高效節水灌溉在山西果樹園區的應用

朱毅民

（山西省水利水電科學研究院，山西太原030002）

山西省農業科學院果樹研究所是山西省唯一的一個公益果樹研究機構，其地處晉中盆地太谷縣和祁縣交界處，是全國土地面積最大的果樹科研機構。該所占地448.3 hm2，擁有的果園面積為333.3 hm2，是山西省乃至全國集中連片規模最大的果樹栽培區。但長期以來，由于科研經費有限，果園內灌溉設施落后，仍沿用20世紀70年代建成的灌溉渠系，這些工程設施和設備已經年久失修，機井灌溉配套設施老化，管理分散，渠系跑、冒、滴、蒸發現象嚴重，無法滿足果樹正常的灌水需求，水資源缺乏，浪費嚴重。因此，該所在2007年自籌資金建成節水園區3.3 hm2，經初步統計，采用涌泉灌溉與大水漫灌相比，3.3 hm2每年可節水1.5萬m3，節水費用達1.3萬元，效果非常顯著。因此，進一步擴大果樹高效節水灌溉建設規模十分必要。

雖然該所承擔著全國的果樹科研與示范推廣任務，但果園水利配套設施嚴重滯后，已成為果樹科研創新和示范推廣的“瓶頸”。因此，提出建設果樹高效節水灌溉示范、創造果樹科研創新與推廣示范園區迫在眉睫。依據水源類型與現有機井用水量進行平衡分析，采取遠期與近期2套方案。遠期依托大水網工程建設規劃東山供水工程子洪支線輸水到項目區，新建輸水管道9 024 m，作為遠期規劃水源，可以使項目區的用水得到保證，減少地下水的開采，涵養地下水源，并作為特大干旱時應急的第2水源；近期依托當地水源，將區內16眼機井（其中，有3眼即將報廢）加以更新改造，并計劃沿東峪河和觀音河影響區域新打機井6眼，將19眼機井就近串聯，同時新建與修復調節池6個，形成近期的水源，布設供水管網，統一調度，合理安排，高效利用，可基本滿足近期灌溉用水。

1 技術選型

1.1 主管道工程設計

目前，用于輸水的管道主要有鋼管、球墨鑄鐵管、UPVC管、HDPE管和夾砂玻璃鋼管，經過比較論證，項目區內地形復雜，最高點和最低點的高差超過80 m，主管路由南向北布置在高程較高地段，支管路也布置在每個地塊的高處，以保證園區自流灌溉方式。根據項目區的實際情況，主管道上共留有18個出水口。管材選擇應考慮各方面因素，在主管道前段的復雜地段和管徑比較大的地段選用鋼管，在末端的平原地區選用UPVC管[1]。

1.2 灌溉方式選取

噴灌就是采用射程較大的噴頭進行噴灑灌溉。噴頭的選擇由于考慮到項目區風速較大，果樹需要的噴灌強度又不大，故選用阻尼防風旋轉噴頭。在果園中安裝噴灌，除具有灌溉效果外，還可以避免“倒春寒”和晚霜帶來的侵害。

滴灌就是采用滴灌管進行灌溉。該園區中滴灌主要用于葡萄灌溉，在每行葡萄下面布設2條滴灌管，根據葡萄樹的大小決定滴灌管的布置位置。按照葡萄毛細根的分布來布置滴灌管，可滿足葡萄對水、肥的需求，也可節省水、肥用量。

環繞式滴灌就是采用壓力補償式滴頭進行灌溉。在每棵果樹下方布置6個出水量為4 L/h的壓力補償式滴頭，安裝在Φ16的PE管路上，根據樹冠大小確定PE管環繞的半徑。這種灌溉方式能夠根據果樹對水和肥料的需求，在果樹樹冠下方的毛細根處進行灌溉，既能滿足果樹對水、肥的需求，又可節省水、肥用量。

高掛微噴就是采用小射程的微噴頭進行灌溉。在果樹上方安裝倒掛噴頭，主要用來對果樹進行加濕和噴灑葉面肥，同時還可以有效避免“倒春寒”和晚霜帶來的侵害。

樹下微灌就是采用小射程的微灌噴頭進行灌溉，即在2棵樹的中間布設1個微噴頭，噴灑半徑為1 m。這種樹下微噴灌溉可以滿足果樹灌溉的需求，還可以避免土壤板結，營造良好的田間小氣候，創造夜露效果，增加晝夜溫差，提高果品質量。

