高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的具體高效應(yīng)用

摘 要：農(nóng)田水利直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中起到了不可取代的作用，尤其是在一些氣候較干旱的地區(qū)，農(nóng)作物種植生產(chǎn)也更加依賴良好水利條件，因此農(nóng)田灌溉也變得越來越重要。面對水資源短缺的情況，農(nóng)田水利工程也開始推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)。本文通過分析高效節(jié)水灌溉技術(shù)特征及應(yīng)用價值，進(jìn)一步分析了農(nóng)田水利工程中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田灌溉；節(jié)水；滴灌

我國農(nóng)業(yè)在近些年的生產(chǎn)水利方面投入較多資金，用于創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)施設(shè)備，許多地區(qū)都開始采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，以尋求提高農(nóng)田水資源整體利用率，同時也幫助地區(qū)節(jié)約用水，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合效益。

1 高效節(jié)水灌溉技術(shù)特征

對于無需修建輸水土渠且不采用地表慢灌方式的灌溉技術(shù)統(tǒng)稱為高效節(jié)水灌溉技術(shù)。這類技術(shù)一般會直接采用管道輸水方法，也可能會修建防滲渠道，目前發(fā)展較快的高效節(jié)水灌溉形式包括微灌、噴灌以及地下滴灌等。高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用可以有效緩解當(dāng)下水資源短缺問題，其可以提高水的利用系數(shù)，從0.3最高達(dá)到0.98，在該類灌溉技術(shù)的支持下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也在不斷改進(jìn)，促進(jìn)了農(nóng)田水利工程的實(shí)際土地利用率提高。以往農(nóng)業(yè)灌水操作大多依賴人工，且水資源的運(yùn)輸費(fèi)用較高，同時也不太適應(yīng)砂性土的深層次灌溉。若灌溉水量較大，則極易造成土地鹽堿化，但高效節(jié)水灌溉技術(shù)的操作不會受到太多限制條件影響，使水體資源利用率更高，不僅體現(xiàn)出節(jié)水優(yōu)勢，更能夠發(fā)揮出降低成本、節(jié)省工時、保障穩(wěn)產(chǎn)等作用，助力區(qū)域農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，因此，當(dāng)前該項(xiàng)技術(shù)得到了推廣性應(yīng)用[1]。

2 農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)的價值

關(guān)于高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用，許多學(xué)者都進(jìn)行了深入研究，普遍認(rèn)為這種技術(shù)是基于對農(nóng)田作物生長時土壤、水文以及氣候等條件特點(diǎn)優(yōu)化水資源的合理灌溉布局，實(shí)現(xiàn)最為理想的灌溉效果，促進(jìn)水資源的節(jié)約和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)的價值可總結(jié)為幾點(diǎn)：

2.1實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)并提高減災(zāi)率

在氣候環(huán)境趨向復(fù)雜變化的背景下，各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也頻繁遇到自然災(zāi)害，極端天氣出現(xiàn)的概率也越來越高，同時也出現(xiàn)了不同類型的地質(zhì)災(zāi)害。在這種情況下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際產(chǎn)量也受到負(fù)面影響，許多地區(qū)農(nóng)田長年出現(xiàn)干旱缺水問題，為保證作物的生長，還需實(shí)施地面灌溉，結(jié)合農(nóng)田本身地形選擇輸送水資源的方式，譬如修建渠道或開鑿?fù)寥?，部分地區(qū)還會除林支持水渠修建，如此卻也導(dǎo)致土壤出現(xiàn)沙化問題，地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的風(fēng)險漸漸變高。而農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，可以改變傳統(tǒng)田間輸水運(yùn)行模式，基本無需對地形做出改變，利用管道輸水也能夠避免地理環(huán)境造成一定的破壞，為農(nóng)作物提供充足水源，促進(jìn)其增產(chǎn)，另外，對農(nóng)業(yè)減災(zāi)率的提高也有著重要意義。

