謝崇寶，張國(guó)華，魯少華，謝瑞環(huán)

(1.中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054；2.北京中灌綠源國(guó)際咨詢有限公司，北京 100054；3.中灌潤(rùn)茵(北京)節(jié)水灌溉設(shè)備有限責(zé)任公司，北京 101302)

1 地埋式自升降噴灌技術(shù)簡(jiǎn)介

地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌新設(shè)備包括6種系列新產(chǎn)品, 目前已取得國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)(專利授權(quán)號(hào)分別為：201310006949.8、201410012532.7)和國(guó)家實(shí)用新型專利3項(xiàng)(專利授權(quán)號(hào)分別為：201320007665.6、201520299947.7、201520417714.2)，且已通過(guò)水利部新產(chǎn)品鑒定，產(chǎn)品被鑒定為達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 考慮不同的灌溉作物和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，系列產(chǎn)品均可依靠設(shè)計(jì)水壓頂出地面，但可根據(jù)實(shí)際需求選擇多種方式回縮地面耕作層以下：①依靠輔管提供水壓回縮；②依靠灌溉單元的負(fù)壓泵產(chǎn)生負(fù)壓回縮；③依靠人力回縮。為適應(yīng)地埋式噴灌的特殊環(huán)境要求，有針對(duì)性開(kāi)發(fā)了2種適宜地埋的噴頭，有效解決了地埋設(shè)備在惡劣工況下的泥沙淤塞及出地問(wèn)題。這些產(chǎn)品分別為：雙管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備[1]、單管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備、單管路地埋式自升人降一體化噴灌設(shè)備[2]、地埋式自升降一體化微噴設(shè)備、鋼珠擊打驅(qū)動(dòng)型地埋式自升降噴頭[3]、水力直擊自旋型地埋式自升降噴頭，主體為全塑結(jié)構(gòu)，解決了固定式噴灌系統(tǒng)影響耕作、頻繁拆卸、倉(cāng)儲(chǔ)損耗等問(wèn)題。本設(shè)備工作時(shí)高出地面80 cm，適合中低稈作物使用，噴嘴規(guī)格、射程和流量等均可根據(jù)設(shè)計(jì)需要靈活選用，建議選用地埋式自升降噴頭，工作壓力為0.3 MPa時(shí)射程為13～15 m。

該技術(shù)產(chǎn)品集成出地管、豎管、升降式噴頭于一體,能夠整體直接埋在土壤耕作層以下，灌溉時(shí)依靠水壓出地灌溉，不需要灌溉時(shí)可以通過(guò)多種方式回縮至耕作層以下，既不影響耕作和收割，灌溉時(shí)也無(wú)需尋找噴灌設(shè)備的位置，更不需要拆卸灌溉設(shè)備搬運(yùn)回庫(kù)房存儲(chǔ)。本技術(shù)產(chǎn)品兼具頂出和噴水功能及多種回縮方式，噴灌作業(yè)前后不需要安裝或拆卸任何設(shè)施，只需控制支管首部的閥門(mén)即可完成噴頭升降過(guò)程及噴灌作業(yè)，大大節(jié)約了勞動(dòng)力，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，提高了工作效率，有利于固定式噴灌系統(tǒng)的推廣與普及。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

(1)若原水中泥沙含量較大，特別是細(xì)沙或面沙含量較大時(shí)，建議根據(jù)灌溉地塊需水量在首部設(shè)置沉沙池，取用上層水作為灌溉用水，避免泥沙進(jìn)入灌溉系統(tǒng)堵塞噴頭。

(2)若水源供水量不足或?yàn)榱苏{(diào)節(jié)灌溉水質(zhì)水溫，且便于施肥施藥，可在首部設(shè)置蓄水池，蓄水池的具體設(shè)計(jì)可參考《矩形鋼筋混凝土蓄水池》(05S804)。蓄水池的容積應(yīng)視作物需水量和灌溉地塊大小而定，建議采用磚混或混凝土結(jié)構(gòu)。

