農(nóng)田水利灌溉工程中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用研究

常萬元

（酒泉市肅州區(qū)水務(wù)局觀山河灌區(qū)水利管理所，甘肅 酒泉 735000）

0 引言

根據(jù)農(nóng)作物的需水情況、灌溉周期及地區(qū)水資源情況、地質(zhì)條件、經(jīng)濟狀況等，科學、合理選用節(jié)水技術(shù)，能夠最大限度地發(fā)揮農(nóng)田水利灌溉工程的作用和價值，降低水資源消耗，在切實保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的同時達到節(jié)約水資源的目的，從而促進我國農(nóng)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 農(nóng)田水利灌溉工程中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則

1.1 適時性

無論采用哪種節(jié)水技術(shù)，在實際應(yīng)用過程中均需要遵循適時性原則。也就是說，灌水必須保證及時、合理。適時供水不僅能夠達到提高作物生長質(zhì)量的目的，也可以達到節(jié)約水資源的目的。

1.2 適量性

所選節(jié)水技術(shù)要保證農(nóng)作物可以得到適量的水資源，避免灌水過多造成滲漏或者不必要的蒸發(fā)損失，也要避免灌水過少導致作物萎蔫或死亡。

1.3 均勻性

所選節(jié)水技術(shù)要保證水資源能夠在各級輸配管道中流量均勻，同時在田間分布上也要足夠均勻。這樣既能夠達到節(jié)水效果，也能夠保證灌溉效果良好。

2 農(nóng)田水利灌溉工程中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用

2.1 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)是指采取在渠道外側(cè)修建保護層等多種措施，提高渠道的防滲效果。

2.1.1 技術(shù)類型。渠道防滲技術(shù)一般分為兩大類型。一種是改變原渠道中床土的滲透性能。這種措施又可分為物理機械法、化學法2種。物理機械法一般是通過減少土壤孔隙的方式達到減少滲漏的目的，通常包括壓實、淤淀、抹光等方式；化學法指的是通過摻入化學材料進一步增強渠道床土的不透水性。另一種是設(shè)置防滲層，也就是開展渠道襯砌作業(yè)。一般可以借助混凝土、黏土、水泥土或者砌磚、砌石等一系列不同材料有效襯砌渠床，以達到防滲漏的目的。

2.1.2 技術(shù)應(yīng)用要點。

2.1.2.1 地基處理。根據(jù)設(shè)計好的斷面完成開挖作業(yè)后，將土渠修削平整，同時夯實渠底、渠坡，以避免混凝土因為受力不均而出現(xiàn)開裂問題。一般可提前15 d進行修削平整處理，以使基土水分在自然狀態(tài)下得到有效風干，有助于提升土基強度。同時，實際回填土干容重需要控制在1.55 g/cm以上，以確保渠基、渠坡密實。

2.1.2.2 模板選擇。在實際施工中，等厚板、楔形板、肋梁板等多種防滲渠道結(jié)構(gòu)的施工通常都會借助活動模板進行澆筑。

2.1.2.3 混凝土拌制?；炷涟柚茖嶋H操作中，水灰比通?？刂圃?.7以下即可。對于水泥，需要結(jié)合水利工程相關(guān)強度要求合理選用相應(yīng)標號，一般中小型渠道多數(shù)選用425普通水泥；石子粒徑需要控制在0.5～1.5 cm；砂、石均必須保證干凈、無雜質(zhì)。借助機械開展混凝土拌和作業(yè)，實際拌和時間控制在 2 min以上，如果添加摻和料、引氣劑或者減水劑，需要適當延長拌和時間。在實際施工中，如果采用人工搗固，坍落度需要控制在2～3 cm；如果采用振搗器施工，坍落度需要控制在1～2 cm。

2.1.2.4 混凝土澆筑。首先，澆筑渠底板。如果為單數(shù)塊，四側(cè)全部需要立側(cè)板，借助木樁進行固定；如果是澆雙數(shù)塊，需要縱向側(cè)架立側(cè)板，橫向側(cè)需要緊靠已澆塊，并架立縫子板。板高需要與襯砌面保持齊平。其次，入倉振搗。可借助機械（表面式及小型插入式振搗器）開展振搗作業(yè)，具體施工中應(yīng)注意以下3個方面：①在應(yīng)用表面式振搗器過程中，振板行距需要重疊5～10 cm，開展邊坡振搗時需要上行振動、下行不振動；②在使用小型插入式振搗器時，實際入倉厚度一般每層需要控制在25 cm以內(nèi)，同時需要插入下層混凝土大約5 cm；③邊角部位、鋼筋預埋件附近需要人工振搗。

