竇超銀　李趨　陳偉等

摘要：微噴帶的灌溉方式直接影響了微噴帶灌溉工程的投入和效益的發(fā)揮，在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)微噴帶移動(dòng)式（PI）、半固定式（SFI）和固定式（FI）等灌溉方式的使用方法和適用條件進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：PI方式操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度大，適用于小面積微噴帶灌溉；FI方式管網(wǎng)成本高，但便于管理，適用于大面積節(jié)水灌溉工程；SFI方式系統(tǒng)投入和勞動(dòng)強(qiáng)度介于PI方式和FI方式之間，適用于中等面積地塊的灌溉。PI和SFI通過(guò)增大單條微噴帶的灌溉面積，降低了微噴帶平均投入，而FI主要通過(guò)增加微噴帶使用年限降低設(shè)備投入。

關(guān)鍵詞：灌溉方式；節(jié)水灌溉；經(jīng)濟(jì)性；運(yùn)行管理；微噴帶

中圖分類號(hào)： S275.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0507-03

收稿日期：2014-11-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2014BAD12B04）。

作者簡(jiǎn)介：竇超銀（1982—），男，江蘇如皋人，博士，工程師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：chydou@163.com。微噴帶灌溉是在噴灌和滴灌的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型灌溉方式，它利用微噴帶將水均勻地噴灑在田間，灌溉流量大，灌水周期短[1]，所用設(shè)施操作簡(jiǎn)單，易于收放，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[2-3]，為農(nóng)戶普遍接受。近年來(lái)在節(jié)水灌溉工程中得到一定的發(fā)展，尤其在遼寧地區(qū)，一般以補(bǔ)充灌溉為主，且灌溉多集中在春旱易發(fā)的作物苗期。噴灌滴灌等先進(jìn)灌溉設(shè)備投入高，使用率低，應(yīng)用效果低于預(yù)期效果，因而在一些地區(qū)“節(jié)水增糧”行動(dòng)工程中，嘗試建設(shè)使用了更為農(nóng)民認(rèn)可的微噴帶節(jié)水灌溉工程。但是，目前微噴帶灌溉的田間應(yīng)用表明，由于缺乏田間應(yīng)用方式的相關(guān)研究，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，微噴帶灌溉普遍采用滴灌灌溉的用法，只是將微噴帶代替滴灌帶作為毛管鋪設(shè)田間，這使得微噴帶灌溉平均投入較高，影響了農(nóng)戶自發(fā)應(yīng)用的積極性。因此，本研究在結(jié)合多年微噴帶工程應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)微噴帶灌溉的田間灌溉方式及其適用條件開展研究，從而為微噴帶灌溉技術(shù)的合理應(yīng)用提供參考。

1微噴帶灌溉技術(shù)

微噴帶灌溉系統(tǒng)由水源與取水工程部分，輸、配水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間微噴帶3部分組成。灌溉時(shí)，灌溉水在一定的工作壓力下通過(guò)微噴帶上規(guī)則分布的出水孔噴出，對(duì)作物進(jìn)行灌溉。出水孔噴出的水流在空氣阻力、水的相互撞擊力、重力和表面張力等作用下，經(jīng)過(guò)細(xì)流、碎裂、分散霧化3個(gè)過(guò)程后形成水滴，降落在地面和作物上[4]，形成以微噴帶為中心、微噴帶鋪設(shè)長(zhǎng)度為長(zhǎng)、噴灑幅寬為寬的濕潤(rùn)帶[5]。

常用直徑32 mm微噴帶流量達(dá)到8 m3/h，單側(cè)噴幅4 m，幅寬8 m，鋪設(shè)長(zhǎng)度≤100 m，工作壓力0.15 MPa。在工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，單條微噴帶控制灌溉面積一般為0.067 hm2，目前市場(chǎng)上直徑32 mm微噴帶價(jià)格在300～350元/卷（100 m），即當(dāng)和滴灌采用相同的管網(wǎng)布置和使用方式時(shí)，微噴帶灌溉的田間毛管平均投入高出滴灌帶1倍。

2微噴帶灌溉方式

田間毛管的投入是直接影響農(nóng)戶選擇灌溉方式的主要原因，在微噴帶灌溉系統(tǒng)中，田間毛管即微噴帶。工程實(shí)踐表明，通過(guò)移動(dòng)使用微噴帶增加單條微噴帶灌溉面積和通過(guò)固定微噴帶增加使用年限是降低微噴帶使用成本的有效措施。為此，在微噴帶使用過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)管路和微噴帶的可移動(dòng)性形成了移動(dòng)式、半固定式和固定式3種微噴帶灌溉方式。