2.2提高水資源的利用率

在我國，農(nóng)業(yè)是支柱型產(chǎn)業(yè)之一，農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模巨大，其生產(chǎn)用水量也是極大的。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)用水量占全國總用水量的70%以上，之前農(nóng)作物生長過程中大多采用大面積漫灌的方式，造成實(shí)際用水的浪費(fèi)情況極為嚴(yán)重，水資源利用率僅為35%左右。近些年國內(nèi)水資源愈發(fā)匱乏，作為用水大戶的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也開始改變以往不合理的灌溉模式。同時，與城市地區(qū)相比，農(nóng)村地區(qū)在水資源的節(jié)約與保護(hù)方面存在一定的不足，也會導(dǎo)致水資源浪費(fèi)問題逐漸加劇。為了改變這種情況，現(xiàn)階段有必要積極推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，其可以提高水資源的利用率，使其保持在70%～90%之間，甚至更高，這也能夠推動農(nóng)田水利工程的良好發(fā)展[2]。

2.3助力改善生態(tài)環(huán)境

我國的地理?xiàng)l件較為復(fù)雜，故而在不同地區(qū)，其地形、氣候等都存在很大差異，這些差異帶來不同的生態(tài)條件。目前，各地開始面臨生態(tài)環(huán)境惡化的嚴(yán)峻現(xiàn)況。因此各地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對水的需求也開始出現(xiàn)差異，比如說西北地區(qū)常年處于干旱狀態(tài)，降水量偏低，因而對水資源的需求會超過許多南方地區(qū)，在灌溉方面用水量較高，但不合理的灌溉模式不僅導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，更對周遭生態(tài)環(huán)境造成一些不可逆的破壞。高效節(jié)水灌溉技術(shù)本就是順應(yīng)區(qū)域地形采用的合理灌溉模式，其出發(fā)點(diǎn)即為不破壞生態(tài)環(huán)境，因此應(yīng)用該技術(shù)有助于改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，帶動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。

3 農(nóng)田水利工程中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用原則

在農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)不可盲目進(jìn)行，要使得灌溉成效達(dá)到要求，還需遵循以下幾點(diǎn)應(yīng)用原則：

第一，統(tǒng)一規(guī)劃原則。對于農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，其直接影響到農(nóng)田水利效益，起到無法忽視的作用，需做到對各項(xiàng)要求統(tǒng)一規(guī)劃。具體規(guī)劃過程中需要針對農(nóng)田所在地區(qū)實(shí)際情況，還要結(jié)合當(dāng)?shù)爻雠_的對應(yīng)政策，設(shè)計出合理的農(nóng)田灌溉作業(yè)方案，依據(jù)地域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體目標(biāo)，對各項(xiàng)工作實(shí)施內(nèi)容進(jìn)行安排，保證灌溉時的參數(shù)設(shè)計科學(xué)合理，確保灌溉作業(yè)項(xiàng)目具有可行性，進(jìn)一步推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的健康發(fā)展。

第二，因地制宜原則。隨著目前農(nóng)田水利工程中對高效節(jié)水灌溉技術(shù)推廣應(yīng)用工作的展開，技術(shù)人員也越來越看重高效節(jié)水灌溉技術(shù)的針對性應(yīng)用，要始終堅(jiān)持因地制宜原則選擇技術(shù)類型、灌溉設(shè)備等，還需對地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和基礎(chǔ)設(shè)施條件充分考慮。此外，對于高效灌溉節(jié)水技術(shù)的推廣模式進(jìn)一步明確，才能夠保證該項(xiàng)技術(shù)的價值充分體現(xiàn)出來，最終實(shí)現(xiàn)提高農(nóng)作物種植效益和節(jié)水效益的目的。

