高效節(jié)水灌溉工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

藺 彥

（永登縣引大灌區(qū)田間工程建設(shè)管理處，甘肅 蘭州 730300）

1 引言

甘肅省是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的省，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，而農(nóng)田水利的建設(shè)又是其中的一個(gè)重要方面，在農(nóng)業(yè)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展中，具有舉足輕重的地位。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高速發(fā)展，傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須不斷地優(yōu)化、創(chuàng)新和設(shè)計(jì)。

2 永登縣農(nóng)業(yè)節(jié)灌發(fā)展現(xiàn)狀

永登縣總耕地面積92 000 hm2，灌溉面積35 140 hm2。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程始于1992年，特別是在1994年引大灌區(qū)建成通水后以來，各級政府非常重視農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作，截至目前已建成常規(guī)渠道防滲節(jié)水灌溉面積14 173 hm2，占有效灌溉面積40%，實(shí)施高效節(jié)灌面積5 867 hm2，占有效灌溉面積16.5%。按照國家水利發(fā)展規(guī)劃，將全國節(jié)水灌溉工程面積占有效灌溉面積的比例提高到60%以上，將高效節(jié)水灌溉面積占有效灌溉面積的比例提高到30%以上，純井灌區(qū)管道輸水節(jié)水灌溉面積要達(dá)到80%以上，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.55以上。因此，永登縣在發(fā)展節(jié)水灌溉面積，特別是高效節(jié)灌面積任務(wù)還十分繁重。

3 發(fā)展高效節(jié)水灌溉有利條件

3.1 政策機(jī)遇

近年來國家十分重視節(jié)水灌溉工作，提出“把節(jié)水灌溉作為一項(xiàng)革命性措施來抓”，連續(xù)11個(gè)中央1號文件都要求把節(jié)水灌溉作為重大戰(zhàn)略舉措。節(jié)水優(yōu)先，空間均衡，系統(tǒng)治理，兩手發(fā)力的新時(shí)期治水思路，是做好水利工作的科學(xué)指南。

3.2 投資機(jī)遇

國家從2011年起劃分出節(jié)水灌溉“四大戰(zhàn)役”區(qū)，根據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn)及所取得的目的，對不同區(qū)域?qū)嵤┎煌桨?。其中：西北?jié)水增效計(jì)劃是2014～2018年在新疆、甘肅、寧夏、陜西、青海、內(nèi)蒙古以及新疆兵團(tuán)發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積1 900 000 hm2。其中微灌1 433 333 hm2，約占26%。為此，甘肅省搶抓機(jī)遇，于2012年著手規(guī)劃。經(jīng)水利部批準(zhǔn)，啟動(dòng)實(shí)施了《河西走廊國家級高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目》，項(xiàng)目分兩期，2013～2016年為一期，2017～2018為二期，累計(jì)發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積666 667 hm2，總投資91.7億元。

3.3 成效明顯

近年來，在永登委、縣政府安排部署下，開展了為期三年的高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)，已完成高效節(jié)水灌溉面積4 240 hm2，其中：大田滴灌1 993 hm2，設(shè)施滴灌360 hm2、噴灌33 hm2，管灌1 853 hm2。

4 高效節(jié)水灌溉工程存在的問題

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)存在著不合理的現(xiàn)象

在高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目中，往往存在著對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的過度依賴，對實(shí)地考察時(shí)不重視，從而造成了一些不合理的設(shè)計(jì)。比如，在高效節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目中，缺乏細(xì)致的種植結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)確的土壤分析、有效節(jié)水灌溉水源、土地歸屬情況等方面的研究。許多設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)僅憑經(jīng)驗(yàn)，往往不能對現(xiàn)場的具體情況做出正確的判斷，從而造成不合理的規(guī)劃。因此，項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)者要到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，對影響高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的各項(xiàng)因素進(jìn)行細(xì)致的分析，以獲得準(zhǔn)確的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。只有如此，有效的節(jié)水灌溉方案才能更好地適應(yīng)于實(shí)際，并能在今后的應(yīng)用中發(fā)揮其應(yīng)有的功能。

