节水灌溉研究分析论文

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我省茶叶生产主要集中在大别山、桐柏山及伏牛山地区，这里产茶历史悠久，早在1200多年前就是老茶区之一。新中国成立后，在党和政府的高度重视下，茶叶生产有了很大发展，至1999年，全省茶园面积达60万亩，开采45万亩，年产茶叶850万公斤，产值2.3亿元。桐柏山地处南北方分界线，山区地形、地貌及气候等自然条件极适合茶叶生长，茶产量及茶叶质量均较好，且群众已普遍掌握了娴熟的茶叶种植、采集、加工技术。经过种植结构调整比较，种茶经济效益最好，茶叶生产已成为当地群众脱贫致富奔小康的支柱产业。

1桐柏茶区简介

桐柏县位于河南省南部，豫鄂交界处，总面积1941平方公里。县域地貌以浅山、丘陵为主，斜贯县境的桐柏山构成地貌的骨架，境内河流密布，属淮河水系。桐柏处于亚热带边缘，属于北亚热带季风型大陆型气候，四季分明，温暖湿润，县域植被覆盖率高，大气质量好，适宜种植茶树。现茶园面积已达2500余亩，名优产品荟萃，其中“太白银毫”、“淮源剑毫”、“水濂玉叶”、“桐柏毛尖”、“清淮绿棱”分别获得部优、省优产品奖。

2茶园节水灌溉必要性

桐柏县属于季风型大陆性气候，处于淮河流域及长江流域的分界线，多年平均降雨量1168毫米，属于南阳市降雨量较大区域。但降雨年际变化大，最大降雨量1931毫米，最小降雨量629毫米，最小降雨量不足最大雨量的三分之一。降雨在年内分配也不均匀，降雨集中在6～9月份，且多以暴雨型式出现，约占全年降雨量69%，干旱季节持续时间较长。造成的结果是旱涝不均，每年都有不同程度的旱涝灾害，且灾害的发生特别频繁。

茶树基地一般土地比较贫瘠，生产季节经常出现“伏旱”和“秋旱”，有时也有“春旱”，对茶叶产量质量影响很大。茶园土壤相对含水量在50-75%时最适宜茶树生长，若低于50%时茶芽生长缓慢，如果减少到30%，茶芽生长停止，持续时间长时，茶树会出现萎蔫甚至死亡现象。若土壤相对含水量大于75%，茶树受渍，生长受抑制，持续时间较长将会死亡。

经灌溉与不灌溉对比试验，适量的灌溉，茶叶产量及质量大幅度提高，因此，茶树基地需进行节水灌溉，经济效益非常可观。

3.茶园节水灌溉

此次茶园节水灌溉规划面积1370亩，根据桐柏茶区茶园的地形地貌、气候特点及茶树吸水特性，选用微喷灌型式进行茶树的节水灌溉。微喷灌是以低压小流量喷洒出流方式将灌溉水供应到作物叶面，最终到达作物根区土壤的一种先进灌溉方式。

