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风力提水灌溉系统组成及灌溉方式探析

时间:2015-08-08 来源:未知 作者:傻傻地鱼 本文字数:2368字
摘要

  1 试验区概况

  试验区位于辽宁省兴城市南部望海乡,渤海辽东湾西岸,属于温带亚湿润季风型海洋气候。主要气候特点是: 季风气候显着,雨热同季,干冷同期,寒冷期长,雨量集中,日照充足,温差较小,四季分明。

  年平均气温 9. 5 ℃,≥10 ℃积温 3 428. 4 ℃。10m 高年平均风速为 5 . 3 m / s,年平均风功率密度144 . 57 W / m2,年有效风力小时数 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,年均蒸发量 1 232. 8 mm,无霜期 168 d.

  供试果园面积20 hm2,品种为锦丰梨,树龄5 a,株行距 4 m ×4 m,地面坡度 8°。土壤为棕壤,果园需水靠天然降水解决,属山区坡地无灌溉果园。2014 年在省农业综合开发项目的支持下,尝试风力提水解决果园灌溉问题。

  2 风力提水设备选择

  风力提水设备主要结构包括由风轮、机舱、塔架、风力传动部分、机械传动部分、水泵部分和蓄水灌溉等部分。通过高效风轮与风能转换系统的结构设计,以及变速增力箱与曲轴箱的高效配合和水泵运动部件耐久等重大关键技术,能迅速提高生产力。

  即不用电、不用油实现风力提水机械化。

  水泵选用活塞泵,风力提水机主要参数: 风轮直径: 8 m ; 风叶数量: 4 片 ; 风叶长度: 3. 9 m ; 风轮转速: 180 r/min ; 风力机功率: 15 kW; 曲轴偏心距:110 mm ; 变速箱减速比: 1∶ 1. 5 ; 塔架高度: 13 m ;起动提水风速: 2. 5 m; 水井内径: 400 mm ; 水泵活塞直径: 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 ; 扬程:100 m; 质量: 2. 6 t.

  3 风力提水灌溉系统组成及灌溉方式

  3. 1 风力提水灌溉系统组成

  风力提水灌溉系统组成包括: 水源( 井) 、风力机、控制系统、水泵、输水管线、蓄水池、用水管路、节水设备等。

  3. 2 灌溉方式

  灌溉方式选择滴灌,控制面积 20 hm2,2 台风力提水设备分别通过 500 m 长的输水管道将水输送到20 m 高处的 2 座蓄水池中,每座蓄水池容积 173m3.蓄水池内设有水流控制机构,当蓄水池内水位达到设计高水位时,水流控制机构启动工作,将一定量的水通过自然落差注入滴灌系统主管道中,通过主管道并经过过滤器等设备注入滴管带中浇灌果树,水自滴头以点滴方式直接缓慢地滴入果树根际土壤。水滴入土后,借助垂力入渗,在滴头下方形成很小的饱和区,再向四周逐渐扩散至果树根系发达区。山区果树滴灌技术成熟,不受地形、土壤、水源、果树种类的限制。依据地形、土壤条件和果树需水需求适时供水; 同时,可以结合施肥,将不同时期所需的肥料准确送到根部。

  3. 3 灌溉制度的确定及运行

  灌溉方式: 采用支、毛管轮灌。

  灌水定额: 灌水定额采用下列公式计算。

 

  式中: Z 为计划湿润层深度,取 50 ~60 cm; P 为滴灌设计土壤湿润比,取 30% ~40%; Q'max、Q'min为土壤含水量的上、下限,一般为田间持水量的 85% 和70% ; η 为灌溉水利用系数,取 0. 9.灌水定额一般为 135 ~165 m3/ hm2.

  灌水时间选择: 选择白天,这样能迅速使地温回升,同时方便系统的检查、冲洗,有利于系统的正常运行。

  灌溉制度确定: 按经验。果树滴灌系统的灌溉次数为6 ~7 次为宜,灌溉定额为1 200 ~l 500 m3/ hm2.

  ①萌芽期1 ~2 次,一般为 12 h 以上,灌水定额为 135~165 m3; ②开花后 1 次,灌水时间 12 h 以上,灌水定额135 ~l50 m3/ hm2; ③果实膨大期3 次,每次灌水时间18 ~20 h,灌水定额为150 ~300 m3/ hm2; ④结果后期1 次,灌水时间一般为12 ~14 h.灌水定额为135 ~165 m3/ hm2.

  灌溉效果: 每次停滴3 h 后,剖面观察浸湿地段呈扁圆形。深50 cm,直径80 cm kg/ hm2.5 d 后浸湿面积扩大,深80 cm,直径150 cm,即达到灌溉目的。

  4 风力提水灌溉效益

  4. 1 水分生产率和水分生产效益

  试验在果树每株周围安装 4 个滴头( 离树干 lm) ,大树可增加到 5 ~ 6 个。在无雨条件下,2 次滴水的间隔时间为 3 ~ 4 d.通过安装在毛管上的滴头、将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入果树根区附近土壤中。由于滴水量小,水滴缓慢入土,因而在滴灌条件下除仅靠滴头下面的土壤水分处于饱和状态外,其他部位的土壤水分均处于非饱和状态,土壤水分主要借助毛管张力作用入渗和扩散,不会产生地表径流,也降低株间蒸发损失,水的利用率较高。

  灌溉次数和灌水量见表 1.

  

  滴灌水分生产率和水分生产效益由于果树产量的增长速度快于耗水量的增加,因此,果树水分生产率明显受产量的影响,并随果树产量的增加而增长。滴灌水分生产率达 1. 82 kg/m3,沟灌水分生产率为0. 33 kg / m3,滴灌是常规灌溉的 5. 6 倍。滴灌的水分生产效益达到 3. 64 元/m3.水分生产率和水分生产效益结果见表 2.

  

  4. 2 水土保持效果

  风力提水彻底改变了 20 hm2山地果园( 梨园) 的灌溉条件,果园长势良好,在产生显着经济效益的同时,水土保持生态效益明显。年减少土壤流失 460 t,拦蓄径流 4 312 m3.水土保持效率达到 92% .

  4. 3 节能效果

  本区年有效风时数为 6 49 1h,风机单位出水量为8 m3/ h,年总提水量为 51 928 m3.提至30 m高差处的蓄水池,所消耗的电量为 7 210 W,电费为 5 200 元。为国家节约了能源消耗,减轻了环境污染,减少了 CO2、SO2的排放量。具有显着的能源效益和环境效益。同时,风力提水机还方便了农民的田间管理,具有一定的社会效益。

  4. 4 经济效果

  在肥力投入量相同的条件下,由于地下滴灌能够随水施肥,有利于施肥均匀,及时供肥,相同的肥料投入量,地下滴灌能将肥料直接送达果树根系,增施的肥料利于分解转化,因而提高土壤肥力,改善土壤结构,使果树对肥料吸收利用率明显提高。从而表现为果树产量的提高和效益的增加( 见表 3) .

  

  5 结语

  风力提水灌溉运用灵活、方便,与节水灌溉技术相结合,在提水有限的条件下发挥事半功倍的效果。实践证明山区坡地果园风力提水灌溉是与水土保持有机结合的较好模式,其效益体现在节水效益、生态效益、环保效益和经济效益。在风能资源丰富的山区解决山地果园灌溉上具有广阔应用前景。

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