第三，創(chuàng)新技術(shù)原則。針對農(nóng)田水利工程建設(shè)，在開展田間農(nóng)作物灌溉時，也需持續(xù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合實(shí)際灌溉需求投入更多技術(shù)研發(fā)的資源。在技術(shù)推廣過程中，也可融合多種類型的節(jié)水灌溉技術(shù)，使技術(shù)應(yīng)用的范圍更加廣泛。為保證技術(shù)應(yīng)用后達(dá)到節(jié)水效果，也要定期對農(nóng)田作業(yè)開展測試，保證技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，促進(jìn)農(nóng)田灌溉質(zhì)量與水資源利用率的雙重提高[3]。

4 農(nóng)田水利工程中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用

為了研究農(nóng)田水利工程中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用舉措，此次以山東某山區(qū)的農(nóng)田水利工程為例，該工程整體地勢為從東北方向逐漸傾斜至西南方向，地形中包含了丘陵、平原山地以及洼地等，該地區(qū)年平均最小降雨量為199mm，最大降雨量在1498mm左右，年平均氣溫約為26.4℃。以這些數(shù)據(jù)作為前提條件，為保證農(nóng)田灌溉到位，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，主要是在工程內(nèi)有效實(shí)施各類節(jié)水灌溉技術(shù)，包括低壓管灌、噴灌、滴灌以及機(jī)井灌溉等技術(shù)。

4.1低壓管灌技術(shù)

低壓管灌也被稱作農(nóng)田管道輸水灌溉，其歸屬于地面灌溉類別，不采用明渠輸送方式，相關(guān)管道會通過最低壓力系統(tǒng)，持續(xù)為田間提供水源，可以實(shí)現(xiàn)定區(qū)、定量輸水，確保水源的利用率進(jìn)一步提升。該項(xiàng)工藝技術(shù)最重要的就是提供低壓管道運(yùn)行條件，其可以輸配水的系統(tǒng)層次頗少，通常為一或二級，適合用在小型的灌溉農(nóng)田區(qū)域。在本工程中應(yīng)用時，要保持管道系統(tǒng)的壓力值在0.2MPa之內(nèi)，有效克服輸水的管道壓力損失，對于最遠(yuǎn)的出口位置則應(yīng)保持壓力值范圍為0.002～0.003MPa。若使用的管道材質(zhì)特殊，還要進(jìn)一步降低實(shí)際輸水壓力。低壓管道灌溉技術(shù)應(yīng)用時還需依據(jù)農(nóng)田實(shí)際灌溉需求布局管道和構(gòu)建低壓環(huán)境，要盡可能使管道埋到地層內(nèi)部，可以防止管道輸送水源過程中出現(xiàn)水資源大量流失或蒸發(fā)的問題。

4.2噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用性較強(qiáng)的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，在許多農(nóng)田水利工程中都得到了廣泛應(yīng)用。這種技術(shù)也會使用加壓處理的水具，可以為水泵加壓，也可通過自然落差形成一定壓力，內(nèi)部管道在壓力的助推作用下可以將系統(tǒng)水源運(yùn)送到有灌溉需求的區(qū)域，再通過噴頭直接將水噴射到空中，水滴再降落到田間土壤中，其灌溉面積較大，能夠有效補(bǔ)充農(nóng)作物生長對于水分的需求。相關(guān)實(shí)踐表明，在本次研究的農(nóng)田水利工程中，應(yīng)用噴灌技術(shù)的灌溉效益與傳統(tǒng)灌溉技術(shù)相比，可以節(jié)約用水量30%～40%，同時，目前的農(nóng)田噴灌系統(tǒng)已經(jīng)開始采用半機(jī)械化或全自動化模式，這也會降低田間灌溉勞動強(qiáng)度，降低人工成本，具有一舉多得的成效。此次研究的農(nóng)田位于山區(qū)，在引用噴灌技術(shù)時，為了保證對應(yīng)農(nóng)作物栽植生長效果有所提升，還應(yīng)有針對性地選用噴灌設(shè)備。比如說對于種植小麥農(nóng)作物的區(qū)域，結(jié)合其實(shí)際栽培要求，建議選擇大田指針型噴灌機(jī)設(shè)備，其一次噴灌操作時能夠保證覆蓋小麥田地80hm2；而對于培育種植玉米農(nóng)作物的區(qū)域，建議選擇現(xiàn)代化大田卷盤型噴灌機(jī)設(shè)備，與常規(guī)噴灌設(shè)施相比，該機(jī)械設(shè)備的噴灌效果可以增強(qiáng)十倍以上，但其實(shí)際出水量頗低，對于需水量較小的玉米十分適用，其噴灌標(biāo)準(zhǔn)為2.51m3·h-1，使用這種類型的噴灌設(shè)備還能夠提高水資源利用率，達(dá)到90%以上，其水資源節(jié)省效益在40%左右[4]。

