農(nóng)田水利灌溉中滴灌設(shè)計(jì)分析

張 兵

（社旗縣水利局，河南 社旗473300）

在農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)中，采用滴管設(shè)計(jì)，能提高灌溉便利性、減少水資源浪費(fèi)、降低成本投入、控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫濕度、增加農(nóng)作物產(chǎn)量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)原生土壤結(jié)構(gòu)的保護(hù)，整體提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，最大化發(fā)揮農(nóng)田水利灌溉工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益［1］。

1 農(nóng)田水利灌溉中的滴灌設(shè)計(jì)概述

1.1 技術(shù)原理

滴灌是將具有一定壓力的水過濾后經(jīng)管網(wǎng)和出水管道（滴灌帶）或滴頭，以水滴的形式緩慢、均勻地滴入植物根部附近土壤的一種灌水方法。與其他灌水技術(shù)相比，滴灌具有許多不同的特點(diǎn)，其系統(tǒng)組成和其他灌水方法也不同。滴灌系統(tǒng)由水源工程、首部樞紐（包括水泵、動(dòng)力機(jī)、過濾器、肥液注入裝置、測量控制儀表等）、各級(jí)輸配水管道和滴頭四部分組成。

滴管系統(tǒng)的主要組成部分有動(dòng)力及加壓設(shè)備（包括水泵、電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)及其他動(dòng)力機(jī)械）、水質(zhì)凈化設(shè)備或設(shè)施有沉沙（淀）池、初級(jí)攔污柵、旋流分沙分流器、篩網(wǎng)過濾器和介質(zhì)過濾器等、灌水器、化肥及農(nóng)藥注入裝置和容器（包括壓差式施肥器、文丘里注入器、隔膜式或活塞式注入泵，化肥或農(nóng)藥溶液儲(chǔ)存罐等）、控制和量測設(shè)備（包括水表和壓力表，各種手動(dòng)、機(jī)械操作或電動(dòng)操作的閘閥，如水力自動(dòng)控制閥、流量調(diào)節(jié)器等）、安全保護(hù)設(shè)備（減壓閥、進(jìn)排氣閥、逆止閥、泄排水閥等）。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

在滴灌條件下，灌溉水濕潤部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無效蒸發(fā)。同時(shí)，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區(qū)域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草生長。滴灌系統(tǒng)不產(chǎn)生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，非常省水。由于滴灌是緩慢、勻速、低流量進(jìn)行的，所以不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，可以保持土壤通風(fēng)和透氣條件良好。通過滴灌施肥，可以為植物提供充足的養(yǎng)分，并且使土壤水分始終穩(wěn)定處于低張力狀態(tài)，便于肥水的吸收利用，可以在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，提高和改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，使保護(hù)地的農(nóng)產(chǎn)品商品率大大提高，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。滴灌技術(shù)能夠有效降低土壤濕潤度，可以減少許多病蟲害的發(fā)生，并可以減少農(nóng)藥用量并提高農(nóng)藥使用效果。由于滴頭能在較大的工作壓力范圍內(nèi)工作，且滴頭出流均勻，所以滴灌適用于地形有起伏的地塊和不同種類的土壤。同時(shí)，滴灌可減少中耕除草次數(shù)，也不會(huì)造成地面土壤板結(jié)。

2 農(nóng)田水利灌溉中的滴灌設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在現(xiàn)代滴灌設(shè)計(jì)實(shí)踐中，形成了系統(tǒng)性設(shè)計(jì)與配套性設(shè)計(jì)相結(jié)合的基本思路。

2.1 系統(tǒng)性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在農(nóng)田水利灌溉工程的系統(tǒng)性滴灌設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化思維，形成針對(duì)滴灌設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及材料環(huán)節(jié)、生產(chǎn)建設(shè)環(huán)節(jié)、訂單處理環(huán)節(jié)、市場營銷環(huán)節(jié)、售后服務(wù)環(huán)節(jié)。因此，在系統(tǒng)性設(shè)計(jì)實(shí)踐中，逐漸形成了內(nèi)容相對(duì)完整、分工環(huán)節(jié)清晰明確的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營模式［2］。在系統(tǒng)性設(shè)計(jì)條件的限定下，滴灌設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上決定了后續(xù)滴灌項(xiàng)目產(chǎn)品的使用方式、應(yīng)用效果和綜合效益。另外，在系統(tǒng)性滴灌設(shè)計(jì)中，需要考慮村級(jí)單位、村級(jí)聯(lián)合單位條件下的樞紐中心設(shè)計(jì)、主管道設(shè)計(jì)，進(jìn)而配合主管道，做好相應(yīng)的管網(wǎng)連接點(diǎn)分布與設(shè)置。值得注意的是，在系統(tǒng)性滴灌設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要做好滴灌項(xiàng)目產(chǎn)品整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的資源分布調(diào)研，完成整體上的施工材料選擇、施工工藝確定、施工技術(shù)限定及施工方案設(shè)計(jì)，確保施工流程標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而達(dá)到對(duì)后續(xù)施工質(zhì)量與施工安全的有效管理和控制，提高整體施工水平。

