民樂縣高標準農(nóng)田地表水滴灌工程優(yōu)化布局模式探討及應(yīng)用

韓欣宇

(民樂縣水務(wù)局，甘肅 民樂 734500)

沿山灌區(qū)耕地起伏變化大，地塊不規(guī)則，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，加之群眾渠水漫灌思想牢固，致使有限的水資源得不到充分利用。建設(shè)高標準農(nóng)田，走高效節(jié)水發(fā)展之路，提高農(nóng)田灌溉的保證程度，確保農(nóng)田適時適量灌溉、科學(xué)施肥，實現(xiàn)旱澇保收，是提高作物產(chǎn)量最直接有效的舉措。通過實踐探索出一條適宜當(dāng)?shù)氐乇硭喂喙こ痰牟季帜Ｊ接葹橹匾屓罕娍吹靡?、摸得著，消除思想顧慮，促進群眾積極參與到工程建設(shè)中來，積極投身到運行管理中去，使滴灌工程長期發(fā)揮效益，成為“三農(nóng)”發(fā)展的好幫手。

1 基本情況

高標準農(nóng)田建設(shè)是保障國家糧食安全，實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的重要舉措[1]。民樂縣計劃自2019年至2022年建設(shè)高標準農(nóng)田50萬畝，占全縣耕地面積的43%，現(xiàn)已建成30萬畝。高標準農(nóng)田建設(shè)主要包括土地平整、田間道路、灌溉與排水、防護林帶、土壤改良、農(nóng)電設(shè)施等內(nèi)容，其中灌溉設(shè)施布局主要以高效節(jié)水地表水滴灌工程為主。大面積實施滴灌工程在民樂縣尚屬首次，由于群眾長期以來大水漫灌的傳統(tǒng)思想一時難以改變，對高效節(jié)水灌溉持懷疑態(tài)度，未科學(xué)認識灌溉能夠節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、增效從而提高收益，對此瞻前顧后、顧慮重重。因此，滴灌設(shè)施布局的好壞直接成為高標準農(nóng)田建設(shè)成敗的關(guān)鍵所在。為了打消群眾顧慮，順利進行高標準農(nóng)田建設(shè)，將高效節(jié)水滴灌工程變?yōu)樘岣咚Y源利用率、提高農(nóng)田收益和群眾喜聞樂見的灌溉方式，從根本上解決問題，提高農(nóng)田灌溉質(zhì)量，使其長期發(fā)揮農(nóng)田效益，必須探討出一條適宜的滴灌工程布局模式，被群眾接受認可。結(jié)合民樂縣情，在建設(shè)之初，先對高標準農(nóng)田建設(shè)積極，并對高效節(jié)水滴灌方式認識高的個別村進行試點。全方位精心設(shè)計、優(yōu)化布局，歷經(jīng)一年的努力探索，打造出適合當(dāng)?shù)氐牡乇硭喂喙こ痰牟季帜Ｊ?。該模式?jié)水、節(jié)肥、節(jié)力、增產(chǎn)效果明顯、管理方便、群眾樂于接受，在后續(xù)的高標準農(nóng)田建設(shè)中，掀起了村村競爭列項建設(shè)的熱潮，為民樂縣“三農(nóng)”發(fā)展、助力鄉(xiāng)村振興起到了積極的推動作用。

2 滴灌工程優(yōu)化布局模式

以平整好的田地為載體，以通達的田間道路為參照，以現(xiàn)狀的高標準支渠或斗渠為引水條件，按照系統(tǒng)簡單、取水方便、運行高效的原則，根據(jù)工藝順序，從蓄水池位置選擇、池內(nèi)取水方式布置、灌溉分片設(shè)置、水泵過濾器布置、地埋管道布置、管徑選擇、地面給水設(shè)施布置以及支管和滴灌帶選擇等方面進行了優(yōu)化布局。

2.1 蓄水池位置按統(tǒng)一原則優(yōu)化布置

地表水滴灌必須以連續(xù)供水為前置條件，蓄水池是實現(xiàn)連續(xù)供水的必要設(shè)施。通過多方案比選，蓄水池布置在控制灌溉農(nóng)田的上端和現(xiàn)狀襯砌引水渠道上游的交叉處最為合理。這一原則布置，可最大限度地使農(nóng)田處在蓄水池的下游，可使自流灌溉的農(nóng)田面積最大化，為節(jié)省運行費用創(chuàng)造了條件。

