滴灌技術(shù)在礦山環(huán)境治理項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

李金剛，張錦靈，趙 丹，袁正剛

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州 450001）

1 項(xiàng)目概況

本科研項(xiàng)目位于新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)鳳凰山礦山公園（青龍山）礦山環(huán)境項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目區(qū)處于中緯度地帶，屬于暖溫帶大陸性半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候。年平均氣溫14℃；7月最熱，平均27.3℃；1月最冷，平均0.2℃；最高氣溫42.7℃(1951年6月20日)，最低氣溫-21.3℃(1951年1月13日)。年均濕度68%，最大凍土深度280mm。

項(xiàng)目區(qū)年平均降雨656.3mm，最大降雨量1168.4mm(1963 年)，最小降雨量241.8mm(1997 年)，最大積雪厚度395mm（2009年），年蒸發(fā)量1748.4mm。6~9月份降水量最多，為409.7mm，占全年降水的72%，且多暴雨。無霜期220d，全年日照時(shí)間約2400h。

選取典型試驗(yàn)地塊7200m2，分別開展滴灌和常規(guī)灌溉方式試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)土壤為中壤土，土壤肥力基本一致，土層厚度約1.5~2.0m，地形較為平坦，種植植物為梨樹，種植密度為3m×4m。試驗(yàn)期間除灌水外田間管理措施保持一致。灌溉水源為新鄉(xiāng)青龍山項(xiàng)目區(qū)內(nèi)機(jī)井，距離試驗(yàn)區(qū)直線距離800m 左右，井深560m，抽水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明出水量40m3/h，水質(zhì)良好。采樣潛水泵抽水，潛水泵型號(hào)為200QJ40-221。

2 交通位置

本項(xiàng)目位于鳳凰山青龍山一帶，治理區(qū)東臨分將池村，南距新鄉(xiāng)市區(qū)約10.00km，東、南距南水北調(diào)工程約2.50km，107 國(guó)道、京廣鐵路、京珠高速公路、荷寶高速公路等主要交通干線從項(xiàng)目區(qū)附近通過，治理區(qū)內(nèi)有村莊道路及采礦道路相通，交通較為便利。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)包括水源（井水）—干管—計(jì)量裝置（水表）—網(wǎng)式過濾器—支管—毛管—滴頭等。

管道布置和安裝采用三級(jí)式，即干管、支管和毛管。毛管直接安裝在支管上，支管接干管。毛管與種植行平行布置，支管垂直于種植行。干管的與支管垂直，與毛管平行。為減少水頭沿程損失，降低能耗，管道系統(tǒng)中支管、毛管以優(yōu)化方式采用梳型方式布置，目的是達(dá)到操作管理方便、系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用最低的效果。

滴頭流量2L/h，以土壤水分作為灌溉控制指標(biāo)，每次灌水記錄灌水量及灌水時(shí)間。

常規(guī)灌溉試驗(yàn)采用水罐車?yán)斯补囵B(yǎng)護(hù)，人工澆水過程中控制水帶出水量，以免造成水土流失及土壤沖刷，以植物長(zhǎng)勢(shì)作為灌溉控制指標(biāo)，每次灌水記錄灌水量、灌水時(shí)間及投入等。梨樹栽后24h內(nèi)及時(shí)澆第一遍透水，并進(jìn)行苗木的扶直整理工作，對(duì)苗木支撐進(jìn)行修整和修改。梨樹種植后定期養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)過程中根據(jù)天氣情況和土壤水分狀況以及苗木本身的需水量，適時(shí)澆水，每次澆水要確保澆透。

收集兩種不同灌溉方式在成本投入、節(jié)水效益、省工效益及綠化成效數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理分析。

4 施工依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)

（1）《滴灌技術(shù)在礦山環(huán)境治理中的應(yīng)用研究設(shè)計(jì)書》；

（2）《噴灌與微灌工程技術(shù)管理規(guī)范》（SL236-1999）；

（3）《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》（GBJ85-85）；

（4）《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》SL207-98。

5 設(shè)備選型、安裝及使用

5.1 設(shè)備選型

滴灌系統(tǒng)包括水源（井水）—干管—計(jì)量裝置（水表）—網(wǎng)式過濾器—支管—毛管—滴頭。詳見圖1滴灌系統(tǒng)示意圖。

圖1 滴灌系統(tǒng)安裝示意圖

（1）水源：項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有機(jī)井,井深560m，單井涌水量40m3/h。

