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甘肃省干旱区果树滴灌系统设计研究
作者：李逸
来源：《河南农业·科技版》2018年第08期
摘 要：滴灌技术是苹果节水优质丰产的重要节水灌溉技术，是实现水资源可持续利用和苹果产业可持续发展的重要举措。本文以甘肃省静宁县M试验站为例，详细介绍苹果田间灌溉过程中滴灌系统设计的灌水器选择、设计参数的确定、水量平衡计算及管网布置等内容。 关键词：滴灌设计；设计参数；管网布置；干旱山区
滴灌是苹果节水优质丰产的重要灌溉技术。滴灌工程施工、操作简单易行，适应性强，特别是在干旱缺水地区极具推广价值。在果树栽培过程中，适时灌水是保证果树丰产、稳产、优质的重要条件。苹果树合成1 kg干物质要消耗142～500 kg
水，667 m2产1 500 kg的苹果园每年需要375～525 t/667 m2水，相当于790 mm的降水量。再加上蒸发消耗，需要更多的水分。因此，一切有灌水条件的地区，在苹果生长期应及时浇水。
当前，对苹果树的灌溉主要依赖地下水，因此，对苹果的田间灌溉采用传统的漫灌方式，浪费严重，苹果的产量和品质较低，效益不高。实施节水灌溉已成为苹果种植可持续发展的关键。先进的滴灌节水灌溉系统在节水方面体现出明显的优势，有效地提高了水资源的利用率，缓解了用水供需矛盾[1]，是当前实施苹果园节水灌溉的一个极为有效的途径，具有广阔的应用前景。 一、工程概况
该项目研究区域为甘肃省静宁县M试验站，地处黄土高原丘陵沟壑区，地势由西北向东南倾斜，海拔1 600～
2 245 m，属暖温带半湿润半干旱气候，四季分明，气候温和，光照充足，年均气温7.1 ℃，无霜期159 d，年均日照时间2 238 h。夏季降水较多，冬春季节降水较少，年均降水量为450.8 mm，年蒸发量为1 469.0 mm。面积为1.53 hm2，地势平坦。种植作物为苹果，株距为4 m，行距为5 m，种植方向为东西向。M试验站无任何地表水，生产、生活用水全部为地下水，在果园现有机井1眼，水量较充足，出水量为50～60 m3/h，静水位为20 m，动水位为13～14 m。 二、滴灌系统设计 （一）灌水器选择
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滴头的选择是滴灌系统设计的首要工作，也是关键性工作，选择是否恰当直接影响工程的投资和灌水质量。滴头选择主要依据作物种类和作物种植模式、土壤性质等因素综合考虑[2]。不同作物对灌水的要求不同，相同作物不同的种植模式对灌水的要求也不同。对于果树来说，其株间行距大，所以需要双排布置毛管。
试验站苹果园的土壤主要是沙壤土，由表1可知，滴头流量应大于3.2 L/h，滴头间距为0.3～0.5 m。所以，本工程采用北京市绿源塑料有限责任公司生产的压力补偿式滴头。其产品性能如下：滴头工作水头为10 m，滴灌毛管进水口压力0.1 MPa，滴头间距为0.5 m，滴头流量为4 L/h。
（二）滴灌设计参数选择 1.滴灌土壤湿润比
微灌时被湿润的土体占计划湿润总土体的百分比称为土体湿润比。在实际应用中，常以地面以下20～30 cm处的湿润面积占总灌水面积的百分比表示[3]。各种土壤和作物恰当的最小湿润比还没有明确的结论。
对于苹果这样的宽行距种植作物，合理的设计目标应是至少达到根系水平截面面积的1/3，至多2/3。根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485—2009）建议，设计土壤湿润比取值范围为30%～50%（见表2）。
滴灌设计土壤湿润比计算公式如下： p=Dw/Sr×100%（1）
式（1）中，p为滴灌设计土壤湿润比；Sr为毛管间距，Sr=5 m；Dw为湿润带宽度，根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485—2009），本工程取1.5 m，则p=1.5/5×100%=30%。由于25%
40%，所以符合规范要求。 2.设计耗水强度
