郑国玉，周建伟，王克全，马军勇

(1.新疆农垦科学院，新疆 石河子 832000；2.农业部高效用水石河子观测实验站，新疆 石河子 832000)

枣树自动化滴灌系统压力与流量试验研究

郑国玉1,2，周建伟1,2，王克全1,2，马军勇1,2

(1.新疆农垦科学院，新疆 石河子 832000；2.农业部高效用水石河子观测实验站，新疆 石河子 832000)

对比枣树滴灌自动化系统建成前后的滴灌系统工作压力和滴头流量，结果发现：滴灌自动化系统建成后支管压力和滴头流量偏差明显减小，滴灌管的滴头平均流量(qv)增大，滴灌系统的均匀度提高了4.98%～11.0%，提高了滴灌系统的灌水均匀度和水分利用效率，为解决灌溉水深层渗漏，灌区产生次生盐渍化的问题提供了解决方案.

滴灌；自动化；压力；流量；灌溉均匀度

新疆属于典型的大陆性气候，是优质干枣的生产基地，2015年新疆红枣种植面积近46.67×104hm2.随着滴灌技术在新疆的大面积推广应用，红枣灌溉逐渐采用滴灌技术，但红枣滴灌技术不成熟，存在滴灌规划设计不合理、工程建设中随意更改设计方案，运行管理不合理等问题[1-3].目前国内在红枣滴灌灌溉制度和滴灌条件下灌溉量对其产量及品质方面的研究较多，确定了红枣的适宜灌溉制度、灌溉量和适宜的土壤含水量[4-14]，而在枣树滴灌系统的设计和灌水均匀度研究方面较少.灌水均匀度(CU)是检测和评判灌溉系统设计合理与否的重要依据，也是诊断系统设施是否完好的重要参考，微灌工程技术规范中，要求不应低于0.8[15]，本文主要对红枣滴灌自动化系统建成前后系统管网流量和压力进行测定对比，确定建成后滴灌系统流量、压力分布特征及提高均匀度的效果，为红枣滴灌自动化推广应用，提高水分利用率，解决灌溉水深层渗漏，次生盐渍化的问题，充分发挥滴灌技术优势提供技术支撑.

1 材料与方法

1.1 项目区概况

试验区设在新疆生产建设兵团第十四师224团(以下简称224团)，西距和田市75 km，地处塔克拉玛干沙漠南缘，属典型温带大陆干旱性气候，自然条件极为恶劣，生态环境十分脆弱.年扬沙浮尘天气约260 d，年均降水量35 mm，年蒸发量2 480 mm，年总辐射607.39 kJ/(cm2·a)，光合有效辐射303.90 kJ/(cm2·a)，日照率61%，无霜期201 d，日平均气温≥10 ℃天数208 d，≥10 ℃积温4 297.0 ℃.试验于2014年和2016年以该团1连9年生的枣树为试验材料，试验区面积28.32 hm2，枣树品种为骏枣，枣树株行距4 m×1.5 m，20 cm、40 cm、60 cm土壤容重分别为1.52 g/cm3、1.56 g/cm3、1.75 g/cm3.

1.2 试验材料

试验区灌溉采用自压滴灌，分为东西两条田，每个条田布置5条直径为110 mm U—PVC支管，东条田为1～5支，西条田为6～10支，整个系统共10条支管，支管间距130 m，于2015年将系统改为自动化滴灌系统，在每条支管入口处安装1台电动阀门、1台远传流量表和1个压力传感器.电动阀门可以根据自动控制器设置的压力值开启阀门角度，达到控制支管入口压力和流量的目的，以保证整个滴灌系统的压力和流量保持一致.滴灌管管径为16 mm，间距0.5 m，滴头流量2.8 L/h.

1.3 方法

(1)测点布置

滴灌自动化系统控制东西两个条田，滴灌主管道沿地长方向布置在两条田中间，分别在支管和滴灌管上选点进行测量.测点选择支管前瑞、支管中部、支管尾部3条滴灌管，每条滴灌管沿地长方向设10个测点，滴灌管测滴头处压力和滴头流量，并用型号为GAMIN 60S GPS进行定位，两条田对称布置测，共布置60个测点.采样点布置(见图1).

图1 测试点位置图

(2)压力测量

支管和滴灌管压力采用精度为2.5级的量程为0.25 MPa的压力表进行测量.

(3)流量测量

滴头流量采用量筒进行测量.每个滴头测量时间为20 min.

1.4 数据分析与绘图

数据采用SPSS软件进行分析，绘图采用SigmaPlot和Surfer软件.

2 结果与分析

2.1 支管压力分布特征

项目区滴灌系统为自压滴灌，调蓄沉沙池正常水位为1 370.0 m，试验区滴灌系统主管入口高程1 328.0 m，高程差42 m.2014年滴灌自动化系统建成前，实际试区滴灌系统在运行时，为防止压力过大造成支管道爆裂，支管进口处阀门均未全开，开启程度完全人为控制，不能保证支管入口压力流量相同稳定.