（2）干管：各個(gè)種植區(qū)都預(yù)留有露出地面的立管HDPE（D32mm）。

（3）網(wǎng)式過濾器：過濾器內(nèi)裝有兩層網(wǎng)鋼絲過濾篩，濾除水中苔蘚、雜物等，是保持水質(zhì)清潔，防止滴頭和毛管堵塞，使滴灌系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要部件。

（4）支管、毛管：支管材料選用直徑為32mm低密度聚乙烯管材，毛管選用直徑為16mm的滴灌管。

（5）滴頭：滴頭是滴灌系統(tǒng)中的主要組成部分之一，滴頭為螺帽式，滴頭流量2L/h。

5.2 滴灌系統(tǒng)的安裝

（1）布毛管，將毛管安裝在轉(zhuǎn)盤上，1人拉著毛管沿著果樹行向前，一人拉著毛管轉(zhuǎn)盤，毛管拉到該行果樹的另一端時(shí)從這一端將毛管剪斷，一端接入干管一端進(jìn)行封堵處理。重復(fù)之前的動(dòng)作。直至毛管布滿該區(qū)域。

（2）布干管，干管垂直于毛管布置，干管與每根毛管連接處設(shè)置一個(gè)閥門。以便于后期養(yǎng)護(hù)管理使用。

（3）安裝滴頭，沿毛管布置路線，安照實(shí)際種植株距布置滴頭，安裝滴頭時(shí)，用專用的錐頭在毛管上靠近果樹根部的位置鉆眼，然后將滴頭安裝在毛管上，然后將毛管固定在樹的根部，并將滴頭朝向該樹的根部。以此類推，安裝好所有的滴頭。

（4）連接管網(wǎng)。干管布置完畢時(shí)，使其與該區(qū)域的綠化管網(wǎng)連接，在干管和綠化管網(wǎng)之間安裝止水閥門和過濾裝置，并防止有異物堵塞毛管和滴頭。

5.3 滴灌系統(tǒng)的使用

滴灌系統(tǒng)布置完畢后（見圖2），就可以安排專人進(jìn)行灌溉，通常每一個(gè)獨(dú)立的種植區(qū)域安排一人即可。灌溉時(shí)先打開每一條毛管上的控制閥，然后再打開干管上的控制閥，最后打開該區(qū)域綠化用水管道上控制閥即可。在灌溉過程中，需要巡視檢查每個(gè)滴斗的情況。防止滴頭堵塞。灌溉結(jié)束后（見圖3），關(guān)閉閥門的順序和開始的順序相反，要先關(guān)該區(qū)域綠化用水管道上控制閥，再關(guān)閉干管上的閥門，最后關(guān)閉每條毛管上的閥門。

圖2 滴灌安裝效果圖

圖3 滴灌灌溉效果圖

5.4 使用注意事項(xiàng)

（1）不能自行拆掉過濾裝置,不能在任意位置自行打孔安裝其它裝置;過濾系統(tǒng)是維護(hù)滴灌系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵,要經(jīng)常檢查過濾器的狀況及時(shí)消洗過濾網(wǎng),發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)破損時(shí)要及時(shí)更換。

（2）根據(jù)水質(zhì)情況定期檢査管道,特別是毛管,以防系統(tǒng)內(nèi)淤泥沉淀。鋪設(shè)完管道后應(yīng)試水檢查各路支管及毛管是否有裂口或者有破損并及時(shí)更換有損壞的管子。

（3）滴灌系統(tǒng)需要通過精心維護(hù)以發(fā)揮最優(yōu)性能，保證設(shè)備水流的暢通。在日常澆灌過程中，應(yīng)加強(qiáng)巡查，檢查滴頭的情況。以防止滴頭堵塞或損壞影響澆灌質(zhì)量。

6 滴灌參數(shù)的確定

6.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

作物的設(shè)計(jì)日耗水強(qiáng)度為5.0mm/d，土壤濕潤(rùn)比P≥25%，灌溉水利用系數(shù)η=0.95。

6.2 灌溉管理制度

滴灌作為一種先進(jìn)的灌溉方式，必須配以先進(jìn)的灌水技術(shù)才能發(fā)揮其優(yōu)越性。灌水技術(shù)主要指合理的灌水制度，包括不同作物、不同生育期的灌水起點(diǎn)、灌水定額、灌水時(shí)間、灌水次數(shù)等等。