4.3滴灌技術(shù)

農(nóng)田水利工程中實(shí)際應(yīng)用滴灌技術(shù)的原理和噴灌技術(shù)有許多相似之處，像是滴灌供水時也需要加壓提供一定動力，之后結(jié)合相應(yīng)的用水管網(wǎng)或管道分配、運(yùn)輸水源，確保滿足農(nóng)作物的用水需求。通常情況下，對滴灌技術(shù)應(yīng)用后的灌溉系統(tǒng)設(shè)計會劃分出三個主要部分，包括管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、首部樞紐以及滴灌設(shè)施，其中管網(wǎng)結(jié)構(gòu)中主要包括各種干管和支管、壓力表設(shè)備、水流量調(diào)節(jié)設(shè)備等，其需要將加壓處理之后的水源合理且均勻分配，再將其傳送到滴灌設(shè)備位置處；首部樞紐部分包括各種功能裝置，如水泵、測量裝置、施肥裝置、控制裝置以及過濾構(gòu)件等，其會按照科學(xué)形式實(shí)現(xiàn)組裝，共同發(fā)揮提取水源、加壓、加肥料、過濾水以及輸送水到管路位置等作用，其也直接影響到灌溉水源的足量、及時輸送；滴灌設(shè)施部分主要是設(shè)置滴灌帶，其可以將管網(wǎng)中的水資源以點(diǎn)滴方式滴入田間指定位置土壤內(nèi)，對滴灌技術(shù)的合理應(yīng)用，可以最大程度上降低農(nóng)田水利工程灌溉實(shí)施的水資源浪費(fèi)量，還能夠規(guī)避水源蒸發(fā)過多的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)土壤內(nèi)更深層的水源滲入，減少田間地表的徑流情況。

4.4膜上灌溉技術(shù)

許多農(nóng)田中近些年開始采用一項(xiàng)培育農(nóng)作物的新型灌溉技術(shù)，即膜上灌溉技術(shù)。該技術(shù)的原理是在農(nóng)作物上方覆蓋一層地膜，之后通過膜上流水實(shí)現(xiàn)灌溉，代替?zhèn)鹘y(tǒng)直接從田間附近灌水的做法。膜上灌溉整體設(shè)計還要沿著苗木設(shè)置滲水孔洞，并實(shí)現(xiàn)水資源沿孔的下滲，促進(jìn)農(nóng)作物用水量的進(jìn)一步優(yōu)化，可以有效降低水資源消耗，達(dá)成節(jié)約水源的目的。適合采用地膜覆蓋灌溉的區(qū)域建議栽培棉花、玉米、花生、小麥以及豆類等農(nóng)作物。應(yīng)用膜上灌溉技術(shù)和以往常規(guī)地膜灌溉技術(shù)相比，能夠獲得更佳的節(jié)水效果。與溝灌節(jié)水技術(shù)進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)，膜上灌溉節(jié)水率能夠達(dá)到25%～30%，促進(jìn)實(shí)際水資源利用率超過80%，若是在水資源較為欠缺的地區(qū)應(yīng)用膜上灌溉技術(shù)，其最高的節(jié)水率可以達(dá)到50%左右，若是將膜上灌溉技術(shù)和管道灌溉技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，則整體水資源利用率可以達(dá)到90%以上。

