商南县茶叶节水灌溉与经济效益探析

2020-03-10苏全军

陕西水利 2020年11期

苏全军

（陕西省商南县城关街道办农业综合服务站，陕西商洛 726000）

商南县平均海拔896.3 m，茶叶是商南县重要的经济支柱产业。试马镇是茶叶重要产区，现有茶园143.3 hm2。因取水设施常年失修，水毁严重，使得许多茶园无法灌溉。茶树一般在生长期和采摘期需水较多，在幼龄阶段，植株根系浅，耐旱力弱，需水迫切。只有正确地掌握茶园的灌溉技术，才能及时适量地满足茶树各生育阶段对水分的要求，达到经济用水、提高茶园单产的目的。为了支持茶叶发展，促进农民增收，需对茶园节水灌溉方案及经济效益进行探讨。

1 概况

商南县茶树节水灌溉项目位于试马镇试马河流域。根据取水水源，项目区分为试马河取水枢纽改造工程、郭垭村李家沟茶园灌溉工程，其中试马河灌溉项目是以试马河水为水源，采用渠灌形式灌溉茶树42 hm2，郭垭村李家沟茶园灌溉项目是以大口井水为水源，采用管灌和微喷灌形式灌溉茶树101.3 hm2。两项目一共灌溉茶树143.3 hm2。

2 试马河节水灌溉设计分析

2.1 水源工程设计

试马河取水枢纽位于试马河中上游，挡水坝宽18 m，高1.5 m。取水枢纽及输水渠道遭受不同程度的人为、自然破坏，导致挡水坝冲沙闸、引水闸丢失，坝体下游未设置防冲设施，导致下游河床冲刷严重。试马河节水灌溉建设内容包括更换冲砂闸、放水闸各1 套（尺寸为0.6 m×0.8 m）；铺设坝体下游铅丝石笼护坦5 m；增设1 m 宽下河踏步，下河踏步尺寸为20 cm×30 cm，为C20 混凝土浇筑，台阶下设10 cmC20 混凝土垫层，100 cmM7.5 浆砌石基础。

设计保证率为85%，灌溉水利用系数取0.75。则设计灌溉系统流量为40.10 L/s。根据近年的运行资料显示，试马村茶园42 hm2田地以试马河取水枢纽作为灌溉水源，水量充沛，能够满足灌溉用水需求。

2.2 灌溉定额

本项目区属于商洛丘陵浅山区，按照《陕西行业用水定额》，茶树地面灌溉净定额中等年为8 m3/hm2，干旱年为13.3 m3/hm2。设计茶树渠灌用水定额为13.2 m3/hm2。根据种植作物生育规律、气候特征和需水分配周期，依据地方种植经验，确定茶树每年灌水次数生育周期为4 次，冬灌为2 次，每次灌水定额均为2.2 m3/hm2。在保证率85%的情况下，渠灌需水总量12.47 万m3，其中最大日需水量3465 m3/d，时需水量144.38 m3/h。

2.3 渠道改造设计

现状干渠为60 cm×60 cm 的浆砌石渠道，渗漏严重。为了不改变干渠整体渠系的水力特征条件，此次改造段维持现状断面型式不变，修复干渠200 m，原渠道拆除重建，渠道采用40 cm厚M7.5 浆砌石，用M10 水泥砂浆抹面，流量为0.19 m3/s。改造后，减少滴跑冒漏，可以极大地节约水资源。

3 郭垭村李家沟茶园灌溉设计分析

郭垭村李家沟茶园位于山上，地势起伏明显，本次设计在项目区建设大口井和喷灌工程，以解决101.3 hm2茶园灌溉问题。管灌及微喷灌设计保证率为85%，微喷灌灌溉水利用系数取0.9，管灌灌溉水利用系数取0.86。根据地形及大口井出水量，本次设计郭垭村李家沟茶园灌溉工程分为4 个片区，新建大口井2 座，500 m3蓄水池2 座，200 m3蓄水池2 座。

3.1 水源工程设计

项目区总需水量及最高日、时需水量计算见表1。

表1 项目区需水总量计算表

新建5#井井深15 m，井径4 m，单井出流量199.9 m3/h。设置4 台水泵，单井出流量259.4 m3/h。其中2 台功率为13 kW，水泵型号为250QJ125-80/5，电机型号YQS200-5.5，扬程130 m，出水流量149.69 m3/h。另1 台功率为30 kW，水泵型号为250QJ125-96/6，电机型号YQS200-5.5，扬程85 m，出水流量109.2 m3/h，日供水量4797.6 m3/d。

新建8#井井深15 m，井径4 m，设置3 台水泵，其中2 台功率为45 kW，水泵型号为200QJ32-78/6，电机型号YQS200-5.5，扬程70 m，出水流量68.17 m3/h。另2 台功率为30 kW，水泵型号为200QJ32-78/7，电机型号YQS200-5.5，扬程80 m，出水流量131.5 m3/h。日供水量6225.6 m3/d。

大口井灌溉控制面积见表2。

表2 大口井单井可控制最大灌溉面积计算表

根据地形及水源条件，为提升灌溉质量，并对水源进行一定的调压，蓄水池为矩形结构，1#和3#蓄水池为500 m3，2#和4#蓄水池为200 m3。水源地调蓄水池为地埋式C25 钢砼矩形结构，设计水池尺寸为7.8 m(长)×7.8 m（宽）×3.5 m（高），11.7 m（长）×11.7 m（宽）×4.0 m（高）。池顶覆土厚为0.5 m，基础处理采用200 mmC15 砼垫层，1000 mm 3∶7 灰土换填夯实。

