果樹水肥一體化集成管理系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

叢 崇(西豐縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局特色產(chǎn)業(yè)辦，遼寧 112400)

大臺山果樹農(nóng)場系遼寧省葫蘆島市直屬國有大二型農(nóng)墾企業(yè)。農(nóng)場建成櫻桃示范大棚12座，采用新式“柱形”種植櫻桃12400株；油蟠桃示范大棚4座，采用新式“Y形”種植油蟠桃2400株；草莓示范大棚2座，采用“立體式”栽培草莓50000株，面積約75畝。園區(qū)大部分產(chǎn)業(yè)基地位于丘陵山區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施條件較差，部分基地缺水較重，為解決水資源缺乏和降低管護(hù)成本，引進(jìn)并推廣水肥一體化集成管理系統(tǒng)。

水肥一體化集成管理系統(tǒng)是針對大棚基地種植情況和結(jié)合基地水文情況以及水利基礎(chǔ)設(shè)施做的設(shè)計。項目設(shè)計面積約75畝大棚，分櫻桃和桃2個樹種，建立自動化控制的水肥一體化灌溉系統(tǒng)。

1 首部系統(tǒng)

根據(jù)基地情況結(jié)合生產(chǎn)管理需要，75畝大棚基地建設(shè)1個首部系統(tǒng)。首部系統(tǒng)由以下幾部分組成：恒壓變頻控制系統(tǒng)、自動反沖洗過濾系統(tǒng)、自動化施肥和控制系統(tǒng)。

首部系統(tǒng)

(1)恒壓變頻控制系統(tǒng)。輪灌區(qū)大小不同，造成系統(tǒng)工作所需壓力及流量不一。為了確保開啟關(guān)閉任何一個灌區(qū)，系統(tǒng)工作壓力始終保持在正常工作范圍內(nèi)，流量保持穩(wěn)定，加壓控制系統(tǒng)選用恒壓變頻控制系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。為了更好地保護(hù)相關(guān)首部和延長系統(tǒng)使用壽命，需建設(shè)可以放置首部設(shè)備的泵房(6米×5米)。

恒壓變頻供水設(shè)備主要由1臺不銹鋼多級離心水泵、1臺變頻控制柜及相關(guān)設(shè)備組成，在設(shè)計的范圍內(nèi)可根據(jù)灌區(qū)所需壓力自動調(diào)節(jié)所需管道壓力。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：①體積小，占地少，安裝方便；②高效節(jié)能，三重強(qiáng)制疊壓，耗電少，運(yùn)行費(fèi)低；③超強(qiáng)保護(hù)，故障自動顯示，報警；④長壽命，運(yùn)行效率高，可提高水泵壽命3倍以上。

變頻控制柜

(2)自動反沖洗過濾系統(tǒng)。為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止灌溉系統(tǒng)堵塞，延長灌溉系統(tǒng)使用壽命，根據(jù)基地水源情況，過濾系統(tǒng)采用疊片自動反沖洗過濾器。疊片自動反沖洗過濾系統(tǒng)為3寸3單元自動反沖洗碟片過濾器組合。疊片過濾器(120目)是一種利用疊片濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質(zhì)，以凈化水質(zhì)及保護(hù)系統(tǒng)其他設(shè)備正常工作的必備精密設(shè)備。產(chǎn)品特點(diǎn)：①設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單；②反沖洗時間短，流量壓力損失小；③高精度過濾，出水水質(zhì)穩(wěn)定；④使用壽命長；⑤可適用于不同原水水質(zhì)和用水要求；⑥易損件少，無耗材，運(yùn)行費(fèi)用低，操作管理簡單。

疊片自動反沖洗過濾器

(3)自動化施肥和控制系統(tǒng)。注入式自動施肥機(jī)設(shè)計。施肥機(jī)的作用是將高濃度母液與灌溉水，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點(diǎn)，兌成作物需要的肥水，通過田間管網(wǎng)和滴頭，均勻、定時、定量地供給作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量。要將水和肥均勻地按照比例混合，以達(dá)到不同作物對不同肥料濃度的需求則需要配置全自動施肥機(jī)。FARMNET設(shè)計獨(dú)特的注入式精量施肥機(jī)(Fismart-PA)允許將水溶性肥料加入到灌溉用水中，可以輕松快捷地改變施肥配比，使作物可以在正確的時間內(nèi)，攝入正確的營養(yǎng)物質(zhì)，適用于全球種植者，無論溫室或田間。

