.9;md为灌水定额(m3/亩)，取 md=14.9 m3/亩。
经计算，单井可控制灌溉面积为90亩。
3.3 田间灌溉管网设计
3.3.1 小灌灌水器规格选择
根据实际运用情况，选用φ4规格小管，其工作压力0.05～0.4 Mpa，灌水器中的稳流器流量为50 L/h型号。
3.3.2 微灌工作制度的确定
1)一次灌水延续工作时间(t)
灌水定额m=22 mm，灌水器控制间距为石榴树的行距和株距，石榴树的行距a=4 m，株距b=3 m，灌水器流量 q=50 L/h
T=mab/q=0.022 ×4 ×3/0.05=5.3 h
2)一天工作的组数
nd=c/T=20/5.3=3.8(组)
一天工作的毛管数为4组
3)为设计日工作小时数;
平均一个轮灌组灌300株，日灌1200株(合21亩)全系统灌水周期T=5 d
3.4 管网水力计算
该微灌区共90亩地，共设20个轮灌组，其各级各段管径的确定，通过典型地块设计控制点至管网首端管线，逐级进行水力推算。
3.4.1 管道设计流量
毛管流量计算采用公式
Q毛=nqi=14×50=700l/h
式中:qi=50 l/h;n为一条毛管上灌水器数目n=14个支管流量
Q支=NQ毛=21×700=15 000 l/h=15 m3/h
式中:qi=50l/h;N为一条支管控制的毛管数数目N=21条干管流量
Q干=15 m3/h
3.4.2 管道水头损失
计算采用公式
hf=0.000 915 × Q1.774/D4.774L
局部水头损失hj按hf的10%估算
hw=1.1hj
3.5 水泵选型
水泵扬程H泵计算
动水埋深h动=130 m;
井管等水头损失 h井=0.75 m;
地形高差Z=15 m;
H泵=Z+h动+h井=15+130+0.75=145.75 m
本系统设计流量 Q=15 m/h，所需扬程 H=145.75 m，依次确定选用150QJ15-150/20潜水泵，扬程150 m，功率13 KW。
3.6 工程效益分析
3.6.1 增产效益
实施小管出流灌溉工程后，灌溉周期缩短，浇水及时，肥料的利用率提高，促使作物增产。项目区石榴单产由小管出流灌溉前的1 050 kg，提高到1 350 kg，提高28%。90亩石榴净增27 000 kg。按现行价每公斤4元计，可增收108 000元。
3.6.2 节能效益
实施节水灌溉工程后，由于灌溉用水量减少，用电量相应降低，年节能效益为1 500元。
3.6.3 省工效益
由于灌溉用水量、灌水时间减少，灌溉机械化程度大幅度提高，降低了劳动强度，灌溉用工量大幅度降低。项目区每年每亩地灌溉用工量可节省10个以上，据此计算出区省工效益为2万元。
3.6.4 节水效益
实施小管出流灌溉后，每亩单次节水5 m3，年灌溉次数10次，总节水量4 500 m3。
4 结语
从以上工程实例看，小管出流以灌水量小、灌水均匀、堵塞问题少等特点，在满足石榴适时灌溉方面探索出了一条新的途径，它以操作简单，便于分户管理，且以增产、节能、省工、节水效益明显而深受群众欢迎，值得大力推广。
[1]节水灌溉工程技术规范(GBT50363-2006).
[2]微灌工程技术规范(GBT50485-2009).
[3]周卫平，宋广平，邵思，著.微灌工程技术.中国水利水电出版社.