设计耗水强度应采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值，并应由当地试验资料确定，在无实测资料时可通过计算或根据表3选取。根据表3数据确定设计耗水强度为Ea=5 mm/d。 3.计划湿润层深度
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對苹果树的田间实测，90%的根系分布在150 cm深度内，而果树的计划湿润层深度为0.5～1.2 m。根据苹果树的根系状况以及土壤和地下水的情况，而且滴灌的计划湿润层深度不能太深，因此确定计划湿润层深度为0.8 m。 4.土壤田间持水量
土壤田间持水量取30%，适宜土壤含水量上、下限分别为田间持水量的90%和65%[4]。 5.灌溉水利用系数
根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485—2009）要求，灌溉水的利用系数应不低于90%，因此取η=95%。 6.系统工作小时数
设计系统日工作小时数应根据当地水源和农业技术条件确定，不宜大于20 h。 因此，取t=20 h。 （三）水量平衡计算
根据微灌面积和灌溉设计补充强度，计算滴灌系统所需的最小供水流量 （m3/h），计算公式如下： Qt=（10×A×Ia）/（η×C）（2）
式（2）中，A为设计区灌溉面积（hm2）。Ia为设计供水强度（mm/d），Ia=Ea-P0。其中，Ea为设计耗水强度，取5.0 mm/d；P0为有效降雨量，由地区相关资料知，多年平均降水量163.2 mm。
C为系统日最大运行时间（h），系统设计时应留出一段非运行时间用于系统检修和其他预想不到的停机故障等。我国现行规范规定，日最大运行小时数不大于20 h，但根据国内外实际操作经验，为降低系统投资，日最大运行时间可以达到20 h。η为灌溉水利用系数，取为0.95。
只有渗入到作物根系层内并为作物所吸收利用的降雨才能称为有效降雨，本文依据气象站的降雨资料，采用美国水土保持站（USDA Soil Conservation Service）推荐的公式计算有效降雨量P0，计算公式如下： P0=Pt（125-0.2Pt）/125，Pt
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P0=125+0.1Pt，Pt≥250mm（3）
式（3）中，Pt为气象站测定的一次降雨的总降雨量。 根据式（3）求得，P0=0.33 mm/d，则
Qt=（10AIa）/ηC=（10×1.53×5）/（0.95×20）= 3.8 m3/h，水井的供水流量80 m3/h，因为 Qt
（四）管网布置
如图1所示，采用双排布置的方法，在每棵树下面设置8个滴头，滴头间距 0.5 m，排间距2.0 m。 三、结语
由于采用了较先进的滴灌节水灌溉技术，并合理科学的滴管系统设计，优化了设计参数，并配置了有效的农业节水措施，减少了作物的蒸腾蒸发及渠道的无效蒸发，提高了灌溉水利用系数，减少渠道占地，提高了土地利用率，節约了灌溉用水量，减缓了对地下的超采。该研究成果项目实施后，缓解水资源紧张状况，提高土地利用率，节省劳动力，降低劳动强度，提高群众生活水平。节约和保护了地下水资源，同时具有明显的降尘抑沙作用，使人们的生活环境得到进一步改善，达到水资源可持续利用的目的，促进了当地苹果产业的可持续发展，带来了良好的经济效益。（基金项目：兰州资源环境职业技术学院科研项目，项目编号：Z2017-10） 参考文献：
[1]付世平，邓春浩，曹丽丽.农田水利灌溉中的滴灌设计探讨[J].农业与科技术，2016（8）：50.
[2]孙梦莹.温室滴灌应用现状与滴灌设计参数研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2014. [3]李帆.临夏北山绿化工程田间滴灌设计[J].甘肃水利技术，2013（4）：41-43，52. [4]冯起，高前兆.禹城沙地节水试验滴灌设计[J].干旱区资源与环境，1996（2）：18-25.
