中国农村水利水电・2009年第11期
文章编号:100722284(2009)1120081205
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经济型喷滴灌设计和推广
奕永庆1,周水高2
(1.浙江省余姚市水利局,浙江余姚315400;2.浙江省余姚市泗门镇水利站,浙江余姚315400)
摘 要:余姚市从2000年开始创新研究和推广经济型喷滴灌技术,经济型喷滴灌技术比传统型喷滴灌技术降低造价50%以上,现已推广面积0.37万hm2,其中山区竹笋、杨梅、红枫等占近60%,还创新应用于畜禽场降温和防疫10万
m2,成为我国南方喷滴灌面积最大县。计划到2011年喷滴灌面积达到0.67万hm2,养殖场喷灌面积20万m2。
关键词:经济型喷滴灌;喷滴灌工程设计;余姚水利 中图分类号:S275.5 文献标识码:B
1 技术背景
喷滴灌是先进的灌溉技术,余姚市早在1975-1984年间就建设固定喷灌85.8hm,但此后15年间却滞发展,因是造价过高而阻碍了这项新技术的推广,余姚以政府补得起、,,根据技术经济学原理,,、设计新模式,形成了“2
250%
1.8～2.4万元/hm2,有的甚至高达3.05万元/hm2,造价高而效益低下,这正是至今未能大面积推广的症结所在。经济型喷滴灌是在每个环节精打细算、降低成本,造价降到0.9～1.2万元/hm2,不足常规设计的50%,参见表1、表2。
表1 经济型喷灌设计造价表
单价/元
15.05.94.63.7
序号名称规格
DN75
数量
[**************]
单位
mmmm
复价/万元
1.27501.66920.52900.42550.5848
构成/
(元・hm-2)
备注
分干管,90(m・hm-2)支管,510(m・hm-2)
1
PE塑管
DN50DN40DN32
4485
管道配件
234
308987×15%D20PY22150.2×0.2×0.2
5.6835×25%65BP255D630.8m×0.8m
[1**********]0
m
10.015.05.05000.0100.0200.0
管材合价×15%
[**************]
3%5%10%
13659000
5
钢管
塑料喷头镇墩安装费水泵机组进水栓过滤网箱直接费小计设计费建管费预备费独立费小计合 计
0.60000.45000.15001.42090.50000.01000.02007.63440.22900.38170.76341.37429.0086
个
个套个个
竖管,60(m・hm-2)
射程14.5m流量1.8(m3・h-1)材料费×25%
36m3/h,55m,11kW
说明:①灌溉单元面积10hm2,轮灌面积0.67hm2;②本设计为沟渠代替干管,如田头没有沟渠,则需增加DN90干管750～1000m,相应增加造价1950～3000元/hm2,即造价为0.9～1.2万元/hm2。
收稿日期:2009208214
作者简介:奕永庆(19512),男,硕士,教授级高级工程师,长期从事节水灌溉技术研究和推广。
82
表2 喷灌常规设计造价表
序号
名称
规格
DN200
1
PE塑管
DN75DN63
经济型喷滴灌设计和推广 奕永庆 周水高
数量
[1**********]00
单位
mmm
单价/元
851511
复价/万元
21.25004.500015.40006.1725
分类组价/
(元・hm-2)
备注
干管,75(m・hm-2)分干管,90(m・hm-2)
14205
支管,420(m・hm-2)
管价×15%
管道配件钢管
2
41.15万元×15%D25UY22200.2×0.2×0.2
55.2565×25%ISW/1602250A
55kW4m×5m
20
m2
800
[1**********]
m
13555
1.79403.29500.345013.3141
39901785
金属喷头镇墩
只个
射程18m流量3(m3・h-1)材料费×25%
180(m3・70m-1),55kW
3安装费水泵机组配电柜
套1.56002.00001.60000.6000
1725
4
泵房机电配件
包括水管0.2万元
3%
2865
5%5%
5闸阀直接费小计
设计费
2.5″50只2801.400073.2.21153.68659.585083.3154
6建管费预备费独立费小计合24990
说明:2,33hm2。
2.2 山区坡地不能进行常规灌溉,历来是“靠天山”。余姚经济型喷滴灌58%在山区,竹笋、杨梅、板栗、红枫、樱花等作物都实
现了喷滴灌“,喷灌上山”成为山区经济新的增长点,不同作物面积分布见表3。
