节水灌溉研究分析论文
节水灌溉研究分析论文 我省茶叶生产主要集中在大别山、桐柏山及伏牛山地区，这里产茶历史悠 久，早在1200多年前就是老茶区之一。新中国成立后，在党和政府的高度重视下， 茶叶生产有了很大发展，至1999年，全省茶园面积达60万亩，开采45万亩，年产 茶叶850万公斤，产值2.3亿元。桐柏山地处南北方分界线，山区地形、地貌及气 候等自然条件极适合茶叶生长，茶产量及茶叶质量均较好，且群众已普遍掌握了 娴熟的茶叶种植、采集、加工技术。经过种植结构调整比较，种茶经济效益最好， 茶叶生产已成为当地群众脱贫致富奔小康的支柱产业。1桐柏茶区简介 桐柏县位于河南省南部，豫鄂交界处，总面积1941平方公里。县域地貌以 浅山、丘陵为主，斜贯县境的桐柏山构成地貌的骨架，境内河流密布，属淮河水 系。桐柏处于亚热带边缘，属于北亚热带季风型大陆型气候，四季分明，温暖湿 润，县域植被覆盖率高，大气质量好，适宜种植茶树。现茶园面积已达2500余亩， 名优产品荟萃，其中“太白银毫”、“淮源剑毫”、“水濂玉叶”、“桐柏毛尖”、“清淮 绿棱”分别获得部优、省优产品奖。
2茶园节水灌溉必要性 桐柏县属于季风型大陆性气候，处于淮河流域及长江流域的分界线，多年 平均降雨量1168毫米，属于南阳市降雨量较大区域。但降雨年际变化大，最大降 雨量1931毫米，最小降雨量629毫米，最小降雨量不足最大雨量的三分之一。降 雨在年内分配也不均匀，降雨集中在6～9月份，且多以暴雨型式出现，约占全年 降雨量69%，干旱季节持续时间较长。造成的结果是旱涝不均，每年都有不同程 度的旱涝灾害，且灾害的发生特别频繁。
茶树基地一般土地比较贫瘠，生产季节经常出现“伏旱”和“秋旱”，有时也 有“春旱”，对茶叶产量质量影响很大。茶园土壤相对含水量在50-75%时最适宜茶 树生长，若低于50%时茶芽生长缓慢，如果减少到30%，茶芽生长停止，持续时 间长时，茶树会出现萎蔫甚至死亡现象。若土壤相对含水量大于75%，茶树受渍， 生长受抑制，持续时间较长将会死亡。
经灌溉与不灌溉对比试验，适量的灌溉，茶叶产量及质量大幅度提高，因 此，茶树基地需进行节水灌溉，经济效益非常可观。3.茶园节水灌溉 此次茶园节水灌溉规划面积1370亩，根据桐柏茶区茶园的地形地貌、气候 特点及茶树吸水特性，选用微喷灌型式进行茶树的节水灌溉。微喷灌是以低压小 流量喷洒出流方式将灌溉水供应到作物叶面，最终到达作物根区土壤的一种先进 灌溉方式。
3.1设计参数 3.1.1设计灌水定额 m=0.1γzp(θmax-θmin)/η 式中：
m―设计灌水定额，mm；
γ―土壤容重，1.6g/cm3 Z―计划湿润层深度,1500mm；
p―微灌设计土壤湿润比，70%；
θmax、θmin―适宜土壤含水率上、下限；
η―灌溉水利用系数，0.9。
经计算，m=19mm 3.1.2灌水周期 T=(mn/Ea)η 式中：
T――设计灌水周期,d；
Ea――设计日耗水强度，5mm/d。
经计算，T=4d。3.1.3一次灌水延续时间 式中：
t――一次灌水延续时间,h；
a、b――喷头纵横向间距，5.0m；
η――田间水利用系数，0.95；
q――喷头流量,70l/h 经计算，t=7h。
3.1.4轮灌组数 式中：
N――轮灌组数；
C――一天工作小时数，h。
经计算，N≤10。
3.1.5微喷头选型 根据茶树行距及土壤土质选择绿源旋转式微喷头S-0055型，喷嘴直径 1.1mm，流量70l/h，工作压力200KPa，湿润直径5.5m。