2.2 配套性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

配套性設(shè)計(jì)側(cè)重于專項(xiàng)設(shè)計(jì)，包括管網(wǎng)設(shè)置、輸配水道設(shè)計(jì)、樞紐設(shè)計(jì)、水泵設(shè)計(jì)以及與之密切相關(guān)的滴灌效益控制等。

2.2.1 管網(wǎng)設(shè)置要點(diǎn)。首先，設(shè)計(jì)滴灌項(xiàng)目產(chǎn)品時(shí)，要先做好對(duì)輪灌區(qū)的合理劃分與科學(xué)布局。例如，首部樞紐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上決定了管網(wǎng)的具體設(shè)置，因而可以根據(jù)具體的規(guī)范條例與管理機(jī)制，將行政區(qū)劃與滴灌管網(wǎng)路線選擇等對(duì)應(yīng)起來，避免后續(xù)因行政區(qū)劃、管理權(quán)限等造成矛盾及利益糾紛。

其次，管網(wǎng)設(shè)置要與農(nóng)作物的實(shí)際生長情況相一致。具體而言，應(yīng)先進(jìn)行農(nóng)田水利資源分析，包括農(nóng)田面積、農(nóng)田分布、水利工程條件、水利工程線路等，再結(jié)合實(shí)際的種植方向、種植作物，合理地調(diào)整管網(wǎng)中主管道、次管道、分支管道分布與占比。例如，需要將管網(wǎng)埋設(shè)于地下，以規(guī)避參差不齊問題［3］。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件等，保障管道所處環(huán)境的溫度與濕度適宜，避免出現(xiàn)陽光直射與冰凍損壞等問題。

最后，在具體的埋設(shè)深度設(shè)計(jì)方面，應(yīng)將其控制在1.0 m以內(nèi)。對(duì)于加壓泵設(shè)備的設(shè)計(jì)，則應(yīng)按照主干管道、次干管道或分支管道之間的直接輸水需求，使加壓泵設(shè)備的設(shè)計(jì)能滿足二者具體輸水時(shí)的壓力需求。例如，應(yīng)用滴灌系統(tǒng)時(shí)，需要按照一定的時(shí)間間隔將輸送管道中的水滴入農(nóng)作物根部區(qū)域，合理確定管道線路長度、滴灌節(jié)點(diǎn)數(shù)量、壓力等數(shù)據(jù)。另外，將滴灌系統(tǒng)布置為魚骨形時(shí)，應(yīng)將主干管道的埋設(shè)位置設(shè)計(jì)在0.8 m以內(nèi)，并將次干管道或分支管道設(shè)置于地面位置。由于魚骨形布置方法應(yīng)用相對(duì)普遍，應(yīng)用頻率相對(duì)較高，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)豐富，建議具體設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)各類同類型管網(wǎng)設(shè)置方案進(jìn)行比較分析，從而提升管網(wǎng)設(shè)置的科學(xué)性［4］。從管材選擇方面來看，聚乙烯塑料（PE）管的應(yīng)用效果較好，可以選擇直接插入的方法，一般要求其壁厚不小于0.5 mm。

2.2.2 輸配水道設(shè)計(jì)要點(diǎn)。首先，當(dāng)前我國水利工程升級(jí)改造工作正在快速推進(jìn)，已實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)、水利、資本、技術(shù)等各方面的資源優(yōu)化配置。尤其是農(nóng)村地區(qū)推行“政府+企業(yè)合作模式”“企業(yè)+農(nóng)戶股份合模式”及獨(dú)立的企業(yè)與農(nóng)戶市場化交易模式，擴(kuò)增了鄉(xiāng)村區(qū)域范圍內(nèi)的市場要素配置資源功能。因此，在輸配水道設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)者需要充分做好資源調(diào)研工作，將輸配水道的設(shè)計(jì)指標(biāo)細(xì)化并趨于完善。

