微噴帶灌溉系統(tǒng)布置方式比選研究

劉英華

(遼寧省遼陽市水利工程建設技術審核中心，遼寧 遼陽 111009)

微噴帶是兼具噴灌和滴灌優(yōu)點的一種新型灌溉設備，自20世紀90年代從日本引入我國，之后我國開始自主研發(fā)，國內最早生產的微噴帶系列產品，是由農業(yè)部規(guī)劃設計研究院研發(fā)，并進行了示范推廣[1-2]。21世紀初，為解決水資源供需矛盾，我國開始大力發(fā)展微灌、噴灌等高效節(jié)水灌溉工程，微噴帶因其具有灌溉流量大，灌溉時間短，灌水均勻度高，不易堵塞，操作簡單等特點[3]，近年來在節(jié)水灌溉中被廣泛應用。我國學者也對微噴帶開展了大量的研究，但其相關研究成果主要集中在微噴帶的研發(fā)及其水力性能等方面[4-5]，而微噴帶的田間應用現(xiàn)狀表明，對田間布置方式及其適用條件方面的研究比較少，微噴帶的使用基本延續(xù)了滴灌的使用方式，即不考慮水源條件、地塊大小、管理方式等因素，而將微噴帶一律作為滴灌管帶的替代品，固定在田間使用，提高了微噴帶灌溉系統(tǒng)的工程成本。本文在多年實踐經驗的基礎上，開展了微噴帶田間布置方式及其適用條件的研究，可為微噴帶的合理應用提供參考。

1 微噴帶灌溉技術

微噴帶灌溉系統(tǒng)包括水源工程、輸水管網、田間微噴帶及連接配件等，使用時由水源工程加壓供水，通過輸水管網將灌溉水輸送到田間，在一定工作壓力下，灌溉水通過微噴帶上規(guī)則分布的小孔噴射而出，噴出的水流受重力、空氣阻力及水流之間相互撞擊等影響，經過細流、碎裂、分散霧化等過程后形成水滴，灑落在地面和作物上[6]，形成以微噴帶為中心的濕潤帶。微噴帶的出水孔按照一定規(guī)則布設，成孔方式多采用機械打孔、氣動打孔及激光打孔，成孔直徑為0.1～1.2 mm，孔形為圓形[7-8]。在實際應用中，管徑32 mm的微噴帶較為常見，其流量通常為8 m3/h，單側灌溉寬度為4 m，工作水頭為15 m，最大鋪設長度為100 m，最大控制面積為0.08 hm2，每米價格3～3.5元。

2 微噴帶田間布置方式

工程實踐表明，布置方式相同時，微噴帶畝均成本為滴灌畝均成本的近1倍，而微噴帶具有可移動性，通過移動微噴帶，可以增加單條微噴帶的灌溉面積，從而降低畝均投資，但會增加田間工作量，提高運行成本。根據微噴帶的布置方式，田間工程可分為固定式、半固定式和移動式3種類型。

2.1 移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)運行方式

移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)包括水源工程、輸水軟帶、控制閥門、快速接頭及微噴帶等，除水源工程固定外，其余設備均可移動。移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖見圖1。控制閥門安裝在輸水軟帶末端，使用時通過微噴帶快速接頭將控制閥門與微噴帶連接，開啟控制閥門并啟動水泵即可對灌水小區(qū)1進行灌溉。待灌水小區(qū)1灌溉結束后，停止供水，移動微噴帶到灌水小區(qū)2，并重復灌溉過程，直到所有灌水小區(qū)灌溉結束。

圖1 移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖

2.1.2 實例分析

某地塊面積0.8 hm2，灌溉系統(tǒng)包括水源工程一處，位于地塊中央，50 mm輸水軟管1條(50 m)，32 mm微噴帶1條(100 m)，每次工作1條微噴帶，單次灌溉面積為0.08 hm2，單次灌溉時間為2 h，移動輸水軟帶及微噴帶需30 min，移動10次微噴帶可完成地塊灌溉任務，總灌水時間為25 h。系統(tǒng)地面管網工程投資為435.2元(移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)管網工程費用明細見表1)，單位面積工程投資為544.0元/hm2；人工費用按照每小時10元計算，每次灌水運行費用為250.0元，單位面積運行費用為312.5元/hm2。

表1 移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)管網工程費用明細表

2.1.3 適用性分析

移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)簡便易用，由于單次運行的噴帶灌溉數量少，系統(tǒng)所需流量低，通常采用管徑50 mm的輸水軟管即可滿足要求，投資較低。但由于輪灌小區(qū)灌溉面積較小，系統(tǒng)工作時需要頻繁移動輸水軟帶及微噴帶，且管件拆卸安裝工作量較大。因此，比較適合距離水源較近，灌溉面積較小的地塊，以及以家庭為單元、分散經營為主的經營模式。

2.2 半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)運行方式

半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)包括水源工程、地埋輸水管道、出水栓、輸水軟帶、控制閥門、快速接頭及微噴帶等，水源工程、地埋輸水管道及出水栓固定，其余設備均可移動。半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖見圖2。輸水軟帶連接出水栓與控制閥門，并通過微噴帶快速接頭將控制閥門與微噴帶連接，使用方式與移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)相似。為增大單次灌溉面積，采用雙向灌溉方式，即出水栓1兩端同時連接輸水軟帶，并通過快速接頭連接微噴帶。出水栓2與出水栓1布置方式相同，待出水栓1灌溉結束后，開始出水栓2的灌溉工作，拆卸并移動出水栓1上的輸水軟帶和微噴帶至出水栓3，待出水栓2灌溉結束后，開始出水栓3的灌溉工作。