3.2系统布置与管道设计 3.2.1系统工作原理 微喷灌系统由水源、泵站、首部枢纽、各级管网、灌水器及测滴设备组成。
根据土壤土质及地形地貌，结合茶园分布情况，大致每200亩茶园设一测墒井， 在井内埋设测墒仪，用电缆和泵站相连，测墒仪感知茶树生长所需的最小含水量， 然后将感知信号通过电缆传至泵站，泵站运行后，水通过首部枢纽的过滤、施肥 和压力流量调节，进入配水管网，配水管网按照事先编好的轮灌组数将灌溉水送 至需要工作的微喷头，喷头将水以低压小流量的形式喷洒至茶树叶面，创造茶树生长所需要的湿润环境，当土壤中的水超过茶树所需适宜含水量的上限值时，测 墒仪将信号传至泵站，停止灌溉。
3.2.2水源和泵站 一般茶园傍河、沟，具有引用地表径流的条件，但由于河、沟流量分配不 均，虽水量满足但供水保证率达不到要求，需拦河设堰，在堰前凿大口井，满足 水源要求。泵站包括水泵机组、建筑物、进出水管路系统、辅助动力线路及控制、 保护装置。
3.2.3首部枢纽 首部枢纽由止回阀、空气阀、计量装置、施肥装置、过滤器、压力或流量 调节器等部分组成。其主要起到对灌溉水的过滤、施肥及对整个灌溉系统的量测、 保护作用。
3.2.4管路系统布置 微灌系统一般设三级管道，即干管、支管、毛管。现阶段大量使用塑料管， 主要由聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）管。管路系统依地形 地势，茶树种植方向布置，一般毛管沿茶树种植方向隔行布置，支管垂直毛管布 置，间距为2倍毛管长；
干管垂直支管布置，间距为2倍支管长，干管接首部枢纽。
3.2.5管道水力计算 管道水力计算主要任务：根据单个喷头流量由轮灌组数推求泵站设计流量， 通过管路水头损失计算确定泵站设计扬程，按经济管径法及水头损失计算最终核 定各级管道直径。
泵站设计流量推求：由各级管道的轮灌分组情况，计算出泵站同时供水的 喷头数，由单个喷头的设计流量乘以同时工作的喷头数，再考虑管路的水量损失， 即为泵站设计流量。
泵站设计扬程计算：喷头工作压力加上各级管道的水头损失和地面与水面 落差即为泵站的设计扬程。管道按多口管进行水头损失计算。
多口管沿程水头损失公式：式中：
Ht――多口管沿程水头损失，m；
fmb――管道系数，f=0.464,m=1.77,b=4.77；
Q――管道中通过的流量，m3/s；
d――管径，m；
l――管道长度，m。
局部水头损失公式：
式中：
Hw――局部水头损失，m；
ξ――局部水头损失系数；
v――管道流速，m/s；
g――重力加速度，m/s2。
3.2.6量水及墒情预报与控制系统 在每条支管入口处设水表作为量水设施。在不同地块设测墒井及自动测墒 设备，通过线路和编码器将墒情信号传送至泵站，由泵站解码器将信号转化为泵 站控制信号，同时按照事先编好的轮灌分组信号对茶园灌水，然后根据灌水情况， 由测墒系统来控制泵站的停机，从而实现灌水的自动化。
4节水灌溉后评价 该项目正在实施中，根据规划目标，项目建成后，实行合理灌溉、及时排 水，改善了水土条件，使茶园光、热、土资源得到进一步完善，生态环境转向良 性循环。茶树得到适时适量的有效灌溉，茶叶产量质量将明显提高，经济效益极 为可观。特别是进行节水灌溉后，灌溉用水量及能源消耗大大减少，使传统水利 向资源水利、可持续发展水利方向转化的重要途径。茶园灌排系统的建设、开发， 节约了大量的水资源，改善了园区的人畜用水条件，管、沟、路、茶一体化，给园区人民生产、生活、交通带来方便，同时也创造了良好的人居环境，推动社会 全面进步。