3.2 灌溉定额设计

项目区位于商洛丘陵浅山区，按照《陕西行业用水定额》，本次设计茶树微喷灌用水定额为10.8 m3/hm2，茶树管灌用水定额为11.2 m3/hm2。根据种植作物生育规律、气候特征和需水分配周期，依据地方种植经验，确定茶树每年灌水次数生育周期为4 次，冬灌2 次，每次灌水定额为1.87 m3/hm2。

设计灌水周期按照公式：

式中：T 为灌水周期，d；m 为设计灌溉定额，mm；Ea为作物临界日需水量，mm/d。

设计灌水定额:

式中：Md为设计净灌溉水定额，mm；Ia为供水强度，mm/d；m' 为设计毛灌溉水定额，mm；η 为灌溉水利用系数。

一次灌水延续时间应按下列公式确定：

式中：t 为一次灌水延续时间，h；m' 为设计毛灌溉水定额，mm；Se为灌水器间距；SL为毛管间距；q 为灌水器流量。

轮灌组计算公式为：

式中：t 为一次灌水延续时间；T 为灌水周期；C 为一天运行的小时数，根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485-2009）规定，结合近年来国内外成功经验，考虑系统的经济性，设计采用系统日运行时间为10 h～18 h。

式中相关参数取值及计算结果见表3。

表3 设计灌水定额及灌水周期表

茶树微喷灌设计灌水定额40.7 mm，设计灌水周期T 为6 d；管灌设计灌水定额42.6 mm，设计灌水周期T 为6 d。

3.3 微喷灌工程设计

该片区内微喷灌面积23 hm2。该项目区内多南偏东风，多年平均风速1.5 m/s，定时最大风速24 m/s，灌溉季节日平均风速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作时数15 h。选用平口雾化地插喷头，工作参数见表4。

表4 微喷头工作参数表

（1）管网布置及管材选择

各级管道按照垂直向布置原则布置。即区域内毛管平行于作物种植方向，支管垂直于毛管方向即垂直于行，干管垂直于支管方向。根据所选喷头规格，布置毛管间距为3.0 m，喷头间距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均选用PVC-U 管，毛管选用φ32PE 管道，压力等级0.6 MPa。管径选择原则是在满足设计流量和压力的前提下，使系统投入费用最小。干管和分管平直且无分水管道时每200 m 设置一个伸缩节，在三通、弯头、闸阀等处设置镇墩，每条支管首部设置控制阀和阀门井，在管网最低处设置排水阀和排水井。计算得出设计灌水周期为6 d。每组工作时间为4.1 h，设计取5 h。每天开启3 组。根据区域地形，项目区共分18 个轮灌小组。每组灌水时间为5 h，分6 d 灌完。

（2）系统设计流量

系统设计流量按下式计算:

式中：Q设为灌溉工程设计流量，m3/h；A 为灌溉面积,229770 m2；η 为灌溉水利用系数，η=0.9；t 为日工作时数，取15 h；T 为一次灌水延续时间，取6 d；mi为灌水定额，36.6 mm。

计算得微喷灌溉系统设计流量为103.9 m3/h，取104.4 m3/h。

毛管选用PE63 级DN32PE 管，压力等级0.6 MPa，最大铺设长度为262 m，本次设计毛管允许的最多出水口数量为51个，选取最大铺设长度150 m。分管最小间距30 m，分管极限孔数为39 个，分管极限长度为1146 m。喷头流量为90 L/s,每次工作喷头为1160 个，系统流量为104.4 m3/h。

（3）管网设计制度

对于430.0 m～450.0 m 之间采用管灌方式，400.0 m～430.0 m之间采用微喷灌灌溉方式。

管灌设计灌水周期为6 d，每组设计取3 h，每天开启5 组。分为30 个轮灌组，共有14 条支管，给水栓总数30 个。每次打开1 个给水栓，每个给水栓出水流量30 m3/h。

微喷灌设计灌水周期为6 d，每组设计取5 h，每天开启3组。分为18 个轮灌组，共有8 条支管。喷头流量为90 L/s,每次工作喷头为1160 个，系统流量为104.4 m3/s。

本次设计主管两条，分别为1-2、3-4。两条主管同时工作，1-2 主管为微喷系统供水时，3-4 主管为管灌系统供水。3-4 主管为微喷系统供水时，1-2 主管为管灌系统供水。

4 经济效益分析

实施试马镇茶园节水灌溉工程后，项目区内的社会效益、经济效益和生态环境效益十分显著，对农村经济和农民收入的增加有着深远的影响。工程实施后新增（含恢复）灌溉面积512.1 hm2，年增加经济作物综合生产能力136.81 万kg，年增产总值1854.25 万元，大于工程总投资1512.35 万元。

4.1 社会效益

商南县茶园节水灌溉项目通过小型水源工程、渠道配套等小型农田水利工程的实施，一是改善了区域农业生产条件，增强了茶叶发展后劲；二是增强了茶叶抵御自然灾害能力，加快了项目区群众脱贫致富奔小康步伐；三是改善水资源的供给条件，补充地下水，同时也缓解了人畜饮水困难；四是发挥了良好的示范带动作用，形成显著的生态和经济效益。