廣西糖料蔗指針式噴灌應用探討

林學佳，姚 瑤，謝文海

（1.廣西大學，南寧 530004；2.廣西科源工程咨詢有限責任公司，南寧 530023）

廣西糖料蔗指針式噴灌應用探討

林學佳1、2，姚 瑤2，謝文海2

（1.廣西大學，南寧 530004；2.廣西科源工程咨詢有限責任公司，南寧 530023）

簡述指針式噴灌的組成、特點、蔗田典型地塊組合，探討了指針式噴灌在廣西蔗區(qū)灌溉的適應性條件和經(jīng)濟適應性。通過典型工程設計，介紹了糖料蔗指針式噴灌的設計要點，并進行了效益分析評價，提出指針式噴灌在廣西糖料蔗“雙高”基地建設的相關建議。

指針式噴灌；廣西；甘蔗；適應性；分析

1 概述

指針式噴灌機，是將噴灌機的轉動中心軸固定在支座上，中心軸進水口與輸水管道相連，上端通過旋轉機構（集電環(huán)）與旋轉彎管連接，通過桁架上的噴灑系統(tǒng)向作物噴水的一種節(jié)水增產灌溉機械。指針式噴灌具有節(jié)水、節(jié)地、節(jié)省勞力、對地形適應能力強等優(yōu)點，適應在集中、連片（土地整合）的經(jīng)濟效益較好的蔗區(qū)、經(jīng)濟條件較好、勞動力緊張或從事非農業(yè)勞動人數(shù)較多的蔗區(qū)進行推廣[1，2]。目前，在廣西糖料蔗主產區(qū)——賓陽縣和扶綏縣推廣應用了1.00萬畝左右，增產增糖效果顯著，有助于農業(yè)增產和農民增收。

2 廣西糖料蔗指針式噴灌應用探討

2.1 結構組成

（1）中心支軸軸座：噴灌機的轉動支軸，安裝在灌溉面積的中心，可固定在鋼筋混凝土基座上。支軸座中心管下端與井泵出水管或壓力管相連，上端通過旋轉機構（集電環(huán)）與旋轉彎管連接；

（2）噴灑系統(tǒng)：噴灑系統(tǒng)由噴灑支管和安裝在上面的噴頭組成。噴灑支管一般采用薄壁鍍鋅鋼管，直徑由所選用的噴頭來定。支管上裝有若干噴頭，噴頭種類可采用3種方式；噴頭的工作壓力可采用高壓或低壓；噴頭的流量由安裝位置來決定；

（3）跨體桁架系統(tǒng)：桁架組成噴灌機的基本單元，桁架一跨的長度一般30～60 m，噴灑支管是桁架的組成部分。指針式噴灌機則采用空間拱架支承噴灑支管結構；

（4）塔車：塔車由塔架、行走輪和驅動系統(tǒng)等組成，既是桁架的支座，也是噴灌機的驅動部件；

（5）驅動裝置：電動驅動裝置是采用有過流過載保護的三相異步電動機，通過蝸輪蝸桿減速器或鏈輪，帶動行走輪移動的。

2.2 特點

指針式噴灌機的特點與傳統(tǒng)滴灌的比較見表1。

2.3 蔗田典型地塊組合

廣西糖料蔗“雙高”基地多為225 m×225 m類型，選擇此規(guī)格地塊為典型地塊，進行設備選型（以VAL?LEY公司的產品為例）。選用河流水或地下水通過加壓泵站，將水加壓進指針式噴灌機的管道進行噴灌。系統(tǒng)設備采用1個高跨體中心點支架8-5/8″，1個中心點柔性接頭，1個圓形機跨體6-5/8″×54.86 m×2.9 m×3.7 m，2個中間跨體6-5/8″×54.86m×2.9m×3.7m，1個尾端跨體6-5/8″×54.86 m×2.9 m×3.7 m，1個懸臂6-5/8″×5.52m×0.76m×3.7m，4個高跨體驅動單元，4個14.9″×24″低壓輪胎，4個0.9kW高速驅動電機及全鋁電機蓋，噴頭采用NelsonD3000，配套15 Psi穩(wěn)壓器（見表2、3）。

2.4 適應條件

（1）平原、丘陵等地形，坡度不高于15°，地面無線路、樹木及其他障礙物；

（2）水資源較豐富或地下水較容易開采的地方；

表1 指針式噴灌機與傳統(tǒng)滴灌比較

表2 系統(tǒng)設備組合形式

表3 指針式噴灌系統(tǒng)構成及參數(shù)

（3）規(guī)模化、集約化、規(guī)范化的現(xiàn)代化生產模式，并具有農業(yè)、農機專業(yè)技術服務隊伍的現(xiàn)代農業(yè)合作社以及農場等，確保設備的運行、維修、管護；