4.2 重視建設(shè)過程輕視使用管理的現(xiàn)象

高效節(jié)水灌溉工程技術(shù)要求較高，往往在設(shè)計(jì)和施工中受到高度關(guān)注。在這個(gè)時(shí)候，當(dāng)?shù)氐念I(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)的設(shè)計(jì)師們都表現(xiàn)出了很強(qiáng)的熱情，當(dāng)?shù)氐念I(lǐng)導(dǎo)和設(shè)計(jì)師們也都會(huì)親自去現(xiàn)場指導(dǎo)。然而，在高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目建成并投入運(yùn)行后，往往存在很長一段時(shí)間無人管理，有些項(xiàng)目從建成之日起便無人關(guān)注，無人管理、缺乏維護(hù)，導(dǎo)致高效率節(jié)水灌溉項(xiàng)目不能正常運(yùn)行。這主要是因?yàn)楦咝Ч?jié)水灌溉項(xiàng)目的產(chǎn)權(quán)不明確，缺少有效的經(jīng)營手段和資金支持。要想解決這一問題，就需要政府對高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)權(quán)界定，并制定行之有效的管理措施，撥付相應(yīng)的資金，并對其進(jìn)行專門的管理，以確保節(jié)水灌溉項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

4.3 種植結(jié)構(gòu)不盡合理

高效節(jié)水灌溉工程的終極目標(biāo)在于提高經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民收入。然而，受傳統(tǒng)的耕作觀念和耕作方法的制約，許多高效節(jié)水灌溉工程地區(qū)的主體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生根本改變，就算有少量的高效農(nóng)業(yè)，其覆蓋范圍也很小，這就造成了水利設(shè)施的高效節(jié)水灌溉不能起到增產(chǎn)、增效的效果，也不能改善整個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)效益。在高效節(jié)水灌溉工程區(qū)域，要加強(qiáng)對農(nóng)戶的宣傳和動(dòng)員，使其轉(zhuǎn)變觀念，切實(shí)投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)整中去。只有如此，有效的節(jié)水灌溉項(xiàng)目才能真正發(fā)揮其功能，從而使廣大農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)民增收。

5 高效節(jié)水灌溉技術(shù)的分類及其作用分析

高效節(jié)水灌溉技術(shù)是將傳統(tǒng)的地面灌溉和溝渠灌溉改為直灌，這種技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其包括噴灌、微噴灌、滴灌、管灌等技術(shù)，該技術(shù)的實(shí)施，節(jié)約了大量的水資源和土地，有效避免了水分的蒸發(fā)和浪費(fèi)，從根本上改善了作物的生產(chǎn)。

5.1 噴灌技術(shù)

噴灌是由噴嘴來完成的，分為低壓、中壓、高壓三種，實(shí)際中采用的是中壓搖桿式噴頭。適合丘陵、低矮作物、露天平地等。這種噴嘴的適用范圍比較廣，使用的噴嘴數(shù)目也比較少，而且費(fèi)用也比較低廉。在技術(shù)改造中，采用了部分塑料噴嘴，從而達(dá)到了節(jié)省費(fèi)用的目的。

5.2 微噴灌技術(shù)

微型噴灌是將噴嘴轉(zhuǎn)化為折射式和旋轉(zhuǎn)式的結(jié)合，既能進(jìn)行點(diǎn)噴，又能進(jìn)行多種噴灌，從而達(dá)到節(jié)水效果。微噴灌的單位時(shí)間噴射量較少，噴射距離較短，噴霧均勻度較好。在水資源短缺的地方，采用微噴射技術(shù)，在每一排的樹上插一根毛導(dǎo)管，并按等高線排列，以達(dá)到與果樹相同的高度，達(dá)到6 m。在兩個(gè)果樹間放置一個(gè)與果樹間距相同的微型噴嘴，用微型噴嘴和毛管相連，并用插棒將微型噴嘴固定在地上，可以取得較好的效果。

