水利工程論文-河南省桐柏茶區(qū)茶園節(jié)水灌溉.doc

水利工程論文-河南省桐柏茶區(qū)茶園節(jié)水灌溉摘要：茶園節(jié)水灌溉是調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，提高茶葉質(zhì)量產(chǎn)量，改善園區(qū)環(huán)境的重要舉措。本文通過對(duì)桐柏茶區(qū)茶園的節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)，以點(diǎn)帶面，發(fā)揮示范作用，從而推進(jìn)節(jié)水事業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：茶園節(jié)水灌溉水資源可持續(xù)利用我省茶葉生產(chǎn)主要集中在大別山、桐柏山及伏牛山地區(qū)，這里產(chǎn)茶歷史悠久，早在1200多年前就是老茶區(qū)之一。新中國成立后，在黨和政府的高度重視下，茶葉生產(chǎn)有了很大發(fā)展，至1999年，全省茶園面積達(dá)60萬畝，開采45萬畝，年產(chǎn)茶葉850萬公斤，產(chǎn)值2.3億元。桐柏山地處南北方分界線，山區(qū)地形、地貌及氣候等自然條件極適合茶葉生長，茶產(chǎn)量及茶葉質(zhì)量均較好，且群眾已普遍掌握了嫻熟的茶葉種植、采集、加工技術(shù)。經(jīng)過種植結(jié)構(gòu)調(diào)整比較，種茶經(jīng)濟(jì)效益最好，茶葉生產(chǎn)已成為當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂槐夹】档闹еa(chǎn)業(yè)。1桐柏茶區(qū)簡介桐柏縣位于河南省南部，豫鄂交界處，總面積1941平方公里。縣域地貌以淺山、丘陵為主，斜貫縣境的桐柏山構(gòu)成地貌的骨架，境內(nèi)河流密布，屬淮河水系。桐柏處于亞熱帶邊緣，屬于北亞熱帶季風(fēng)型大陸型氣候，四季分明，溫暖濕潤，縣域植被覆蓋率高，大氣質(zhì)量好，適宜種植茶樹。現(xiàn)茶園面積已達(dá)2500余畝，名優(yōu)產(chǎn)品薈萃，其中“太白銀毫”、“淮源劍毫”、“水濂玉葉”、“桐柏毛尖”、“清淮綠棱”分別獲得部優(yōu)、省優(yōu)產(chǎn)品獎(jiǎng)。2茶園節(jié)水灌溉必要性桐柏縣屬于季風(fēng)型大陸性氣候，處于淮河流域及長江流域的分界線，多年平均降雨量1168毫米，屬于南陽市降雨量較大區(qū)域。但降雨年際變化大，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。降雨在年內(nèi)分配也不均勻，降雨集中在69月份，且多以暴雨型式出現(xiàn)，約占全年降雨量69%，干旱季節(jié)持續(xù)時(shí)間較長。造成的結(jié)果是旱澇不均，每年都有不同程度的旱澇災(zāi)害，且災(zāi)害的發(fā)生特別頻繁。茶樹基地一般土地比較貧瘠，生產(chǎn)季節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)“伏旱”和“秋旱”，有時(shí)也有“春旱”，對(duì)茶葉產(chǎn)量質(zhì)量影響很大。茶園土壤相對(duì)含水量在50-75%時(shí)最適宜茶樹生長，若低于50%時(shí)茶芽生長緩慢，如果減少到30%，茶芽生長停止，持續(xù)時(shí)間長時(shí)，茶樹會(huì)出現(xiàn)萎蔫甚至死亡現(xiàn)象。若土壤相對(duì)含水量大于75%，茶樹受漬，生長受抑制，持續(xù)時(shí)間較長將會(huì)死亡。經(jīng)灌溉與不灌溉對(duì)比試驗(yàn)，適量的灌溉，茶葉產(chǎn)量及質(zhì)量大幅度提高，因此，茶樹基地需進(jìn)行節(jié)水灌溉，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。3.茶園節(jié)水灌溉此次茶園節(jié)水灌溉規(guī)劃面積1370畝，根據(jù)桐柏茶區(qū)茶園的地形地貌、氣候特點(diǎn)及茶樹吸水特性，選用微噴灌型式進(jìn)行茶樹的節(jié)水灌溉。微噴灌是以低壓小流量噴灑出流方式將灌溉水供應(yīng)到作物葉面，最終到達(dá)作物根區(qū)土壤的一種先進(jìn)灌溉方式。3.1設(shè)計(jì)參數(shù)3.1.1設(shè)計(jì)灌水定額m=0.1zp(max-min)/式中：m設(shè)計(jì)灌水定額，mm；土壤容重，1.6g/cm3Z計(jì)劃濕潤層深度,1500mm；p微灌設(shè)計(jì)土壤濕潤比，70%；max、min適宜土壤含水率上、下限；灌溉水利用系數(shù)，0.9。經(jīng)計(jì)算，m=19mm3.1.2灌水周期T=(mn/Ea)式中：T設(shè)計(jì)灌水周期,d；Ea設(shè)計(jì)日耗水強(qiáng)度，5mm/d。經(jīng)計(jì)算，T=4d。3.1.3一次灌水延續(xù)時(shí)間式中：t一次灌水延續(xù)時(shí)間,h；a、b噴頭縱橫向間距，5.0m；田間水利用系數(shù)，0.95；q噴頭流量,70l/h經(jīng)計(jì)算，t=7h。3.1.4輪灌組數(shù)式中：N輪灌組數(shù)；C一天工作小時(shí)數(shù)，h。經(jīng)計(jì)算，N10。