(3)現(xiàn)階段受產(chǎn)品可選系列型號(hào)的限制，建議噴頭采用正方形布置形式，即噴頭間距和支管間距均取14 m，噴頭工作壓力取0.3 MPa。隨著產(chǎn)品系列的豐富，地埋式噴頭噴灑半徑的改變，根據(jù)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范調(diào)整田間布局。

(4)干管的長(zhǎng)度和管徑受支管的長(zhǎng)度和輪灌面積的影響，干管管徑按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，再上靠市場(chǎng)規(guī)格接近的管徑。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，輪灌面積一般選擇0.2～0.4 hm2為宜，支管噴頭數(shù)控制在10～12個(gè)為宜。

(5)采用地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備，為了保證安裝質(zhì)量，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮使用千秋架，防止不均勻沉降對(duì)設(shè)備造成的損壞，保證田間多個(gè)噴頭的平直性。

3 地埋式自升降噴灌系統(tǒng)施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)

(1)測(cè)量放線。測(cè)量放線是科學(xué)開(kāi)挖管溝的前提，也是確保管道和噴頭布置質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)按照管道設(shè)計(jì)圖紙，使用經(jīng)緯儀或全站儀等測(cè)量工具確定田間管溝開(kāi)挖的方向和位置，并用石灰粉等標(biāo)記清楚，保證管溝開(kāi)挖順直。

一般來(lái)說(shuō)，1個(gè)支管首部閥門(mén)井控制1條支管，但為了減少支管首部閥門(mén)井的數(shù)量，在水量滿足灌溉需求的情況下，可以采用1個(gè)閥門(mén)井控制2條或多條支管。

(2)管溝開(kāi)挖。本著既要考慮節(jié)省土方開(kāi)挖量，又要有利施工，保證質(zhì)量與安全的原則，確定管溝開(kāi)挖深度大于凍土層。管溝開(kāi)挖深度可參考設(shè)備的安裝深度1.65 m，但不強(qiáng)制要求達(dá)到這個(gè)開(kāi)挖深度。開(kāi)挖管溝時(shí)，為避免擾動(dòng)基底原狀土，基底設(shè)計(jì)標(biāo)高以上0.2 m原狀土由人工清理。溝底如有堅(jiān)硬物體必須清除，用砂石回填處理。管溝開(kāi)挖后的土石料應(yīng)放置溝槽一側(cè)，以備回填。管材與管件連接處，管溝開(kāi)挖尺寸可適當(dāng)加大。

施工現(xiàn)場(chǎng)宜在管道中心線上每隔30～50 m打1個(gè)木樁，并在管線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、出水口、閥門(mén)等處或地形變化較大的地方加樁，樁上應(yīng)標(biāo)注開(kāi)挖深度。管溝棄土應(yīng)堆放在管溝一側(cè)0.3 m以外處。

溝底應(yīng)平直、密實(shí)，并清除石塊與雜物，排除積水，如超挖則應(yīng)回填夯實(shí)至溝底設(shè)計(jì)高程，如遇軟弱地基應(yīng)采取加固措施。管溝開(kāi)挖完畢后，經(jīng)檢查合格后方可敷設(shè)管道。

(3)管溝回填。根據(jù)管徑和回填深度，采用人工回填的方式，管道試壓合格后方可進(jìn)行回填?；靥顣r(shí)應(yīng)從管道兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，并確保管道不產(chǎn)生位移，必要時(shí)采取臨時(shí)限位措施，防止上浮。

回填時(shí)管溝內(nèi)應(yīng)無(wú)積水，不得帶水回填，不得回填淤泥、有機(jī)物和凍土，回填土中不得含有石塊、磚及其他雜硬物體?；靥畈牧弦蚤_(kāi)挖的原土為主，若原土不符合要求，則采用中砂、粗砂、碎石屑、最大粒徑小于40 mm級(jí)配砂礫?；靥詈粚?shí)程度參考以下數(shù)據(jù)：管道兩側(cè)為95%，管頂以上至地面部分及管道兩側(cè)為90%，管道上部為85%。