Fismart-PA旁路式施肥機(jī)

2 田間輸水管網(wǎng)

根據(jù)設(shè)計，所有灌區(qū)流量不會超過80米3，主管流量不會超過80米3，經(jīng)過調(diào)壓系統(tǒng)工作壓力不會超過1.0兆帕，故經(jīng)相關(guān)流量和管道損失計算得出結(jié)論，田間最大主管道使用(1.0兆帕)的直徑110毫米的PVC給水管，支管選用(1.0兆帕)的直徑50～110毫米的華亞PVC給水管，系統(tǒng)所有的主管道都進(jìn)行地埋鋪設(shè)，避免出現(xiàn)凍裂和爆管，同時便于日后管道的維護(hù)管用。

PVC管材

灌水器。為保證灌溉施肥的均勻性，使水分均勻快速地灌溉到作物根部，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r、土壤質(zhì)地(較沙)及大棚種植規(guī)格和種植方式，最終選擇外徑16毫米、壁厚0.38毫米、間距30厘米、流量1.6升/小時的以色列滴灌帶作為灌水器。同時為了避免出現(xiàn)滴水點(diǎn)少、灌溉分布少而影響果樹根系生長發(fā)育的情況，每行果樹鋪設(shè)雙行滴灌帶，這樣的好處是既可以確保灌溉的均勻性，還可以解決灌溉點(diǎn)過于集中和分布點(diǎn)過少的問題。

滴灌使用效果

3 系統(tǒng)田間控制和保護(hù)設(shè)備

為了更好地控制和保護(hù)管道系統(tǒng)，整個系統(tǒng)安裝了雙線灌溉控制器和電磁閥，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程灌溉控制，而保護(hù)設(shè)備有：變頻設(shè)備、進(jìn)排氣閥、壓力表等。

無線灌溉控制器和電磁閥閥門組合的田間運(yùn)用

4 工程設(shè)計方案

本設(shè)計方案遵循以下中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》SL 207—1998，《微灌工程技術(shù)規(guī)范》SL 103—1995，《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 5084—1992。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)外微灌技術(shù)發(fā)展積累的多年經(jīng)驗，結(jié)合本基地的實際情況，各技術(shù)參數(shù)定為如下值：微灌土壤濕潤比25%，微灌水利用系數(shù)0.90，設(shè)計灌水均勻度≥90%，設(shè)計濕潤深度≥0.4米，設(shè)計日供水強(qiáng)度5毫米，設(shè)計輪灌周期1天。

(1)滴灌工程系統(tǒng)動力類型。選擇水泵增壓式滴灌系統(tǒng)，電壓要求380伏，首部泵房需配備30千瓦。

(2)設(shè)計使用壽命。系統(tǒng)主要設(shè)備及輸水干管、支管10年以上，毛管及灌水器6～8年。

(3)需水量的計算。根據(jù)作物的種植計劃情況，灌溉面積A=5公頃，設(shè)計耗水強(qiáng)度Ia=5毫米，灌溉水利用系數(shù)η=0.90，代入公式V=10IaA/η，計算滿足該區(qū)灌溉的需水量V(單位：米3)，得V=278米3。

蓄水池配備：根據(jù)灌溉需求及系統(tǒng)設(shè)計需要計算得出，系統(tǒng)覆蓋灌溉范圍最干旱所需灌溉水量約為680米3，根據(jù)基地實際情況目前只有井水和水庫作為灌溉水源。

(4)灌溉小區(qū)設(shè)置?；貏澐?個輪灌區(qū)。

(5)系統(tǒng)首部配置選型方案。故根據(jù)管道壓力損失和相關(guān)計算確定水泵選擇揚(yáng)程為50米，流量為100米3的立式管道離心泵。特點(diǎn)：設(shè)1個首部，加壓首部配備1臺立式管道離心泵，1套自動化變頻控制系統(tǒng)，1套自動反沖洗過濾器過濾系統(tǒng)，1套自動化施肥系統(tǒng)。設(shè)計輪灌周期：1天(以每天工作10小時計算)；設(shè)計小區(qū)灌溉時間：2小時(以滿足最干旱設(shè)計)。

(6)泵房和蓄水池。利用已建成泵房。