農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的運(yùn)用與實(shí)施要點(diǎn)探討

劉 明

（東阿縣欣源水利工程有限公司，山東東阿 252200）

0.引言

水資源不足是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，長期粗放式的灌溉模式不僅會(huì)造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，也會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)等嚴(yán)重問題。因此為有效推動(dòng)地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展，尋找一種科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)可以有效解決其中的水資源供給與需求問題，最終為加快農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)運(yùn)用研究

1.1 滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)主要通過干管、支管與毛管上的滴頭，在低壓作用下向土壤中緩慢滴入水分，可以為農(nóng)作物生長提供必要的水分（見圖1）。

圖1 滴灌技術(shù)

與其他節(jié)水灌溉技術(shù)相比，該技術(shù)通過重力與毛細(xì)管的作用下將水分滴入土壤中，使農(nóng)作物根部土壤保持良好的含水狀態(tài)。該技術(shù)的特征表現(xiàn)為：（1）省水省工，增產(chǎn)增收。滴灌技術(shù)在灌溉過程中實(shí)現(xiàn)了水分有效供給，灌溉期間水不在空中運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)打濕葉面，因此能減少水分蒸發(fā)量，與噴灌技術(shù)相比，該技術(shù)的節(jié)水量最高可以達(dá)到75%。作為一種高效的灌溉技術(shù)，滴灌方法減少植株間的水分，因此可以避免雜草生長，消除雜草與農(nóng)作物爭奪養(yǎng)分的問題。（2）滴灌技術(shù)的成本高，并且水中沉淀物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致毛管滴頭堵塞，因此該技術(shù)的后期維護(hù)運(yùn)營管理成本高，這也是制約該技術(shù)進(jìn)一步推廣的重要因素[1]。從滴灌技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，甘肅等干旱地區(qū)通過該技術(shù)顯著提升了農(nóng)作物產(chǎn)量，以景泰縣為例，通過水肥一體化滴灌技術(shù)有效減少了化肥的使用量，并且用水效率顯著提升；同時(shí)該技術(shù)拓展了農(nóng)作物選擇余地，使當(dāng)?shù)靥厣镊梓胛鞴袭a(chǎn)量明顯提升，創(chuàng)造出更大的效益。

1.2 微噴灌技術(shù)

微噴灌技術(shù)是在滴灌與噴灌技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型技術(shù)，目前為適應(yīng)不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出移動(dòng)式與固定式兩種。該技術(shù)的核心為：通過低壓管道將水流以較大流速噴出，使小流量的水噴灑到土壤表面，而噴灑的水在空氣阻力等外力因素的作用下被快速分解，均勻地散落在植物根部，達(dá)到灌溉目的。從系統(tǒng)組成來看，微噴灌系統(tǒng)主要包括水泵、動(dòng)力機(jī)械、各級(jí)管道以及微噴灌系統(tǒng)等幾方面組成，其中固定式技術(shù)采用了管道地埋的方式，而移動(dòng)式微噴灌技術(shù)則采用靈活的管道布置形式，具有體積小、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。并且為強(qiáng)化其功能，在微噴灌技術(shù)中過濾器性能成為影響澆灌效果的重要因素，一般微噴灌溉系統(tǒng)中的過濾器孔目直接應(yīng)選擇較大，原因是因?yàn)樵谖姽喙喔瘸鏊鞯某鏊妆鹊嗡鞯某鏊茁源螅砸捎幂^大孔目的過濾器。除此之外，農(nóng)作物種類、種植間距以及土壤類型等都會(huì)直接影響該噴灌技術(shù)的種植效果，因此在不造成地面積水的同時(shí)也要保證灌水的均勻、作物受水量盡可能一致。

從應(yīng)用實(shí)例來看，湖南省在山地杏果園抗旱栽培中采用了微噴灌技術(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)毓麍@的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微噴灌技術(shù)克服了地形等因素的影響，并且該裝置的出流口與流速均大于滴頭流速與流量，并且有助于節(jié)省化肥材料的用量，與大水漫灌技術(shù)相比，該技術(shù)能夠節(jié)省用水量超過60%，提升該技術(shù)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 渠道防滲技術(shù)

在農(nóng)田水利工程項(xiàng)目建設(shè)中開展渠道防滲技術(shù)可以減少渠道運(yùn)水過程中的水資源浪費(fèi)問題。目前渠道防滲技術(shù)主要分為兩種類型：（1）改變渠道土壤的抗?jié)B性，通過物理或者化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，其中物理法主要通過減少土壤中的縫隙提升密實(shí)度，減少水流滲漏；化學(xué)法通過在渠床土壤中拌和一定化學(xué)材料來增強(qiáng)其不透水性。（2）設(shè)置防滲層。設(shè)置防滲層的關(guān)鍵，是利用渠道襯砌的方法改善渠道物理性能，常見方法包括砌石、瀝青、鋼筋混凝土等。在采取上述措施后，渠道的水資源損失可減少50%以上[2]。目前渠道防滲技術(shù)中常見有分塊的兩側(cè)擋板和伸縮成型夾板外，還應(yīng)有外模板，否則施工質(zhì)量不易保證；而隨著技術(shù)的發(fā)展，在各地區(qū)在采用該技術(shù)時(shí)采用了襯砌機(jī)澆注U型混凝土渠道，在土基梯形和U形渠道上采用噴射混凝土以及對(duì)塑料養(yǎng)護(hù)劑的試驗(yàn)應(yīng)用是混凝土襯砌施工技術(shù)的重要發(fā)展，展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