（4）達到一定規(guī)模后（灌溉面積500畝以上），與其他高效節(jié)水灌溉方式相比，造價適中。

2.5 經(jīng)濟分析

（1）1～3跨，小地塊，水源水量要求較低，畝均投資高?？刂瓢霃?8～204 m，灌溉面積20～200畝，設備投資4～48萬元，畝均投資2 500～2 400元（僅噴灌機組投資，不含水源工程投資）；

（2）4跨，典型地塊，適宜地塊較多，水源水量要求適中，畝均投資較高。控制半徑252 m，灌溉面積300畝，設備投資69萬元，畝均投資2 300元；

（3）5～7跨，地塊較大，適宜地塊較少，適合大地塊的蔗區(qū)等，水源水量要求較高，畝均造價適中?？刂瓢霃?27～456 m，灌溉面積500～1 000畝，設備投資90～160萬元，畝均投資1 800～1 600元；

（4）8～9跨，地塊超大，適宜地塊少，水源水量要求高，設備畝均投資低。控制半徑511～565 m，灌溉面積1 000～1 500畝，設備投資150～225萬元，畝均投資1 600～1 500元。

2.6 典型工程設計

2.6.1 項目區(qū)基本情況

典型工程項目區(qū)面積2 000畝，均種植糖料蔗，蔗種為柳城05136、桂糖40、新臺糖66、桂糖032 287、福農38，該項目區(qū)位于賓陽縣廖平農場，地處低緯度，受海洋暖濕氣流調節(jié)，高溫多雨，夏長冬短，屬亞熱帶季風氣候。平均氣溫22.3℃，10℃以上的總積溫為7 477.8℃，年無霜期346 d，年平均日照時數(shù)為1 634.4 h，年平均輻射總量為439.82 kJ/cm2，年降雨量1 201.6 mm，主要集中在5～9月份，其雨量達897.9 mm，占全年總降雨量74.7%，11月至次年3月雨量較少。

該項目區(qū)的水源為紅水河支流，多年平均天然徑流量2.6億m3，最大年徑流量17.2億m3，年最小年徑流量0.53億m3，豐水期的5～10月的徑流量占年徑流量的88.2%；其中6～9月占年徑流量的72%。水量豐富可作為項目區(qū)的水源。

2.6.2 設計參數(shù)

典型工程項目區(qū)的灌溉定額根據(jù)下式進行計算：

式中：ms——最大灌水定額，mm；

h——計劃濕潤層深度，cm，取0.4 m；

γ——土壤容重，g/cm3，取1.47 g/cm3；

β′1——適宜土壤含水量上限（重量百分比），

β′1=22.5；

β′2——適宜土壤含水量下限（重量百分比），β′2=17。

經(jīng)計算指針式噴灌的灌水定額為ms=32.34 mm，即ms=21.57 m3/畝。

同時，計算得到灌溉周期為7 d，總提水流量280 m3/h，分為兩片區(qū)，片區(qū)一1200畝，片區(qū)二800畝。

2.6.3 設備選型

選擇美國生產的維蒙特指針式噴灌機兩臺，其中，一號機：9跨+25 m懸臂，負責1 200畝蔗區(qū)的灌溉；二號機：6跨+25 m懸臂+25 m射程尾槍，負責800畝蔗區(qū)的灌溉。噴頭噴灑半徑重合率164%，噴頭型號為NelsonD3 000，配合15 Psi穩(wěn)壓器，軟管采用復合軟管及配重，噴頭間距2.9 m，噴頭高度1.8 m，每日噴水量11.03 mm/d，設備電壓降8.5 V，圓形噴灌機入口壓力12 m水頭。

2.6.4 系統(tǒng)布置及主要構筑物

（1）在河邊修建1座加壓泵站，安裝兩臺水泵，直接加壓指針式噴灌機內噴灌；泵房采用固定式分基型，布置于原渠道邊，泵房兼配電房和值班室，面積為58 m2，采用漿砌石基礎，為單層磚混結構，平面尺寸為10.8 m×5.4 m，高3.3 m，分為2個開間，其中:開間為3.6 m×5.4 m，為設備室，室內布有水泵啟閉柜、濾水器等設備；開間為7.2 m×5.4 m，為管理房兼作倉庫；