4.5機(jī)井灌溉技術(shù)

機(jī)井灌溉是基于農(nóng)田或試驗(yàn)田面積、灌溉要求提出的一項(xiàng)新型灌溉技術(shù)工藝。該技術(shù)主要是通過機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用從水井中提取水源，再將其用到農(nóng)作物灌溉區(qū)域，同時其結(jié)合了信息化軟件技術(shù)與灌溉管控箱設(shè)備，保證灌溉作業(yè)的科學(xué)化。該項(xiàng)技術(shù)適合用在水資源較少的北方地區(qū)，與本文研究的農(nóng)田水利工程相對應(yīng)，在應(yīng)用時，無需修建明渠結(jié)構(gòu)，對耕地的面積占用也比較少，但其會對地下水量過多應(yīng)用。實(shí)際開井灌溉過程中，需要根據(jù)種植農(nóng)田區(qū)域的地下水位情況設(shè)置井深。為了保證滿足灌溉需求，大多數(shù)井的深度都超過100m。應(yīng)用機(jī)井灌溉技術(shù)時，還要考慮到機(jī)井的使用壽命、造價成本，保證在對應(yīng)工程的可承受投資能力之內(nèi)[5]。

4.6渠道防滲技術(shù)

除了減少實(shí)際灌溉用水量的高效節(jié)水灌溉技術(shù)之外，農(nóng)田水利工程中也可應(yīng)用減少傳輸灌溉過程中的水消耗量相關(guān)技術(shù)，比如說渠道防滲技術(shù)。這種技術(shù)著手于傳輸渠道方面，最大化降低其有效水資源消耗量，采用科學(xué)的處理措施，有效提升輸水的效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)水。我國以往最常見的灌溉方式就是修建可以引水的渠道，再通過自然流動使其輸送至需要灌溉的農(nóng)作物生長區(qū)，輸送水源過程中，渠道底部、側(cè)壁以及邊坡土壤空隙位置的實(shí)際損失水量較多，其占據(jù)總輸送水量的50%～60%，損耗嚴(yán)重時甚至可以高達(dá)70%，故而推廣渠道防滲技術(shù)的應(yīng)用很有必要。該項(xiàng)新技術(shù)在實(shí)際操作應(yīng)用時，最重要的就是要減少渠道內(nèi)水源下滲損耗，保證水源盡可能足額足量運(yùn)送到灌溉的區(qū)域。實(shí)際設(shè)計時需滿足以下幾點(diǎn)要求：

第一，在確認(rèn)渠道斷面形式時，可以依據(jù)水利計算結(jié)果。比如說渠道實(shí)際水流量為1m3/s時，可以選擇運(yùn)用坡形斷面、弧形斷面或梯形斷面，若是水流量未達(dá)到1m3/s，則可設(shè)置成U形斷面，盡量降低過程中的水損耗。

第二，對于大型灌溉區(qū)域，要保證渠道防滲技術(shù)應(yīng)用后的效率維持在40%，小型灌溉區(qū)域渠道防滲的效率維持在70%左右，中型灌溉區(qū)域要將渠道防滲效率控制在50%左右，對于井灌的農(nóng)田區(qū)域，建議對固定渠道采用有效的防滲設(shè)施。

第三，渠道內(nèi)部可以應(yīng)用混凝土板結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)到最底層，渠道內(nèi)也可鋪行輔料薄膜或復(fù)合土工膜，都能夠有效實(shí)現(xiàn)防滲，減少水流損耗，斷面則要維持梯形狀態(tài)，以防止農(nóng)田中通過渠道運(yùn)送水時出現(xiàn)嚴(yán)重的滲透情況。

綜上所述，在農(nóng)田水利工程中應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)后，可以提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量的提高并降低災(zāi)害發(fā)生率，同時也有助于改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，推動農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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