風力提水灌溉系統(tǒng)組成及灌溉方式探析

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1、風力提水灌溉系統(tǒng)組成及灌溉方式探析 　　1 試驗區(qū)概況 　　試驗區(qū)位于遼寧省興城市南部望海鄉(xiāng)，渤海遼東灣西岸，屬于溫帶亞濕潤季風型海洋氣候。主要氣候特點是： 季風氣候顯著，雨熱同季，干冷同期，寒冷期長，雨量集中，日照充足，溫差較小，四季分明。 　　年平均氣溫 9. 5 ℃，≥10 ℃積溫 3 428. 4 ℃。10m 高年平均風速為 5 . 3 m / s,年平均風功率密度144 . 57 W / m2,年有效風力小時數(shù) 6 491 h.降雨多集中在7 ~9 月份，占全年的 75%,年均降水量 585. 9mm,年均蒸發(fā)量 1 232.

2、8 mm,無霜期 168 d. 　　供試果園面積20 hm2,品種為錦豐梨，樹齡5 a,株行距 4 m ×4 m,地面坡度 8。土壤為棕壤，果園需水靠天然降水解決，屬山區(qū)坡地無灌溉果園。2014 年在省農業(yè)綜合開發(fā)項目的支持下，嘗試風力提水解決果園灌溉問題。 　　2 風力提水設備選擇 　　風力提水設備主要結構包括由風輪、機艙、塔架、風力傳動部分、機械傳動部分、水泵部分和蓄水灌溉等部分。通過高效風輪與風能轉換系統(tǒng)的結構設計，以及變速增力箱與曲軸箱的高效配合和水泵運動部件耐久等重大關鍵技術，能迅速提高生產(chǎn)力。 　　即不用電、不用油實現(xiàn)風力提水機械化。 　　水泵選用活塞泵，風力

3、提水機主要參數(shù)： 風輪直徑： 8 m ; 風葉數(shù)量： 4 片 ; 風葉長度： 3. 9 m ; 風輪轉速： 180 r/min ; 風力機功率： 15 kW; 曲軸偏心距：110 mm ; 變速箱減速比： 1∶ 1. 5 ; 塔架高度： 13 m ;起動提水風速： 2. 5 m; 水井內徑： 400 mm ; 水泵活塞直徑： 80 mm; 水泵活塞工作行程： 220 mm ; 水泵活塞最大行程： 300 mm; 提水量： 6 ~ 15 m3/ h ; 揚程：100 m; 質量： 2. 6 t. 　　3 風力提水灌溉系統(tǒng)組成及灌溉方式 　　3. 1 風力提水灌溉系統(tǒng)組成 　　風力提水灌溉系

4、統(tǒng)組成包括： 水源（ 井） 、風力機、控制系統(tǒng)、水泵、輸水管線、蓄水池、用水管路、節(jié)水設備等。 　　3. 2 灌溉方式 　　灌溉方式選擇滴灌，控制面積 20 hm2,2 臺風力提水設備分別通過 500 m 長的輸水管道將水輸送到20 m 高處的 2 座蓄水池中，每座蓄水池容積 173m3.蓄水池內設有水流控制機構，當蓄水池內水位達到設計高水位時，水流控制機構啟動工作，將一定量的水通過自然落差注入滴灌系統(tǒng)主管道中，通過主管道并經(jīng)過過濾器等設備注入滴管帶中澆灌果樹，水自滴頭以點滴方式直接緩慢地滴入果樹根際土壤。水滴入土后，借助垂力入滲，在滴頭下方形成很小的飽和區(qū)，再向四周逐漸擴散至果樹根系發(fā)達

5、區(qū)。山區(qū)果樹滴灌技術成熟，不受地形、土壤、水源、果樹種類的限制。依據(jù)地形、土壤條件和果樹需水需求適時供水； 同時，可以結合施肥，將不同時期所需的肥料準確送到根部。 　　3. 3 灌溉制度的確定及運行 　　灌溉方式： 采用支、毛管輪灌。 　　灌水定額： 灌水定額采用下列公式計算。 　 　　式中： Z 為計劃濕潤層深度，取 50 ~60 cm; P 為滴灌設計土壤濕潤比，取 30% ~40%; Q max、Q min為土壤含水量的上、下限，一般為田間持水量的 85% 和70% ; η 為灌溉水利用系數(shù)，取 0. 9.灌水定額一般為 135 ~165 m3/ hm2. 　

