微喷灌在预防霜冻灾害方面的应用

孙　力，王　薇，吕宁江，于晓蕾

(山东省水利科学研究院，山东 济南 250013)



微喷灌在预防霜冻灾害方面的应用

孙力，王薇，吕宁江，于晓蕾

(山东省水利科学研究院，山东 济南 250013)

微喷灌具有节能显著、灌水均匀、在灌溉的同时还可有效调节田间小气候，具有良好的降温增湿功能，并且由于喷洒水滴细小，不会伤害作物及对土壤表层产生击打破坏作用，因而在果树和苗圃灌溉中应用很广。针对济阳县梨园发展节水灌溉工程和预防霜冻灾害的双重要求，以实际工程为例，提出工程设计中应注意的问题，对微喷灌在预防霜冻灾害方面的工程设计具有指导意义。

霜冻；微喷灌；灾害防治

目前可供选择的节水灌溉技术有很多种，但都有一定的适宜范围，必须因地制宜，选择最适合本地发展的节水灌溉技术尤为重要。针对济阳县梨园发展节水灌溉工程和预防霜冻灾害的双重要求，结合梨园的水源、管理等方面的基本情况，综合比较，最终确定采用微喷灌模式。节水、省工效益显著，减灾效益尤其显著，在同类地区具有借鉴意义。

1　霜冻对果树的影响

山东是农业大省，同时也是果树种植大省，霜冻灾害几乎每年都会发生，经常造成严重的经济损失。特别是春季霜冻，此时大多数果树已进入始花期,因此对低温抵抗很弱。在果树花芽期和花芽膨大期发生霜冻，轻者会开花延迟，重者会造成花瓣干枯、脱落。幼果期发生霜冻，轻者果面留下冻痕，重者会落果。

2　果树霜冻害的常用防治措施

在长期的实践中大家总结出了许多防霜冻措施,主要分为涂白法、加热法、吹风法、熏烟法、树盘覆草法和灌溉法。

2.1涂白法

早春对树干、骨干枝进行石灰水涂白,以反射光照、减少果树对热量的吸收,降低冠层与枝芽的温度,并可推迟开花时间。

2.2加热法

加热法就是在果园内每隔一定距离放置一加热器,在将发生霜冻前点火加温,在果树周围形成一暖气层。

2.3吹风法

吹风法就是利用大型吹风机增强空气流通速度,将冷气吹散,可以起到防霜作用。

2.4熏烟法

根据天气预报,在园内气温接近0℃时,在迎风面堆放烟堆熏烟,可提高地面气温。

2.5树盘覆草法

早春用杂草覆盖树盘,可减缓树盘升温,限制根系的早期活动,从而延迟开花。

2.6灌溉法

根据天气预报，在园内气温接近0℃时,提前开启灌溉系统，增加土壤含水量和空气湿度，水汽凝结放热，达到预防霜冻效果。

3　果树喷水灌溉防霜冻法作用原理

采用果树的喷水灌溉防霜冻法，灌水的水温比土温要高，因此，霜冻前灌水能带来大量的热量；其次，灌水后土壤水分的土壤导热能力增强，可以使土壤下层的热量能上来；第三，由于水的热容量比空气和土壤大得多，能够减缓升温速度；第四，在发生霜冻时喷水，可使植物体温下降缓慢，还可以增加空气湿度，水汽凝结时可放热，可以缓和霜冻灾害和调节田间小气候，起到预防霜冻的作用。

4　果树喷水防霜冻法微喷灌工程设计

4.1基本资料收集

果树喷水防霜冻法微喷灌工程设计需要收集水源、气象、地形、土壤、灌溉试验、能源与设备、社会经济状况和发展规划等方面的基本资料。梨园面积约有1 000亩，所有梨树均进入盛果期。

4.2水量平衡计算

梨园所在区域属于引黄灌区，地下水水量丰富，但含盐量偏高，不适宜灌溉，黄河水是唯一可用水源。但灌区放水时间相对固定，与梨园灌水时间并不完全吻合，考虑拓宽清淤现有引黄渠道，在渠道首部修建节制闸，使之能够作为蓄水工程进行调蓄。蓄水工程的容积可按式(1)确定。

(1)