2.2 將壩頂取水優(yōu)化布置為壩底取水

常規(guī)的蓄水池由于位置選擇不佳，常常做成壩頂取水，完全喪失了自流灌溉的途徑。一旦取水受阻，來不及維修設(shè)施，農(nóng)田將得不到適時適量灌溉，將造成較大的損失。優(yōu)化采用壩底埋管取水，并將離心水泵安裝在與埋管同高程的管端位置，通過節(jié)制閥門控制可使水泵進水管始終處于滿水狀態(tài)，頻繁啟動水泵安全快捷，免去了每次啟動水泵前先向其進水管長時間充水的操作程序，為運行管理帶來了極大的便利，提高了系統(tǒng)運行效率。同時在水泵進水管前安裝旁通管與過濾器下游的系統(tǒng)主管連接，形成下游區(qū)自流灌溉(見圖1)。

圖1 壩底取水管布置示意圖

2.3 將整片灌溉優(yōu)化布置為多個分片灌溉

傳統(tǒng)的灌溉采用一個灌水系統(tǒng)整片按序依次灌溉，系統(tǒng)流量大，對各方面要求高，管理不夠靈活，一旦管道出現(xiàn)問題，勢必導(dǎo)致整個系統(tǒng)停運維修，影響作物的最佳灌溉時間?，F(xiàn)優(yōu)化該模式為多個灌片獨立灌溉，每個灌片面積控制在1000畝左右。每個灌片可以單獨進行灌溉，不但規(guī)避了停運維修帶來的風(fēng)險，還便于作物倒茬和分類施肥。此模式對于南北長且落差大、東西窄的項目區(qū)還有另外一個好處，就是在項目區(qū)合適位置劃分灌片，充分利用上下游自然落差實現(xiàn)系統(tǒng)自壓滴灌，節(jié)省了水泵加壓運行費用,從而可以節(jié)約運行成本，提高收益。

2.4 將單一的“一泵一器”供水優(yōu)化為多個“一泵一器”供水

所謂“一泵一器”供水是指無論灌片面積大小均采用一臺水泵配套一套過濾器向田間管網(wǎng)系統(tǒng)供水。該供水模式系統(tǒng)流量大，控制灌溉面積大，多種作物共用一套系統(tǒng)供水，不同作物施加不同的肥料時不能方便控制，存在不同作物之間串肥混淆的弊端，給管理帶來極大的困難。運行中水泵或者過濾器出現(xiàn)故障時,若不能及時維修將影響整片灌溉。針對“一泵一器”供水模式的弊端，將其優(yōu)化為多個“一泵一器”供水模式，即根據(jù)劃分的灌片采用每個分片配一套“一泵一器”供水施肥。優(yōu)化后的供水模式系統(tǒng)流量小，控制灌溉面積小，可以實現(xiàn)多個灌片同時供水且灌溉時間和周期互不影響，從而實現(xiàn)一村一片地可種植多種作物獨立灌溉和獨立施肥，使水肥一體化設(shè)備充分發(fā)揮效益。同時也解決了一村耕地不能被多人流轉(zhuǎn)，發(fā)展不同作物種植的弊端。

2.5 將管道系統(tǒng)布置優(yōu)化為“干草叉”形式布置

常規(guī)的滴灌系統(tǒng)地埋管道布置形式有樹枝形、豐字形、梳子形等。樹枝形布置適用于非標準條田，安裝管件多，管理不便；豐字形和梳子形布置適用于標準條田，管道順直，安裝便捷。根據(jù)平整的標準條田或“一馬平川”大塊田形式，將地埋管道優(yōu)化統(tǒng)一布置為“干草叉”形(見圖2)，即與首部系統(tǒng)連接的獨管垂直于分片地上端的橫向田埂布置，在其下游側(cè)平行于橫向田埂布置一根橫管，垂直橫管等間距布置豎管。若將地埋管道分為總管、干管、分干管三級，則總管垂直于分片地上端的橫向田埂，干管與總管倒“T”形連接，分干管垂直于干管呈梳子形布置。其分干管間距規(guī)定為120m不變，每路分干管控制左右兩側(cè)標準距離均為60m。此種布置形式簡單明了，連接均為正向連接，便于管與管之間連接，質(zhì)量易于保證。