（1）在土壤、作物、大氣、蒸騰等諸多因素綜合作用下，梨樹的日平均蒸發(fā)量為5mm/d。

（2）本次試驗(yàn)灌水周期取7d，每次灌水時(shí)間為8h。試驗(yàn)期間根據(jù)天氣情況和土壤水分狀況以及苗木本身的需水量適時(shí)調(diào)整。由于本試驗(yàn)地塊面積較小，因此本試驗(yàn)地塊采用續(xù)灌的工作制度。

7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為方便數(shù)據(jù)的采集和分析，在工作中將試驗(yàn)地塊進(jìn)行編碼，分別為1號(hào)地塊、2號(hào)地塊。其中1號(hào)地塊采用滴灌技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，2號(hào)地塊采用常規(guī)養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

7.1 成本效益分析

（1）養(yǎng)護(hù)成本（詳見圖4）：

圖4 成本用量示意圖

1 號(hào)地塊一年養(yǎng)護(hù)成本：43926 元（分擔(dān)的管網(wǎng)費(fèi)用：3600×8.8=31680元；滴灌材料及安裝費(fèi)用：5000元；養(yǎng)護(hù)人工及水費(fèi)：7246元）。

2號(hào)地塊一年養(yǎng)護(hù)成本：29720元（養(yǎng)護(hù)人工及水費(fèi)15920元；水罐車租賃費(fèi)：23×600=13800元）。

（2）成本對(duì)比分析：

1號(hào)地塊成本增加額：43926-29720=14206元；

1號(hào)地塊成本增加率：14206/29720=47.7%。

7.2 節(jié)水效益、省工效益分析

（1）養(yǎng)護(hù)用水統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 1號(hào)、2號(hào)地塊用水統(tǒng)計(jì)表

（2）養(yǎng)護(hù)人工及用水量（詳見表1和圖5）：

圖5 用水量示意圖

1 號(hào)地塊養(yǎng)護(hù)人工及用水量：25 人工，安裝10 人工；用水123.100t/a。

2號(hào)地塊養(yǎng)護(hù)人工及用水量：75人工，用水460t/a，水費(fèi)：1000元。

（3）節(jié)水效益：

1號(hào)地塊節(jié)水額：460-123.100=336.9（t）；

1號(hào)地塊節(jié)水率：336.9/460=73.2%。

（4）省工效益：

1號(hào)地塊省工額：75-35=40（人工）；1號(hào)2號(hào)地塊用工量見圖6。

圖6 用工量示意圖

1號(hào)地塊省工率：40/75=53.3%。

7.3 樹木成活率（詳見圖7）

圖7 成活率示意圖

1 號(hào)地塊梨樹總數(shù)336 棵，死亡16 棵。成活率(336-16)/336=95.2%；

2 號(hào)地塊梨樹總數(shù)336 棵，死亡35 棵。成活率(336-47)/336=86.0%；

1號(hào)地塊提高樹木成活率：95.2%-86.0%=9.2%。

8 試驗(yàn)結(jié)論

本滴灌系統(tǒng)運(yùn)行1 年以來運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，有效改善了種植物的灌溉條件，提高了灌溉節(jié)水省工的應(yīng)用效果，提高了樹木成活率。

（1）成本方面：由以上數(shù)據(jù)我們可以看到，滴灌養(yǎng)護(hù)比常規(guī)養(yǎng)護(hù)成本多14206元，多支出47.7%。但這只是一年養(yǎng)護(hù)期的養(yǎng)護(hù)成本，在滴灌養(yǎng)護(hù)成本組成中可以看出，滴灌管材及安裝在其總成本中占很大比例，由于時(shí)間因素限制，本項(xiàng)目的工期只有一年，由成本方面的數(shù)據(jù)可以推算出，第二年兩個(gè)成本接近，第三年滴灌的成本才比常規(guī)養(yǎng)護(hù)成本大幅下降，成本優(yōu)勢(shì)明顯。而滴灌的管材使用壽命一般為5年以上，礦山環(huán)境治理項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)期一般為3年。滴灌管材的使用壽命完全滿足礦山環(huán)境治理項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)期的需要。也就是說從整個(gè)項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)期來看，使用滴灌進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的成本是低于使用常規(guī)養(yǎng)護(hù)的成本的。