圖2 半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖

2.2.2 實例分析

某地塊面積4 hm2，灌溉系統(tǒng)包括水源工程一處，位于地塊中央，地埋管路為90 mm PVC管，長度192 m，50 mm出水栓5個，50 mm輸水軟管2條(每條50 m)，32 mm微噴帶2條(每條100 m)，每次工作2條微噴帶，單次灌溉面積為0.16 hm2，單次灌溉時間為2 h，由于拆卸及移動上一組微噴帶與下一組微噴帶灌溉同時進行，故需拆卸及移動微噴帶不占用灌溉時間，每個出水栓移動5次微噴帶可完成地塊灌溉任務，所用時間為50 h。系統(tǒng)管網工程投資為3282.5元(半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)管網工程費用明細見表2)，單位面積工程投資為820.6元/hm2；人工費用按照每小時10.0元計算，每次灌水運行費用為500.0元，單位面積運行費用為125.0元/hm2。

表2 半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)管網工程費用明細表

2.2.3 適用性分析

半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)較移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)減少了輸水軟帶的移動距離，且輸水軟帶呈線性移動，大大降低了移動管帶的工作強度。此外，半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)可實現(xiàn)多條微噴帶同時工作，不但增加了微噴帶的灌溉面積，也提高了微噴帶的使用效率。但半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)仍然需要在管帶移動及管件拆卸安裝上投入一定的人工，因此，比較適合于距離水源工程稍遠，且中等面積的地塊灌溉。

2.3 固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)

2.3.1 系統(tǒng)運行方式

固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)包括水源工程、地埋輸水管道、出水栓、地面輸水管道、控制閥門及微噴帶等，灌溉系統(tǒng)所有部分均固定不動。固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖見圖3。與半固定式微噴帶相比，固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)出水栓連接地面管網，微噴帶直接與地面管網相連，控制閥門安裝于地面管網上，不同分干管上的支管可組成輪灌組，同時進行灌溉。灌溉時開啟輪灌組1的全部閥門并啟動水泵。灌溉結束后，打開輪灌組2的全部閥門再關閉輪灌組1的全部閥門，重復操作，直到全部輪灌組灌溉結束。

2.3.2 實例分析

某地塊面積15.36 hm2，灌溉系統(tǒng)包括水源工程一處，位于地塊中央，地埋管路為90 mm PVC管，長度672 m，63 mm出水栓16個，地面管路為50 mmPE管，共16條(每條40 m)，32 mm微噴帶192條(每條100 m)，共16個輪灌組，每次開啟一個輪灌組，每個輪灌組工作12條微噴帶，灌溉面積為0.96 hm2，每個輪灌組灌溉時間為2 h，無需移動微噴帶，灌溉所用時間為32 h。系統(tǒng)管網工程投資為76 691.2元(固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)管網工程費用明細見表3)，單位面積工程投資為4992.9元/hm2；由于不需要移動微噴帶，故不計運行成本。

圖3 固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)示意圖

項目規(guī)格/mm數量單價/元總價/元地埋管路90 672 m18.9012 700.8出水部件63 16個32.20515.2地面管路63 640 m8.455408.0微噴帶32 19 200 m3.0057 600.0控制閥門63 32個11.00352.0微噴帶堵頭32 192個0.60115.2合計76 691.2

2.3.3 適用性分析

固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)不需要移動管帶和拆卸管件，人工費用大大降低，但由于單條微噴帶控制面積減少，工程畝均投資較高，因此，比較適用于輸水距離較長，地塊面積較大，經濟條件好，且規(guī)模化、集約化程度較高的地區(qū)。

3 結 論

微噴帶的布置方式，應根據水源條件、地塊面積、管理方式、經濟條件等方面綜合確定，通過以上研究，結合已有工程經驗，本文得到如下結論：

(1)移動式微噴帶，增大單條微噴帶的灌溉面積是降低微噴帶工程投入的主要途徑，但頻繁移動微噴帶會增加田間工作量，提高運行成本。

(2)移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)簡單易用，工程成本低，但使用時需要頻繁移動輸水軟帶和微噴帶，田間工作量大，運行成本高，因此適用于小地塊灌溉，分散經營為主的地區(qū)。

(3)半固定式微噴帶灌溉系統(tǒng)可以減少輸水軟帶和微噴帶的移動次數，降低田間工作量，降低運行成本，但與移動式微噴帶灌溉系統(tǒng)相比工程成本略高，其工程成本和運行成本介于移動式系統(tǒng)和固定式系統(tǒng)之間，適合中等面積地塊的灌溉。

(4)固定式微帶灌溉系統(tǒng)工程成本較高，但灌溉過程中不需要移動微噴帶，田間工作量少，運行管理方便，由于減少了微噴帶的移動，也減少了微噴帶使用過程中的磨損與折損，延長了微噴帶的使用壽命，降低了年平均工程成本，比較適用于輸水距離較長，地塊面積較大，經濟條件好，且規(guī)?；?、集約化程度較高的地區(qū)。