6、　灌水時間選擇： 選擇白天，這樣能迅速使地溫回升，同時方便系統(tǒng)的檢查、沖洗，有利于系統(tǒng)的正常運行。 　　灌溉制度確定： 按經(jīng)驗。果樹滴灌系統(tǒng)的灌溉次數(shù)為6 ~7 次為宜，灌溉定額為1 200 ~l 500 m3/ hm2. 　?、倜妊科? ~2 次，一般為 12 h 以上，灌水定額為 135~165 m3; ②開花后 1 次，灌水時間 12 h 以上，灌水定額135 ~l50 m3/ hm2; ③果實膨大期3 次，每次灌水時間18 ~20 h,灌水定額為150 ~300 m3/ hm2; ④結果后期1 次，灌水時間一般為12 ~14 h.灌水定額為135 ~165 m3/ hm2. 　　

7、灌溉效果： 每次停滴3 h 后，剖面觀察浸濕地段呈扁圓形。深50 cm,直徑80 cm kg/ hm2.5 d 后浸濕面積擴大，深80 cm,直徑150 cm,即達到灌溉目的。 　　4 風力提水灌溉效益 　　4. 1 水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益 　　試驗在果樹每株周圍安裝 4 個滴頭（ 離樹干 lm） ,大樹可增加到 5 ~ 6 個。在無雨條件下，2 次滴水的間隔時間為 3 ~ 4 d.通過安裝在毛管上的滴頭、將水一滴一滴地、均勻而又緩慢地滴入果樹根區(qū)附近土壤中。由于滴水量小，水滴緩慢入土，因而在滴灌條件下除僅靠滴頭下面的土壤水分處于飽和狀態(tài)外，其他部位的土壤水分均處于非飽和狀態(tài)，土壤水分

8、主要借助毛管張力作用入滲和擴散，不會產(chǎn)生地表徑流，也降低株間蒸發(fā)損失，水的利用率較高。 　　灌溉次數(shù)和灌水量見表 1. 　　 　　滴灌水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益由于果樹產(chǎn)量的增長速度快于耗水量的增加，因此，果樹水分生產(chǎn)率明顯受產(chǎn)量的影響，并隨果樹產(chǎn)量的增加而增長。滴灌水分生產(chǎn)率達 1. 82 kg/m3,溝灌水分生產(chǎn)率為0. 33 kg / m3,滴灌是常規(guī)灌溉的 5. 6 倍。滴灌的水分生產(chǎn)效益達到 3. 64 元/m3.水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益結果見表 2. 　　 　　4. 2 水土保持效果 　　風力提水徹底改變了 20 hm2山地果園（ 梨園） 的灌溉條件，果園長勢良好，在產(chǎn)生

9、顯著經(jīng)濟效益的同時，水土保持生態(tài)效益明顯。年減少土壤流失 460 t,攔蓄徑流 4 312 m3.水土保持效率達到 92% . 　　4. 3 節(jié)能效果 　　本區(qū)年有效風時數(shù)為 6 49 1h,風機單位出水量為8 m3/ h,年總提水量為 51 928 m3.提至30 m高差處的蓄水池，所消耗的電量為 7 210 W,電費為 5 200 元。為國家節(jié)約了能源消耗，減輕了環(huán)境污染，減少了 CO2、SO2的排放量。具有顯著的能源效益和環(huán)境效益。同時，風力提水機還方便了農民的田間管理，具有一定的社會效益。 　　4. 4 經(jīng)濟效果 　　在肥力投入量相同的條件下，由于地下滴灌能夠隨水施肥，有利于施肥均勻，及時供肥，相同的肥料投入量，地下滴灌能將肥料直接送達果樹根系，增施的肥料利于分解轉化，因而提高土壤肥力，改善土壤結構，使果樹對肥料吸收利用率明顯提高。從而表現(xiàn)為果樹產(chǎn)量的提高和效益的增加（ 見表 3） . 　　 　　5 結語 　　風力提水灌溉運用靈活、方便，與節(jié)水灌溉技術相結合，在提水有限的條件下發(fā)揮事半功倍的效果。實踐證明山區(qū)坡地果園風力提水灌溉是與水土保持有機結合的較好模式，其效益體現(xiàn)在節(jié)水效益、生態(tài)效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。在風能資源豐富的山區(qū)解決山地果園灌溉上具有廣闊應用前景。