初始回填應(yīng)在管道兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，回填材料應(yīng)不含直徑大于25 mm的石塊和直徑大于50 mm的土塊，回填達(dá)到管頂以上15 cm后再進(jìn)行最終回填，回填料應(yīng)不含直徑大于75 mm的石塊。

對(duì)管道系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，如鎮(zhèn)墩、豎管周圍等應(yīng)分層夯實(shí)，每層回填到高度在100～200 mm之間后，應(yīng)夯實(shí)后再回填上一層，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

(4)管道安裝。施工前應(yīng)對(duì)管道外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格一律不得采用；檢查圖紙是否齊全，安裝前應(yīng)全面了解各種設(shè)備的性能，熟練掌握施工安裝技術(shù)和方法。

管道安裝應(yīng)按干、支管順序進(jìn)行，安裝時(shí)應(yīng)采用可靠的吊具，平穩(wěn)下溝，不得與溝壁、溝底激烈碰撞。吊裝時(shí)應(yīng)有2個(gè)支撐吊點(diǎn)，嚴(yán)禁穿心吊。管道平順?lè)胖?，不得懸空、扭曲、打折?/p>

過(guò)濾器應(yīng)按輸水流向標(biāo)志安裝，不得反向。安裝時(shí)應(yīng)檢查過(guò)濾器內(nèi)是否有雜質(zhì)，并應(yīng)沖洗干凈。旁通安裝前應(yīng)檢查旁通管外形，清除飛邊、毛刺，抽樣量測(cè)插管內(nèi)、外徑，符合質(zhì)量要求方可安裝。

為了加快施工進(jìn)度，保證安裝質(zhì)量，可將支管和輔助支管連接后安放在管溝一側(cè)，并在支管和輔助支管上每隔14 m處預(yù)留噴頭安裝位置接口。

需要注意的是，必須在管道前端和末端安裝進(jìn)排氣閥。這是由于設(shè)備深埋在耕作層以下，試水時(shí)通過(guò)水壓自行頂出地面期間，由于排氣不暢，易造成爆管。

(5)輪灌小區(qū)首部閘閥安裝。若采用雙管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備實(shí)現(xiàn)自升自降噴灌功能，需要沿著支管方向再布置一條輔助支管，輔助支管一般采用直徑25 mm的PVC管。支管和輔助支管首端與干管和排水管直接連接，分別設(shè)置控制閘閥。

若采用單管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備，與傳統(tǒng)固定式噴灌系統(tǒng)相同，控制閘閥直接控制支管系統(tǒng)即可。

(6)噴頭安裝。本設(shè)備一般安裝在地表以下0.35～0.40 m，具體埋深應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)馗鲗由疃鹊纫蛩貋?lái)確定，管道的埋深根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和施工條件來(lái)確定。具體安裝步驟如下。

第1步。按設(shè)計(jì)圖紙要求在田塊中確定管網(wǎng)布置線路及設(shè)備安裝位置，利用機(jī)械方式在選定線路上開(kāi)挖出管網(wǎng)鋪設(shè)溝渠，深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

第2步。打孔。設(shè)備上端進(jìn)水口管徑為25 mm，配有外螺紋；下端進(jìn)水口管徑為32 mm，配有內(nèi)螺紋。若管溝深度達(dá)到1.65 m，那么噴頭可以直接安裝在相應(yīng)位置的支管一側(cè)；若管溝深度未達(dá)到1.65 m，則需要采用專業(yè)打孔機(jī)或人工開(kāi)挖打孔安放噴頭。在支管管溝內(nèi)需要安放噴頭的位置，打直徑0.2 m，深度以滿足安裝田間地埋式噴灌設(shè)備為宜的圓孔。

