基于滚移式喷灌的农田水利节水灌溉方案设计分析

张巨林

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400）

在农业灌溉中，水源对作物的正常生长起着至关重要的作用。传统灌溉技术主要采用漫灌形势，造成大量水资源浪费，因此，技术人员开始将农田节水灌溉技术作为研究重点，而这也成为农业绿色化发展必然趋向及未来工作主要目标。

在实践中，必须重视节水灌溉技术的应用，以促进农业持续健康发展。在节水灌溉技术的实施中，既要以少量的水分来提高产量，又要在不影响基本农业生产的前提下，做到水资源的节流，这样就必须采用科学的灌溉措施进行日常工作。在现有的农田灌溉中应用节水技术，既能有效地完成农业的现代化改造，又能促进水资源的合理分配，避免水资源的浪费，促进农业持续健康发展。所以，在实际工作中，要提高对节水灌溉技术的认识，并根据实际情况，合理地选用合适的节水灌溉技术，才能保证农业生产的正常进行。

1 滚移式喷灌机原理概述

滚移式喷灌机又称滚轮式喷灌机，是一种半自动的大型喷灌机。与喷灌机本体配套的水源泵站和供水管网属于预先设置的农田作业，而非滚动喷灌系统的一部分。典型的滚动式喷灌器由驱动车、输水支管、驱动轮、引水软管、喷头、矫正器、自动泄水阀和制动支杆等构成[1]。滚移式喷灌机除了作为轮轴的圆形随动轮，通过增加或减小导管的长度，可以改变整个喷灌机的长度，还需要1 辆推进器来提供在地面上行走的动力。需要导流软管采用方便快捷的安拆连接方式将滚移式喷灌机与农田的供水网络连接起来，为滚移式喷灌机提供灌溉用水，并通过多种喷嘴和喷嘴校正装置将水喷射到不同的形状，以满足不同的作物对水分的需求。此外，还要安装自动泄水阀、刹车支杆等零部件。在滚动喷灌机启动的情况下，按照一定的灌水量和循环时间，在某地点完成喷灌作业，关阀停止供水，再将机械移至下一喷灌点与供水系统相连。继续进行灌溉工作。1 台滚移式喷灌机，在一个循环中，可以完成1 000 多亩（1 亩约等于0.067 hm2，下同）的灌溉。喷灌机的灌溉长度是150～600 m，根据具体情况，选择合适的喷灌长度，必须考虑到水源的给水量和喷灌场地的宽度。滚筒喷灌机的轮轴管道，为了满足其运动和旋转能力，需要1 根螺旋管来驱动整个机械的工作，一般都是用规格为110 mm 的耐扭铝管来制造。喷灌间隔一般为10～12 m，根据水源压力、作物种类和当地的风速而变化。

2 案例概述

案例工程为某地区农垦区，该区域地势起伏、河流纵横，整体可细分为低山丘陵、高平原及河漫滩3 种地貌，该地区土壤肥沃，是当地主要农业生产区。在当前农业绿色化发展背景下，该垦区负责人也积极探究农业节水灌溉方案，在充分结合本地区实际情况及技术发展水平基础上，最终决定采用滚移式喷灌机落实节水灌溉目标。

3 滚移式喷灌设计方案

3.1 基本参数及管道敷设方案

案例农场总面积约为1 400 亩，地块土壤容量及田间持水量分别为1.3 kg/cm3及22%，主要作物及水源分别为玉米作物及地表水。

技术人员在实际开展设计工作时，依据我国现行GB/T 50085—2007《喷灌工程技术规范》设定灌溉保证率为90%，同时设定输水管道水、田间喷洒水系数分别为0.97、0.9，并在此基础上计算得出灌溉水利用系数为0.87。除此以外，技术人员在实际工作中还对地块耗水强度进行筛选，最终得出4 mm/d 结果。

在管道敷设方案设计上，技术人员设计将水源及喷灌单元管网系统进行连接，随后利用输水干管将水源引至需灌溉区域，干管布置主要依托于作物种植垄向垂直方向布置，支管部分则沿陇向进行布置，喷灌机作业过程中会沿陇向移动，完成灌溉作业[2]。

