核桃膜下滴灌技术效益分析

冯爱国

（吕梁市离石区水利水保局，山西 离石 033000）

1 合作社概况

吕梁市离石区宇峰农林牧渔专业合作社滴灌工程，位于吕梁市离石区枣林乡陶家庄行政村冯家山自然村，距市区约17km，项目区水泥硬化路面4.6km，总治理面积166.72hm2。

合作社组建于2010年，2012年挂牌成立，是一个集农作物、蔬菜、核桃种植和牧业、渔业综合发展的专业合作社，合作社现有核桃林106.67hm2，会员50户，75人。合作社成立以来，严格奉行了“科学、节约、高效”的管理模式发展各项产业，2010年发展核桃精品园60hm2，2011年冬春核桃园46.67hm2。均按照“标准化、品种化、规模化、科学化”的理念采用了“打大坑、熟土肥料土回填，品种化、标准化苗木选育，科学化、严格化苗木栽植”的办法，主栽品种为礼品2号，株行距为3m×5m，平均投资28050元/hm2，共计投资224.4万元。标准化、品种化、规模化的栽植已成为全区的典型。2013年被评为离石区示范合作社。

2 存在的主要问题

由于灌溉设施不完善，农田水利工程设施薄弱，农民灌溉成本高且非常不方便。同时，水资源的严重短缺和低效的传统灌溉方式，浪费了有限的水资源。

实行膜下滴灌节水型灌溉技术，可有效提高灌溉保证率，改善农田灌溉状况，提高核桃的产量和品质，有利于产业结构调整和生态环境的改善，促进农民增产、增收。

3 工程总体方案和布局

主要以抽取泉水作为项目区水源，通过现有的机井、水泵和输水管道，提水到项目区现有3个蓄水池内，总输水流量为280m3/h。各蓄水池流量可采用调节控制阀门调整入池流量，以满足控制面积范围内的用水量要求。

根据水源条件，结合项目区地形，分3个灌水小区（单元），每个蓄水池与控制片区形成一个滴灌系统。蓄水池均位于各灌水小区的最高处，通过各输水干管和配水支管将压力水输送至毛管，实施重力滴灌。其中1号水池控制面积65.73hm2，2号水池控制面积25.33hm2，3号水池控制面积15.66hm2，合计106.72hm2。

项目区目前有雨水集蓄工程1处，已建有400m3蓄水池1座，50～100m3蓄水池5座。现有蓄水池可并入输水管网，以提高供水保证率。

4 规划设计

项目区地形复杂，地块破碎，水源（蓄水池）分散。因此以各个蓄水池控制单元作典型设计。

4.1 规划设计参数

灌溉设计保证率85%，设计土壤湿润比20%，灌溉水利用系数0.9，灌水均匀度95%。

4.2 灌水定额

灌水定额按以下公式计算：

式中：mmax——最大净灌水定额，mm；

γ——土壤容重，mm，取1.43g/cm3；

z——土壤计划湿润土层深度，cm，取50cm；

p——设计土壤湿润比，%，根据项目区附近现有工程，取20；

θmax——适宜土壤含水率上限重量百分比，%，取28.5；

θmin——适宜土壤含水率下限重量百分比，%，取19.5。

经计算，最大净灌水定额为12.87mm，灌水定额约为129m3/hm2。

4.3 灌水器选择

当地核桃栽植采用3m×4m的株行距，滴头设计工作压力为0.1～0.4MPa，单滴头设计流量为6.0L/h，每棵树下安装2个滴头，滴头间距1m。滴灌管沿每条种植行铺设，每行铺设一条滴灌管，滴灌管设计外径16mm，设计壁厚1.0mm。经计算，选用型号DKB-6-（100-400）灌水器。

4.4 毛管布置方式

灌水作物为核桃树，采用1行作物布置1条滴灌管的布置方式。作物行距4m，株距3m，滴灌管根据作物种植方向也可弧形布置。

4.5 一次灌水延续时间

一次灌水延续时间按以下公式计算：

式中：t——一次灌水延续时间，h；

m——设计灌水定额，mm；

se——滴孔间距，m；

sL——毛管间距，m；

qd——滴头总流量，L/h；

η——灌溉水利用系数，取0.9。

经计算，灌水延续时间为14.3h。

4.6 管网布置

滴灌系统设3级管道，干管、支管和毛管。干管基本沿路布置，支管垂直于等高线布置在地块一侧，毛管根据地块实际情况布置在支管的一侧或两侧。其中，干管根据地形条件明设或埋设，支管与毛管在地表铺设。