式中：Vt为蓄水工程容积(m3)；Ii为防霜冻灌溉的灌水流量(m3/h)；Ti为防霜冻灌溉的灌水时间(h)；Ig为日常灌溉的灌水流量(m3/h)；Tg为日常灌溉的灌水时间(h)；η0为蓄水利用系数，取0.6～0.7；K为复蓄系数，取2.0～3.0(根据引黄灌区放水次数和放水时长，复蓄系数取2.5)。

4.3灌溉水质

微灌水质经过化验符合《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)的有关规定。由于采用黄河水作为灌溉水源，水中泥沙含量偏高，在取水口处考虑设置石英砂过滤池进行初过滤，在水泵后设旋流水砂分离器+砂石过滤罐+筛网过滤器。

4.4灌水器(微喷头)的选择

在果树微喷灌设计过程中，一般选择流量适中的微喷头，这样既不会因流量偏大造成管径偏大，也不会因流量偏小造成一次灌水延续时间偏长。

在果树微喷灌需要喷水防霜冻设计时，应该选择喷嘴直径较小、喷头流量较小的微喷头，这样不会造成系统流量偏大。

常规微喷灌设计和防霜冻微喷灌设计，所用管材数量相同，但防霜冻微喷灌设计干管、支管管径大于常规微喷灌设计。各小型灌水单元的管径相同。

4.5设计流量与设计水头

微喷灌系统的设计流量应按式(2)进行计算。

(2)

式中：Q为系统设计流量(m3/h)；qd为微喷头设计流量(L/h)(需要微喷灌预防霜冻时，应该选择流量较小的微喷头)；n0为同时工作的微喷头个数(需要微喷灌预防霜冻时，需要所有微喷头同时工作；日常灌溉时一般需要划分轮灌组，轮灌组内微喷头同时工作)。

需要微喷灌预防霜冻时，设计水头计算与日常微喷灌基本相同，此处不再赘述，但应复核管网压力最大处水头压力是否超出管道承受能力。

4.6设计灌水周期和轮灌组的划分

需要微喷灌预防霜冻时，当果园内气温接近0℃时,所有的微喷头需要一起喷水，整个灌溉系统不需要划分轮灌组，系统的整体流量等于各支管的流量之和。不需要进行设计灌水周期计算，仅需要根据霜冻灾害情况确定一次灌水延续时间，霜冻灾害一旦解除即可停止灌溉。单次灌水量不宜大于作物最大日需水量。

在日常果树微喷灌设计过程中，受水源条件的限制或为减少投资，整个灌溉系统一般划分为几个轮灌组，按照工程设计的轮灌次序依次进行灌溉。设计灌水周期根据设计灌水定额和作物日需水量计算得出。

4.7水泵扬程计算与水泵选型

微喷灌系统水泵扬程为灌水器设计工作水头、各级管道沿程水头损失和局部水头损失、泵站首部枢纽沿程水头损失和局部水头损失、动水位至田间高程差之和。

根据微喷灌系统计算流量和扬程，由于预防霜冻灾害需要微喷头全部开启，系统设计流量偏大，宜采用多泵并联方式；日常灌溉时，为方便管理，可开启部分潜水泵。

在水泵性能型谱表中进行选择，如果水泵扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用；若扬程相差很多，则选用扬程较大的水泵，或增大各级输水管道管径，减小水头损失。

5　结语

针对山东省济阳县梨园发展节水灌溉工程和预防霜冻灾害的双重要求，最终采用微喷灌灌溉模式，较其他几种防霜冻措施，具有省时、省工、花费小、效果显著等特点。针对微喷灌预防霜冻灾害设计过程中出现的问题，进行了初步探索，在同类地区、同类作物的灌溉设计中，具有借鉴意义。

[1]GB/T50485-2009.微灌工程技术规范[S].中国计划出版社.2009.

[2]GB5084-2005.农田灌溉水质标准[S].中国计划出版社.2005.

[3]杨建民.果树霜冻害研究进展[J]. 河北农业大学学报.2000(3)：54-58.

[4]张建军.北方春霜冻的危害及防御[J].中国农业信息.2009(7)：24-25.

2016-04-07

孙力(1981-)，男，山东潍坊人，工程师，主要从事农田水利方面工作。

S275.5

B

1004-1184(2016)04-0141-02