農(nóng)業(yè)水利灌溉工程中的節(jié)水措施研究

馬權(quán)清

引言

農(nóng)業(yè)水利是指為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求而建設(shè)的水利工程項(xiàng)目，其中灌溉作為農(nóng)業(yè)水利工程的重要作用之一，人們需要采取配套的節(jié)水措施，來增強(qiáng)水利工程運(yùn)行效果，因此，工作者應(yīng)深入分析節(jié)水灌溉技術(shù)，合理設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)水利灌溉模式，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。

1 在農(nóng)業(yè)水利工程灌溉中節(jié)水措施的重要性

在水資源方面，國內(nèi)河川年徑流量大概在2.6萬億m3左右，地下水流量約為7 000億m3，水資源總量可達(dá)28 000億m3，位列世界第四，但我國人均水資源持有量僅為2 300m3，只能達(dá)到世界平均水平的1/4，且水資源分布極不平衡。就目前來看，耕地面積僅占全國36%的長江流域及以南地區(qū)，持有水資源量可達(dá)全國總量的80%，而淮、黃、海三大流域地區(qū)的耕地面積占全國40%，但水資源持有量卻僅為8%，因此，為了持續(xù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，國家采取了興修農(nóng)業(yè)水利工程的措施，以平衡各地的水資源供給，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。但水利工程具有規(guī)模大、成本高、建設(shè)周期長等特點(diǎn)，導(dǎo)致其難以及時(shí)滿足缺水地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉需求。為此，需要全面推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，合理降低農(nóng)業(yè)灌溉用水量，使現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)水利工程得以滿足更多地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉需求，以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，由此可見，節(jié)水措施在農(nóng)業(yè)水利工程灌溉中發(fā)揮著重要的作用。

2 滲灌節(jié)水措施

2.1 滲灌技術(shù)原理

滲灌技術(shù)作為繼噴灌、滴灌之后的又一節(jié)水灌溉技術(shù)，其在本質(zhì)上屬于一種地下灌溉形式，主要是借助地下管道，將水輸入位于田地地面以下的滲水管或鼠洞中，然后利用毛細(xì)原理，使土壤濕潤，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。在此過程中，工作者要根據(jù)作物的需水規(guī)律，借助埋設(shè)在作物根系位置的灌水器，進(jìn)行定時(shí)、定量的滲灌，由于這些灌溉用水，均通過管道流入土壤中，未暴露在地表，所以不存在蒸發(fā)損耗，使農(nóng)業(yè)灌溉得以順利達(dá)到節(jié)水效果。根據(jù)專業(yè)統(tǒng)計(jì)資料，滲灌的灌溉水利用率可達(dá)95%，相對于傳統(tǒng)的漫灌可節(jié)約75%的水資源用量，比常規(guī)的噴灌節(jié)水25%。但在實(shí)際灌溉中，工作者應(yīng)注意，必須將土壤濕潤層的含水率，保持在飽和含水率以下，以免損害作物根部，影響滲灌效果。此外，因?yàn)闈B灌系統(tǒng)的管道設(shè)施都被埋設(shè)在地下，所以該系統(tǒng)基本不會(huì)占據(jù)田地面積，且在灌溉的同時(shí)，不干擾其他農(nóng)事活動(dòng)的進(jìn)行。

2.2 技術(shù)的具體應(yīng)用

基于上述的技術(shù)原理可以看出，該項(xiàng)節(jié)水措施從整體上來看，比較適用于地下水較深、濕潤土層透水性良好的地區(qū)，但由于滲灌措施所用的管道大多較薄，所以該措施不宜應(yīng)用于地下害蟲猖獗的區(qū)域，以免害蟲咬壞滲灌管道，造成大面積漏水問題。而就目前來看，滲灌技術(shù)常見于大田作物栽培、溫室大棚種植、果樹種植這三個(gè)方面。在大田作物栽培中，種植戶需為每壟土開挖一個(gè)10-15cm寬的溝，然后將滲灌管埋設(shè)在溝中，再進(jìn)行播種，以實(shí)現(xiàn)滲灌技術(shù)的應(yīng)用。對于北方干旱地區(qū)，這種灌溉方式，僅需漫灌的1/3-1/4用水量即可保苗。在溫室大棚種植中，種植戶要為滲灌系統(tǒng)加設(shè)一個(gè)離地1m高的水箱，以便于實(shí)現(xiàn)重力滲灌，而由于在該技術(shù)下，灌溉水不暴露在地表，所以能夠減少棚膜在冬季常見的水滴、結(jié)露問題，增強(qiáng)光照效果。在果樹種植中，種植戶僅需將滲灌系統(tǒng)埋入地下，即可多年使用，且無須維護(hù)，降低了種植成本。