5.3 滴灌技術(shù)

滴灌是目前最常用的滴灌方法。滴管技術(shù)是利用塑料管道，將水通過毛管上的孔口或者滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉。滴灌比噴灌具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果，與其他的灌溉方法相比，一般可以增產(chǎn)15%～40%。同時(shí)還可以結(jié)合施肥，提高肥效一倍以上。其灌水器可分為內(nèi)嵌式和壓力補(bǔ)償式兩種，在山區(qū)和平原地帶使用較多。內(nèi)置滴灌系統(tǒng)無需大量的水壓，但由于沒有調(diào)節(jié)壓強(qiáng)的作用而不能對滴水的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此需要進(jìn)一步的研究。

5.4 管灌技術(shù)

管灌技術(shù)是以管道輸水代替明渠輸水的一種地面灌溉工程技術(shù)，節(jié)水、省時(shí)、省工、輸水快，降低灌溉成本，保證大面積均衡增產(chǎn)。管灌輸水灌溉系統(tǒng)由首部工程（泵房、水泵機(jī)組、控制柜）、管網(wǎng)系統(tǒng)（各級管道、管件）、附屬設(shè)施（給水栓、出水池、泄水閘等）3部分組成。

6 高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 有效開展田間管道項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行高效節(jié)水灌溉工程的規(guī)劃時(shí)，應(yīng)注意對農(nóng)田管線的設(shè)計(jì)。野外管線的設(shè)計(jì)，通常可以分成兩類：分支式和干式兩種，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮輸水流量。在進(jìn)行干管流量的設(shè)計(jì)時(shí)，必須參照不同的種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度、面積和調(diào)度方式，以確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性，然后再對管線的直徑和額定壓力進(jìn)行詳細(xì)分析，并進(jìn)行水力的計(jì)算，然后再根據(jù)這一點(diǎn)來確定輸水的流量。

在進(jìn)行管線布局時(shí)，要根據(jù)水源、灌溉部位的不同情況，進(jìn)行管線布局。在保證干管的設(shè)計(jì)質(zhì)量后，再進(jìn)行分支管的設(shè)計(jì)。每條支管必須有50 m的水柱，分支管道間距為85～110 m。如果需要采用雙向灌溉技術(shù)來灌溉農(nóng)田，管道必須采用直線形式，以避免管線的波動(dòng)系數(shù)過大，以確保雙向灌溉的效果。

在合理配置高效節(jié)水灌溉管線時(shí)，必須包括一級和二級分支管，并且必須將主干管與一級支管直接相連，并按不同的分區(qū)配置二級支管。在大多數(shù)工程中，一級分支和二級分支管道都是采用正交連接的。

在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意節(jié)約用水的器具，以確保節(jié)約能源。就像使用微型噴灌和滴灌。在我國節(jié)水灌溉工程中，采用了大量的微噴灌，它可以針對不同作物的不同需要進(jìn)行灌溉。采用滴灌方法節(jié)約能源，通常可以達(dá)到95%以上。目前國內(nèi)市場上普遍采用的是帶貼片和迷宮的滴灌方式。

6.2 管道灌溉流量的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在高效節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)重視管線的流量設(shè)計(jì)。在選擇該工況時(shí)，必須綜合考慮出水口和出水后的灌溉狀況。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要采用水管，如果采用人工灌溉，可以持續(xù)10 h，但因?yàn)槿藬?shù)有限，很難保證每一處都有專人值守，因此必須根據(jù)水口的位置，合理安排田區(qū)和出水口，實(shí)現(xiàn)自流式灌溉。