第3步。鋪設(shè)干管和支管，在設(shè)計(jì)位置安裝本設(shè)備,且設(shè)備下端要設(shè)置有水泥塊或其他材質(zhì)墊塊以防止設(shè)備下沉，利用三通分別將設(shè)備下端進(jìn)水口與支管連接，用旁通管將上端進(jìn)水口與輔助支管相連。當(dāng)管溝挖深至1.65 m時(shí)，可將噴頭直接安裝在管溝內(nèi)；當(dāng)管溝挖深未達(dá)到1.65 m，需要在噴點(diǎn)處局部挖深以便安裝噴頭。

第4步。將支管和輔助支管采用尼龍繩或其他材料捆綁固定，本設(shè)備的套管和旁通管也采用此方法捆綁固定。

第5步。將設(shè)備扶直，人工從兩側(cè)回填、夯實(shí)，直至填平，保持安裝設(shè)備在一條線上，完成安裝。

第6步。噴頭安裝。若施工期在11-12月，天氣變冷，溫度較低，連接件必須在保暖棚或房間提前1周預(yù)制，讓其充分的黏接。預(yù)制件與管道三通黏接時(shí)，最好選擇在溫度較高的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)。安裝完畢，運(yùn)行前必須對(duì)管道進(jìn)行沖洗，不能將雜質(zhì)進(jìn)入噴頭，防止噴頭堵塞。噴頭安裝前檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部分的靈活性，彈簧無(wú)銹蝕，接口外螺紋無(wú)損傷。支管與下端進(jìn)水口、設(shè)備內(nèi)管與噴頭的連接應(yīng)密封可靠，設(shè)備外管安裝應(yīng)牢固、穩(wěn)定。若采用外接搖臂式噴頭的單管路地埋式自升人降噴灌設(shè)備，其支架安裝應(yīng)穩(wěn)定、均勻，確保豎管垂直。

(7)排水設(shè)置。若要實(shí)現(xiàn)自升自降功能，需要設(shè)置排水管道。排水管管徑以及時(shí)排除噴頭內(nèi)部存水為原則，一般取直徑50 mm，沿著垂直于支管方向布置排水管，再根據(jù)具體排水位置確定下一級(jí)排水管位置。

若使用地埋式自升自降型一體化噴灌設(shè)備，建議在管道末端安裝真空泵，有利于盡快回縮噴頭至耕作層以下，主要用于示范培訓(xùn)之目的。

4 系統(tǒng)試水試壓及運(yùn)行管理

4.1 試水試壓

管道試水前，務(wù)必卸下噴頭，以免殘留在管道里的雜質(zhì)堵塞噴頭。

管道試水時(shí)，環(huán)境氣溫應(yīng)不低于5 ℃；水壓試驗(yàn)應(yīng)選用經(jīng)校驗(yàn)合格且精度不低于1.0級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表，表的量程宜為管道試驗(yàn)壓力的1.3～1.5倍。

試水壓力應(yīng)為管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作壓力，保壓時(shí)間不小于1 h；試驗(yàn)段管道灌滿水后，應(yīng)在不大于工作壓力條件下浸泡，浸泡時(shí)間不少于24 h后方可進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

當(dāng)水壓升到試驗(yàn)壓力時(shí)，保持恒壓10 min，檢查接口、管身有無(wú)破損及滲漏現(xiàn)象，實(shí)測(cè)滲水量不大于允許滲水量為管道安裝合格；管道灌溉水的滲漏損失應(yīng)符合管道水利用系數(shù)要求，管道水利用系數(shù)為不低于0.95；滲水量應(yīng)小于0.84 L/(min·km)。

試水不合格時(shí)采取修補(bǔ)措施，在修補(bǔ)處理達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后重新試水，試水合格后方可回填。