圖2 地埋管道布置形式

2.6 將地埋管道優(yōu)化為兩種管徑布置

按照分片面積1000畝作為一個灌水系統(tǒng)進行典型設(shè)計，選取高耗水作物馬鈴薯進行相關(guān)的參數(shù)計算，確定灌水定額為18m3/畝,灌水周期為5天，每次灌水延續(xù)時間為4h，灌溉水利用系數(shù)取0.9,按每天工作20h計算,系統(tǒng)流量為222m3/h，確定地埋管道總管和干管管徑為250mm，分干管管徑為160mm。按照條田和“一馬平川”形式的不同，并考慮條田秋泡保墑或倒茬作物漫灌的要求，總管和干管管徑統(tǒng)一為315mm。為了便于管理，將總管和干管合并稱為主管，使整個地埋管道固定為兩級，即主管和分干管(見圖2)。

2.7 將給水栓由單一的滴灌出水優(yōu)化為滴灌+管灌出水

給水栓均安裝在與分干管垂直連接的出地管上。常規(guī)的滴灌給水栓出水口較小，其口徑一般為75mm，材質(zhì)為化學(xué)建材，采用模具注塑成型。該種給水栓雖然美觀，但耐久性較差，更換頻次高、不經(jīng)濟，且條田泡地或小畦漫灌時出水量小，不適宜節(jié)水灌溉。優(yōu)化給水栓為既能滴灌又能管灌的多功能給水栓(見圖3)，采用鋼質(zhì)材料由人工加工制作而成。栓身采用DN160無縫鋼管，垂直栓身單側(cè)平行布置兩個出水口，上口與栓身同徑，下口為DN90無縫鋼管，栓頂設(shè)置手柄用絲桿連接栓內(nèi)裝置啟閉上口，下口采用直螺紋連接同徑球閥供水和閉水。關(guān)閉上口打開下口即可啟動滴灌系統(tǒng)小流量供水，關(guān)閉下口打開上口連接輕質(zhì)軟管即可啟動管灌系統(tǒng)滿管流量供水，從而實現(xiàn)了一栓兩用，既實現(xiàn)了群眾期盼的管灌+滴灌方式的灌溉，又使倒茬適宜管灌的作物得到了供水保證，達到了灌溉方便，節(jié)約成本的目的。

圖3 多功能給水栓

2.8 優(yōu)化地面支管平行于地埋分干管布置

地面支管采用同徑球閥與給水栓連接，垂直于條田橫向田埂布置，同一檔條田上支管的位置在平面上與地埋分干管的位置重合，在立面上相互平行(見圖4)。每個給水栓連接一條支管，布置為雙側(cè)連接滴灌帶供水，標準長度等于給水栓之間的距離，當(dāng)條田寬度為25～35m時采用管徑為75mm的PE軟管供水，當(dāng)條田寬度為35～42m時采用管徑為90mm的PE軟管供水，承壓能力均不小于0.63MPa。

圖4 地面支管與地埋分干管布置示意圖

2.9 優(yōu)化滴灌帶為“五定”統(tǒng)一布置

滴灌帶“五定”為定長度、定直徑、定流量、定水頭、定滴頭。滴灌帶垂直于支管呈梳子形定長等間距布置，單根定長為60m,間距根據(jù)作物窄行距確定,材質(zhì)為PE，承壓能力不小于0.25MPa，選定直徑16mm，流量確定為2.1L/h，計算工作水頭確定為9.0m，滴頭選擇為壓力補償式滴頭，間距30cm。市場上滴灌帶品種多，質(zhì)量參差不一，農(nóng)戶購買時難辨好壞，存在鋪設(shè)后滴水不暢的風(fēng)險。滴灌帶“五定”統(tǒng)一布置，標準統(tǒng)一，易于識別，避免了農(nóng)戶購買存在的使用不暢的風(fēng)險。

3 應(yīng)用效果

優(yōu)化布局后的地表水滴灌工程模式在民樂縣高標準農(nóng)田建設(shè)中被廣泛應(yīng)用且運行良好，受到廣大群眾和流轉(zhuǎn)大戶的一致好評，最為突出的優(yōu)點是管路布置簡單明了，管理便捷高效，管理人員稍加培訓(xùn)便能掌握其操作運行技能。2019年至2021年民樂縣實施高標準農(nóng)田滴灌工程面積已達25.95萬畝，在縣域內(nèi)的10個鎮(zhèn)64個村分散實施，全部運行良好。該模式下的滴灌作物灌水便捷，產(chǎn)量明顯提高。

