果树水肥一体化集成管理系统的设计应用

丛 崇(西丰县农业农村局特色产业办，辽宁 112400)

大台山果树农场系辽宁省葫芦岛市直属国有大二型农垦企业。农场建成樱桃示范大棚12座，采用新式“柱形”种植樱桃12400株；油蟠桃示范大棚4座，采用新式“Y形”种植油蟠桃2400株；草莓示范大棚2座，采用“立体式”栽培草莓50000株，面积约75亩。园区大部分产业基地位于丘陵山区，基础设施条件较差，部分基地缺水较重，为解决水资源缺乏和降低管护成本，引进并推广水肥一体化集成管理系统。

水肥一体化集成管理系统是针对大棚基地种植情况和结合基地水文情况以及水利基础设施做的设计。项目设计面积约75亩大棚，分樱桃和桃2个树种，建立自动化控制的水肥一体化灌溉系统。

1 首部系统

根据基地情况结合生产管理需要，75亩大棚基地建设1个首部系统。首部系统由以下几部分组成：恒压变频控制系统、自动反冲洗过滤系统、自动化施肥和控制系统。

首部系统

(1)恒压变频控制系统。轮灌区大小不同，造成系统工作所需压力及流量不一。为了确保开启关闭任何一个灌区，系统工作压力始终保持在正常工作范围内，流量保持稳定，加压控制系统选用恒压变频控制系统，以确保系统正常运行。为了更好地保护相关首部和延长系统使用寿命，需建设可以放置首部设备的泵房(6米×5米)。

恒压变频供水设备主要由1台不锈钢多级离心水泵、1台变频控制柜及相关设备组成，在设计的范围内可根据灌区所需压力自动调节所需管道压力。它具有以下优点：①体积小，占地少，安装方便；②高效节能，三重强制叠压，耗电少，运行费低；③超强保护，故障自动显示，报警；④长寿命，运行效率高，可提高水泵寿命3倍以上。

变频控制柜

(2)自动反冲洗过滤系统。为确保系统正常运行，防止灌溉系统堵塞，延长灌溉系统使用寿命，根据基地水源情况，过滤系统采用叠片自动反冲洗过滤器。叠片自动反冲洗过滤系统为3寸3单元自动反冲洗碟片过滤器组合。叠片过滤器(120目)是一种利用叠片滤网直接拦截水中的杂质，以净化水质及保护系统其他设备正常工作的必备精密设备。产品特点：①设计结构简单；②反冲洗时间短，流量压力损失小；③高精度过滤，出水水质稳定；④使用寿命长；⑤可适用于不同原水水质和用水要求；⑥易损件少，无耗材，运行费用低，操作管理简单。

叠片自动反冲洗过滤器

(3)自动化施肥和控制系统。注入式自动施肥机设计。施肥机的作用是将高浓度母液与灌溉水，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，兑成作物需要的肥水，通过田间管网和滴头，均匀、定时、定量地供给作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量。要将水和肥均匀地按照比例混合，以达到不同作物对不同肥料浓度的需求则需要配置全自动施肥机。FARMNET设计独特的注入式精量施肥机(Fismart-PA)允许将水溶性肥料加入到灌溉用水中，可以轻松快捷地改变施肥配比，使作物可以在正确的时间内，摄入正确的营养物质，适用于全球种植者，无论温室或田间。

Fismart-PA旁路式施肥机

2 田间输水管网

根据设计，所有灌区流量不会超过80米3，主管流量不会超过80米3，经过调压系统工作压力不会超过1.0兆帕，故经相关流量和管道损失计算得出结论，田间最大主管道使用(1.0兆帕)的直径110毫米的PVC给水管，支管选用(1.0兆帕)的直径50～110毫米的华亚PVC给水管，系统所有的主管道都进行地埋铺设，避免出现冻裂和爆管，同时便于日后管道的维护管用。

PVC管材

灌水器。为保证灌溉施肥的均匀性，使水分均匀快速地灌溉到作物根部，根据当地气候情况、土壤质地(较沙)及大棚种植规格和种植方式，最终选择外径16毫米、壁厚0.38毫米、间距30厘米、流量1.6升/小时的以色列滴灌带作为灌水器。同时为了避免出现滴水点少、灌溉分布少而影响果树根系生长发育的情况，每行果树铺设双行滴灌带，这样的好处是既可以确保灌溉的均匀性，还可以解决灌溉点过于集中和分布点过少的问题。

滴灌使用效果

3 系统田间控制和保护设备

为了更好地控制和保护管道系统，整个系统安装了双线灌溉控制器和电磁阀，从而实现远程灌溉控制，而保护设备有：变频设备、进排气阀、压力表等。

无线灌溉控制器和电磁阀阀门组合的田间运用

4 工程设计方案

本设计方案遵循以下中华人民共和国行业标准：《节水灌溉技术规范》SL 207—1998，《微灌工程技术规范》SL 103—1995，《农田灌溉水质标准》GB 5084—1992。根据以上标准以及国内外微灌技术发展积累的多年经验，结合本基地的实际情况，各技术参数定为如下值：微灌土壤湿润比25%，微灌水利用系数0.90，设计灌水均匀度≥90%，设计湿润深度≥0.4米，设计日供水强度5毫米，设计轮灌周期1天。

(1)滴灌工程系统动力类型。选择水泵增压式滴灌系统，电压要求380伏，首部泵房需配备30千瓦。

(2)设计使用寿命。系统主要设备及输水干管、支管10年以上，毛管及灌水器6～8年。

(3)需水量的计算。根据作物的种植计划情况，灌溉面积A=5公顷，设计耗水强度Ia=5毫米，灌溉水利用系数η=0.90，代入公式V=10IaA/η，计算满足该区灌溉的需水量V(单位：米3)，得V=278米3。

蓄水池配备：根据灌溉需求及系统设计需要计算得出，系统覆盖灌溉范围最干旱所需灌溉水量约为680米3，根据基地实际情况目前只有井水和水库作为灌溉水源。

(4)灌溉小区设置。基地划分5个轮灌区。

(5)系统首部配置选型方案。故根据管道压力损失和相关计算确定水泵选择扬程为50米，流量为100米3的立式管道离心泵。特点：设1个首部，加压首部配备1台立式管道离心泵，1套自动化变频控制系统，1套自动反冲洗过滤器过滤系统，1套自动化施肥系统。设计轮灌周期：1天(以每天工作10小时计算)；设计小区灌溉时间：2小时(以满足最干旱设计)。

(6)泵房和蓄水池。利用已建成泵房。