hm2
表3 经济型喷滴灌作物面积表
区域作物面积合计
注:水果包括果桑、桃子、樱桃、青梅。
竹笋
773.33
山 区
杨梅
366.67
平 原
板栗
100.00
花卉
246.67
茶叶
320.00
红枫樱花
166.67
西瓜
100.00
水果
53.33
蔬菜
1006.67
蜜梨
206.67
西瓜
60.00
葡萄
273.33
2126.67(58%)1546.67(42%)
2.3 应用于畜禽场降温防疫
经济型喷滴灌创新应用于畜禽场喷水降温、喷药消毒,到
2008年底面积达到近11万余m2,参见表4。
表4 畜禽场微喷灌种类分布状况
种类面积
猪场
5.5
水源条件划分。管道成本占总造价的50%～60%,故降低造价必须抓住“降低管道成本”这个主要矛盾。支管的直径决定于其喷头的个数,采用变径设计可以节约1500～3000元/hm2,
万m2合计
10.9
而干管的直径决定于轮灌面积,对喷灌工程造价的影响更大,参见表5。
表5 轮灌面积、干管直径与造价关系
轮流面积/hm2
0.33187515
0.[1**********]0
1.[1**********]00
2.[1**********]300
2.[1**********]100
3.[1**********]925
鸡场
1.97
鸭场
2.4
獭兔场
1.02
3 创新设计的主要内容
经济型喷滴灌围绕“廉价、实用”目标,每个环节作价值分析,追求在满足科学灌溉功能的前提下,使成本最省,可概括如下。
干管流量/(m3・h-1)
干管外径/mm干管单价/(元・m-1)
干管投资/(元・hm-2)1575
3.1 灌溉单元小型化
这里把灌溉单位定义为:一套喷灌机组或一座喷灌泵站所控制的面积。灌区的大小是客观存在的,但灌溉单元可以根据
注:干管单价以工作压力0.6MPa管计,长度以105m/hm2计。
从上表看出,轮灌面积与干管投资线性增长,即轮灌面积是决定干管直径,同时也决定水泵的功率,是降低投资最活跃
经济型喷滴灌设计和推广 奕永庆 周水高
的因素。轮灌面积是降低造价的关键,简而言之是“轮灌面积决定论”。而灌溉单元是轮灌面积的基础,所以“灌溉单元小型化”是经济型的关键。笔者建议:灌溉单元3.33～10hm2,轮灌面积0.33～0.67hm2是经济的。
3.2.1 水泵进水管吸肥
83
施肥装置可以简单的“水泵吸入法”代替。水泵进水管是呈负压的,在进水管钻上1～2个Φ15mm的小孔,焊上相应口径的接头,接上球阀、软管,软管进口水配上过滤网罩,放入肥药桶内,就可以方便吸入,流量大小由球阀控制。
在出水管上也打小孔接软管,为肥药桶加水。图1为示意图,这个方法“精简”了一只肥料泵,简单实用
。
3.2 首部设备精简化
首部枢纽节省工程投资的潜力在施肥装置和过滤器。微喷灌和滴灌可以结合施肥和喷药,是农民接受微灌的重要原因之一。
图1 3.2.2 自制过滤网箱管。
U)管,尽管价格最低,但由于存在“硬
不论是喷灌还是微喷灌、滴灌,把水泵或自压喷灌的进水管口放入过滤网箱,作为第一级过滤,成本低廉,大,清洗方便,D15～20,0.～0.8m,高0.6～1.0m,,网孔大
,运行中破损概率高,已逐渐淡出城乡,也将淡出喷滴灌系统。
(3)聚丙烯(PP2R)管,具有“耐热性”,适用于作热水管,又
具有“冷脆性”却价格高,故不适宜于喷滴灌。
(4)钢管,由于其锈蚀引起的寿命短,过水断面变小、水质
小根据用途而定:目,100目,滴灌120目。有了这种网箱过滤器,,叠片式或砂式过滤器,即使用了也可以延长使用寿命。
差等致命弱点,且价格高,故在经济型喷灌中尽量不用,仅在受外力较大或无法埋入地下的局部地段才用。
(5)几种管材的价格比较。一般印象中,PVC管很便宜,PP2R和钢管很贵,究竟PE管的价格处什么地位呢,现把同样
3.3 泵站移动化
泵房及其配套设备的成本是水泵电机的3倍还多,而且泵站设备易遭盗窃,用移动水泵机组代替固定泵站可节约成本
1500～4500元/hm2。
口径、压力等级接近(0.6MPa)的4种管材的参考价格列于表
7,作一对比。
比较成熟的喷灌移动机组见表6。
表6 喷灌机组性能表
型 号
50ZB3Z22850BPZ4Z23550BPZ6Z24565BPZ25580SZB275
以PE的基价为1,4种管材、8种口径平均价格比较结果如下:PE∶PVC∶PP2R:钢管=1∶0.65∶1.65∶2.1。
元
[***********]00
流量Q/
(m3・h-1)12.515.020.036.040.0
/扬程H/配套功率N参考价格/
m2835455575
(kW・hP-1)
2.2/32.9/44.4/68.8/1213.2/18