3.1.5微噴頭選型根據(jù)茶樹行距及土壤土質(zhì)選擇綠源旋轉(zhuǎn)式微噴頭S-0055型，噴嘴直徑1.1mm，流量70l/h，工作壓力200KPa，濕潤直徑5.5m。3.2系統(tǒng)布置與管道設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)工作原理微噴灌系統(tǒng)由水源、泵站、首部樞紐、各級(jí)管網(wǎng)、灌水器及測滴設(shè)備組成。根據(jù)土壤土質(zhì)及地形地貌，結(jié)合茶園分布情況，大致每200畝茶園設(shè)一測墑井，在井內(nèi)埋設(shè)測墑儀，用電纜和泵站相連，測墑儀感知茶樹生長所需的最小含水量，然后將感知信號(hào)通過電纜傳至泵站，泵站運(yùn)行后，水通過首部樞紐的過濾、施肥和壓力流量調(diào)節(jié)，進(jìn)入配水管網(wǎng)，配水管網(wǎng)按照事先編好的輪灌組數(shù)將灌溉水送至需要工作的微噴頭，噴頭將水以低壓小流量的形式噴灑至茶樹葉面，創(chuàng)造茶樹生長所需要的濕潤環(huán)境，當(dāng)土壤中的水超過茶樹所需適宜含水量的上限值時(shí)，測墑儀將信號(hào)傳至泵站，停止灌溉。3.2.2水源和泵站一般茶園傍河、溝，具有引用地表徑流的條件，但由于河、溝流量分配不均，雖水量滿足但供水保證率達(dá)不到要求，需攔河設(shè)堰，在堰前鑿大口井，滿足水源要求。泵站包括水泵機(jī)組、建筑物、進(jìn)出水管路系統(tǒng)、輔助動(dòng)力線路及控制、保護(hù)裝置。3.2.3首部樞紐首部樞紐由止回閥、空氣閥、計(jì)量裝置、施肥裝置、過濾器、壓力或流量調(diào)節(jié)器等部分組成。其主要起到對(duì)灌溉水的過濾、施肥及對(duì)整個(gè)灌溉系統(tǒng)的量測、保護(hù)作用。3.2.4管路系統(tǒng)布置微灌系統(tǒng)一般設(shè)三級(jí)管道，即干管、支管、毛管?，F(xiàn)階段大量使用塑料管，主要由聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）管。管路系統(tǒng)依地形地勢，茶樹種植方向布置，一般毛管沿茶樹種植方向隔行布置，支管垂直毛管布置，間距為2倍毛管長；干管垂直支管布置，間距為2倍支管長，干管接首部樞紐。3.2.5管道水力計(jì)算管道水力計(jì)算主要任務(wù)：根據(jù)單個(gè)噴頭流量由輪灌組數(shù)推求泵站設(shè)計(jì)流量，通過管路水頭損失計(jì)算確定泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程，按經(jīng)濟(jì)管徑法及水頭損失計(jì)算最終核定各級(jí)管道直徑。泵站設(shè)計(jì)流量推求：由各級(jí)管道的輪灌分組情況，計(jì)算出泵站同時(shí)供水的噴頭數(shù)，由單個(gè)噴頭的設(shè)計(jì)流量乘以同時(shí)工作的噴頭數(shù)，再考慮管路的水量損失，即為泵站設(shè)計(jì)流量。泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算：噴頭工作壓力加上各級(jí)管道的水頭損失和地面與水面落差即為泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程。管道按多口管進(jìn)行水頭損失計(jì)算。多口管沿程水頭損失公式：式中：Ht多口管沿程水頭損失，m；fmb管道系數(shù)，f=0.464,m=1.77,b=4.77；Q管道中通過的流量，m3/s；d管徑，m；l管道長度，m。局部水頭損失公式：式中：Hw局部水頭損失，m；局部水頭損失系數(shù)；v管道流速，m/s；g重力加速度，m/s2。3.2.6量水及墑情預(yù)報(bào)與控制系統(tǒng)在每條支管入口處設(shè)水表作為量水設(shè)施。在不同地塊設(shè)測墑井及自動(dòng)測墑設(shè)備，通過線路和編碼器將墑情信號(hào)傳送至泵站，由泵站解碼器將信號(hào)轉(zhuǎn)化為泵站控制信號(hào)，同時(shí)按照事先編好的輪灌分組信號(hào)對(duì)茶園灌水，然后根據(jù)灌水情況，由測墑系統(tǒng)來控制泵站的停機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)灌水的自動(dòng)化。4節(jié)水灌溉后評(píng)價(jià)該項(xiàng)目正在實(shí)施中，根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)，項(xiàng)目建成后，實(shí)行合理灌溉、及時(shí)排水，改善了水土條件，使茶園光、熱、土資源得到進(jìn)一步完善，生態(tài)環(huán)境轉(zhuǎn)向良性循環(huán)。茶樹得到適時(shí)適量的有效灌溉，茶葉產(chǎn)量質(zhì)量將明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益極為可觀。特別是進(jìn)行節(jié)水灌溉后，灌溉用水量及能源消耗大大減少，使傳統(tǒng)水利向資源水利、可持續(xù)發(fā)展水利方向轉(zhuǎn)化的重要途徑。茶園灌排系統(tǒng)的建設(shè)、開發(fā)，節(jié)約了大量