2.1.3 技術(shù)應(yīng)用成效。采用渠道防滲技術(shù)，一般可使渠道減少50%～95%的水資源滲漏損失，同時可以降低地下水位，有效防止土壤出現(xiàn)次生鹽堿化問題，并且可以節(jié)省占地，進一步減少工程建設(shè)費用及維修管理費用等。例如，預制混凝土板具有強度高、使用壽命長等特點，其應(yīng)用能夠有效提升渠道輸水能力，加之復合土工膜的有效應(yīng)用，一般可以減少90%～95%的滲漏損失。

2.2 低壓管道輸水灌溉技術(shù)

低壓管道輸水灌溉技術(shù)又被稱為“管道輸水灌溉技術(shù)”。從技術(shù)歸類上來看，其仍然屬于一種地面灌溉技術(shù)，主要是利用管道替代以往的明渠輸水灌溉系統(tǒng)的一種農(nóng)田水利節(jié)水灌溉技術(shù)。在實際灌溉過程中，借助較低的壓力，將水從壓力管道系統(tǒng)有效地輸送至相應(yīng)的農(nóng)田灌溉區(qū)。通常壓力需要控制在0.2 MPa以下，在克服管道方面的輸水壓力損失后，管道最遠處的實際出口壓力需要保證在0.002～ 0.003 MPa。部分情況下，受管材自身承壓能力的影響，管道的實際輸水壓力需要適當降低。

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)合各部分承擔的功能不同，可以將低壓管道灌溉系統(tǒng)劃分為以下幾個部分：水源、輸水管道、給配水裝置、安全保護設(shè)施和田間灌水設(shè)施等。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用要點。

2.2.2.1 灌溉模數(shù)確定。灌溉模數(shù)主要指的是單位灌區(qū)所需灌溉流量，其是確定渠首引水流量、渠道設(shè)計流量、灌區(qū)用水計劃的關(guān)鍵依據(jù)。如果灌溉模數(shù)取值過大，容易導致建設(shè)材料及資金浪費；如果灌溉模數(shù)取值過小，則無法滿足灌溉需要。灌溉模數(shù)計算公式為

式（1）中：q指的是第種作物、第次灌水實際所需的灌溉模數(shù)，單位為m/（s·666.67 hm）；σ指的是第種作物實際種植面積占比，單位為%；m指的是第種作物、第次灌水實際定額，其單位為m/hm；T指的是第種作物、第次灌水實際持續(xù)時間，單位為h。

2.2.2.2 管網(wǎng)布置形式選擇?，F(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的管網(wǎng)布置形式可以分為樹狀網(wǎng)及環(huán)狀網(wǎng)2種。前者呈樹枝狀分布，水流能夠通過“樹干”有效流向“樹枝”，也就是從干管流向支管及分支管，通常只有分流、無匯流。后者指的是管網(wǎng)通過節(jié)點有效地將各管道連接成一個閉合環(huán)狀網(wǎng)。結(jié)合給水栓位置及控制閥實際啟閉情況，水流通常能進行正逆方向流動。例如：某地設(shè)置的低壓管道輸水管網(wǎng)主要采用的是樹狀網(wǎng)，其中干管主要布置在罐區(qū)邊緣（與支管（渠道）垂直），實際長度控制在1.8～2.5 km；支管依照與作物種植走向保持平行這一原則進行布置，間距一般控制在60～150 m，支管的實際長度一般在350 m以內(nèi)；干管間距同樣如此。

2.2.2.3 管材選擇?，F(xiàn)階段可選用的管材相對較多，如薄壁硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、聚乙烯（PE）管材、無規(guī)共聚聚丙烯（PPR）塑料管和素混凝土管等。大多數(shù)管材均有良好的耐水壓性及適用性。其中，素混凝土管造價低，但其對地形的適應(yīng)性及耐水壓性、連接可靠性相對較差。在實際選用時，需要優(yōu)先考慮農(nóng)田灌溉對管材壓力的等級要求，避免因無謂提高管材壓力等級而導致投資增加。

