小型農用水泵輸水性能測試及在森林滅火中的應用

李遠煌，戴瑞坤，廖新源，王振師，魏書精，周宇飛，吳澤鵬，李 強

（廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業科學研究院，廣東 廣州 510520）

小型農用水泵是灌溉、噴灑農藥的常用設備，其操作簡單、維護容易、價格相對較低而受到廣大農戶的青睞。小型農用水泵主要指以汽油發動機、水泵組成，重量在25公斤以下水泵，是農、林業生產的必備輸水工具。農村是森林火災的多發區域，提高農村群眾森林防火意識，提升森林火災早期處置能力是森林防滅火工作的重要方向。以水滅火安全、高效，廣大農戶熟悉當地自然環境，了解山地、水源、道路情況，為小型農用水泵開展以水滅火提供了有利條件。對于小型農用水泵在森林火災撲救中的應用研究，國內外尚未見到有關報道。因此，為掘展小型農用水泵在森林防滅火的應用，根據小型農用水泵的使用情況，選擇4種型號的小型農用水泵和3種輸水管，在廣東省林業科學研究院西江所開展輸水性能測試，現把測試結果總結如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

經對小型農用水泵的使用調查，選擇了型號QGZ50-25.2-22.8汽油機水泵、型號JP20-5汽油機水泵、單缸二沖程汽油機水泵和小型輪式農用噴藥機等4種型號的農戶常用水泵，分別設定為Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號，其主要技術性能見表1。輸水管選用3種型號，分別為1號：直徑19毫米的黑色PVC單層軟管；2號：直徑19毫米、有尼龍夾層的3層軟管；3號：農用噴藥專用輸水管，壓力＞8米帕、管厚＞2.8毫米、外徑為14毫米的4線2膠軟管，測試在水壓作用下，輸水管變形和破裂情況。

表1 不同型號水泵技術性能

1.2 試驗方法

從山下設置水源點，分別在近水平道路和高程20米的山上鋪設100米水管，在測試點放一個150升的塑料桶，用秒表記錄裝滿水的時間，實地測試水泵的輸水流量和工作狀況。對小型輪式農用噴藥機在高程20米、40米的山上鋪設100米和200米水管，開機后，用秒表記錄水罐（箱）內水位每下降20升的時間，測試水泵的輸水流量和工作狀況。并根據輸水高度，觀測輸水管外形的變化。

2 結果與分析

2.1 不同型號水泵輸水結果與分析

經測試，4個型號的水泵輸水結果見表2。測試結果說明，Ⅰ號、Ⅱ號和Ⅲ號在一般的條件下（0米±3米）、輸水管長200米時，其輸水量為水泵型號標定的輸水量，當輸水揚程達到水泵標定的最高揚程20米±3米時，Ⅰ號、Ⅱ號和Ⅲ號的輸水量分別為1.68、1.42、0.88立方米/小時，比標定量減少了93.33%、94.32%和90.22%，說明農用水泵可以在較為平緩的地方供水，而向較高的山地供水時，其供水量會大幅度降低。Ⅳ號是采用汽油機和小型柱塞泵相結合的農用噴藥機，在輸水揚程20米±3米和40米±5米，輸水管長100米和200米時，輸水量為0.48立方米/小時、0.34立方米/小時，與標定量0.6～1.02立方米/小時相比，減少了20%～66.67%，說明農用噴藥機工作過程中，供水量不大，但供水的揚程較高。

表2 不同水泵輸水流量測試結果 （立方米/小時）

測試結果表明，Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號水泵適合在高差0米±3米的地方輸水作業，揚程達到20米±3米，輸水效能大幅度降低，因此，只適合于高差在20米以下的地方輸水作業。Ⅳ號水泵可正常輸水到揚程40米±5米、且輸水距離達200米，說明山地環境下，具有較好的輸水性能。

2.2 輸水管形變測試結果與分析

受輸水管材料、結構的影響，在輸水壓力的作用下輸水管會膨脹或破裂，在輸水2小時后，輸水管的形變結果見表3，測試結果顯示，在相對平坦的地面上輸水，水管所受水壓力小，基本沒有變化。在輸水高度達20米±3米時，與水泵相連的水管出現膨脹，1號水管的部分出現膨脹42毫米以上，比原管徑膨脹120%以上，出現即將破裂的狀態。2號水管直徑大于約21毫米，比原管徑膨脹10%左右，整條水管沒有出現明顯的變化。3號在該輸水高度上沒有出現變化，當輸水度達40米±5米，輸水管直徑約15毫米，比原管徑膨脹7.1%左右。

表3 輸水管形變測試結果 （毫米）

測試結果表明，1號水管為單層PVC軟管，抗壓性能較低，適合于高差在3米左右的地方輸水。2號為內外為PVC材料，中間夾有尼龍網的軟管，其抗壓性能較好，適合于在高差20米±3米的山地輸水。3號為壓力＞8米帕的4線2膠軟管，在高差40米±5米的輸水測試過程中，輸水管沒有出現變形現象，因此，可適用在山地環境輸水作業。

2.3 水泵啟動與引水測試結果與分析

泵的啟動在23～28℃環境溫度下冷態進行，按發動機的操作規程進行，用拉繩拉3～5次，啟動后保持發動機怠速運行約1分鐘，待發動機轉速穩定后，迅速調節油門和泵的出口閥，使泵盡快達到額定噴水工作狀況，水泵離水面2.56米±0.15米，記錄下發動機增速起至泵出水的時間。試驗完成后停機間隔5分鐘，再進行第二次啟動，共試驗3次。運行工況是水泵連續工作30分鐘后，水泵運行及輸水狀況的說明。水泵啟動與引水測試結果見表4。

表4 不同型號水泵啟動與引水性能測試結果

測試結果表明，4種型號的水泵發動機按要求拉動啟動繩3～4次就能正常啟動，發動機的啟動性能表現良好。由于泵體離水面高約2.56米，小于額定5～7米吸水高度，發動機啟動轉速穩定后，調節油門使泵達到額定吸水工作狀況，使吸上的水從出水口噴出，Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號分別用時3.52秒、3.31秒、3.21秒，水泵引水性能良好。Ⅳ號是汽油機和小型柱塞泵相結合，其采用的是直接供水的方式，不在引水測試之中。結合輸水測試，4個型號水泵運行30分鐘以上沒有出現死機、斷水等現象，整機輸水工況表現良好。

3 結論與討論

小型農用水泵在森林防滅火中的應用具有水泵重量輕、攜帶方便，操作簡單易行，運行穩定的性能。測試結果說明，Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號水泵輸水揚程能達20米，Ⅳ號水泵輸水揚程達到40米以上。1號的水管輸水揚程20米出現膨脹變形，不適合于揚程在20米以上的輸水使用，2號輸水管水管輸水揚程20米，沒有出現明顯膨脹變形，可適用于揚程在20米的輸水使用，3號輸水管為耐壓力＞8米帕的4線2膠軟管，適用于揚程40米以上的輸水使用。

農村是野外用火的主要地區，是森林火災的易發、多發區，組建農村群眾以水滅火隊伍，對森林火災的預防和撲救都具有重要意義。根據當地的山情、林情、水情，結合小型農用水泵的生產使用，每村組建2～3個滅火小組，配置Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號相應的小型農用水泵和相應的水管、噴水槍等滅火工具，就可應對由于焚燒田草、甘蔗葉、稻草、果園草等引發的森林火災情的早期處置。同時，還可以用多臺小型農用水泵，中間用大膠桶接續，向更高的山地供水。