高效節(jié)水灌溉技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用初探

周興龍

（甘肅省疏勒河流域水資源利用中心，甘肅 玉門 735211）

近年來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了長足發(fā)展，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，農(nóng)田水利工程為進(jìn)一步提升作物產(chǎn)量、降低運(yùn)作成本，也逐漸引入了各種新型農(nóng)業(yè)技術(shù)?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展對水的需求量相較于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更高，但目前我國乃至全世界都存在水資源匱乏的現(xiàn)實(shí)問題，在資源匱乏、生態(tài)環(huán)境惡化的情況下，如何最大程度上提高水的利用率、降低對生態(tài)環(huán)境的破壞已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中重點(diǎn)關(guān)注的問題。高效節(jié)水灌溉則是其提高水資源利用率的重要技術(shù)之一?，F(xiàn)階段該技術(shù)已廣泛用于我國農(nóng)田水利工程中，而合理運(yùn)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程及長期、可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。本文將對高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用情況及應(yīng)用價值進(jìn)行深入分析，旨在以此為農(nóng)業(yè)在選擇高效節(jié)水灌溉具體模式時提供一些參考依據(jù)。

1 高效節(jié)水灌溉技術(shù)闡述

高效節(jié)水灌溉是一種非土渠輸水、地表漫灌的輸水、灌水方式統(tǒng)稱，輸水方式主要包含防滲渠、管道輸水等兩個發(fā)展階段，而灌水方式則是在地表漫灌基礎(chǔ)上，包含逐步從噴灌、微灌發(fā)展至地下滴灌等3個階段，高效節(jié)水灌溉是一種可有效緩解水資源緊缺的新型技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)將水的利用系數(shù)從0.3提升至0.98的同時，對改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、提高農(nóng)田水利工程的土地利用率也有積極意義。此前人們采用的傳統(tǒng)灌水方式為地面灌水，其覆蓋范圍較為全面，可充分適應(yīng)各種農(nóng)作物的生長需求，且傳統(tǒng)灌水大多依賴人工，未含有太高技術(shù)成分，其灌水設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用較多，對質(zhì)地較為密實(shí)的土壤相對較為實(shí)用。但目前隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，作物不僅只是種植于密實(shí)土壤，也有部分作物會在砂性土壤上種植，傳統(tǒng)的地面灌水方式或可導(dǎo)致砂性土壤深層滲漏，在超量灌溉下，地下水位上升后，也會導(dǎo)致土壤因此出現(xiàn)鹽堿化，且沿田面發(fā)生跑水后也是一種對水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。傳統(tǒng)地面灌水對土壤性質(zhì)及土地平整度均有較高要求，相較于此灌溉方法而言，高效節(jié)水灌溉技術(shù)下的噴灌、滴灌則不會受到諸多限制，在節(jié)水、省工、降低成本、提高產(chǎn)量等方面均有積極意義。

2 高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用情況

高效節(jié)水灌溉技術(shù)已在我國取得了長足發(fā)展，針對不同地形、土壤類型及不同作物用水需求的情況下，多種灌溉技術(shù)均已得到廣泛應(yīng)用，而現(xiàn)階段高效節(jié)水灌溉技術(shù)在我國農(nóng)田水利工程中的具體應(yīng)用情況主要表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 水資源管理

我國地形、地理條件及不同地區(qū)間的氣候差異均較為明顯，因而導(dǎo)致不同地區(qū)對水資源的需求也存在較大差異，現(xiàn)階段隨著生態(tài)環(huán)境污染加劇、水資源日益匱乏，因此在各農(nóng)田水利工程中，做好水資源的合理管理十分必要。在高效節(jié)水灌溉技術(shù)下，可結(jié)合農(nóng)作物在不同季節(jié)、不同時段下的需水量及蒸發(fā)量，為其選擇合理的灌溉方式，這樣可在保證作物產(chǎn)量的同時最大程度節(jié)省水資源的使用情況。在作物灌溉過程中，灌溉水的輸送是相關(guān)操作人員需要重點(diǎn)考慮的問題，為避免灌溉水浪費(fèi)和損傷，根據(jù)土壤的質(zhì)地和下滲情況，選擇合適的灌溉技術(shù)并建立相應(yīng)的防滲漏渠是減少水資源浪費(fèi)的重要環(huán)節(jié)。此前在傳統(tǒng)的灌溉方式下，灌溉水輸送大多依靠石塊、混凝土護(hù)坡、混凝土預(yù)制面等砌筑，為進(jìn)一步提高渠道的防滲漏性，建議在修建輸送通道時盡可能選擇修葺“U”型渠道。