2.2.2.4 管徑確定。結(jié)合經(jīng)濟流速法確定管徑，計算公式為

式（2）中：代表管徑，單位為mm；代表管段設(shè)計流量，單位為m/h；代表管道設(shè)計流速，單位 為m/s。

2.2.2.5 機泵選配。在實際選配水泵時，需要滿足以下要求：①必須滿足流量及揚程方面的要求； ②水泵運行效率高、實際能耗少。其中，揚程的計算公式為

式（3）中：代表水泵的實際總揚程，單位為m；代表水泵的實際凈揚程，一般指的是動水位到相應(yīng)壓力池或者出水口水面的實際垂直高度，單位 為m；代表井泵輸水管的實際水頭損失，單位為m，一般按照輸水管長度的5%～9%進行估算。通常，如果管徑小于100 mm，實際水頭損失（）可以按照9%進行估算；如果管徑大于100 mm，可以按照5%進行估算。

2.2.3 技術(shù)應(yīng)用效果。低壓管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度減少水資源滲漏及蒸發(fā)損失，使水資源利用率得到明顯提高。相比土渠輸水，此項技術(shù)通常節(jié)水30%左右，減少占地2%左右。同時，由于該技術(shù)是在一定壓力下開展的輸水作業(yè)，所以流速比土渠明顯要大，供水較為及時，能夠提高灌溉效率，保證適時供水。

2.3 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是把由水泵加壓或自然落差形成的有壓水通過壓力管道送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，細小水滴均勻地灑落在農(nóng)田的一種灌溉技術(shù)。與地面灌溉相比，大田作物噴灌可節(jié)省30%～50%的水資源，同時可以獲取10%～30%的作物增產(chǎn)效果。該技術(shù)對地形的適應(yīng)性強、灌水均勻、少占耕地，但是受風影響大、設(shè)備投資高。

2.3.1 系統(tǒng)構(gòu)成。噴灌系統(tǒng)主要由水源、水泵、動力機、管道系統(tǒng)、噴頭、噴灌機和其他附屬設(shè)備等構(gòu)成。

2.3.2 技術(shù)應(yīng)用要點。首先，收集資料。一般包括地形資料（包括灌區(qū)位置、邊界、水源、道路等）、土壤及氣象資料（包括光照、氣溫、蒸發(fā)量、降水，土壤類別、厚度、容重等）、農(nóng)作物資料（包括各種作物的種植比例、輪作情況、耕作現(xiàn)狀等）、水源資料（包括水源屬性、位置、水質(zhì)、含沙情況等）。其次，噴灌系統(tǒng)及管網(wǎng)選擇。結(jié)合地形、作物、機械設(shè)備條件等，綜合考慮不同噴灌系統(tǒng)的優(yōu)缺點，選定最為適宜的噴灌系統(tǒng)。噴頭的噴灑方式一般包括全園噴灑、扇形噴灑等，噴頭的組合形式一般包括等腰三角形、矩形等，可根據(jù)具體需要選擇噴頭的噴灑方式和組合形式。另外，應(yīng)根據(jù)作物及土壤特點、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求、噴頭的水力性能等確定噴頭型號。如在山丘斜坡地，一般噴灌系統(tǒng)中的壓力會隨著地形變化出現(xiàn)一定變化：高處往往壓力小，可以選用低壓噴頭；中間位置可以選用中壓噴頭；低處可以選用高壓噴頭。如果實際壓力過高，還需要加裝減壓器。對于管網(wǎng)的選擇，應(yīng)根據(jù)具體地形、水源條件等制訂幾種規(guī)劃方案，最終擇優(yōu)選定。再次，支管輪灌方式需要本著就近、便于作業(yè)及節(jié)省管網(wǎng)投資等基本原則進行選定。最后，選擇水泵時需要有配套動力，應(yīng)先明確噴灌系統(tǒng)中的水泵設(shè)計流量及揚程，再根據(jù)確定的水泵型號匹配動力機。與水泵配套的動力機主要有電動機、柴油機和汽油機等。