涌泉灌俗稱小管出流，就是采用大流量穩流器進行灌溉。根據項目區的情況，為了不妨礙田間作業，將穩流器掛在空中，用Φ4毛管將水引到果樹根系附近的地面。這樣既能滿足灌溉的需求，也不影響田間的機械作業[2-3]。

1.3 施肥裝置

文丘里施肥裝置主要用于面積較大和施肥均勻度要求較高的地方，利用進出口處的壓差原理，將肥料吸入滴灌管道，因此，必須人為制造壓差，利用關小閥門流道制造水頭損失，以維持固定的壓差值，當壓差值恒定時，注入的肥料（或農藥）流量就穩定。也可在其上安裝流量計，以便監控注入流量。

水動注肥泵主要用于需要精確施肥的地方。注肥器安裝在供水管道上，不用電驅動，以水壓作動力，設備安裝后，不需要專門看管，不管水流的流量和壓力發生什么變化，溶液的劑量總是嚴格地與進入設備的水量成比例。

施肥機主要用于大型園區的生產和示范園區的展示，它可以采取串聯和并聯2種方式安裝在管路上，將溶解的肥料液注入到罐中與清水充分混合，形成穩定、均勻的營養液，通過系統輔助泵將營養液提供給作物。施肥機可以存儲多個施肥程序，根據不同作物進行不同的肥料配比，做到精確施肥；施肥機隨機還配有PC和pH檢測設備，根據不同的肥料配比，實時調整不同肥料的吸入量[4]。

1.4 自控系統

自控系統采用中央控制，由中央控制器、田間控制器、氣象站、各種傳感器和電磁閥等組成。中央控制器和田間控制器之間采用無線連接，帶有解碼器的田間控制器和電磁閥、各種傳感器之間采用有線連接；田間控制器采用太陽能板供電。該自控系統既可以采用中央控制器控制，也可以采用無線電遙控器控制，還可以在田間控制器上進行控制，同時還可以通過網站進行控制。

自動反沖洗過濾器設計對于核心展示區和示范區中的首部系統采用離心式水砂分離器和疊片過濾器組合，以便更好地除去水中雜質，防止灌溉系統堵塞。該自動反沖洗過濾器，可以根據壓差和時間自動進行反沖洗，節水性強，維護耗費低，過濾性可靠，有效性強[5]。

2 結語

采用以上技術將使果樹示范區的果樹灌溉狀況得到徹底改善，擴大了灌溉面積，縮短了灌水周期，增加了灌水次數，提高了水的利用效率和水分生產率，從而達到節水、節地、省工、省時與增產、增效的效果。根據山西省農科院果樹研究所初步估計，每年可節約灌溉用水45萬m3，達30%以上；節約施肥3萬kg，高達40%～50%；每公頃地可節省用工2個工月，增產2 250 kg，增產達10%～20%。本項目實施后，年可節省提水用電費21萬元，節約肥料費22.5萬元，新增果品綜合生產能力200萬kg。

本工程實施后，將有力地促進當地用水觀念的轉變，促進包括多種節水灌溉模式在內的一系列節水技術的推廣應用，從工程建設模式到工程管理模式等方面必將對山西省節水園區的建設起到示范作用，并將輻射帶動周邊地區節水灌溉事業，以此推動山西省農業節水灌溉事業的發展。

本項目集工程建設、示范推廣、科學研究于一體，是以建設優質、穩產、高效農業為目標，以專業科研隊伍為技術支撐，以先進的工程節水措施、農藝節水措施和管理節水措施相配套的綜合科技推廣項目。項目建成后，果樹園區應成立建后管護機構，建立健全各項運行管護規章制度，明確管理人員的崗位責任制，認真落實水表管理維護和計量收費制度，定期對管理職工和技術人員進行節水灌溉、農藝栽培、水肥耦合、管理節水等方面的技術培訓與指導，開展多種形式的節水宣傳，提高全民節水意識，全面提高水分及養分利用效率，充分發揮工程效益。

［1］安源.農田管道灌溉技術介紹及設計要點[J].水利科技與經濟，2012（3）：81-82.

［2］王偉，王美娥.當前節水灌溉形式及主要技術措施[J].河北農業科學，2011，15（2）：74-76.

［3］司徒立友，景卓琳，夏亦芹，等.薄露灌溉技術的試驗示范推廣作用[J].內蒙古農業科技，2005（7）：382-383.

［4］鄭維平.海原縣不同生態類型區作物施肥技術方案[J].寧夏農林科技，2012（4）：12-13，22.

［5］葛蕓萍，崔秋云.灌溉自動控制在節水工程中的應用[J].黃河水利職業技術學院學報，2012，24（1）：10-12.