不同滴灌管網(wǎng)系統(tǒng)特性、成本和效益的對比分析

程蓮++曹兵+林萍++陳林

摘要：針對滴灌系統(tǒng)樹狀管網(wǎng)存在壓力不均衡、運行和投入成本高等問題，對樹狀管網(wǎng)滴灌系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)環(huán)狀化和小流量滴灌帶優(yōu)化研究，并在棉花作物上進(jìn)行應(yīng)用，同時開展不同滴灌管網(wǎng)系統(tǒng)特性、系統(tǒng)成本和效益的對比分析。

關(guān)鍵詞：滴灌；樹狀管網(wǎng)；環(huán)狀管網(wǎng)；成本

基金項目：兵團(tuán)農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化計劃項目 （2016AC015），師市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項目（2015NY03）、（2016TX013）

中圖分類號： TV85；S157 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.01.020

目前，微灌工程管網(wǎng)布置形式較單一，管網(wǎng)布置多為樹狀結(jié)構(gòu)，壓力不均衡、供水可靠性差，且灌溉時總有部分管道閑置，管道利用率低。輸配水管網(wǎng)投資費用一般要占整個灌溉工程總投資的50%～70%，甚至80%以上，同時能耗和管理費用高。環(huán)狀管網(wǎng)即把地下管道首尾相互接通形成環(huán)狀，可從兩個方向出水口供水，特點是供水可靠，節(jié)點壓力相對均衡，減小水頭損失，降低工程投資，可提高供水能力和系統(tǒng)可靠性等優(yōu)點，在集中運行時，在一定條件下也優(yōu)于樹狀管網(wǎng)。通過對比分析環(huán)狀管網(wǎng)和樹狀管網(wǎng)在滴灌過程中的成本和效益，確定環(huán)狀管網(wǎng)相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢。

1 樹狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)指標(biāo)對比

試驗地在新疆石河子北工業(yè)園區(qū)，南高北低，坡度小于0.005‰，土壤為壤土。試驗地面積444畝，長為740米，寬為400米，水源為井水，棉花作物，滴灌帶鋪設(shè)間距為0.9米。系統(tǒng)采用φ90支管模式，開展滴灌不同結(jié)構(gòu)管網(wǎng)布置系統(tǒng)各指標(biāo)比較，見表1。

從表1可以看出，方案1：基于地形原因、普通滴灌帶滴頭流量大，為確保滴水均勻性，所以樹狀管網(wǎng)的支管鋪設(shè)長度50米和毛管單側(cè)鋪設(shè)長度為53米，鋪設(shè)長度較短，造成支管數(shù)量多且總長度長，單個輪灌小區(qū)面積小，同時存在首部壓力大等問題。

方案2：在原來地埋管管徑和位置不改變的基礎(chǔ)上，重新設(shè)置出水栓，最后用與分干管相同管徑的地埋管在分干管末端出水栓處連接起來，形成環(huán)形地埋系統(tǒng)，地面采用小流量滴灌帶。與方案1相比，地埋管長度增加了9.8%，支管總長度和灌水小區(qū)數(shù)量減少了57%。由于使用小流量滴灌帶，大大增加滴灌帶單側(cè)鋪設(shè)長度，毛管鋪設(shè)長度和輪灌小區(qū)面積增加了1.32倍，樹狀管網(wǎng)的灌水運行特點使系統(tǒng)壓力減少了3米。

方案3：重新設(shè)計地埋環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)，地面采用小流量滴灌帶，由于地埋管成環(huán)狀，所以可以在地塊最低處設(shè)置一個排水井。與方案1比，減少了1條分干管，管徑也小了一個等級，地埋管總長度減少19%，每條支管長度增加了32%，支管總長度減少43%，單側(cè)毛管鋪設(shè)長度增加了76%，輪灌小區(qū)面積增加了1.33倍。由于管徑變小，地埋管壓力增加，但由于樹狀管網(wǎng)的灌水運行特點，系統(tǒng)壓力仍與樹狀管網(wǎng)壓力一樣。

2 成本和效益對比分析

從表1、表2可以看出，由于滴灌系統(tǒng)設(shè)計方案的不同，各方案的地埋分干管條數(shù)、分干管管徑、分干管長度和支管長度等不同，使得畝投入成本方案1 >方案2>方案3。方案1比方案2、方案3分別高5%和31%；地埋部分投入方案1比方案2低14%，比方案3高53.7%；地面部分投入方案1比方案2、3分別高16.3%和12.2%；施工安裝費方案比方案2、方案3分別高7%和19%；運行管理費差距較小，總投入方案1比方案2、3高5.3%和29.6%，由于方案3的地埋分干管管徑降低一級，分干管和支管長度減少，所以材料費、施工安裝費用和管理費用均減少，使得總投入減少。

從表3可以看出，方案2、方案3的棉桃數(shù)量分別比方案1多0.7個、0.9個，方案2、方案3的株高分別比方案1高4.67厘米、6.22厘米，方案2、方案3的株徑分別比方案1粗0.43厘米、0.52厘米，方案2和3無論是棉桃數(shù)量、株高，還是株徑均比方案1有所提高，主要是因為環(huán)狀管網(wǎng)節(jié)點壓力相對均衡，提高了灌水均勻度。方案3產(chǎn)量最高，提高了5.42%，每畝地增效124.2元。方案2和方案3在產(chǎn)量上較接近。

微灌工程采用環(huán)狀管網(wǎng)和小流量滴灌帶可以在一定程度上降低管網(wǎng)壓力等級和投入成本。采用小流量滴灌帶的環(huán)狀管網(wǎng)滴灌系統(tǒng)對棉花有一定的增產(chǎn)效果，需進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)面積進(jìn)行驗證。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：程蓮，碩士，農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉和作物栽培技術(shù)研究。