微喷带灌溉系统布置方式比选研究

刘英华

(辽宁省辽阳市水利工程建设技术审核中心，辽宁 辽阳 111009)

微喷带是兼具喷灌和滴灌优点的一种新型灌溉设备，自20世纪90年代从日本引入我国，之后我国开始自主研发，国内最早生产的微喷带系列产品，是由农业部规划设计研究院研发，并进行了示范推广[1-2]。21世纪初，为解决水资源供需矛盾，我国开始大力发展微灌、喷灌等高效节水灌溉工程，微喷带因其具有灌溉流量大，灌溉时间短，灌水均匀度高，不易堵塞，操作简单等特点[3]，近年来在节水灌溉中被广泛应用。我国学者也对微喷带开展了大量的研究，但其相关研究成果主要集中在微喷带的研发及其水力性能等方面[4-5]，而微喷带的田间应用现状表明，对田间布置方式及其适用条件方面的研究比较少，微喷带的使用基本延续了滴灌的使用方式，即不考虑水源条件、地块大小、管理方式等因素，而将微喷带一律作为滴灌管带的替代品，固定在田间使用，提高了微喷带灌溉系统的工程成本。本文在多年实践经验的基础上，开展了微喷带田间布置方式及其适用条件的研究，可为微喷带的合理应用提供参考。

1 微喷带灌溉技术

微喷带灌溉系统包括水源工程、输水管网、田间微喷带及连接配件等，使用时由水源工程加压供水，通过输水管网将灌溉水输送到田间，在一定工作压力下，灌溉水通过微喷带上规则分布的小孔喷射而出，喷出的水流受重力、空气阻力及水流之间相互撞击等影响，经过细流、碎裂、分散雾化等过程后形成水滴，洒落在地面和作物上[6]，形成以微喷带为中心的湿润带。微喷带的出水孔按照一定规则布设，成孔方式多采用机械打孔、气动打孔及激光打孔，成孔直径为0.1～1.2 mm，孔形为圆形[7-8]。在实际应用中，管径32 mm的微喷带较为常见，其流量通常为8 m3/h，单侧灌溉宽度为4 m，工作水头为15 m，最大铺设长度为100 m，最大控制面积为0.08 hm2，每米价格3～3.5元。

2 微喷带田间布置方式

工程实践表明，布置方式相同时，微喷带亩均成本为滴灌亩均成本的近1倍，而微喷带具有可移动性，通过移动微喷带，可以增加单条微喷带的灌溉面积，从而降低亩均投资，但会增加田间工作量，提高运行成本。根据微喷带的布置方式，田间工程可分为固定式、半固定式和移动式3种类型。

2.1 移动式微喷带灌溉系统

2.1.1 系统运行方式

移动式微喷带灌溉系统包括水源工程、输水软带、控制阀门、快速接头及微喷带等，除水源工程固定外，其余设备均可移动。移动式微喷带灌溉系统示意图见图1。控制阀门安装在输水软带末端，使用时通过微喷带快速接头将控制阀门与微喷带连接，开启控制阀门并启动水泵即可对灌水小区1进行灌溉。待灌水小区1灌溉结束后，停止供水，移动微喷带到灌水小区2，并重复灌溉过程，直到所有灌水小区灌溉结束。

图1 移动式微喷带灌溉系统示意图

2.1.2 实例分析

某地块面积0.8 hm2，灌溉系统包括水源工程一处，位于地块中央，50 mm输水软管1条(50 m)，32 mm微喷带1条(100 m)，每次工作1条微喷带，单次灌溉面积为0.08 hm2，单次灌溉时间为2 h，移动输水软带及微喷带需30 min，移动10次微喷带可完成地块灌溉任务，总灌水时间为25 h。系统地面管网工程投资为435.2元(移动式微喷带灌溉系统管网工程费用明细见表1)，单位面积工程投资为544.0元/hm2；人工费用按照每小时10元计算，每次灌水运行费用为250.0元，单位面积运行费用为312.5元/hm2。

表1 移动式微喷带灌溉系统管网工程费用明细表

2.1.3 适用性分析

移动式微喷带灌溉系统简便易用，由于单次运行的喷带灌溉数量少，系统所需流量低，通常采用管径50 mm的输水软管即可满足要求，投资较低。但由于轮灌小区灌溉面积较小，系统工作时需要频繁移动输水软带及微喷带，且管件拆卸安装工作量较大。因此，比较适合距离水源较近，灌溉面积较小的地块，以及以家庭为单元、分散经营为主的经营模式。

2.2 半固定式微喷带灌溉系统

2.2.1 系统运行方式

半固定式微喷带灌溉系统包括水源工程、地埋输水管道、出水栓、输水软带、控制阀门、快速接头及微喷带等，水源工程、地埋输水管道及出水栓固定，其余设备均可移动。半固定式微喷带灌溉系统示意图见图2。输水软带连接出水栓与控制阀门，并通过微喷带快速接头将控制阀门与微喷带连接，使用方式与移动式微喷带灌溉系统相似。为增大单次灌溉面积，采用双向灌溉方式，即出水栓1两端同时连接输水软带，并通过快速接头连接微喷带。出水栓2与出水栓1布置方式相同，待出水栓1灌溉结束后，开始出水栓2的灌溉工作，拆卸并移动出水栓1上的输水软带和微喷带至出水栓3，待出水栓2灌溉结束后，开始出水栓3的灌溉工作。