3 滴灌節(jié)水措施

3.1 內(nèi)鑲片式滴灌帶

在農(nóng)業(yè)灌溉中，常見的滴灌節(jié)水技術(shù)最早來源于以色列，其中內(nèi)鑲片式滴灌帶作為該灌溉系統(tǒng)的核心組成部分，人們普遍采用了來自以色列的專業(yè)設(shè)備和技術(shù)，而該技術(shù)最大的特點(diǎn)就是滴灌帶中的超薄管道壁。一般來說，管道壁厚度越小，滴灌效果就越好?，F(xiàn)階段，國家標(biāo)準(zhǔn)的滴灌帶管道壁厚度為0.2cm，而從技術(shù)層面上來看，內(nèi)鑲片式滴灌帶的管道壁厚度已經(jīng)能夠達(dá)到0.15cm。但在實(shí)際應(yīng)用上，由于內(nèi)鑲片式滴灌帶的管道壁較薄，所以在系統(tǒng)運(yùn)行中，浪涌、壓力瞬變、夾帶空氣等常見情況，很容易對管道造成損壞，影響滴灌效果。為此，可以將內(nèi)鑲片式滴灌帶設(shè)置配套的控制閥門、空氣閥等設(shè)施，以消除浪涌、壓力瞬變等情況所帶來的破壞力，增強(qiáng)內(nèi)鑲片式滴灌帶的可靠性，提升滴灌節(jié)水措施的應(yīng)用水平。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，還要注意把控好安裝環(huán)節(jié)，并盡量選取合適的管材，以保證滴灌帶建設(shè)用管質(zhì)量的可靠性，有效落實(shí)該項(xiàng)節(jié)水措施。

3.2 膜下滴灌

膜下滴灌技術(shù)主要是指一種將地膜栽培技術(shù)與滴灌帶相結(jié)合而形成的新型滴灌措施。在常規(guī)的滴灌技術(shù)下，雖然用水量得以減少，但是仍無法避免土壤水分蒸發(fā)問題，而工作者通過膜下滴灌技術(shù)，可以借助地膜的覆蓋，使地溫得到提高，且大幅度減少土壤水分蒸發(fā)量，增強(qiáng)滴灌技術(shù)的節(jié)水效果。根據(jù)專業(yè)試驗(yàn)結(jié)果顯示，膜下滴灌的需水量僅為傳統(tǒng)灌溉方式的12%、常規(guī)噴灌的50%、常規(guī)滴灌的70%，因此，將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉中，有助于提高水利工程的利用率，緩解干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉問題。此外，種植戶還可以利用滴灌，將易溶肥料隨著灌溉水，以滴灌的方式，施用到作物根系處的土壤中，來提高肥料的利用率。通常情況下，采用膜下滴灌施肥，肥料的利用率會(huì)從常規(guī)施肥方式下的30%-40%，上升至50%-60%，能夠預(yù)防肥料施用過量，造成的環(huán)境污染問題。

