果园全自动化微喷灌技术

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针对一些地表水和浅层地下水源紧缺，岩溶裂缝水比较丰富，土层深厚，梯田平整的灌区，可采用全自动微喷进行灌溉。有一个灌区，自20世纪初期起发展以苹果为主的果园基地46.7 hm2,灌区内梯田平整，道路规格，地块呈方形；土壤为黏土，土壤质地好，土层深约5 m;树龄7年生，树冠直径2.5 m，行距平均为4.0 m，垂直于等高线种植，果树管理良好。20世纪90年代初打岩石深井2眼，出水量分别为32 m3/h和50 m3/h;建容积850 m3的大型蓄水池1座，容积80 m3的小型蓄水池10座;埋设了150 mm高压混凝土输水管1 250 m，PVC双壁波纹塑料管1 880 m。水源可靠，水质良好。由于输水距离远，且地形复杂，大部分为逆坡，提水费用高，灌水周期长，水的利用率低，果树不能适时适量灌溉，产量低而不稳，每1 hm2产量仅12 000 kg。特别是采用大水漫灌，灌溉定额高达1 200 m3／hm2，损失严重。为此，兴建了全园全自动化微喷灌工程，节水、节能，增效明显，现介绍如下。

1 工程规划

1.1 轮灌区规划

灌区面积为46.7 hm2，根据果树需水情况及单井出水量，采用轮灌工作制度，平均每个轮灌区控制面积1.7 hm2，见图1。为确保果树适时灌溉，该微喷灌区采用双重供水方式，即有电时采用全自动化微喷，由深井提供水源；停电时采用青石山自压微喷，由蓄水池提供水源。

1.2 管网系统布置

管网布置见图2，具体分布方式如下：

1）主干管布置。主干管连接已建深井、蓄水池，主干管为南北走向布置。

2) 分干管布置。由分干管直接向各轮灌区供水，分干管垂直于等高线，南北走向布置，双向供水。

3) 支管布置。支管垂直于分干管，沿等高线方向东西布置，单向供水。

4）毛管布置。根据灌区地形情况，毛管分两种布置方式：一是每隔1行树布置1条毛管，垂直于等高线南北方向布置，平均间距为9.0 m，长28~30 m，双向供水，可控制18~22个微喷头；二是每行布置1条毛管，垂直于等高线南北方向布置，平均间距为4.5 m，长65~70 m，单向供水，可控制18~22个微喷头。

5）微喷头布置。每两棵树中间布置1个微喷头，平均间距3.5 m，用长3.0 m、4 mm的塑料管与毛管相接，并用插杆将喷头固定在树下，见图3。

1.3 微喷头与附属设备

微喷头采用水利部农田灌溉研究所最新研制的单向、折射、喷雾式微喷头，工作压力为98 kPa时的流量为50 L／h，射程1.25 m，雾化指标为500，湿润面积4.66 m2。在水泵出口处安装逆止阀、安全阀，在干管分水口前安装过滤器、电动闸阀、压力表、水表，分干管、支管最高位置及拐角处安装进排气阀，分干管末端安装排水阀。

2 管径选择与管道、过滤器安装

2.1 经济管径的选择与管道的安装

田间管网按照干、支、毛、微的顺序逐级安装。主干管采用1992年铺设的钢筋混凝土管道。分干管首端选用110 mm波纹塑料管，采用子母口对接形式连接，末端选用80 mmPE软管。支管选用50 mm、40 mm PE软管，均采用喷灯热扩口涂胶，按承接工艺进行连接。毛管选用20 mm、15 mm软管，利用打孔器打孔，采用旁通、管卡与支管连接，每条长28～64 m，控制16～18棵果树。微管选用4 mm PE软管，利用打孔器打孔，采用承插接头与毛管连接。

灌区冬季多年平均温度-5 ℃～7 ℃，冻土层深约25 cm，为防止管道冻裂以及耕作时不被破坏，管道埋深均在50 cm以下。

2.2 过滤器安装

为提高对水的净化程度，防止微喷头堵塞，在分干管进口处安装由双层120目塑料涤纶沙网组成的过滤器，为确保及时排出污物，在过滤器的进口与出口处各安装1块1 MPa压力表，当两表压力差较大时，应通过排污管及时排污，净水可从滤网外层直接进入分干管，为准确掌握水量，在过滤器进口处压力表前安装水表。

3 全自动微喷灌系统原理

本设计要求全自动化灌水系统能够自动测量果园土壤湿度、土壤温度和株间空气湿度3项灌水指标，并自动采集、传送给计算机，按需水要求进行分析，做出灌水决策，自动控制灌水全过程，并将执行情况反馈至总控室。整个全自动化灌水系统控制网络分为3级：

1) 在灌区内每个轮灌区中选择一个果树品种、长势、土壤种类、接受阳光照射等方面都具有代表性的检测点，于检测点处安装1套由传感器负压计、电接点温度计、湿敏电阻组成的能够自动测量土壤湿度、土壤温度及空气湿度的自动测量设备。

2) 主控机(微机)对自动测量设备所测的3项控制指标进行采集、分析，当3项指标同时满足果树需灌条件时，主控机将以此为据向田间各子控站发出控制命令，同时自动连续地检测各田间子控站的实际工作情况，并通过屏幕进行显示。

3) 田间子控站接收并记忆主控机发出的命令、控制设备(电动闸阀及水泵)的运行状态，并将设备的实际工作情况以信息的形式输送给主控机，进行屏幕显示。

4 效益分析

4.1 灌水均匀度测定

为了测定支管小区的灌水均匀度，我们在区内布置了9个测试点，测试点布置见图4。

通过对典型支管的田间测试，得出灌水均匀度和水源有效利用率均在95 ％以上。灌溉定额为210 m3／hm2，湿润深度可达0.8 m。

4.2 节水、节能效益

与大水漫灌相比，全自动微喷灌系统节水、节能率在80 ％以上，费用降低90 ％，节省土地2 ％（表1）。

加之，微喷灌还能够增加株间湿度，调节温度，增产、增收效益显著，增产率可提高40 ％以上。该工程总投资88.13万元，年增效益达55.44万元，工程年费用总值为14.05万元，按动态法分析，益本比为2.63，3.16 a(年)即可收回全部投资。

（收稿日期：2007-12-06）