3.1设计参数

3.1.1设计灌水定额

m=0.1γzp(θmax-θmin)/η

式中：

m—设计灌水定额，mm；

γ—土壤容重，1.6g/cm3

Z—计划湿润层深度,1500mm；

p—微灌设计土壤湿润比，70%；

θmax、θmin—适宜土壤含水率上、下限；

η—灌溉水利用系数，0.9。

经计算，m=19mm

3.1.2灌水周期

T=(mn/Ea)η

式中：

T——设计灌水周期,d；

Ea——设计日耗水强度，5mm/d。

经计算，T=4d。

3.1.3一次灌水延续时间

式中：

t——一次灌水延续时间,h；

a、b——喷头纵横向间距，5.0m；

η——田间水利用系数，0.95；

q——喷头流量,70l/h

经计算，t=7h。

3.1.4轮灌组数

式中：

N——轮灌组数；

C——一天工作小时数，h。

经计算，N≤10。

3.1.5微喷头选型

根据茶树行距及土壤土质选择绿源旋转式微喷头S-0055型，喷嘴直径1.1mm，流量70l/h，工作压力200KPa，湿润直径5.5m。

3.2系统布置与管道设计

3.2.1系统工作原理

微喷灌系统由水源、泵站、首部枢纽、各级管网、灌水器及测滴设备组成。根据土壤土质及地形地貌，结合茶园分布情况，大致每200亩茶园设一测墒井，在井内埋设测墒仪，用电缆和泵站相连，测墒仪感知茶树生长所需的最小含水量，然后将感知信号通过电缆传至泵站，泵站运行后，水通过首部枢纽的过滤、施肥和压力流量调节，进入配水管网，配水管网按照事先编好的轮灌组数将灌溉水送至需要工作的微喷头，喷头将水以低压小流量的形式喷洒至茶树叶面，创造茶树生长所需要的湿润环境，当土壤中的水超过茶树所需适宜含水量的上限值时，测墒仪将信号传至泵站，停止灌溉。

3.2.2水源和泵站

一般茶园傍河、沟，具有引用地表径流的条件，但由于河、沟流量分配不均，虽水量满足但供水保证率达不到要求，需拦河设堰，在堰前凿大口井，满足水源要求。泵站包括水泵机组、建筑物、进出水管路系统、辅助动力线路及控制、保护装置。

3.2.3首部枢纽

首部枢纽由止回阀、空气阀、计量装置、施肥装置、过滤器、压力或流量调节器等部分组成。其主要起到对灌溉水的过滤、施肥及对整个灌溉系统的量测、保护作用。

3.2.4管路系统布置

微灌系统一般设三级管道，即干管、支管、毛管。现阶段大量使用塑料管，主要由聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）管。管路系统依地形地势，茶树种植方向布置，一般毛管沿茶树种植方向隔行布置，支管垂直毛管布置，间距为2倍毛管长；干管垂直支管布置，间距为2倍支管长，干管接首部枢纽。

3.2.5管道水力计算

管道水力计算主要任务：根据单个喷头流量由轮灌组数推求泵站设计流量，通过管路水头损失计算确定泵站设计扬程，按经济管径法及水头损失计算最终核定各级管道直径。

泵站设计流量推求：由各级管道的轮灌分组情况，计算出泵站同时供水的喷头数，由单个喷头的设计流量乘以同时工作的喷头数，再考虑管路的水量损失，即为泵站设计流量。

泵站设计扬程计算：喷头工作压力加上各级管道的水头损失和地面与水面落差即为泵站的设计扬程。管道按多口管进行水头损失计算。

多口管沿程水头损失公式：

式中：

Ht——多口管沿程水头损失，m；

fmb——管道系数，f=0.464,m=1.77,b=4.77；

Q——管道中通过的流量，m3/s；

d——管径，m；

l——管道长度，m。

局部水头损失公式：

式中：

Hw——局部水头损失，m；

ξ——局部水头损失系数；

v——管道流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2。

3.2.6量水及墒情预报与控制系统

在每条支管入口处设水表作为量水设施。在不同地块设测墒井及自动测墒设备，通过线路和编码器将墒情信号传送至泵站，由泵站解码器将信号转化为泵站控制信号，同时按照事先编好的轮灌分组信号对茶园灌水，然后根据灌水情况，由测墒系统来控制泵站的停机，从而实现灌水的自动化。

4节水灌溉后评价

该项目正在实施中，根据规划目标，项目建成后，实行合理灌溉、及时排水，改善了水土条件，使茶园光、热、土资源得到进一步完善，生态环境转向良性循环。茶树得到适时适量的有效灌溉，茶叶产量质量将明显提高，经济效益极为可观。特别是进行节水灌溉后，灌溉用水量及能源消耗大大减少，使传统水利向资源水利、可持续发展水利方向转化的重要途径。茶园灌排系统的建设、开发，节约了大量的水资源，改善了园区的人畜用水条件，管、沟、路、茶一体化，给园区人民生产、生活、交通带来方便，同时也创造了良好的人居环境，推动社会全面进步。

参考文献

1《水土资源评价与节水灌溉规划》中国水利水电出版社（1999）

2《微灌工程技术》中国水利水电出版社（1999）

3《微灌工程技术规范》中国水利水电出版社（1995）