2016年滴灌自动化系统建成后，在支管入口处设置了压力传感器和流量传感器，通过压力和流量传感器反馈支管入口处压力，首部灌溉管理控制器根据反馈，调节电动阀的开启度，将支管进口处的压力调整到系统设定值，保证每条支管进口压力相同.

通过实测数据分析得出，系统西条田支管压力偏差率由2014年的33.3%～80.8%，降低到2016年的24.6%～38.3%.东条田支管压力偏差率由2014年的24.0%～100%，降低到2016年的36.7%～46.7%，计算结果(见表1～表2).

表1 2014年支管压力偏差计算表

表2 2016年支管压力偏差计算表

2.2 滴灌管流量分布特征

通过分析流量和压力测定数据，结果表明滴灌自动化系统建成后比建成前滴头流量差减小，滴灌管滴头平均流量(qv)增大，说明系统的灌水均匀度有所提高.西条田支管前端、中部、尾部处滴灌管的滴头流量差由2014年建成前的1.6 L/h、0.63 L/h、0.82 L/h，分别减小到0.93 L/h、0.52 L/h、0.47 L/h；滴头平均流量(qv)由建成前的1.91 L/h、1.49 L/h、1.23 L/h，分别提高到2.36 L/h、1.80 L/h、1.32 L/h.东条田前端、中部、尾部处滴灌管的滴头流量差由建成前的1.77 L/h、1.08 L/h、1.37 L/h，分别减小到0.3 L/h、0.26 L/h、0.39 L/h.滴头平均流量(qv)由建成前的2.19 L/h、1.61 L/h和1.56 L/h，分别提高到2.19 L/h、1.77 L/h和1.60 L/h.滴灌自动化系统2016年建成后滴灌管滴头流量较均匀的分布在均值(qv)附近，具体结果(见图2).

2.3 地块压力、流量分布特征

我国的微灌工程技术规范规定，灌水均匀系数一般采用克里斯琴森公式计算：

(1)

式中：Cu—灌水均匀系数；

qi—第i个滴头的流量/(L/h);

q—滴头的平均流量/(L/h)；

n—测试滴头的数目.

由式(1)可知:滴头的流量偏差越小，灌水均匀度越高.

分别对滴灌自动化系统建成前后系统中滴头流量实测数据利用式(1)计算，结果表明西条田滴灌系统的均匀度由建成前的80.01%，提高到建成后的84.99%，提高4.98%；系统东条田滴灌系统的均匀度由建成前的69.0%，提高到建成后的80.0%，提高11.0%.并绘制田块系统压力和滴头流量等值线(见图3～图4).从图上可以看出滴灌自动控制系统2014年建成前滴灌系统压力和滴头流量等值线较密，分布不均匀，说明0点位置处与远端550 m处压力和流量偏差较大，2016年建成后系统压力和滴头流量沿地长方向分布较均匀，等值线稀疏且分布较均匀，说明系统内压力和流量偏差不大.西条田建成后压力和流量偏差虽比建成前有所减小，但不如东条田效果明显，原因是东条田地势较平坦，而西条田地形起伏较大，影响了西条田系统压力和流量等值线图的分布.

图2 滴头流量对比图

图3 滴灌系统压力等值线图

图4 滴灌滴头流量等值线图

3 结 论

224团红枣滴灌自动化控制系统建成后，滴灌系统的均匀度提高了4.98%～11.0%，灌溉均匀度的提高减少了田间无效的灌溉水分损失，将有效解决因灌溉均匀度差，为了满足灌水不足的小区作物用水需求，人为的增大灌溉量，造成大量灌溉水深层渗漏，灌区产生次生盐渍化的问题.针对部分条田由于地形起伏较大造成灌溉均匀度提升不明显的问题，可以通过减小田间灌溉小区面积，增加田间控制阀门的数量来解决.随着滴灌水肥一体化的不断推广应用，滴灌自动化控制技术通过传感器和设备自动反馈和控制滴灌系统的灌溉，能够有效的减小人为操作对灌溉效率的影响，将大幅提高水肥利用效率.

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ExperimentalStudyonPressureandFlowRateofAutomaticDripIrrigationSystemforJujube

ZHENG Guo-yu1,2, ZHOU Jian-wei1,2, WANG Ke-quan1,2, MA Jun-yong1,2

(1.Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi 832000, China; 2.Shihezi ExperimentalStation for Crop Water Use, Ministry of Agriculture, Shihezi 832000, China)

Working pressure and flow rate were measured before and after the completion of jujube automatic drip irrigation system, The results show that the pressure of branch pipes and the flow deviation of dripper discharge decrease obviously after the completion of the automation system, while the average flow rate (qv) of drippers on drip line is increasing, the uniformity of drip irrigation system increases by 4.98%～11.0%, improving the irrigation uniformity and water use efficiency of drip irrigation system, which provides technical support to solve the problems of irrigation water deep seepage and secondary salinization in irrigation area.

drip irrigation; automation; pressure; flow rate; uniformity of irrigation

2016-10-09

新疆生产建设兵团重大科技资助项目(2013AA001)

郑国玉(1973-)，男，四川蓬安人，助理研究员，主要研究方向为灌溉技术与水分高效利用.

TP273

A

1008-536X(2016)12-0067-06