高效節(jié)水灌溉工程的設計技術要點探究

□王 勇

一、高效節(jié)水灌溉簡介

滴灌作為成熟技術在農業(yè)中較大范圍應用是在20 世紀70年代。我國于1974 年開始發(fā)展滴灌技術，至2000 年全國微灌面積已發(fā)展至26．7 萬公頃，兵團至2004 年累計推廣應用膜下滴灌408 萬畝。膜下滴灌是將覆膜種植技術與滴灌技術相結合的一種高效節(jié)水灌溉技術，滴灌利用管道系統(tǒng)供水，使灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時、定量地浸潤作物根系發(fā)育區(qū)域，使作物主要根系區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)，地膜覆蓋則進一步減少了作物棵間水分的蒸發(fā)。

二、高效節(jié)水灌溉技術及特點

高效節(jié)水技術是指除了地表灌溉和溝渠兩種灌溉方式之外的所有灌溉方式。高效節(jié)能灌溉技術得到了廣泛的應用，解決了許多問題。節(jié)水灌溉技術一次性投資要比傳統(tǒng)灌溉投資高出很多，因此在很多地方，目前還沒有對這種灌溉方式進行應用。高效節(jié)水灌溉與傳統(tǒng)的灌溉方式相比，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:省工、省水、占地面積小，可按作物的生育期滴水、施肥、防病。相比于傳統(tǒng)灌溉方式，因為水需要在地表上進行灌溉，因此在傳統(tǒng)灌溉過程中避免不了會發(fā)生蒸發(fā)、跑水和積水現(xiàn)象，這在一定程度上會導致水資源浪費，依據(jù)統(tǒng)計結果顯示我國70%以上的土地在灌溉上采取的方式都為傳統(tǒng)灌溉方式，而水的使用率只有30% ～40%，采取高效灌溉技術則可以解決水分浪費問題，并且通過高效灌溉可以有效阻止水土流失情況的發(fā)生。此外，高效灌溉技術在土地適用性上要比傳統(tǒng)灌溉技術更具有優(yōu)勢。但是，高效灌溉技術在細節(jié)上的要求偏高，并且實行過程中需要使用大量的設備，前期投入大，后期維護要求高，在自然條件惡劣的情況下，投入更高，因此在應用，推廣過程中，需要資金的支持。

三、節(jié)水灌溉技術的優(yōu)點

(一)噴灌。目前，世界上先進的噴灌方式是中心支軸式噴灌機，其在應用過程中的主要優(yōu)點為:操作簡單、自動化、勞動成本低，并且在灌溉上具有很強的爬坡能力，能源消耗低，使用壽命較長，通常使用壽命能夠達到15 年;其存在的主要缺點:灌溉地域不能存在較大的阻礙物。移動管道式噴灌，主要優(yōu)點:管道少，能耗低，成本低，可以對噴灌過程中使用的動力進行綜合利用，操作便捷;主要缺點:勞動力高，在移動灌溉過程中容易破壞作物，此外，該灌溉方式壽命較短，通常為5 年左右。

(二)微灌。從目前情況來看，微灌是最節(jié)水的一種灌溉方式，因為其投資偏高，因此通常應用在經濟效益較高或水資源極度匱乏的區(qū)域。在應用微灌過程中，水的輸送完全通過管道進行，在輸送過程中很少會因為蒸發(fā)和滲漏導致水浪費，可以起到節(jié)約水資源的作用。微灌可以適量實時地對需要水的農作物進行灌溉、施肥，微灌同噴灌相比對水的使用效率更高，微灌可以對每個灌水器的出水量進行動態(tài)控制，目前常見的微灌有以下幾種:

1．滴灌。其主要在蔬菜等經濟作物和樹林中應用，主要優(yōu)點:節(jié)約水資源。此外，滴灌能夠依據(jù)作物的實際生長情況進行灌水施肥，對水資源的利用效率更高。

2．微噴灌。其是主要用在露天經濟作物的灌溉，其主要優(yōu)點為:操作簡單，具有較強的實用性，并且針對不同的農作物可以選擇不同的微噴灌形式。幾種常用的農田節(jié)水灌溉技術及其主要特點如下:一是移動管道式噴灌，投資少，無地形要求，使用年限是5 年，適合露天作物(植物高度需小于1．5 米)。二是滴灌與微噴灌，投資高，無地形要求，使用年限是5 ～10 年，適合經濟作物。三是中心支軸式噴灌，投資高，地形要求坡度小于15%，使用年限是15 年以上，適合露天作物(對作物高度無要求)。