2.1微噴帶移動(dòng)式灌溉

微噴帶移動(dòng)式灌溉（PI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、軟管、控制閥門和微噴帶構(gòu)成。除水源外，管道及分水設(shè)備都可移動(dòng)，機(jī)泵有的固定，有的也可移動(dòng)；在緊急抗旱時(shí)，可將移動(dòng)水車作為移動(dòng)水源。PI連接方式如圖1所示，軟管和控制閥門作為一個(gè)整體使用，灌溉時(shí)通過(guò)微噴帶快接直接與微噴帶相連，打開閥門，啟動(dòng)機(jī)泵即可進(jìn)行灌溉，灌溉完畢后，關(guān)閉機(jī)泵，拆卸快接，將控制閥門與下一條微噴帶連接，重復(fù)灌溉過(guò)程，第二條微噴帶灌溉時(shí)，移動(dòng)第一條微噴帶放置下一處。PI一般以單條微噴帶為灌溉單元，進(jìn)行單獨(dú)灌溉，田間配置2條或2條以上微噴帶；在應(yīng)用過(guò)程中，為了減少機(jī)泵的頻繁啟閉，部分用戶對(duì)軟管進(jìn)行改進(jìn)，在軟管上通過(guò)三通分出2個(gè)帶有一段軟管的控制閥門，同時(shí)連接2條微噴帶，當(dāng)1條微噴帶灌溉結(jié)束時(shí)，打開另一個(gè)閥門，關(guān)閉第一個(gè)閥門。

PI方式簡(jiǎn)便易行，由于1次1條微噴帶灌溉，微噴帶使用量少；流量約8 m3/h，一般選用直徑50 mm軟管作為輸水管即可，也有農(nóng)戶用消防軟帶，設(shè)備投資低；但是由于灌溉單元面積小，運(yùn)行時(shí)管件拆卸安裝工作量大，在移動(dòng)輸水軟管和使用過(guò)的微噴帶時(shí)需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度；另外，設(shè)備經(jīng)過(guò)反復(fù)移動(dòng)和安拆易破損，使用壽命縮短，因此，PI主要適用于近水源小面積地塊的灌溉，尤其適用于一家一戶土地分散經(jīng)營(yíng)模式下以家庭為單元的灌溉；而PI系統(tǒng)的靈活性和實(shí)用性也可將微噴帶灌溉在緊急抗旱進(jìn)行應(yīng)用。

2.2微噴帶半固定式灌溉

微噴帶半固定式灌溉（SFI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、地埋管網(wǎng)、出水裝置、軟管、控制閥門和微噴帶等構(gòu)成，即管道系統(tǒng)一部分固定，另一部分移動(dòng)。SFI連接如圖2所示，由軟管一端連接出水栓，另一端固定1個(gè)控制球閥，灌溉時(shí)操作步驟和PI基本相同。在應(yīng)用過(guò)程中，為了減少機(jī)泵的頻繁啟閉，使操作更為便捷，同時(shí)增大一次灌溉面積，減少輪灌組數(shù)，則充分利用田間出水裝置，多條微噴帶同時(shí)灌溉。出水栓兩側(cè)均通過(guò)軟管和微噴帶連接，2條微噴帶同時(shí)灌溉；在另一出水栓上以同樣方式連接2條微噴帶，一組灌溉結(jié)束開始另一組灌溉，關(guān)閉并移動(dòng)第一組微噴帶做好新輪灌組的準(zhǔn)備工作。如果單井控制面積較大，可不同分干管上的多個(gè)出水栓同時(shí)工作。

考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和水力性能[6-7]，軟管多用直徑50 mm 軟管，長(zhǎng)度應(yīng)≤32 m，地下分干管采用直徑63 mm PE管，長(zhǎng)度≤36 m，即出水栓控制距離最大可達(dá)到64 m，控制面積約1.1 hm2；當(dāng)1個(gè)出水栓上只有1條微噴帶工作時(shí)，分干管長(zhǎng)度可增加，但輪灌實(shí)施時(shí)微噴帶較為分散，田間行走距離增加，反而增加了工作強(qiáng)度，故不推薦。

SFI方式較PI方式減少了軟管的移動(dòng)長(zhǎng)度，且軟管在一

條直線上移動(dòng)，大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備的磨損；SFI方式的另一個(gè)特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)多條微噴帶同時(shí)灌溉，提高了灌溉效率，增大了系統(tǒng)灌溉面積。但是SFI仍不可避免地存在勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備磨損的問(wèn)題，因此，SFI主要適用于離水源有一定距離，或面積中等的地塊。

2.3微噴帶固定式灌溉

微噴帶固定式灌溉（FI）系統(tǒng)主要由水源、機(jī)泵、地埋管網(wǎng)、出水裝置、地表支管、控制閥門和微噴帶等構(gòu)成，即管道系統(tǒng)固定，灌溉完畢后微噴帶不進(jìn)行移動(dòng)。FI連接如圖3所示，與SFI連接相比，F(xiàn)I出水栓后連接PE管，微噴帶直接與PE支管相連，控制閥門安裝在支管上，將不在同一分干管上的支管灌溉單元編組進(jìn)行灌溉；灌溉時(shí)，打開閥門，啟動(dòng)機(jī)泵，灌溉單元連接的微噴帶同時(shí)工作，灌溉結(jié)束時(shí)，先打開下一組閥門再關(guān)閉當(dāng)前單元閥門；微噴帶安裝后在生育期結(jié)束時(shí)拆卸收回保存。