4 痕量灌溉措施

4.1 技術(shù)原理

現(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)灌溉中常用的噴灌、滴灌、滲灌等節(jié)水技術(shù)，主要是通過人為控制灌溉時(shí)機(jī)、灌溉量，來實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，因此，其都可以被歸屬在“被動(dòng)式”灌溉模式下。而痕量灌溉技術(shù)在技術(shù)原理上，是基于微量元素與痕量元素概念，其中，痕量元素為小于等于1 000×10exp-6的元素，微量元素為在植物中含量低于0.01%-0.005%的元素，創(chuàng)新性地將控水設(shè)計(jì)與膜材料技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出了一個(gè)特殊的出水末端結(jié)構(gòu)，當(dāng)植物需水時(shí)，其根系的水分吸取行為，就會(huì)對土壤施加一定的毛細(xì)力，然后該出水末端結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)管會(huì)立刻對毛細(xì)力產(chǎn)生反應(yīng)，并以10-200ml/h的速率灌溉，使植物能夠不斷地吸取水分，以滿足其生長需要，因此，痕量灌溉既不會(huì)存在灌溉水滲漏問題，也不會(huì)受到土壤水分蒸發(fā)的影響，提升了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉水平。此外，從技術(shù)原理的層面上來說，痕量灌溉技術(shù)的研發(fā)，將被動(dòng)式的農(nóng)業(yè)水利節(jié)水灌溉模式，從理論上轉(zhuǎn)化為了作物主動(dòng)取水模式。不過，就目前來看，該技術(shù)依然處于研發(fā)狀態(tài)，對動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在一定的依賴性，需要進(jìn)一步發(fā)展，才能真正達(dá)到理論水平。

4.2 技術(shù)適用性分析

從實(shí)際應(yīng)用上來說，由于痕量灌溉技術(shù)應(yīng)用的控水頭結(jié)構(gòu)比較特殊，所以其抗堵能力更強(qiáng)，而且其灌水量主要取決于作物需求，不受土壤蒸發(fā)、滲漏等情況的影響，使其具備更強(qiáng)的節(jié)水能力，因此，其在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出了良好的節(jié)水性能，有助于節(jié)水灌溉技術(shù)水平的發(fā)展。此外，痕量噴灌技術(shù)所用的毛細(xì)管的極限鋪設(shè)長度在600m左右，而滴灌帶的鋪設(shè)長度通常僅能達(dá)到50-100m，所以，該技術(shù)在遠(yuǎn)程的供水上也具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，有助于擴(kuò)大農(nóng)業(yè)水利工程的灌溉水資源供給范圍。在經(jīng)濟(jì)適用性方面，痕量灌溉設(shè)施可以在無須維護(hù)的情況下，適用5-10年，且在當(dāng)前自動(dòng)化程度不斷提高的背景下，可以預(yù)測到灌溉用管的價(jià)格在未來也會(huì)有較大的下降空間。

5 微噴灌節(jié)水措施

5.1 常規(guī)的可遠(yuǎn)程微噴灌節(jié)水技術(shù)

該技術(shù)是指一種與無線通訊技術(shù)相結(jié)合的微噴灌溉技術(shù)，這種技術(shù)在節(jié)水的基礎(chǔ)上，支持人為遠(yuǎn)程操作，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)水利工程灌溉的智能化、精準(zhǔn)化發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)最早由精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)灌溉科技公司研發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)灌溉區(qū)域棋盤化管理、遠(yuǎn)程灌溉控制、灌溉設(shè)施易用不礙事、灌溉計(jì)劃與控制的信息化。在該技術(shù)下，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)灌溉科技公司為微噴灌溉技術(shù)配備了灌溉信息系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中，將整體的灌溉區(qū)域劃分為微塊，然后使工作者可以利用系統(tǒng)對每個(gè)微塊的微噴灌溉進(jìn)行單獨(dú)控制，深入優(yōu)化了微噴灌溉的精準(zhǔn)性，同時(shí)，還將微噴設(shè)施原有的鋰電池更換成了太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的少維護(hù)、零維護(hù)。此外，該公司還在微灌系統(tǒng)中設(shè)置了碳制節(jié)點(diǎn)傳感器與制動(dòng)器，使其微噴機(jī)制能夠支持土壤濕度檢測、水流監(jiān)測、泄露檢測等，以實(shí)現(xiàn)對水流的精準(zhǔn)控制，而且碳制節(jié)點(diǎn)傳感器與制動(dòng)器能夠與信息系統(tǒng)一同實(shí)現(xiàn)一周24h的待命，提高了農(nóng)業(yè)水利工程灌溉的便利性[1]。

5.2 膜下微噴技術(shù)

