核桃膜下滴灌技术效益分析

核桃膜下滴灌技术效益分析

 

     

 

[摘要] 介绍了吕梁市离石区宇峰农林牧渔专业合作社核桃膜下滴灌工程项目的基本情况，通过对核桃膜下滴灌技术在合作社承包农田的效益分析，指出膜下滴灌技术具有节水、省工、高效等特点，说明核桃膜下滴灌技术适合在离石区推广。

1合作社概况

吕梁市离石区宇峰农林牧渔专业合作社滴灌工程， 位于吕梁市离石区枣林乡陶家庄行政村冯家山自然村，距市区17 km，项目区水泥硬化路面4.6 km，总治理面积166.67 hm²。

合作社组建于2010年，2012年挂牌成立，是一个集农作物、蔬菜、核桃种植和牧业、渔业综合发展的专业合作社，合作社现有核桃林106.67 hm²，会员50户，75人。合作社成立以来，严格奉行了“科学、节约、高效”的管理模式发展各项产业，2010年发展核桃精品园60 hm²，2011年冬春核桃园46.67 hm²。均按照“标准化、品种化、规模化、科学化”的理念采用了“打大坑、熟土肥料土回填，品种化、标准化苗木选育，科学化、严格化苗木栽植”的办法，主栽品种为礼品2号，株行距为3 m×5 m，平均投资28 050元/ hm²，共计投资224.4万元。标准化、品种化、规模化的栽植已成为全区的典型。2013年被评为离石区示范合作社。

2存在的主要问题

由于灌溉设施不完善，农田水利工程设施薄弱，农民灌溉成本高且非常不方便。同时，水资源严重短缺和低效的传统灌溉方式，浪费了有限的水资源。

实行膜下滴灌节水型灌溉技术，可有效提高灌溉保证率，改善农田灌溉状况，提高核桃的产量和品质，有利于产业结构调整和生态环境的改善，促进农民增产、增收。

3 工程总体方案和布局

主要以抽取泉水为项目区水源，通过现有的机井、水泵和输水管道，提水到项目区现有3个蓄水池内，总输水流量为280 m³/h。各蓄水池流量可采用调节控制阀门调整入池流量，以满足控制面积范围内的用水量要求。

根据水源条件，结合项目区地形，分3个灌水小区（单元），每个蓄水池与控制片区形成一个滴灌系统。蓄水池均位于各灌水小区的最高处，通过各输水干管和配水支管将压力水输送至毛管，实施重力滴灌。其中1号水池控制面积65.73 hm²，2号水池控制面积25.33 hm²，3号水池控制面积15.66 hm²，合计106.72 hm²。

项目区目前有雨水集蓄工程1处，已建有400 m³蓄水池1座，50～100 m³蓄水池5座。现有蓄水池可并入输水管网，以提高供水保证率。

4 规划设计

项目区地形复杂，地块破碎，水源（蓄水池）分散。因此以各个蓄水池控制单元作典型设计。

4.1规划设计参数

灌溉设计保证率85%、设计土壤湿润比20%、灌溉水利用系数0.9、灌水均匀度95%。

4.2灌水定额

灌水定额按以下公式计算：

按m_max=0.001γ·z·p ·(θ_max－θ_min)

式中：m_max—最大净灌水定额，mm；

  γ—土壤容重，mm，取1.43g/cm³；

   z—土壤计划湿润土层深度，cm，取50cm；

   p—设计土壤湿润比，%，根据项目区附近现有工程，取20；

  θ_max——适宜土壤含水率上限重量百分比，%，取28.5；

 θ_min——适宜土壤含水率下限重量百分比，%，取19.5。

经计算，最大净灌水定额为12.87mm,灌水定额约为129 m³/hm²。

4.3灌水器选择

当地核桃栽植采用3 m×4 m的株行距，滴头设计工作压力为0.1～0.4 MPa，单滴头设计流量为6.0 L/h，每棵树下安装2个滴头，滴头间距1 m。滴灌管沿每条种植行铺设，每行铺设一条滴灌管，滴灌管设计外径16 mm，设计壁厚1.0 mm。经计算，选用型号DKB-6-(100-400)灌水器。

4.4毛管布置方式

灌水作物为核桃树，采用1行作物布置1条滴灌管的布置方式。作物行距4 m，株距3 m，滴灌管根据作物种植方向也可弧形布置。

4.5一次灌水延续时间

一次灌水延续时间按下列公式计算：

t=（ms_e s_L）／（q_dη），

式中： t—一次灌水延续时间，h；

       m—设计灌水定额，mm；

       s_e—滴孔间距，m；

       s_L—毛管间距，m；

       q—滴头总流量， L/h；

       η—灌溉水利用系数，取0.9。

经计算，灌水延续时间14.3 h。

4.6管网布置

滴灌系统设三级管道，干管、支管和毛管。干管基本沿路布置，支管垂直于等高线布置在地块一侧，毛管根据地块实际情况布置在支管的一侧或两侧。其中，干管根据地形条件明设或埋设，支管与毛管在地表铺设。