其次，需要明確節(jié)水需求，將滴灌輸配水道設(shè)計(jì)與“節(jié)能減排”政策結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)滴灌方式下的水資源節(jié)能目標(biāo)。一方面，對(duì)水道位置、水道流量及其變化、輸配方式、水道安全等設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行全要素分析，確保每個(gè)環(huán)節(jié)要素的完整性，并制作針對(duì)輸配水道的要素清單。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)要素清單，復(fù)核自身設(shè)置的設(shè)計(jì)提標(biāo)、控制標(biāo)準(zhǔn)是否與實(shí)際的要素構(gòu)成相一致，從而有效提高每個(gè)輸配水道的安全控制水平。另一方面，為有效提高滴灌設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)輸配水道時(shí)應(yīng)充分考慮材料的選擇。例如，在前期滴灌技術(shù)的應(yīng)用中，多采用聚氯乙烯（PVC）材料，這種材料易老化且存在一定的污染，浪費(fèi)嚴(yán)重。現(xiàn)階段，可選擇應(yīng)用效果相對(duì)較好的聚乙烯材料來解決此類問題。同時(shí)，對(duì)于滴灌系統(tǒng)的壓力控制，尤其是對(duì)于管道規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，應(yīng)采用均勻分配方式，既有利于避免設(shè)計(jì)中的計(jì)算不便，也能提高后期的施工效率以及合理控制流量。

2.2.3 樞紐設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在樞紐設(shè)計(jì)方面，需要強(qiáng)調(diào)首部樞紐的重要性。從以往的滴灌設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，在首部樞紐設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)過濾結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能分析，提高過濾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。例如，灌溉水應(yīng)選用清潔的水資源，因?yàn)殡s物的存在，如藻類、泥沙等，不僅會(huì)對(duì)滴灌系統(tǒng)造成堵塞，而且會(huì)使滴灌管頭受到侵蝕與損害，因此，需要做好過濾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，建議對(duì)各類型的過濾器進(jìn)行性能分析，選擇合適的過濾器。例如，介質(zhì)過濾器適用于漂浮物相對(duì)較多的水源，網(wǎng)式過濾器適用于水質(zhì)相對(duì)較好的水源，離心力過濾器適用于含沙量較大的水源。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要始終貫徹“調(diào)查為先”“因地制宜”的基本原則［5］。

2.2.4 水泵設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在滴灌設(shè)計(jì)中，動(dòng)力來源于水泵。然而，在不同的滴灌設(shè)計(jì)方案下，水泵設(shè)計(jì)存在較大差異，需要從流量、揚(yáng)程、規(guī)格、能耗等方面進(jìn)行綜合分析。現(xiàn)階段，各地已建立內(nèi)容相對(duì)完善的信息管理系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目所在地的實(shí)際情況，通過信息管理系統(tǒng)查詢相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合市場調(diào)研結(jié)果，對(duì)比歷史數(shù)據(jù)與市場調(diào)研數(shù)據(jù)之間的差異，通過水利數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)方法、工程質(zhì)量檢測方法，對(duì)相關(guān)水泵進(jìn)行基本原理方面的簡易模擬試驗(yàn)，或者利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）先建立可視化的數(shù)據(jù)模型，再進(jìn)行參數(shù)計(jì)算等，以選擇與整個(gè)滴灌項(xiàng)目相匹配的水泵。

2.2.5 滴灌效益要點(diǎn)。除以上配套性的專項(xiàng)設(shè)計(jì)之外，在實(shí)際的滴灌設(shè)計(jì)實(shí)踐中，一方面需要做好設(shè)計(jì)成本控制，另一方面需要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做好對(duì)滴灌效益的合理預(yù)期。因此，應(yīng)打破“效益集于一隅”的固化思維與偏見，根據(jù)實(shí)際建設(shè)需求和管網(wǎng)、管道、管線分布情況，設(shè)計(jì)多套方案，通過比較其綜合效益，選擇較優(yōu)方案［6］。

3 結(jié)語

在農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)中，節(jié)水十分關(guān)鍵。滴灌作為當(dāng)前使用頻率高、推廣范圍相對(duì)較廣的技術(shù)，形成了以產(chǎn)業(yè)化為主導(dǎo)的發(fā)展模式。在滴灌設(shè)計(jì)過程中，一方面應(yīng)注重總體設(shè)計(jì)方面的系統(tǒng)性；另一方面應(yīng)對(duì)滴灌設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)做好質(zhì)量控制。因此，建議結(jié)合實(shí)際的滴灌需求，加強(qiáng)系統(tǒng)性設(shè)計(jì)與配套性設(shè)計(jì)，為后續(xù)農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)提供有效支持。