卷盘式喷灌技术在山阴县某牧草基地中的应用

贺丽娟

（山西汾河一坝管理有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

山西省水资源紧缺，发展节水灌溉是必然选择。节水灌溉是最大限度提高单位灌溉用水量的农作物产量和产值的灌溉措施。常见的有喷灌、滴管、渗灌、渠道防渗、低压管灌等。

喷灌是把由水泵加压或自然落差形成的有压水，通过压力管道送到田间，再经喷头喷射到空中，形成细小水滴，均匀地散落到农田的一种灌溉方式。适用性较强，既适用于平原，也适用于山区，既适用于透水性强的土壤，也适用于透水性弱的土壤。由于管道输水损失很小，灌溉水利用系数可达0.85 以上，比明渠输水的地面灌溉省水20%～30%。喷灌形式多种多样，分为固定管道式喷灌、半移动式喷灌、中心支轴式喷灌、卷盘式喷灌、滚移式喷灌。其中卷盘式喷灌的地形适应性强，具有易于管理、省工省时、喷洒质量高、使用寿命长等优点。

1 基本资料

牧草基地位于山阴县薛圐圙村南，在桑干河干渠河漫滩与一级阶地交替段，为大同盆地的一部分，微向河谷倾斜，平均海拔1 021.1～1 031.4 m，地势比较平坦，地面坡度1°～2°，田面坡度2°～3°。属温带大陆性季风气候，雨热同期，光照充足，雨量较少，四季分明。年均气温7.3℃，≥10℃的有效积温3 000℃，无霜期136 d，年平均日照时数2 800 h，年降水量410 mm，最大冻土层深度147 cm，常年主导风向为夏季东南风，冬季西北风。

牧草基地灌溉面积146.27 hm2，无可供灌溉的地表水源，均采用地下水进行灌溉，地下水资源比较丰富，能满足灌溉需求。现状灌溉方式为大水漫灌。

2 喷灌工程设计

2.1 灌溉制度的确定

牧草基地种植作物为苜蓿，灌溉水源为地下水，灌溉方式采用卷盘式喷灌机喷灌。根据《山西用水定额第1 部分：农业用水定额》（DB14/T 1049.1-2015），山阴为Ⅰ区，85%保证率时Ⅰ区灌溉定额为1 500 m3/hm2，喷灌调整系数为0.61，水源调整系数地下水为0.93，计算灌溉定额为900 m3/hm2。再结合灌区实际情况及农民的灌溉经验，确定苜蓿灌溉定额为1 125 m3/hm2。又根据苜蓿的生育期特点，确定作物灌溉用水定额。灌溉制度见表1。

表1 苜蓿灌溉制度

牧草基地灌溉面积146.57 hm2，作物全部种植苜蓿，规划水平年综合灌溉净定额1 125 m3/hm2。管道水利用系数取0.96，田间喷洒水利用系数取0.90，确定灌溉水利用系数为0.86。灌区灌溉总需水量为19.18 万m3。

灌溉水源采用地下水进行灌溉。

2.2 机组选型

卷盘式喷灌具有适应地形性强、易于管理、省工省时、喷洒质量高、使用寿命长等优点。根据市场使用情况，绞盘式喷灌机选用型号JP 75-300。设备技术参数为：

1）有效喷洒长度300 m，有效喷洒幅宽50 m，单次单边作业最大控制面积1.33 hm2；2）喷头喷嘴直径18～22 mm；3）喷头流量13～45 m3/h；4）喷头射程25～42 m；5）喷头工作压力0.35～1.0 MPa；6）喷灌强度6～10 mm/h。

项目区水源井配套水泵，将水流提至地面给水栓，绞盘式喷灌机就近连接给水栓。绞盘式喷灌机进口工作压力按0.7 MPa 考虑，给水栓预留0.7 MPa 压力。绞盘式喷灌机喷灌方式为轮灌，配备四轮拖拉机为牵引设备。

根据项目区苜蓿设计灌溉制度，计算绞盘式喷灌机灌溉周期内灌溉面积。

单台喷灌机喷灌面积

A=1.5qtT/m

式中：A——单台喷灌机喷灌面积，hm2；

q——喷灌机流量，m3/h，取值32 m3/s；

t——每天灌溉时间，22 h；

T——灌溉周期（一次灌水延续时间），10 d；

m——设计灌水定额为26.16 mm。

经计算，单台喷灌机灌水周期内喷灌面积最大值为26.91 hm2。

牧草基地灌溉面积146.57 hm2，根据单台喷灌机控制面积及地形实际情况，综合确定卷盘式喷灌机为7 台。

2.3 田间工程设计

牧草基地灌溉面积146.57 hm2。管道输水常用的管材有混凝土管、塑料硬（软）管及金属管等。管材选择结合使用寿命、输水性能、施工方便程度、卫生性能和维护费用等因素，考虑到管道管径较小，最大工作压力1.0 MPa，因此，管材选用经济耐用的PVC-U 塑料管。