（2）節(jié)水方面：由以上數(shù)據(jù)可以看到，滴灌養(yǎng)護(hù)比常規(guī)養(yǎng)護(hù)節(jié)水73.2%。

（3）省工方面：由以上數(shù)據(jù)可以看到，滴灌養(yǎng)護(hù)比常規(guī)養(yǎng)護(hù)省工53.3%。

（4）成活率方面：由以上數(shù)據(jù)可以看到，滴灌養(yǎng)護(hù)比常規(guī)養(yǎng)護(hù)樹木成活率提高9.2%。

通過以上分析數(shù)據(jù)，可以看出滴灌技術(shù)應(yīng)用在礦山環(huán)境治理項(xiàng)目中是可行的，具有非常廣闊的推廣前景。礦山環(huán)境治理項(xiàng)目，大多位于礦區(qū)，缺水少路。采用常規(guī)的灌溉模式往往浪費(fèi)水資源和人力，而且成活率不高。而采用滴灌能很好地解決這一問題。礦山環(huán)境治理項(xiàng)目在養(yǎng)護(hù)過程中使用滴灌技術(shù)使得養(yǎng)護(hù)用水量和養(yǎng)護(hù)用工有了很大程度的降低，并且提高了種植物的成活率，從而降低了養(yǎng)護(hù)成本，在一定程度上增加了項(xiàng)目的收益水平，同時(shí)可以將節(jié)約的水資源用于其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高了水資源利用率，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于本文所依托的項(xiàng)目只有一年時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只有一年的數(shù)據(jù)，無法對(duì)滴灌在整個(gè)養(yǎng)護(hù)期的情況進(jìn)行準(zhǔn)確的分析評(píng)價(jià)，在今后的科研項(xiàng)目中有必要對(duì)滴灌技術(shù)在礦山環(huán)境治理項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行連續(xù)的試驗(yàn)，采集整個(gè)養(yǎng)護(hù)期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其在礦山環(huán)境治理綠化養(yǎng)護(hù)過程中的實(shí)用性做進(jìn)一步的研究。

9 建議

（1）在以后類似的礦山環(huán)境治理項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要考慮后期的養(yǎng)護(hù)配套問題，如果項(xiàng)目的通水通電條件較為便利的話?？梢栽O(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)機(jī)井、管道及滴灌。

（2）在通水通電條件困難的項(xiàng)目上，可以設(shè)計(jì)無需水電的自壓式滴灌，即在山上一定高度安裝儲(chǔ)水池或儲(chǔ)水罐，利用自身的高差獲取滴灌壓力。儲(chǔ)水池及儲(chǔ)水罐要做好安全防護(hù)。

（3）滴頭堵塞是目前滴灌使用中最主要的問題。引起堵塞的原因主要有：部分系統(tǒng)上沒有設(shè)置過濾器，有的雖然設(shè)置了過濾器，但管理人員為圖方便，棄之不用，使水中的泥砂等雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，使滴頭堵塞；大部分蓄水池或沉淀池上無加蓋，長(zhǎng)期經(jīng)太陽照射，易于在池中產(chǎn)生藻類等微生物，這些微生物在運(yùn)行中隨水進(jìn)入系統(tǒng)，使滴頭堵塞；滴灌系統(tǒng)在安裝過程中，常在管道上用鉆頭打孔，在打孔中會(huì)產(chǎn)生大小不等的顆粒，若在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不及時(shí)把各級(jí)管道末端堵頭打開沖洗，也會(huì)造成滴頭堵塞。

（4）為了充分發(fā)揮滴灌效益，延長(zhǎng)滴灌使用壽命，必須注意以下幾個(gè)問題：在滴灌系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置過濾器，在每次系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，打開過濾器上開關(guān)，沖洗過濾器重點(diǎn)雜質(zhì)。經(jīng)常打開過濾器檢查濾網(wǎng)是否破損，如有破損及時(shí)更換；對(duì)蓄水池加蓋，防止太陽照射池中產(chǎn)生藻類等微生物；經(jīng)常在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開滴灌管末端堵頭排水，以排除沉積在系統(tǒng)中的沉積物；系統(tǒng)安裝好后，在調(diào)試時(shí)，應(yīng)打開系統(tǒng)各級(jí)管道末端堵頭，沖洗安裝過程中打孔產(chǎn)生的顆粒雜質(zhì)。