富县丘陵沟壑区发展苹果节水灌溉技术的可行性

庞海云

（陕西省泾惠渠管理局 陕西 三原 713800）

1 自然概况

富县位于陕西省北部，延安市南部，渭北旱塬北沿，陕北黄土高塬南部，属黄土高塬沟壑区与丘陵沟壑区的过渡地带，洛河中上游子午岭林区。东依黄龙山系与宜川、洛川相邻，西靠子午岭与甘肃合水、宁县相接，南接隆坊塬与黄陵相靠，北缘丘陵沟壑与志丹、甘泉、宝塔区相连。海拔在1000到1200m之间。总面积4182.00km2，全县辖8镇5乡1个街道办事处，240个行政村。2008年总人口14.84万人，其中农业人口11.66万人。全县地势东南低，西北高。地貌以丘陵沟壑为主。在2005年第五届全国县域经济基本竞争力提升速度最快的百县（市）评选中入围。

中指塬地处富县西部塬区，距县域10.5km，属丘陵沟壑区半干旱大陆性气候，塬面宽阔，平均海拔高程1100m～1300m。包括三个乡镇、分别是钳二乡、羊泉镇、吉子现乡。现有人口32450人，现有苹果面积78330亩，是富县主要苹果生产基地之一。

2 区域内缺水现状

2.1 干旱缺水

富县中指塬灌区地处富县西部塬区，距县域10.5km，属丘陵沟壑区半干旱大陆性气候，区域内自然灾害主要有干旱、大风、冰雹、霜冻等，尤其以干旱最为严重。在国家大力倡导“退耕还林”工程以来，区内大力发展苹果种植，现有果园面积78330亩，但基本上维持在靠天吃饭的局面，果品商品率低。

2.2 区域内水土流失严重，生态环境恶化

中指塬灌区地形破碎、沟壑纵横，土质疏松，地表水资源贫乏，降水量年际变化大，年内分配不均，6月～9月约占全年降水量的75%。暴雨集中以及植被缺乏，是构成该地区严重水土流失，生态环境恶化的主要原因。

区域内沟壑密度达12 km/km2。塬区主要地表组成物质为黄土，因深厚的黄土土层与其明显的垂直节理性，遇水易崩解，抗冲、抗蚀性能很弱，沟道崩塌、滑塌、泻溜等混合侵蚀异常活跃。塬区的降水特点是年降水量少而暴雨集中，汛期降雨量占年降水量的70%～80%，其中大部分又集中在几次强度较大的暴雨。暴雨历时短、强度大、突发性强，是造成严重水土流失和高含沙洪水的主要原因。同时，黄土高原地区植被稀少，也是造成生态恶化的主要因素之一。

2.3 区域内可利用水资源

1998年以来，当地水利部门在中指塬灌区充分利用公路路面为天然集雨场，修建水窖积蓄雨水。项目区目前有水窖1000眼，年可蓄水3.35万m3，能满足部分果园生产需水（每年十余次的喷施农药用水）。2005年，富县县政府在余渠河建成漩水湾水库和中指塬东西两输水干管的铺设，又为塬区完善了供水泵站工程，每年可向塬区供水43.80万m3。塬区现有果园7.8万亩，按照普通的灌水方式，苹果的灌溉定额为24m3/亩，需水量为187.2万 m3，缺水 143.3万 m3。

3 节水灌溉应用的意义与发展前景

3.1 节水灌溉应用的意义

节水灌溉首先是建立节水型社会的需要。陕北的丘陵沟壑区水资源紧缺，实施节水灌溉后，可以使有限的水资源得到合理的开发和利用，提高水的利用率，节约水资源。其次，节水灌溉是增加农民收入的必然要求。节水灌溉技术的推广应用，可以把科学技术同生产过程直接联系在一起，更好地指导生产实践。这一技术的应用可以充分挖掘农业内部增收潜力，提高农业综合效益，增加农民种植果业的积极性。节水灌溉是改善农村生态环境的需求。最后，通过节水灌溉，可节约大量农业用水，减少地表水的引用和地下水的开采。节约的水可用于林、草、牧业发展和生态环境改善以及增加城镇生产、生活用水。

3.2 节水灌溉技术的发展前景

目前，我国节水灌溉工程中，喷灌、微灌技术所占的比重还比较轻，与发达国家相比较还有较大的差距。从20世纪50年代初到80年代初，美国新增灌溉面积2亿亩，其中喷灌面积占50%；在此期间，前苏联新增灌溉面积的70%采用喷灌。以色列在推广喷、微灌技术的过程中，研制出多种灌溉兼施肥设备，使肥料与灌溉水混合使用，实现了节水、增产和优质的统一。

水资源的保证程度与国民经济的发展有着不可分割的关系，这一问题已经引起国家的高度重视。近年来，国家更是把大力发展节水灌溉，推广渠道防渗、管道输水、喷灌滴灌等技术作为重点来建设。随着认识水平的提高，我国节水灌溉技术应用也有了长足的发展。地下滴灌技术就是在灌溉过程中，水通过地埋毛管上的灌水器缓慢渗入附近土壤，再借助毛细管作用或重力扩散到整个作物根层地灌溉技术。由于在灌溉过程中几乎没有水分蒸发损失，而且对土壤结构的破坏轻，因此，该项技术的节水增产效果最为明显，而且便于农田作业和管理，特别适合于在我国西北地区干旱、高温、风大的自然条件下推广使用。