管道埋设于地下，埋深不小于当地冻土层深度1.47 m，管道埋深均按1.5 m 考虑。干管沿道路、地块边或地块中央布设，支管垂直干管布设，支管上根据田间喷灌机布置情况布设给水栓。供卷盘式喷灌机使用的给水栓间距不小于50 m。给水栓出水口口径与卷盘式喷灌机的管径保持一致，采用DN 75 铸铁管，给水栓出地立管长度2.0 m。干管首部设置控制阀井，管道末段设置泄水阀井，封冻前将水从泄水井排空。输水线路上各拐点、管道交接点均设置有C 15 混凝土镇墩。项目区共铺设PVC-U 管道9 705 m。

采用经济流速法初选管径，管道直径可按下式初步确定：

式中：Q——输水管设计流量，m3/s；

Ve——PVC-U 管道经济流速，1.0～1.5 m/s；

D——管内径，m。

经计算，输水管道选用管径为DN 110 的PVC-U管。

为控制灌溉管网，在每个独立管网起点处设置控制闸阀井，可方便控制整个管网系统。闸阀井深度2.35 m，高出地面0.25 m，内径1.2 m，墙厚24 cm，井口采用直径800 mm 轻型灰口铸铁井盖。

为方便控制项目区耕地灌水，在管道末端最低处设置一座泄水井，泄水井深2.37 m，内直径1.0 m，壁厚0.24 m，采用砖砌结构，底部铺设30 cm 厚砾石透水体，盖板为直径800 mm 轻型灰口铸铁井盖。

项目区共铺设PVC-U 灌溉管道9 705 m，铸铁给水栓108 套，控制闸阀井14 座，末端泄水井15 座；配置卷盘式喷灌机7 台，小型拖拉机7 台。

2.4 输水管的水头损失计算

管道水头损失计算，包括沿程水头损失和局部水头损失，计算公式如下。

沿程水头损失计算公式：

式中：hf——沿程水头损失，m；

f——摩阻系数，钢管为62500，PVC 管为94800；

L——管长，m；

Q——流量，m3/h；

m——流量系数，钢管取1.9，PVC 管取1.77；

d——管内径，mm；

b——管径指数，钢管取5.1，PVC 管取4.77。

管道局部损失按沿程损失的10%计。

根据井泵提水量和管道节点设计流量通过损失计算比较，最终选择合理的管径。详见表2。

3 综合效益分析

3.1 灌溉效益

牧草基地耕地面积146.57 hm2，以种植苜蓿为主，按亩均增产苜蓿2 000 kg 计算，共计增产439.72 万kg，每按0.05 元/kg 计算，增加收入21.99 万元。不考虑不可预见的冰雹、风灾、冷害和严重虫灾等自然灾害。

表2 管径及管道水头损失计算表

3.2 节水、节能效益

项目区现状主要种植苜蓿等高耗水作物，工程区大部分为旱地，现状水利设施已不能满足灌溉发展的需求。本次采取节水喷灌方式，从而节约区域用水，提升了水源涵养能力。

3.3 节地效益

卷盘式喷灌技术，可以取消灌区的农渠、毛渠，节省这两级渠道所占用的耕地面积，采用喷灌措施后，通过相同水量时所需的过流断面减少，因此可以减少占用耕地。

3.4 省工效益

由于卷盘式喷灌技术与传统灌溉相比自动化程度有较大提高，田面进行了平整规划，用于灌溉的劳动强度和劳动时间均降低，因此可以节约一部分人工。

3.5 社会效益

卷盘式喷灌技术是现代化灌溉技术之一，可为当地农业机械化、规模化、集约化、智能化生产奠定基础，对于引进和采用农业新技术，转变传统观念，运用现代农业经营管理方法具有重要的现实意义。

4 结语

随着牧草基地喷灌工程的实施，灌区水土资源得到了合理的利用，保护和改善了项目区所在地的生态环境，灌区农业生产条件得到了改善，提高了农业综合生产能力，促进了灌区农业经济的发展，提高了灌区人民的生活水平。

项目的实施对提高灌区水的利用率，大力推行节水灌溉是很必要的，对维护灌区工程效益和保证灌区可持续发展是十分必要的，对灌区的经济发展具有巨大的推动作用。