3.1 打消了群眾對滴灌“不行”的認識

通過對滴灌工程的優(yōu)化布局，使群眾經(jīng)由田間地頭的猜忌設(shè)障轉(zhuǎn)變到管材設(shè)備布置的實物認識，工程監(jiān)督管理的參與，交付使用后的自主運行管理，其思想上和行動上均發(fā)生了巨大變化。特別是同類作物在滴灌方式下的畝均產(chǎn)量與常規(guī)的大水漫灌方式下的畝均產(chǎn)量相比增產(chǎn)效果明顯，增幅達到了30%。通過參與生產(chǎn)收獲過程的體驗，群眾切身感受到了滴灌工程的高效性和灌溉的便捷性等諸多益處。簡單的布局模式易于接受，取得的效益看得見、摸得著，廣大群眾越來越熱衷于高標準農(nóng)田建設(shè)。先前對滴灌方式認為“不行”的農(nóng)民，其思想也發(fā)生了根本變化，從質(zhì)疑到接受、從支持到參與，徹底打消了滴灌工程實施的思想障礙，使滴灌工程建設(shè)從先前的被動實施到了現(xiàn)在的爭搶列項，形成了村村競爭的格局。

3.2 實現(xiàn)了運行管理的便捷化

“三分建七分管”，工程管理至關(guān)重要，管理不善造成跑冒滴漏，勢必影響工程效益的正常發(fā)揮。優(yōu)化布局后的滴灌工程布置模式簡單明了[2-3]，從蓄水池壩底管分水口取水，通過水泵加壓和過濾器運行及水肥注入，進入地埋主管通過閘閥控制水流到指定的地埋分干管和地面給水栓，采取球閥連接支管統(tǒng)一進入所連滴灌帶滴入作物根部，水流流向清楚、管路走向簡單易記，無須每次都照圖管理。由于系統(tǒng)布置簡單，運行過程中分水閘閥操作個數(shù)少，給水栓啟閉便捷，每個給水栓連接一條支管，出現(xiàn)問題可以單個維修，不影響其他給水栓及支管的正常運行，只要對一般人員稍加培訓(xùn)即可掌握系統(tǒng)的操作要求，勝任系統(tǒng)的正常運行管理以及簡單的維修和保養(yǎng)。

3.3 增強了土地流轉(zhuǎn)的競爭性

優(yōu)化后的滴灌工程布局模式使田間灌溉設(shè)施配套更加合理，操作簡單易行，加之平整后的農(nóng)田標準化程度高，農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率提升，使農(nóng)民對土地的珍惜愛護情結(jié)升溫，思想發(fā)生了質(zhì)的飛躍[4]。為了提高土地收益，農(nóng)民認識到位，思想集中統(tǒng)一[5]，引進流轉(zhuǎn)大戶和企業(yè)積極參與耕地流轉(zhuǎn)的競爭。通過耕地流轉(zhuǎn)費報價和流轉(zhuǎn)企業(yè)實力評估，確定流轉(zhuǎn)戶、簽訂流轉(zhuǎn)合同，建立了長效機制，使土地的價值最大限度地得到了提高，農(nóng)民的收益實現(xiàn)了最大化，每年流轉(zhuǎn)費的提前發(fā)放成了農(nóng)民看得見、摸得著的實惠。

3.4 滿足了分片單獨灌溉的需求

優(yōu)化后的滴灌工程布局模式考慮田地地形、不動工程設(shè)施和平整后的地塊、田間道路等，將一村一片地劃分成畝數(shù)大致相等的多個分片，將每個分片布置為一個獨立灌片，達到了一村多田、多戶小量流轉(zhuǎn)，多種作物倒茬輪作，適時適量灌溉，獨立施肥的目的[6-7]，極大地契合了流轉(zhuǎn)戶或流轉(zhuǎn)企業(yè)在一村一片地上進行多禾種植的思路，避免了單一品種作物種植帶來的市場風(fēng)險，在一定程度上提高了抵抗市場風(fēng)險的能力，為流轉(zhuǎn)戶和流轉(zhuǎn)企業(yè)確保種植效益提供了有力保障。

4 結(jié) 語

民樂縣實施高標準農(nóng)田建設(shè)的村組基本實現(xiàn)了“一村一片地，一戶一塊田”的農(nóng)田格局，使得“三農(nóng)”發(fā)展有了長足的后勁。利用灌區(qū)骨干渠道引水至蓄水池，水源保障程度高。利用規(guī)則的農(nóng)田優(yōu)化了滴灌工程的布局，形成了統(tǒng)一的灌溉模式，管路簡單明了，操作簡單易行，運行高效便捷，從根本上解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施配套不全、產(chǎn)出不高的問題，基本實現(xiàn)了水、地的高效利用和農(nóng)田的高效產(chǎn)出，極大地促進了農(nóng)民種地的積極性，增強了對土地的親和力，為保障國家糧食安全，實施“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略提供了有力保障[8-11]。