适用性滴灌微喷灌平原喷灌平原喷灌山区喷灌
从以上看出:PVC2U管材的价格随着管径增大呈现优势,但实践中PVC-U管道的接头费用和安装费用高,综合造价并没有优势,而PE管综合性能很好,是喷滴灌工程最理想的管材。
3.5 干管河网化
南方河网密布,特别是农田标准化以后田头一般都有灌水渠或排水沟。如沿着河道、沟渠铺设干管是很大的浪费。河网代替干管,沿着河网设进水栓,由移动水泵机组与进水栓连接,向分干管及支管供水,可节约成本2250～9000元/hm2(参见表5)。
注:本表参数由浙江省萧山水泵总厂提供。
3.4 管道塑料化
管道的种类很多,经济喷滴灌设计灌溉单元小,轮灌面积仅0.67hm2左右,故所用管径一般在Φ110之内,所以只涉及塑料管道和钢管。塑料管有重量轻、价格低、耐腐蚀、安装方便、寿命长等综合优点,常见的塑料管分述如下。
(1)聚乙烯(PE)管,是近十几年中成熟的新管材,具有“柔
3.6 微喷水带化
即用微喷水带代替微喷头,投资仅3000～9000元/hm2。微喷水带又称薄壁多孔管,是在可压成平带的薄壁塑料管上打小孔,当管道充满水时,水从小孔喷出,喷洒两边作物,常用水带性能见表8。
韧性”的优点,且价格适中,是目前最为理想的管材,经济型喷
84
表7 PE管与常见管材的价格比较
公称外径/
mm[**************]10
HDPE管
PVC2U管
经济型喷滴灌设计和推广 奕永庆 周水高
PP2R管普通
参考价/
(元・m-1)
3.54.97.611.918.926.738.357.2
壁厚/
mm2.02.02.02.43.03.14.35.3
重量/参考价/壁厚/
mm2.02.02.02.02.02.22.73.2
重量/参考价/壁厚/
mm1.81.92.43.03.84.55.46.6
重量/
(kg・m-1)0.130.180.280.440.700.991.422.12
钢管/
(元・m-1)8.2012.1516.7020.0025.4034.5042.8055.80
(kg・m-1)(元・m-1)0.160.200.250.320.570.821.201.80
2.93.64.55.810.314.821.632.4
(kg・m-1)(元・m-1)0.230.290.360.450.590.771.141.65
2.83.54.45.57.29.413.920.1
表8 微喷水带性能表
规格
型号
内径/
mm
表9 微喷灌工程造价对比
类 型
喷洒宽度/m
1.0～1.51.5
面积/
hm22000.00
投资/
(万元・hm-2)
说 明
一泵一带式,露地蔬菜,小户经营
半固定式,露地蔬菜,大户经营
固定式,蔬菜大棚,大户经营
固定式,育苗大棚,适宜推广
固定式,育苗大棚,难以推广
壁厚/
mm0.160.190.200.200.200.350.40
使用压力/kPa
参考价/
(元・m-1)0.250.250.0.1.201.201.50
微滴带
N35异二孔N45异二孔N50斜五孔
22.328.631.838.244.641.4453.30
0.675
30～502.52.5～3.0微喷带N60斜五孔N70斜五孔H65平三孔
4.003.600
微喷头
0.27
4.500
8080～100
4.4.0～5.08.0
加厚微喷带
H65斜五孔H80斜七孔
自动行走式示范农机局46.500
注:以上参数由浙江天台县农宝植物塑料滴管厂提供。
注:微喷头还应用于畜禽降温消毒10.9万m2。
微灌水带与其他微灌设备相比,有以下优点。
(1)投资较低,是现有各种微灌设备中投资最低的一种。
3.7 管壁、管径精准化
(1)经济管壁。喷滴灌系统的工作压力0.6MPa以内,管
移动式投资仅3000元/hm2左右,半固定模式成本仅6000～
9000元/hm2。
(2)抗堵塞性能好。堵塞是微灌系统的致命伤,而水带出
道工作压力也应选择0.6MPa。管材的价格与壁厚成正比,超过实际需要,大材小用就是浪费,以常用的DN63管为例,参见表10。
表10 DN63PE管材壁厚与价格比较
压力/MPa壁厚/mm价格/(元・m-1)
材料级别
0.603.010.780
0.803.712.280
1.004.716.080
1.255.819.680
1.605.823.8100
水小孔的流道短,不易附着杂质,即使小孔堵塞也可以冲水排除。
(3)工作压力低、耗能少。采用滴头或微喷头的微灌系统
运行压力为100～200kPa。水带工作压力为10～100kPa,且流量大、灌水时间短,因此耗能少、运行费用低。
(4)规模可大可小,安装使用方便。平原地区采用“一泵一