2.2 低壓管道輸水

管道輸水是傳統(tǒng)明渠輸水灌溉的替代工程，將灌溉水經(jīng)由分水設(shè)施直接通過管道輸送至田間，可用于多種農(nóng)田水利工程中。以大中型灌區(qū)為例，在進(jìn)行作物灌溉時可采用明渠與管道輸水相結(jié)合的方式，除了可存在為地面噴灌供水的壓力輸水管道外，還包括可為田間溝畦灌的低壓輸水管道。與常規(guī)的土壟溝相比，低壓管道可減少5%左右的水資源損傷，其對水資源的利用率可比普通土渠高30%～40%，在機(jī)井灌區(qū)應(yīng)用低壓管道輸水，可有效減少水的蒸發(fā)，在節(jié)水的同時也可顯著降低能耗。且相較于土渠輸水而言，管道輸水對灌溉區(qū)域的面積占有率僅有0.5%左右，在有效避免跑水、漏水同時，可很大程度提升土地利用率。在同等的水源情況下，管道輸水的投資成本相對更低，在有效滿足作物長期需水要求的同時對降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益也有重要意義。傳統(tǒng)土渠輸水對地形平整度要求較高，而管道可爬坡、跨路、越溝，其施工方便且不受地形限制，其適應(yīng)性相對更強(qiáng)，可更好滿足當(dāng)下農(nóng)田水利工程中的生產(chǎn)責(zé)任制。

2.3 灌溉技術(shù)分析

用于農(nóng)田水利工程的高效節(jié)水灌溉技術(shù)主要包含噴灌、步行式灌溉、微灌和滴灌等多種。噴灌技術(shù)適用于大田密植農(nóng)作物，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對作物的區(qū)域化控制，對提高耕地利用情況、增加作物產(chǎn)量等均有積極作用，且在噴灌技術(shù)下，作物用水量可比漫灌節(jié)省約30%的用水量，但噴灌技術(shù)在氣溫過高情況下有易蒸發(fā)的風(fēng)險，且為保證必要的噴灌頻率一般需介入大容量的噴灌水源，此外，若外界風(fēng)力過大，噴灌技術(shù)或難以實(shí)現(xiàn)理想的灌溉效果。步行式灌溉與噴灌技術(shù)有相同之處，但其運(yùn)行成本相較于噴灌技術(shù)更低，誠然用柴油機(jī)、拖拉機(jī)代替步行或可一定程度提高灌溉效率，步行式微灌在部分農(nóng)田水利中應(yīng)用也較為廣泛。微灌是一種較為先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，與傳統(tǒng)的地面灌溉不同，微灌不是對地面進(jìn)行全方位灌溉，是對作物進(jìn)行針對性灌溉，僅對作物需水部分供應(yīng)實(shí)際需水量，其灌水量均勻，對水資源的節(jié)省率可達(dá)50%左右，微灌不會受到地形及土壤限制，且在微灌技術(shù)下，設(shè)施農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量可明顯提升，但需注意的時，在微灌下也易導(dǎo)致水肥一體化，因此在實(shí)施微灌技術(shù)灌溉時，需時常對水質(zhì)及灌溉系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的把控。滴灌是近年來新興起的一種灌溉技術(shù)，我國于1996年起，逐步將滴灌技術(shù)用于多地的速生林、果樹、草坪及城市綠化，以上地下滴灌均大獲成功；國外相關(guān)學(xué)者于1998年開始應(yīng)用地下滴灌，在對果樹、草坪及棉田等分別實(shí)施地下滴灌后也均取得了增產(chǎn)、減成本的效果。在精準(zhǔn)的立體定位下，地下滴灌可實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)量小、灌溉面廣的雙重效果，且地下滴灌不會受到風(fēng)力限制，對水的利用系數(shù)可高達(dá)0.98，理論上可實(shí)現(xiàn)水的零損失。不同高效節(jié)水灌溉技術(shù)均有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，張亮等也在其相關(guān)研究中表示，高效節(jié)水灌溉將會成為破解農(nóng)業(yè)水資源短缺的關(guān)鍵途徑，因地制宜選擇適應(yīng)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展需要的高效節(jié)水灌溉模式尤為重要。

3 應(yīng)用價值分析

閆曉紅學(xué)者表示，高效節(jié)水灌溉可提高農(nóng)業(yè)用水效率,避免水資源的浪費(fèi)。在充分結(jié)合作物生長過程中的水文、土壤、氣候特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)、合理的水資源灌溉，在實(shí)現(xiàn)較為理想的農(nóng)田灌溉效果同時，對進(jìn)一步節(jié)省我國水資源、促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、可持續(xù)化發(fā)展均有重要意義。目前我國已將該技術(shù)廣泛用于各類農(nóng)田水利工程中，高效節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 增加作物產(chǎn)量、提高農(nóng)業(yè)減災(zāi)率