4.2 運(yùn)行管理

(1)若首部安裝過(guò)濾設(shè)備，應(yīng)定期檢查、沖洗過(guò)濾心，有破損的及時(shí)更換，防治泥沙進(jìn)入噴頭影響噴灑效果。

(2)若使用本設(shè)備噴灑農(nóng)藥和可溶肥，施肥和施藥完成后必須將管道和噴頭用清水沖洗半個(gè)小時(shí)以上。

(3)若噴頭出地面后不旋轉(zhuǎn)，可用軟膠管輕輕敲打噴頭，雜質(zhì)排出后，噴頭自動(dòng)轉(zhuǎn)圈，如損壞則及時(shí)更換。

(4)灌溉季節(jié)結(jié)束或農(nóng)作收割或者耕地前時(shí)，需在設(shè)備內(nèi)部豎桿上涂抹潤(rùn)滑劑，將其壓入地面0.35 m以下，以不影響耕作和收割為原則。

(5)若采用自升自降噴灌系統(tǒng)，為確保安全，必須人工現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)實(shí)測(cè)確認(rèn)每一個(gè)噴頭復(fù)位情況，以期在田間機(jī)械作業(yè)過(guò)程中不致?lián)p壞地埋式噴灌設(shè)備。

(6)入冬時(shí)將設(shè)備和管道內(nèi)雜質(zhì)沖洗干凈，將剩余水從管道末端排除，防止管道和設(shè)備凍裂。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)本系列設(shè)備的設(shè)計(jì)施工安裝與固定式噴灌工程基本一致，其設(shè)計(jì)施工安裝程序應(yīng)執(zhí)行《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50085-2007)。設(shè)備不影響耕作和收割、省工節(jié)水，有利于規(guī)?；褂?，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[4]。

(2)單管路地埋式自升人降一體化噴灌設(shè)備投資節(jié)省，與現(xiàn)有固定式噴灌完全相同，而且全面解決了機(jī)耕和收割等問(wèn)題，可在一定范圍內(nèi)作為現(xiàn)有固定式噴灌系統(tǒng)的升級(jí)替代產(chǎn)品。

(3)雙管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備，能夠直接埋在土壤耕作層以下，不影響耕作；依靠水壓和輔助支管實(shí)現(xiàn)噴頭的升降，集成出地管、豎管、升降式噴頭于一體，同時(shí)具有噴水和頂出功能，噴灌作業(yè)前后不需要安裝或拆卸任何設(shè)施，只需控制支管首部的閥門(mén)即可完成噴灌作業(yè)和噴頭升降過(guò)程，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

(4)單管路地埋式自動(dòng)伸縮一體化噴灌設(shè)備，可以依靠自帶的下鉆頭直接入地到位安裝，安裝設(shè)備時(shí)無(wú)需額外開(kāi)挖，設(shè)備的穩(wěn)定性、垂直度等均能很好保證，安裝效率高；依靠負(fù)壓將噴頭回縮到地下耕作層以下，單純一套供水管道即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下，節(jié)約了一套與供水管網(wǎng)平行的輔助支管系統(tǒng)。

(5)本系列技術(shù)與設(shè)備具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，省工節(jié)地節(jié)水，“十三五”期間，我國(guó)將以每年130 萬(wàn)hm2以上的速度推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)，產(chǎn)品市場(chǎng)潛力很大。

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[1] 李仰斌,謝崇寶,張國(guó)華,等. 地埋式自動(dòng)升降型一體化噴灌設(shè)備研發(fā)[J]. 節(jié)水灌溉,2014,(7):75-78,82.

[2] 李仰斌,謝崇寶,張國(guó)華,等. 地埋式自動(dòng)升起型取水設(shè)備研發(fā)[J]. 節(jié)水灌溉,2014,(6):75-77,81.

[3] 張國(guó)華,謝崇寶,魯少華,等. 基于鋼珠驅(qū)動(dòng)的全地埋式噴灌裝置研發(fā)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,(12):102-106.

[4] 謝崇寶,張國(guó)華. 我國(guó)灌溉現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備[J]. 中國(guó)水利,2015,(17):66,68,70,72.