2.3.3 技術(shù)應(yīng)用效果。從技術(shù)應(yīng)用實踐來看，對于不同農(nóng)作物往往需要選用不同的噴灌設(shè)備，最終取得的應(yīng)用效果也會存在一定差異。例如，對于小麥種植區(qū)，如果選用大型指針式噴灌機，可以在麥田中進行旋轉(zhuǎn)噴水，通常一次可有效澆灌田地約 80 hm；對于玉米種植區(qū)，如果選用卷盤式噴灌機，相比大水漫灌可以使灌水效率提高十幾倍，用水量僅為漫灌的1/3～2/3；對于蔬菜種植區(qū)，如果選用移動式噴罐車，能達到出水量251 m/h的微噴灌效果，實際節(jié)水量能達到40%及以上，實際水資源利用率能超 過90%。

2.4 滴灌技術(shù)

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土壤的一種灌水方法。滴灌技術(shù)是目前農(nóng)田灌溉節(jié)水效果最好的灌溉技術(shù)之一，具有灌水深度、范圍、灌水量控制良好以及灌水均勻、節(jié)水效益明顯等特點，但其實際應(yīng)用成本較高，所以被稱為“昂貴的節(jié)水技術(shù)”，多應(yīng)用于一些高附加值的經(jīng)濟作物生產(chǎn)。

2.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成。滴灌系統(tǒng)主要包括3個部分：①首部樞紐，一般包括水泵、過濾裝置、施肥裝置、測量控制裝置等，具有抽取水資源、加壓、加入肥料以及過濾后按時、按量將水肥資源輸送到管路中的功能；②各級輸配水管路，一般包括干管、支管、毛管和流量調(diào)節(jié)器等設(shè)備，發(fā)揮著將加壓水均勻、有效地分配到需要灌溉區(qū)域的作用；③滴頭，發(fā)揮著將水流有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樾∷?，同時滴入相應(yīng)區(qū)域的 作用。

2.4.2 技術(shù)應(yīng)用要點。以某農(nóng)田水利工程為例，對其滴灌技術(shù)應(yīng)用要點做出分析。

首先，根據(jù)當?shù)剞r(nóng)田、農(nóng)林及道路等實際分布情況，合理地開展管網(wǎng)布置工作。案例工程采用了梳狀單向管網(wǎng)布置形式，同時根據(jù)東高南低這一基本地勢分別設(shè)置了輸水干管、分干管、支管和毛管4級輸配水管網(wǎng)。其次，首部設(shè)計工程主要圍繞泵房設(shè)計開展。案例工程選用的泵房為彩鋼板房，主要裝配了閥門、管道、過濾器、施肥箱等設(shè)施。整體來看，該泵房設(shè)計較為簡單整潔，比較容易加裝各種設(shè)備以及方便日后維修。再次，該工程干管布置使用UPVC管材，埋設(shè)于地下，埋深 0.8 m左右，同時借助三通為分干管供水。最后，案例工程選用的滴頭是一種壓力補償式滴頭。這種滴頭具備壓力調(diào)節(jié)功能，實際水頭偏差能控制在10 m左右。

2.4.3 技術(shù)應(yīng)用成效。某農(nóng)場玉米種植區(qū)采用滴灌技術(shù)，不僅不破壞土層，保證土壤不板結(jié)，而且可以促進玉米根系生長發(fā)育，比當?shù)爻Ｒ?guī)地面灌溉有效節(jié)水30%～50%。同時，該農(nóng)場借助滴灌系統(tǒng)將水溶性肥料隨水輸送至玉米根部，使肥料利用率從以往的30%～40%提高至50%～60%。

3 結(jié)語

在農(nóng)田水利灌溉工程中應(yīng)用節(jié)水技術(shù)，能有效提高水資源利用率，減少水資源浪費，推動我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。各地要根據(jù)當?shù)剞r(nóng)田水利灌溉工程特點、種植作物的生長特點、資金投入情況等，因地制宜地選擇節(jié)水技術(shù)，在實現(xiàn)節(jié)水目標的同時保證經(jīng)濟效益。