4 节水灌溉工程实际应用

根据使用不同节水灌溉方式时，富县中指塬灌区丘陵沟壑区地形对土地耕作层的侵蚀作用，分析适合该地区的节水灌溉技术。以微喷灌技术为例进行技术指标分析。

4.1 微喷灌溉系统的设计参数的确定

4.1.1 设计耗水强度

微喷灌耗水主要为作物本身的生理消耗，地面蒸发损失很小。可用式（1）、（2）计算。

式中，Ea——设计耗水强度，mm/d；

Kv——作物遮阴率对耗水量的修正系数，当由式（2）计算出的数值大于1时，取值为1；本次果树多数树龄为挂果1～2年的成树，因此取值为1；

Ec——作物需水强度，mm/d；

Gc——作物遮阴率，对果树根据树冠半径和果树所占面积计算确定。

经计算，苹果采用不同的灌水方式取值不同，滴灌为3～5mm/d，微喷灌为4～6mm/d。

4.1.2 设计土壤湿润比

设计土壤湿润比是指被湿润土体占计划湿润层总土体积的百分比。可由式（3）计算。

式中，P——土壤湿润比（%）；

Aω——微喷头的有效湿润面积，m2；

n——一棵树下布置的微喷头数，个；

St、Sr——果树株距、行距，m。

若每棵苹果树下布设两个喷头，喷头喷洒半径为1m；经计算，苹果园土壤湿润比为52.3%。

4.2 微喷灌溉系统设计

4.2.1 微喷灌溉系统布置方案

因项目区地形坡度较大，竖向高差超过100m，且塬顶面建有2000m3蓄水池，具备进行自压灌溉的条件，故拟采用自压半固定式管道微喷灌溉。田间灌溉管网分三级，即分干管、支管、毛管。分干管和支管采用固定地埋式，毛管为移动式。分干管沿与等高线垂直方向下坡布置，支管根据实际地形采用鱼骨形布置，支管沿平行等高线的塬台地布置，毛管沿种植地垄方向布置。支管单向供水，支管间距按30m布置，遇到地形复杂处间距可适当的拉大或缩小，支管上给水栓间距按果树行距4m布置，支管上给水栓接毛管，微喷头由三通与毛管连接，喷头间距为果树株距3m，通过双喷头进行灌溉。

考虑运行方便，分干管进口处设置一进水闸阀，每条支管进口设置1个闸阀。每支管末端设一泄水闸阀，为放空管道。

4.2.2 设计流量

（1）毛管设计流量。

毛管设计流量＝一个喷头出水流量×喷头个数

喷头选用LWP型微喷头，喷嘴直径1.2mm，出水流量57L/h。按照节水灌溉制度下的苹果的灌溉定额10m3/亩，则一棵树需水量为0.18 m3，则需3.16小时浇完。

毛管经济管径为DN25，一条毛管控制10个喷头，毛管设计流量为570L/h。

（2）分干管、支管设计流量。

一次灌溉天数为3天，一天灌溉时间为17小时。灌溉系统中分干管采取续灌制度，支管采取集中轮灌制度，5条支管为一个轮灌组，各条分支管同时开启12条毛管。

分干管流量＝支管流量×支管数支管流量＝毛管流量×毛管条数

4.2.3 管径的确定

式中，D——管道内径（m）；

Q——设计流量（m3/s）；

V——管内经济流速（m/s）。

最后按水力计算调整管径。

4.2.4 管材的选取

选择管材主要以其工作可靠，价格低廉，使用年限长，内壁光滑以及安装施工容易为准。经济比选后，田间输配水管选用PVC-U管，管压PN=1MPa。

5 节水灌溉技术应用后的效益分析

果园节水灌溉项目实施后，对项目区果树关键需水期进行节水灌溉，每年灌溉3次，不仅可以增加果品产量，还可以提高果品的商品率。根据富县类似地区节水灌溉的统计资料，当地苹果年平均产量约1200kg，果品按照2009年的综合价格3.0元/kg计算：①实施果园节水灌溉后，按苹果每亩增产20%左右估计，可增产240kg，增收720元。②实施果园节水灌溉后，苹果每亩商品率提高了10%，即每公斤增加0.2元，每亩产生效益240元。综上，实施灌溉后每亩增收效益960元。

节水灌溉实施后，苹果种植面积不断增加，经济效益明显提高。随苹果产量的增加和品质的提高，农民收入每年以20%速度增加，有的地方农民增收速度更大。通过项目的实施，不仅改善了果园的生态环境和生产条件，实现了增产增收，带动和促进了全县果业经济又好又快的发展，而且群众生产生活水平得到显著提高，有力地推动了全县高效农业的快速发展。

到2010年底，富县中指塬灌区实施节水灌溉苹果面积达到0.7万亩。可以看出，在富县中指塬丘陵沟壑区实施苹果节水灌溉技术是可行的。该项技术的应用将会促进农业经济的发展，为缓解水资源危机，促进全县经济发展创造良好的条件。陕西水利