4.7 轮灌组划分

确定最大轮灌区数目，本项目区划分为15个轮灌组。

4.8 管道水力计算

4.8.1 毛管水力计算

毛管设计进口压力为10m，毛管铺设长度根据实际情况为15～120m。毛管为滴灌管，滴灌管上布置压力补偿式滴头，其水头损失按以下公式计算：

式中：hf1——管道的水头损失，m；

f——摩阻系数，取8.4×104；

Q——管道流量，m3/h；

D——管道内径，mm；

L——管道长度，m；

m——流量指数，取1.75；

b——管径指数，取4.75；

F——多口系数。

4.8.2 支管水力计算

支管为与毛管相连的次一级管道。支管根据各自的控制面积内毛管条数确定设计流量，利用经济流速确定管径。PE管水头损失按以下公式计算：

式中：hf——干管沿程水头损失，m；

f——摩阻系数，取8.4×104；

L——管长，m；

Q——流量，m3/h；

d——管道内径，mm；

m——流量指数，取1.75；

b——管径指数，取4.75。

钢管、铸铁管水头损失按下列公式计算：

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

当v≥1.2m/s时，i=0.00107v2/d1.3

式中：i——钢管、铸铁管水头损失，m；

v——管内流速，m/s；

d——管道内径，mm。局部水头损失按沿程水头损失的10%考虑。

4.8.3 干管水力计算

在干管设计中，根据各轮灌区的流量确定干管的总流量，干管流量应为该轮灌组分干管以下各支管流量之和。

干管的水头损失由管道的沿程水头损失和局部水头损失组成，局部水头损失按沿程水头损失的10%取值设计。

根据计算结果，大部分管道压力能满足滴灌压力要求，少数不能满足的可以控制其高程以下的部分区域，压力不足的可以预留出水口，并设置控制闸阀，以方便取水。静水压力大于40m的管道进水口应设置减压阀。

4.9 系统首部设计

灌溉系统的水质过滤、水量控制、肥料注入等通常在首部进行。

灌溉首部增压装置。本次利用高位蓄水池的自然水头实施重力滴灌，不需配备增压装置。

过滤系统。水源为井水，水质良好，考虑到有机物、粉尘等可能会堵塞滴头，过滤器系统采用网式过滤器，根据样本提供数据，经计算过滤器需安装在水位以下5m。

施肥系统。施肥系统采用压差式施肥罐，容积50L，型号SFG-50。

水源工程改造，本次更新原提水站机泵2台。

管理房。为维护管理方便，首部新建管理房2座，砖混结构，位于2号蓄水池和3号蓄水池旁。

附属建筑物设计。管道附属设施根据管线走向、地形特点等，沿线主要布设排气阀井、分水阀井、镇墩等附属建筑物。

5 效益分析

5.1 增产

项目效益计算采用有无对比法进行。工程实施后可大大提高作物灌溉保证率，促进作物增产，单位增产1500kg/hm2，106.72hm2核桃可增产16万kg，增值320万元。水利灌溉效益分摊系数按0.4计算，则年效益为128万元。

5.2 节水

输水管网化，有效杜绝渠道灌溉的深层渗漏和蒸发损失。地膜下土壤中的水分蒸发减少80%以上，比地面灌省水40%～50%，是当今世界上田间灌溉最节水的灌溉技术。滴灌无地表径流，湿润宽度、深度一致，无渗漏。由全面灌溉，变成局部灌溉，用水量明显减少。

5.3 提高肥料利用率

绿色植物生长需要的无机盐只有溶解于水才能被运输和利用。滴灌能均匀地将水溶性肥料、农药随水施入作物根系生长区，利于作物吸收，不残留，不产生肥料流失、蒸发等，使氮肥利用率由34%提高到53%，大幅提高肥料利用率。

5.4 减少机械作业费用

减少了播前灌溉开沟、修毛渠、平地作业，减少了中耕、追肥、打药等机械作业次数，农机作业费节省20%左右，同时降低机械对苗种的损伤。

5.5 土地利用率大大提高

膜下滴灌省去了农渠、毛渠和埂子，增加了实际播种面积，使土地利用率比常规灌溉提高了5%～7%左右。

5.6 降低劳动强度

膜下滴灌减少了铲地除草投工，又可自动控制灌水，大大降低了田间灌水的劳动量和劳动强度。用地面管灌1hm2至少需要1个人作业13h，而采用膜下滴灌单位面积仅需要1个人作业3～4h即可完成，而且不受地势高低影响，操作简单，省工省力，劳动率至少提高2～3倍。

5.7 提高作物品质、产量

膜下滴灌灌溉均匀，水肥供给适时、适量，避免病害的传播，有利于作物均衡生长，提高作物品质。

5.8 有效防止土壤盐渍化

膜下滴灌使滴水和提墒形成的湿润锋外围形成积盐区，湿润锋内形成脱盐区，使耕作层盐分逐年减少，抑制次生盐碱化，是改良和开发盐碱地的有效新技术。常规灌的棵间蒸发量大，使地下盐分上行，造成耕作层盐分增加，产生次生盐渍化，不利作物生长。

6 结语

综上所述，膜下滴灌除具有显著的经济效益外，还可产生一定的生态效益与社会效益，特别适合在离石区推广使用。