四、現(xiàn)代化微灌自動化控制技術簡介

(一)半自動化灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)在灌區(qū)沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等灌溉要素不是根據(jù)作物和土壤水分及氣象狀況的反饋信息，而是根據(jù)經驗預先編制程序按一定順序輪灌或利用專家系統(tǒng)提供的灌溉模型控制灌溉，或者干脆是手動控制面板來控制的。因此灌溉作業(yè)可以實行程序控制，也可采用手動控制，其核心是控制系統(tǒng)本身的可靠性和易操作性，尤其是泵站和電磁閥的安全可靠。

(二)全自動控制系統(tǒng)。全自動化灌溉控制系統(tǒng)中不需要人直接參與，系統(tǒng)控制模型由專家系統(tǒng)提供，結合各傳感器的實測信息，根據(jù)作物種類、生長期需水特征等實時數(shù)據(jù)形成自動控制策略，系統(tǒng)可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。人的作用只是和專家系統(tǒng)灌溉模型進行實時數(shù)據(jù)交互，檢修控制設備等。這種系統(tǒng)中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機外，還包括中央控制器、自動閥、傳感器及架設線路所需電線等材料。

五、高效節(jié)水灌溉工程設計中管材的選擇

高效節(jié)水工程在灌溉過程中對管道的使用量很大，因此需要做好管道材料選擇。如果在管材的選擇上出現(xiàn)不當，不僅會導致大量資金的浪費，而且會對灌溉造成不良影響。當今，我國在水管道材料的選擇上主要使用的是球墨鐵鑄管、鍍鋅鋼管等輸水管道。鋼管的主要優(yōu)勢為其具有較強的承載力，在應用過程中不宜被破壞，主要缺點為，其價格相對較高，此外，在進行鋼管制造過程中，會浪費較多的鋼材，并且長時間使用還會出現(xiàn)銹蝕。塑料管道主要具有以下優(yōu)點:重量更輕，運輸起來比較便捷，施工容易，并且其可以在不均勻沉降環(huán)境中應用。除此之外，塑料管在應用過程中并不會出現(xiàn)生銹等情況，其缺點是長時間應用，會出現(xiàn)老化，情況嚴重時可能會發(fā)生斷裂。

高效節(jié)水工程中使用的管道通常都埋在地下，一般不會因為人為因素被破壞。因此，最理想的管道材料是硬聚氯乙烯或聚氯乙烯。硬聚氯乙烯質量輕、耐腐蝕，價格低廉，并且在工程應用中相對來說比較方便，但其韌性較差。聚氯乙烯管耐高溫、強度大、耐磨、抗腐蝕，其在排水管道應用比較廣泛。同聚氯乙烯管道相比，硬聚氯乙烯的主要優(yōu)勢為價格低，兩者在管徑相同的情況下，硬聚氯乙烯的價格僅為聚氯乙烯的一半左右，并且其在性能上能夠滿足灌溉要求。通過論述，可以發(fā)現(xiàn)，目前在高效節(jié)水工程中硬聚氯乙烯管道是最佳選擇，其不僅能夠達到工程的使用要求，并且可以降低投資。傳統(tǒng)管材與聚乙烯管的性能對比如下:鋼制管摩擦系數(shù):6．25 ×105，管徑指數(shù):5．1，流量指數(shù):1．9;聚乙烯管摩擦系數(shù):0．505，管徑指數(shù):4．75，流量指數(shù):1．75。

六、結語

我國水資源分布不均，西北地區(qū)水資源匱乏現(xiàn)象尤其嚴重。高效節(jié)水灌溉工程在我國有著廣泛的發(fā)展空間，是我國未來一段時間水利建設的重點內容，但在發(fā)展過程中，也要認清其自身具有的局限性。隨著人們對其研究的深入，相信其一定會為我國的農業(yè)發(fā)展提供強有力的支持。

［1］史永軍，梁軍毅，王剛． 達拉特旗現(xiàn)代農業(yè)示范項目區(qū)幾種節(jié)水灌溉工程技術要點［J］．農業(yè)開發(fā)與裝備，2012，2

［2］張西群，檀海斌，梁建青． 低成本小麥微噴灌溉技術研究與效果試驗［J］．河北農業(yè)科學，2014，6