FI模式下，灌溉單元控制面積大小可根據(jù)實(shí)際需要而定，除地區(qū)水源條件外，主要考慮運(yùn)行管理的難易程度和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。灌溉單元面積較大時(shí)，系統(tǒng)便于灌溉管理，但管網(wǎng)投入高；當(dāng)灌溉單元面積較小時(shí)，管網(wǎng)投入低，但田間工作量大。管網(wǎng)管徑選擇及控制面積確定可參考表1，如在遼寧省建平縣八家農(nóng)場(chǎng)微噴帶灌溉項(xiàng)目區(qū)，水泵流量50 m3/h，灌溉面積約14.7 hm2，田間地埋干管選用直徑110 mm PVC管，設(shè)6條地埋直徑90 mm PVC分干管，每個(gè)分干管上安裝3個(gè)雙向出水口，每個(gè)出水口接2個(gè)灌溉單元，即單出水栓控制4個(gè)灌溉單元（圖3），地表支管灌溉單元選用直徑63 mm PE管，同時(shí)3條微噴帶工作，灌溉面積0.2 hm2；灌溉時(shí)，同時(shí)開啟不在同一分干管的2個(gè)支管灌溉單元，每個(gè)灌溉單元灌溉流量約24 m3/h。單井控制面積內(nèi)共72個(gè)控制閥，每隔3 h由井管員田間啟閉閥門1次，勞動(dòng)強(qiáng)度適中，灌溉方式得到當(dāng)?shù)厝罕娬J(rèn)可。

FI方式田間微噴帶使用量大，灌溉單元面積大，工程一次性投資也較大，但系統(tǒng)運(yùn)行管理方便，省工效益明顯；微噴帶在田間無(wú)移動(dòng)磨損，使用壽命長(zhǎng)，如在遼寧省彰武縣阿爾鄉(xiāng)微噴帶灌溉工程中，微噴帶已使用4年，仍能夠正常使用，與普通滴灌灌溉相比，微噴帶平均成本僅為滴灌帶一半，且隨著使用年限的增加，其經(jīng)濟(jì)性將更為明顯，因此，F(xiàn)I適用于大面積且有一定管理?xiàng)l件的節(jié)水灌溉工程。

3討論和結(jié)論

微噴帶的3種灌溉應(yīng)用方式中，PI和SFI通過(guò)移動(dòng)微噴帶增大灌溉面積以減少平均微噴帶的投入，在微噴帶使用當(dāng)年即可見效，1次灌溉中如果1條微噴帶移動(dòng)使用10次，其投入約為30～35元/hm2，僅為滴灌帶的20%左右，雖然田間移動(dòng)軟管和微噴帶勞動(dòng)強(qiáng)度大，但其低廉的投入，以及補(bǔ)充灌溉條件下，作物生育期內(nèi)較少的灌溉次數(shù)，使移動(dòng)灌溉較為普遍。在遼寧地區(qū)，PI常見于種植面積小于1.3 hm2的用戶，SFI常見于承包或流轉(zhuǎn)一部分土地種植經(jīng)濟(jì)作物的大戶，如種植紅干椒、韭菜、花生等，面積一般在1.3～4.0 hm2之間。

FI方式通過(guò)延長(zhǎng)使用壽命降低平均投入，根據(jù)目前市場(chǎng)價(jià)格，微噴帶使用2年即可和滴灌帶投入持平，而一般微噴帶使用壽命都較長(zhǎng)，即使是田間移動(dòng)灌溉，也可達(dá)到3～4年，尤其是在實(shí)際工程應(yīng)用中，農(nóng)戶在需要灌溉時(shí)才安裝微噴帶，灌溉完畢后，有些農(nóng)戶卷收保存，有效延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。與PI和SFI相比，F(xiàn)I最大的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)行管理方便，在建平縣八家農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目區(qū)，結(jié)合自動(dòng)化建設(shè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制灌溉，更體現(xiàn)了FI方式的優(yōu)勢(shì)，這也是今后農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展趨勢(shì)。

因此，本研究在結(jié)合現(xiàn)有工程基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)微噴帶灌溉的田間應(yīng)用形式開展研究，可以得到以下結(jié)論：（1）增大灌溉面積和延長(zhǎng)使用年限是降低微噴帶使用成本的主要途徑，移動(dòng)式和半固定式微噴帶灌溉是增大微噴帶灌溉面積的主要灌溉方式，固定式微噴帶灌溉通過(guò)長(zhǎng)期使用提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；（2）移動(dòng)式微噴帶灌溉操作簡(jiǎn)單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，適用于小面積灌溉；（3）半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)操作性和經(jīng)濟(jì)性介于移動(dòng)式和固定式之間，適宜中等面積地塊灌溉；（4）固定式微噴帶灌溉便于運(yùn)行管理，適用于大面積節(jié)水灌溉工程，有利于工程的長(zhǎng)效發(fā)揮。

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