(2)经济管径。一般推荐的经济流速在1.0～3.0m/s之间,范围很大,是个模糊范畴,笔者从力学上“允许应力”的概念延伸,提出“允许水力损失”新概念,根据某管道的许用水头损失精确计算管径,例如在平原灌区,主管道水力损失应控制在
20m以内,则不同流量及长度下得出的管径见表11。
带”模式,即一只口径40mm,流量为10m/h左右,扬程为10～20m,功率为2kW左右的小水泵,连接到Φ50mm的喷水带,喷洒宽度5～6m,带长100～140m,一次灌0.067hm2左右,成本不足6000元/hm。这种模式非常适合于0.33hm
2
2
3
左右家庭小规模灌溉,余姚应用这一模式的已有1万户,拥有水带约200万m,灌溉榨菜面积2000hm2,余姚不同微喷灌型式应用面积见表9,唯有经济才能大面积推广。
(5)能够实现滴灌与微喷灌的转换将水带置于地膜与地表之间,小孔出流射到地膜后,经地膜反射后可形成滴灌效果;如果去掉地膜,适当增加供水压力,小孔出流直射空中,就是微喷灌,从而实现了滴灌与微喷灌的转换。
从表中可看出:干管长度500～1000m时,相应经济流速在1.5～2.5m/s之间,每百米管长水头损失在2.0～5.0之间。
3.8 滴灌薄壁化
滴灌管的价格也与管壁厚度成正比,但影响滴灌管寿命的主要是滴头的堵塞问题而非壁厚,所以选择薄壁管是经济的,参见表12。
经济型喷滴灌设计和推广 奕永庆 周水高
表11 不同流量、长度下管径选择
流量/
(m・h
1836
3
-1)
85
表12 滴灌管价格对比表
适宜干管长/m
[***********][***********]
16161616
1.000.600.300.18
1.601.200.550.30
管径/
mm[***********][1**********]00
百米管水头损失/m
3.54.81.93.42.04.12.23.62.13.11.9
流速/
(m・s
-1)
口径/
mm
壁厚/
mm
价格/
(元・m-1)
备 注
1.401.901.302.001.602.401.842.501.902.432.00
内镶式圆形滴头内镶式条形滴头内镶式条形滴头单翼迷宫式滴灌带
72
108 注:参考价格由浙江金华雨润喷灌公司提供。
农民使用的结果是喜欢薄壁的后二者,特别单翼迷宫式滴灌带,尽管使用寿命只有一年,但已在我国新疆推广近千万亩,说明只有“经济型”才有生命力。
□
144
180
(上接第80页) 组试验分别进行10次,取10次监测值的均,用分光光度计测得,然后依据前述吸附参ABS的残留量。试验测得A、B两种10cm处ABS的残留量分别为1.94mg/kg1.09mg/kg。ABS含量在10～40cm之间含量占总含量的
90%以上,40cm以下土层含量基本可以忽略。灌溉用水中ABS浓度高的,土壤中残留量大;ABS浓度低的残留量小。但
值作为分析样本。在各土柱中1号和2号柱10cm处含ABS均值分别为115mg/kg和205mg/kg,其余土层中,ABS残留量比较少,这一深度土壤中ABSABS在10～40cm处累积性非常强,ABS,增加。
2 田间试验
田间试验在中国农科院农田灌溉研究所作物灌溉实验场进行,上有移动式防雨棚,采用桶栽方式。桶栽采用面积为
0.16m2,高度为1.2m的铁桶。选择冬小麦为试验作物,A组
残留量与灌溉用水中ABS含量不成严格的正比关系。这一结果与土柱模拟试验结果完全吻合。
3 结 语
实际生产过程中,污水灌溉是长期进行的,一次灌水污染物含量不大,但长期累积效果会很明显,而实验室内的土柱模拟试验不容易模拟长时间的污染物累积状况,因此人为加大污染物含量,以此模拟其吸附累积状况。本文研究表明,污水灌溉中土壤对合成洗涤剂(主要成分烷基苯磺酸钠,即ABS)具有较强的吸附能力,吸附量是随着浓度增加而增大,主要吸附于土壤表层40cm以上土层,40cm以下土层吸附量较少。污水中含ABS浓度越大,其在土壤中入渗速率越快,在土壤中残留累积量也越大。参考文献:
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试验灌入污水,B组试验灌入将污水和清水按体积1∶1稀释后的污水。污水取农田灌溉研究所污水池的生活污水,ABS浓度为2.15ppm。灌水水平为每次灌水量1200m3/hm2,各设置10个重复。各生育阶段的灌水日期为:返青水3月25日,拔节水4月20日,孕穗水5月5日,灌浆水5月20日。6月24日冬小麦收割后,对土样进行分析,分别取10个重复的平均值。试验结果如图5
。
□
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图5 小区试验土壤中ABS残留量图