近年來，隨著各地自然災(zāi)害頻繁，我們不難看出，當(dāng)前全球范圍內(nèi)的氣候條件均已發(fā)生變化，就我國而言，極端天氣的發(fā)生率相較于往年明顯升高，各類地質(zhì)、氣候?yàn)?zāi)害也層出不窮，對于西北地區(qū)而言，干旱、冰雹等對其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響，而對于東南地區(qū)而言，地震、洪水等自然災(zāi)害也成為了威脅其作物產(chǎn)量的重要因素。此前為保證作物的生長用水需求，會大范圍的進(jìn)行地面灌溉，地面灌溉往往需要破壞土地本身的地形，通過開鑿?fù)寥?、修建土渠等方式?shí)現(xiàn)灌溉水輸送，部分海拔較高地區(qū)為實(shí)現(xiàn)灌溉水順利輸送，或需采用砍樹、除林等方式為土渠修建提供必要的地形環(huán)境，如此一來，隨著土壤沙化，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險也會相應(yīng)升高。在高效節(jié)水灌溉技術(shù)下，可一改傳統(tǒng)的土渠輸水，在采用不受地形影響的管道輸水后，可一定程度上減少對地理環(huán)境的破壞，對提高農(nóng)業(yè)的減災(zāi)率也有一定積極意義，作為受災(zāi)害影響降低后，其產(chǎn)量則會相應(yīng)提升，進(jìn)而對增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)收益也有重要的促進(jìn)作用。

3.2 實(shí)現(xiàn)水資源的高度利用

農(nóng)業(yè)是我國的主要產(chǎn)業(yè)，而農(nóng)業(yè)用水也占全國總用水量的70%以上，此前大范圍漫灌的灌溉方式一定程度上造成了農(nóng)業(yè)用水嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象，近年來我國水資源日益匱乏，農(nóng)業(yè)作為用水大戶，在不合理的灌溉條件下，其水資源的有效利用率僅在30%～40%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平。在我國部分區(qū)域，水資源短缺是一個需要重點(diǎn)關(guān)注且亟待解決的問題，相較于城市區(qū)域而言，農(nóng)村地區(qū)對水資源的保護(hù)、節(jié)約意識有所欠缺，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)峻。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國每立方米水的糧食產(chǎn)量僅為0.85kg，而大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)量可達(dá)到2kg/m3以上。為改變我國農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)的不合理灌溉習(xí)慣，進(jìn)一步緩解水資源短缺現(xiàn)狀，應(yīng)用并推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)為農(nóng)田水利工程的必要發(fā)展需求。

3.3 促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善

從地理條件來說，我國不同地區(qū)的氣候、地形等生態(tài)條件均存在明顯差異，但生態(tài)環(huán)境的惡化卻是目前各地區(qū)共同面臨的問題。受氣候條件影響，不同地區(qū)在進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)時，對水的需求也存在一定差異，以西北地區(qū)為例，該區(qū)域常年氣候干旱，降水量減少，為保證作物正常生長，其用水量相較于南方區(qū)域來說相對更大。但無論南北地區(qū)，在進(jìn)行水資源灌溉時，均存在明顯的浪費(fèi)現(xiàn)象。為了獲取更多水資源，部分區(qū)域難免會對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行一定改變，由此對生態(tài)造成了一系列破壞均是不可逆的。而實(shí)施高效節(jié)水灌溉技術(shù)可從避免對地形環(huán)境造成破壞為出發(fā)點(diǎn)，切實(shí)減少農(nóng)田水利工程對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，因此，應(yīng)用并推廣高效節(jié)水灌溉也是促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善的重要措施之一。

4 結(jié)語

目前我國生態(tài)環(huán)境日趨惡化，水資源匱乏問題也日益嚴(yán)峻，因此現(xiàn)階段在農(nóng)田水利工程中切實(shí)推廣高效節(jié)水灌溉為必然選擇。盡管目前國家已大力推廣該灌溉技術(shù)，但其推廣范圍仍較小，且由于缺乏相應(yīng)的監(jiān)督機(jī)制，加之相關(guān)對節(jié)水灌溉的必要投入不足，導(dǎo)致其應(yīng)用效果并未達(dá)到理想水平，為充分實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的有效應(yīng)用，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)深入了解現(xiàn)階段農(nóng)田的實(shí)際運(yùn)作情況，通過強(qiáng)化對各種節(jié)水灌溉技術(shù)的有效管理，才可真正實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣及應(yīng)用。