在農(nóng)業(yè)灌溉中，膜下微噴技術(shù)主要是指一種集成地膜技術(shù)與微噴技術(shù)的新型節(jié)水灌溉技術(shù)。其核心應(yīng)用設(shè)施為薄壁多孔式微噴帶，其管壁厚度可以達(dá)到0.5mm以下，與傳統(tǒng)的厚管壁相比，其出水均勻度更高，且不易沉淀雜質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出了良好的節(jié)水性能。而在微噴帶結(jié)合地膜之后，噴出的水會(huì)經(jīng)過地膜的反射，以水滴的形式落在土壤中，并擴(kuò)散形成濕潤帶，使作物可以得到充分、有效的灌溉，同時(shí)，該技術(shù)在大棚種植中，也解決了棚內(nèi)濕度調(diào)節(jié)問題，減少了棚膜水滴的附著，保障了作物的光照。就目前來看，該技術(shù)的應(yīng)用成本大概在800元/畝左右，鋪設(shè)一次可用3-5年，也就是說，每年投資200元/畝，即可有效落實(shí)該項(xiàng)技術(shù)，由此可見，膜下微噴技術(shù)具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性[2]。在此過程中，該技術(shù)的工作壓力在0.05-0.15Mpa，所用管材型號(hào)包括N33、N45、N50等，同時(shí)，工作者需要根據(jù)實(shí)際情況，合理調(diào)控膜與微噴帶之間的距離，保證該技術(shù)的落實(shí)效果。

6 設(shè)施優(yōu)化下的微灌節(jié)水措施

6.1 技術(shù)原理

在農(nóng)業(yè)水利工程灌溉中，微灌技術(shù)是指滴灌、微噴、小管出流灌等技術(shù)，而本節(jié)所敘述的微灌溉技術(shù)為經(jīng)過設(shè)施優(yōu)化后的滴灌、噴灌等技術(shù)，其基礎(chǔ)技術(shù)原理與常規(guī)的微灌技術(shù)相同，但在細(xì)部的技術(shù)應(yīng)用原理方面，該技術(shù)應(yīng)用了壓力補(bǔ)償微噴頭、管上式滴頭、霧化噴頭等設(shè)施，使其在繼承噴灌、滴灌等灌溉技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，進(jìn)一步減少了灌溉水用量，增強(qiáng)了該技術(shù)的應(yīng)用效果。但從目前來看，微灌技術(shù)在原理上的鮮明特色，主要在于其對灌溉水的過濾的重視。在該技術(shù)下，為了減小灌溉水流，技術(shù)人員需要不斷地縮小流道尺寸，使得流道更容易堵塞，因此，該技術(shù)吸納了各項(xiàng)水過濾的概念、原理，以降低堵塞概率，使技術(shù)原理的核心從灌溉水傳輸，轉(zhuǎn)移到了灌溉水處理[3]。

6.2 技術(shù)方案

在配套設(shè)施優(yōu)化的條件下，滴灌、噴灌、微噴技術(shù)的灌溉水傳輸方案，都適用于微灌技術(shù)的部署。但該技術(shù)的真正落實(shí)，還需要工作者構(gòu)建出一個(gè)與其應(yīng)用流道尺寸相匹配的水過濾技術(shù)方案。在水過濾技術(shù)方案的建設(shè)中，工作者可以采用超細(xì)纖維技術(shù)，即利用單絲細(xì)度為0.44 dtex的纖維，作為過濾網(wǎng)，來去除灌溉水中的顆粒，防止管道堵塞。此外，還借助自動(dòng)液壓操作屏幕吸掃式過濾器，來進(jìn)行灌溉水處理，這樣能夠最大限度地減輕人工勞動(dòng)量，以提高灌溉水處理效率。在此過程中，微灌節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用設(shè)施并沒有比較明確的標(biāo)準(zhǔn)，因此，在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，工作者可以根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)能力，來合理調(diào)配微灌節(jié)水方案，以保證該技術(shù)的實(shí)際效果[4]。

7 結(jié)論

綜上所述，積極發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，能夠提高農(nóng)業(yè)水利工程的建設(shè)價(jià)值。在水利工程運(yùn)行中，采取農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉措施可以節(jié)約農(nóng)業(yè)種植成本、提高水資源利用率、減輕人力勞動(dòng)強(qiáng)度，從而增加農(nóng)業(yè)水利工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。