3.2 灌溉方案设计

技术人员在实际工作中针对喷灌作业方案进行设计，具体内容主要涵盖以下几方面。

第一，技术人员利用公式（1）对净灌水定额进行计算。

式中：m净表示净灌水定额值；γ 及h 分别表示计划湿润层土壤干容量及深度；β1及β2分别表示适宜土壤含水量上下限。

第二，技术人员利用公式（2）对灌水周期进行计算。

式中：T 和Ia分别表示灌水周期及耗水强度。

第三，技术人员利用公式（3）对毛灌水定额进行计算。

式中：m毛及η 分别表示设计毛灌水定额及灌溉水利用系数。

在完成相关参数计算后，技术人员得出参数结果见表1。

表1 灌溉方案设计参数

3.3 管道布置方案及水力计算

3.3.1 管道布置方案设计

案例灌溉区总面积约为1 434 亩，为切实保障灌溉作业管理有序性，工作人员将其划分为多个灌溉地块，其灌溉水主要来源于中心水库。为充分落实灌溉制度设计了，确保水源供给充足同时严格依照周期完成灌溉作业，技术人员将管网系统细分为输水干管及输水支管两级，2 者之间采用地埋PE 管进行连接，同时技术人员设计依托于阀门井，利用输水软管连接喷灌机管道及输水支管[3]。在管径设计方面，技术人员决定采用经验公式法进行，具体如下所示

在Q＜120 m3/h 情况下，

在Q＞120 m3/h 情况下，

依托于水力计算结果，可实现调整管径目的，具体管径见表2。

表2 管径设计表

3.3.2 水头损失计算

为切实保障喷灌系统运行可靠性，技术人员需要对管网水力进行计算，其实际工作中设定采用官网系统中最不利喷点作为计算依据开展后续计算工作。

在输水干管水力计算方面，技术人员在实际工作过程中，设定干管局部水头损失为干管沿程水头损失的10%，随后技术人员利用如下公式对沿程水头损失计算[4]。

式中：h干表示水头损失；hf及hj分别表示沿程水头损失及依照水头损失10%的局部水头损失；Q、D、L、f 分别表示流量、管道内径、管道长度及摩阻系数。

在支管水头损失计算方面，技术人员决定依照支管沿程水头损失的10%作为结果，其具体计公式为

式中：h支表示水头损失；hf及hj分别表示沿程水头损失及依照水头损失10%的局部水头损失；Q、D、L、f 分别表示流量、管道内径、管道长度及摩阻系数。

在经过详细计算后，技术人员得出喷灌管网系统水力计算表，见表3。

表3 喷灌管网系统水利计算结果

4 案例节水灌溉技术应用效益

4.1 节水效益分析

案例灌溉区中，技术人员所设计喷灌方案投入使用后，逐渐形成管道输水及滚移式喷灌技术为主的灌溉作业体系，其实际作业过程中依照60 m3/亩定额开展作物喷灌工作。技术人员工作中对节水灌溉方案的节水效益进行分析，最终得出结论，在同等条件下采用畦灌模式灌溉定额为120 m3/亩，由2 种模式对比分析可知，相较于畦灌模式，喷灌模式节水效率达到100%，节水效果极为显著且深层渗漏情况得到有效缓解。

4.2 增产效益分析

案例灌溉区中，节水灌溉方案在提升作物产量方面也呈现出较为显著的成效。技术人员在实际对此方面进行计算过程中依托于1 万亩玉米作物作为增产效益计算依据，其主要计算方式为节水灌溉方案应用后较以往增加的产量及产值，具体公式如下

式中：Δy 表示增产量；y1及y0分别表示节水灌溉平均产量及以往平均产量。由最终计算结果可知，在计算涉及的1 万亩玉米作物种植区中，以往平均产量为650 kg/亩，而喷灌方案应用后平均产量为800 kg/亩，平均增产量达到150 kg/亩。

5 结束语

随着科学技术发展速度不断提升，以喷灌技术为代表的一系列新型技术被广泛应用于灌溉作业之中，各项节水灌溉措施在新技术支持下也得到有效落实。本文所研究案例针对喷灌技术应用方案进行设计，由最终应用成效进行分析可知，其在节水以及增产方面均取得较好成效，同时该方案在控制肥料及农药污染方面也发挥出重要作用，切实推动绿色农业生产目标落实，可以为其他区域提供参考意见。