6.3 完善高效節(jié)水灌溉工程的工作制度

為了減少工程造價(jià)，需要對灌溉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還可以方便、靈活地進(jìn)行灌溉作業(yè)。在采用灌水作業(yè)系統(tǒng)時(shí)，往往采用小組輪灌的方式。在對輪灌組進(jìn)行分區(qū)時(shí)，必須保證在每一次灌水期間，對不同地區(qū)的作物進(jìn)行兩次灌水，同時(shí)，在1 d之內(nèi)，盡可能多才能更好地灌水。

6.4 科學(xué)的選擇管材

在進(jìn)行高效節(jié)水灌溉時(shí)，管道的選用是非常關(guān)鍵的。這是因?yàn)樵诘孛嫔箱佋O(shè)了大量的管道，是高效節(jié)水灌溉工程中必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。由于市場上的管材種類繁多，各種材質(zhì)的價(jià)格、性能都有很大差別，因此，在選擇管材時(shí)，必須綜合考慮灌溉要求和灌溉費(fèi)用。不要過分關(guān)注產(chǎn)品的品質(zhì)和性能，這樣會(huì)造成鋼管的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的提高，但是，也不要過于注重購買鋼管的成本，忽視其品質(zhì)，否則會(huì)導(dǎo)致管材的使用壽命減少。目前應(yīng)用最廣泛的有PE管、石英玻璃管、無縫鋼管、球墨鐵管等。

7 高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)問題的解決措施

7.1 正確理解高效節(jié)水灌溉工程的內(nèi)涵

高效節(jié)水灌溉工程是以灌溉和雨水綜合利用為目標(biāo)，以達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最佳效果。要全面、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)高效節(jié)水灌溉的內(nèi)涵，就必須進(jìn)行有效的工程設(shè)計(jì)。

7.2 重視工程設(shè)計(jì)前期工作

在有效的節(jié)水灌溉項(xiàng)目中，對項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。做好前期工作，對項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，是有效的節(jié)水灌溉工程的先決條件。這就要求設(shè)計(jì)者要對工程領(lǐng)域的具體情況有全面地認(rèn)識(shí)。同時(shí)，項(xiàng)目建設(shè)的前期工作也要向建設(shè)后的管理延伸，科學(xué)、合理的運(yùn)營管理方案是保證項(xiàng)目良好運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。

7.3 嚴(yán)格執(zhí)行高效節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范

在設(shè)計(jì)中，對于高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的工程規(guī)范存在著一定的不確定性，不僅會(huì)給項(xiàng)目的宏觀決策造成一定的難度，也會(huì)對項(xiàng)目的投資和效益產(chǎn)生直接的影響。要保證新建成或改造的高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目，必須加大對其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳力度。在工程建設(shè)中，要嚴(yán)格按照工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行有效的節(jié)水灌溉工程，以保證工程的用水指標(biāo)、工程指標(biāo)、效益指標(biāo)滿足規(guī)范的要求。

7.4 加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)培訓(xùn)

隨著高效節(jié)水灌溉的不斷發(fā)展，政府、行業(yè)主管部門對水利設(shè)施的管理日益規(guī)范化，對工程設(shè)計(jì)的要求也越來越高，因此，要保證工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須有大量的水利設(shè)計(jì)公司和設(shè)計(jì)人才。

7.5 設(shè)計(jì)與管理應(yīng)緊密結(jié)合

高效節(jié)水灌溉工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，其效益的好壞取決于項(xiàng)目的后期管理。一項(xiàng)好的水利項(xiàng)目必須與設(shè)計(jì)和管理緊密結(jié)合，只有真正做到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝、管理、技術(shù)培訓(xùn)，才能確保高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量和效益的長期發(fā)揮。

8 結(jié)束語

目前，水利水電工程的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、完善設(shè)計(jì)，目的是為了更好地利用水資源，從而保證甘肅省農(nóng)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)步發(fā)展。在進(jìn)行高效節(jié)水灌溉方案的設(shè)計(jì)中，將分批次輪灌、灌溉流量、管材選擇三種方案有機(jī)結(jié)合起來，綜合分析了節(jié)水灌溉工程。