4.7轮灌组划分

确定最大轮灌区数目按确定，本项目区划分为15个轮灌组。

4.8、管道水力计算

4.8.1毛管水力计算

毛管设计进口压力为10 m，毛管铺设长度根据实际情况为15～120 m。毛管为滴灌管，滴灌管上布置压力补偿式滴头，其水头损失按以下公式计算： 

计算

式中：——管道的水头损失，m；

f ——摩阻系数，8.4×10⁴；

Q_g ——管道流量，m³/h；

D ——管道内径，mm；

L ——管道长度，m；

m ——流量指数，取1.75；

b ——管径指数，取4.75；

F ——多口系数。

4.8.2支管水力计算

支管为与毛管相连的次一级管道。支管根据各自的控制面积内毛管条数确定设计流量，利用经济流速确定管径。

PE管水头损失按下列公式计算：

式中：h_f——干管沿程水头损失，m；

f——摩阻系数，8.4×10⁴；

L——管长，m；

Q——流量，m³/h；

d——管道内径，mm；

m——流量指数，取1.75；

b——管径指数，取4.75。

钢管、铸铁管水头损失按下列公式计算：

当ν＜1.2m/s时， i=0.000912v ²(1+0.867/v)^0.3/d ^1.3

当ν≥1.2m/s时， i=0.00107v²/d ^1.3

式中 ：i—钢管、铸铁管水头损失，m；

v—管内流速，m/s；

   d—管道内径，mm；

 局部水头损失按沿程水头损失的10%考虑。

4.8.3干管水力计算

在干管设计中，根据各轮灌区的流量确定干管的总流量，干管流量应为该轮灌组分干管以下各支管流量之和。

干管的水头损失由管道的沿程水头损失和局部水头损失组成，局部水头损失按沿程水头损失的10%取值设计。

根据计算结果，大部分管道压力能满足滴灌压力要求，少数不能满足的可以控制其高程以下的部分区域，压力不足的可以预留出水口，并设置控制闸阀，以方便取水。静水压力大于40 m的管道进水口应设置减压阀。

4.9系统首部设计

灌溉系统的水质过滤、水量控制、肥料注入等通常在首部进行。

灌溉首部增压装置。本次利用高位蓄水池的自然水头实施重力滴灌，不需配备增压装置。

过滤系统。水源为井水，水质良好，考虑到有机物、粉尘等可能会堵塞滴头，过滤器系统采用网式过滤器，根据样本提供数据，经计算过滤器需安装在水位以下5 m。

施肥系统。施肥系统采用压差式施肥罐，容积50 L，型号SFG-50。

水源工程改造，本次更新原提水站机泵2台。

管理房。为维护管理方便，首部新建管理房2座，砖混结构,位于2号蓄水池和3号蓄水池旁。

附属建筑物设计。管道附属设施根据管线走向、地形特点等，沿线主要布设排气阀井、分水阀井、镇墩等附属建筑物。

5效益分析

5.1增产

项目效益计算采用有无对比法进行。工程实施后可大大提高作物灌溉保证率，促进作物增产，单位增产1500 kg/hm²，106.67 hm²核桃可增产16万kg，增值320万元。水利灌溉效益分摊系数按0.4计算，则年效益为128万元。

5.2节水

输水管网化，有效杜绝渠道灌溉的深层渗漏和蒸发损失。地膜下土壤中的水分蒸发减少80%以上，比地面灌省水40%～50%，是当今世界上田间灌溉最节水的灌溉技术。滴灌无地表径流，湿润宽度、深度一致，无渗漏。由全面灌溉，变成局部灌溉，用水量明显减少。

5.3提高肥料利用率

绿色植物生长需要的无机盐只有溶解于水才能被运输和利用。滴灌能均匀地将水溶性肥料、农药随水施入作物根系生长区，利于作物吸收，不残留，不产生肥料流失、蒸发等，使氮肥利用率由34%提高到53%，大幅提高肥料利用率。

5.4减少机械作业费用

减少了播前灌溉开沟、修毛渠、平地作业，减少了中耕、追肥、打药等机械作业次数，农机作业费节省20%左右，同时降低机械对苗得损伤。

5.5土地利用率大大提高

膜下滴灌省去了农渠、毛渠和埂子，增加了实际播种面积，使土地利用率比常规灌溉提高5%～7%左右。

5.6降低劳动强度

膜下滴灌减少了铲地除草投工，又可自动控制灌水，大大降低了田间灌水的劳动量和劳动强度。用地面管灌1 hm²至少需要1个人作业13 h，而采用膜下滴灌单位面积需要1个人作业3～4 h，而且不受地势高低影响，操作简单，省工省力，劳动率至少提高2～3倍。

5.7提高作物品质、产量

膜下滴灌灌溉均匀，水肥供给适时、适量，避免病害的传播，有利于作物均衡生长，提高作物品质。

5.8有效防止土壤盐渍化

 膜下滴灌使滴水和提墒形成的湿润锋外围形成积盐区，湿润锋内形成脱盐区，使耕作层盐分逐年减少，抑制次生盐碱化，是改良和开发盐碱地的有效新技术。常规灌的棵间蒸发量大，使地下盐分上行，造成耕作层盐分增加，产生次生盐渍化，不利作物生长。

6 结语

综上所述，膜下滴灌除具有显著的经济效益外，还可产生一定的生态效与社会效益，特别适合在离石区区推广使用。