（2）泵站至指針式噴灌機的管道采用PVC-U管，埋設于地下80 cm，每500 m設置鎮(zhèn)墩一個，鎮(zhèn)墩采用C15混凝土澆筑。

2.7 效益分析

2.7.1 社會效益

項目實施后，社會效益顯著：一是降低用水成本、促進農民增收。主要通過節(jié)水灌溉，提高灌溉水利用率，減少灌溉勞動力、降低了提水費用和生產成本、從而提高作物復種指數(shù)和優(yōu)化產業(yè)結構；二是促進社會主義新農村建設。項目實施后，項目區(qū)農作物的需水量得到了保證，農民收入得到穩(wěn)步提高，從而為改善村容村貌和建設社會主義新農村提供經(jīng)濟基礎；三是能節(jié)約用水，提高灌溉水利用系數(shù)。

2.7.2 經(jīng)濟效益

通過比較，在無灌溉地塊種植甘蔗，畝均年投入種植成本（主要包括人工、肥料、種苗等）1 200元，年畝均產量為4 t，按470元/t收購價測算，產值為1 880；在使用指針式噴灌的地塊種植甘蔗，畝均年投入種植成本1 000元，工程成本（按畝均投入2 000元，設備15年使用期平攤費用）130元，年畝均產量為6t，產值為2820元。可知，實施指針式噴灌工程，畝均年利潤可提高1 010元，其經(jīng)濟效益非常顯著（見表4）。

表4 有無指針式噴灌的經(jīng)濟效益比較

2.7.3 生態(tài)環(huán)境效益

實施后，形成了“水、肥、藥”一體化的灌溉模式，提高了田間管理效率，糖料蔗種植的灌溉用水量及能源消耗大大減少，極大地提高資源利用率，減少化肥、農藥等化學用品的投入，改善了項目區(qū)域的人畜用水條件。蔗區(qū)在旱季能得到灌溉，滋潤土壤，促進糖料蔗生長，調節(jié)局部小氣候，優(yōu)化空氣質量維持蔗區(qū)生態(tài)平衡，為實現(xiàn)“清潔田園·美麗廣西”的目標奠定良好基礎。

3 建議

（1）在廣西自治區(qū)政府大力推動500萬畝糖料蔗優(yōu)質高產高糖糖料蔗基地建設的背景下，基于指針式噴灌的設計簡單、操作方便等特點，建議在集中、連片（土地整合）的經(jīng)濟效益較好的蔗區(qū)、經(jīng)濟條件較好、勞動力緊張或從事非農業(yè)勞動人數(shù)較多的蔗區(qū)進行推廣；

（2）由于指針式噴灌在廣西應用的時間較短，建議打造出樣本工程，加強區(qū)域間交流，使指針式噴灌得到更好的推廣；

（3）指針式噴灌在廣西還屬于新型灌溉方式，其實用性已經(jīng)得到認可，但區(qū)內還未有設備生產商和維修商，設施引進運行后出現(xiàn)問題難及時處理，另外，該設備對運行管護人員的技能要求相對較高。因此，建議鼓勵廠商在廣西投資建廠，并加大基層技術人員的培訓力度，培養(yǎng)一支能熟練操作和維修指針式噴灌機的技術隊伍。

[1] 何令祖，吳衛(wèi)熊.廣西蔗區(qū)節(jié)水灌溉技術適應條件調查與分析[J].中國農村水利水電，2015（11）：36-39.

[2] 潘 偉，吳衛(wèi)熊.廣西丘陵山區(qū)蔗區(qū)水利創(chuàng)新發(fā)展模式研究[J].節(jié)水灌溉，2015（9）：91-95.

（責任編輯：周 群）

Application of pointer type sprinkler irrigation in sugar cane planting of Guangxi

LIN Xue-jia1,2,YAO Yao2,XIE Wen-hai2

（1.Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Guangxi Keyuan Engineering Consultant Co.Ltd.Nanning 530023,China）

With regard to pointer type sprinkler irrigation,the authors make a brief introduction on its composition and characteristics,and on the combination of typical sugar cane farm blocks;probe into its adaptive conditions and economic adaptability in sugar cane planting areas of Guangxi;presented the key points of design with a typical en?gineering design example;analyze and evaluate the benefits;and give suggestions for its application in high yield and sugar-content cane planting bases of Guangxi.

Pointer type sprinkler irrigation;Guangxi;sugar cane;adaptability;analysis

S275.5；S556.1

B

1003-1510（2016）02-0072-04

2016-02-18

水利部公益行業(yè)專項《廣西糖料蔗高效節(jié)水灌溉發(fā)展模式研究》（項目編號：201301013）；廣西自治區(qū)農業(yè)科技成果轉化資金項目《廣西百萬畝糖料蔗高效節(jié)水灌溉關鍵技術集成與示范》（項目編號：14125004-4）。

林學佳（1983-），男，廣西賓陽人，廣西科源工程咨詢有限責任公司工程師，學士，從事水利水電工程設計工作。