图2 半固定式微喷带灌溉系统示意图

2.2.2 实例分析

某地块面积4 hm2，灌溉系统包括水源工程一处，位于地块中央，地埋管路为90 mm PVC管，长度192 m，50 mm出水栓5个，50 mm输水软管2条(每条50 m)，32 mm微喷带2条(每条100 m)，每次工作2条微喷带，单次灌溉面积为0.16 hm2，单次灌溉时间为2 h，由于拆卸及移动上一组微喷带与下一组微喷带灌溉同时进行，故需拆卸及移动微喷带不占用灌溉时间，每个出水栓移动5次微喷带可完成地块灌溉任务，所用时间为50 h。系统管网工程投资为3282.5元(半固定式微喷带灌溉系统管网工程费用明细见表2)，单位面积工程投资为820.6元/hm2；人工费用按照每小时10.0元计算，每次灌水运行费用为500.0元，单位面积运行费用为125.0元/hm2。

表2 半固定式微喷带灌溉系统管网工程费用明细表

2.2.3 适用性分析

半固定式微喷带灌溉系统较移动式微喷带灌溉系统减少了输水软带的移动距离，且输水软带呈线性移动，大大降低了移动管带的工作强度。此外，半固定式微喷带灌溉系统可实现多条微喷带同时工作，不但增加了微喷带的灌溉面积，也提高了微喷带的使用效率。但半固定式微喷带灌溉系统仍然需要在管带移动及管件拆卸安装上投入一定的人工，因此，比较适合于距离水源工程稍远，且中等面积的地块灌溉。

2.3 固定式微喷带灌溉系统

2.3.1 系统运行方式

固定式微喷带灌溉系统包括水源工程、地埋输水管道、出水栓、地面输水管道、控制阀门及微喷带等，灌溉系统所有部分均固定不动。固定式微喷带灌溉系统示意图见图3。与半固定式微喷带相比，固定式微喷带灌溉系统出水栓连接地面管网，微喷带直接与地面管网相连，控制阀门安装于地面管网上，不同分干管上的支管可组成轮灌组，同时进行灌溉。灌溉时开启轮灌组1的全部阀门并启动水泵。灌溉结束后，打开轮灌组2的全部阀门再关闭轮灌组1的全部阀门，重复操作，直到全部轮灌组灌溉结束。

2.3.2 实例分析

某地块面积15.36 hm2，灌溉系统包括水源工程一处，位于地块中央，地埋管路为90 mm PVC管，长度672 m，63 mm出水栓16个，地面管路为50 mmPE管，共16条(每条40 m)，32 mm微喷带192条(每条100 m)，共16个轮灌组，每次开启一个轮灌组，每个轮灌组工作12条微喷带，灌溉面积为0.96 hm2，每个轮灌组灌溉时间为2 h，无需移动微喷带，灌溉所用时间为32 h。系统管网工程投资为76 691.2元(固定式微喷带灌溉系统管网工程费用明细见表3)，单位面积工程投资为4992.9元/hm2；由于不需要移动微喷带，故不计运行成本。

图3 固定式微喷带灌溉系统示意图

项目规格/mm数量单价/元总价/元地埋管路90 672 m18.9012 700.8出水部件63 16个32.20515.2地面管路63 640 m8.455408.0微喷带32 19 200 m3.0057 600.0控制阀门63 32个11.00352.0微喷带堵头32 192个0.60115.2合计76 691.2

2.3.3 适用性分析

固定式微喷带灌溉系统不需要移动管带和拆卸管件，人工费用大大降低，但由于单条微喷带控制面积减少，工程亩均投资较高，因此，比较适用于输水距离较长，地块面积较大，经济条件好，且规模化、集约化程度较高的地区。

3 结 论

微喷带的布置方式，应根据水源条件、地块面积、管理方式、经济条件等方面综合确定，通过以上研究，结合已有工程经验，本文得到如下结论：

(1)移动式微喷带，增大单条微喷带的灌溉面积是降低微喷带工程投入的主要途径，但频繁移动微喷带会增加田间工作量，提高运行成本。

(2)移动式微喷带灌溉系统简单易用，工程成本低，但使用时需要频繁移动输水软带和微喷带，田间工作量大，运行成本高，因此适用于小地块灌溉，分散经营为主的地区。

(3)半固定式微喷带灌溉系统可以减少输水软带和微喷带的移动次数，降低田间工作量，降低运行成本，但与移动式微喷带灌溉系统相比工程成本略高，其工程成本和运行成本介于移动式系统和固定式系统之间，适合中等面积地块的灌溉。

(4)固定式微带灌溉系统工程成本较高，但灌溉过程中不需要移动微喷带，田间工作量少，运行管理方便，由于减少了微喷带的移动，也减少了微喷带使用过程中的磨损与折损，延长了微喷带的使用寿命，降低了年平均工程成本，比较适用于输水距离较长，地块面积较大，经济条件好，且规模化、集约化程度较高的地区。