從技術(shù)應(yīng)用范圍來看，設(shè)置防滲層是渠道防滲技術(shù)中較為常見的形式，具有防滲效果持久的優(yōu)點(diǎn)，但是工期長且投資成本高。根據(jù)河南某地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在自流灌區(qū)，土渠容易被水沖刷而坍塌，由此造成的水資源損失會(huì)超過50%，而在采取渠道防滲技術(shù)后可以降低土渠的粗糙率，提升渠道輸沙防淤能力，且該技術(shù)能使水渠的運(yùn)水時(shí)間減少30%以上，且當(dāng)?shù)氐耐寥佬阅芤灿酗@著提升。

1.4 膜上灌溉技術(shù)

膜上灌溉技術(shù)是用于地膜種植的灌溉技術(shù)，將田面水經(jīng)過放苗孔或?qū)Ｓ脻B水孔，只灌作物，屬局部灌溉。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，膜上灌溉技術(shù)可以減少溝灌的田間蒸發(fā)量，并實(shí)現(xiàn)深層滲透，該技術(shù)的水資源利用率可超過80%。目前常見地膜上灌溉技術(shù)主要分為以下幾種：（1）膜畦膜上灌。該技術(shù)主要在畦田腹膜種植技術(shù)，通過將水引入畦中，水在膜上流動(dòng)，通過將縫隙將水分滲透到土壤中，進(jìn)而滿足植物生長對(duì)水分的需求。（2）膜溝灌。該模式常見于瓜果農(nóng)作物灌溉中，通過腹膜平鋪在溝坡上，使溝底位置的相鄰兩個(gè)膜之間預(yù)留約4cm的縫隙，在水流通過后可以快速滲透到土壤中。膜上灌溉技術(shù)不僅有助于提升水資源利用率，也可以解決泥土板結(jié)問題，有助于推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。應(yīng)用效果評(píng)價(jià)顯示，在玉米等主要經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物種植中，采用膜上灌溉技術(shù)的節(jié)水率約為60%，而棉花在采用該技術(shù)時(shí)，其節(jié)水率達(dá)到50%，棉花增產(chǎn)5%左右。

1.5 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是經(jīng)水泵加壓或者自然落差形成的有壓水，在壓力的作用下輸送到田間，在噴頭的作用下將水均勻地噴射到空中，水流被打散后以小水滴的方式灑落在農(nóng)田上。噴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)顯著，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，且占耕地少。但是該技術(shù)容易受到風(fēng)以及成本的影響。目前我國已建成的噴灌面積超過80萬公頃，成為農(nóng)田節(jié)約用水的代表。

運(yùn)用案例顯示，某地區(qū)在水肥一體化的技術(shù)模式下設(shè)置立桿式噴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)成功建立后，技術(shù)人員只需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚺c土壤干濕程度、農(nóng)作物長勢遠(yuǎn)程控制噴灌技術(shù)的水肥用量以及灌溉時(shí)間即可，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)的全天候操作。結(jié)果顯示，在噴灌技術(shù)的支持下，每畝小麥的節(jié)水量超過50%，減少人工成本70%，綜合計(jì)算后每畝小麥增效約為200元，創(chuàng)造了理想的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)灌溉方案

在農(nóng)田水利工程項(xiàng)目節(jié)水灌溉方案中，根據(jù)農(nóng)田需水量確定定額，例如在凈灌水定額計(jì)算中，可以參照公式（1）的計(jì)算方法。

在公式（1）中，m凈代表凈灌水定額值；γ代表計(jì)劃濕潤層土壤的干容量；h代表計(jì)劃濕潤層土壤的深度；β1與β2表示適宜土壤含水量的上限值與下限值。

根據(jù)公式（1）的相關(guān)內(nèi)容完成計(jì)算后，可以獲得整個(gè)農(nóng)田水利工程項(xiàng)目灌溉的關(guān)鍵系數(shù)，可以用于指導(dǎo)灌溉方案設(shè)計(jì)。

2.2 管徑方案設(shè)計(jì)與管網(wǎng)布設(shè)方案

目前農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉的覆蓋面積大，可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因?qū)е鹿喔仁艿接绊懀藭r(shí)為保障灌溉作業(yè)有效合理性，通?？蓪⑵鋭澐譃椴煌墓喔鹊貕K，以中心水庫為灌溉水來源，按照既定的時(shí)間周期完成灌溉[3]。以噴灌技術(shù)為例，當(dāng)技術(shù)人員利用管網(wǎng)連接后，通過輸水軟管連接噴灌機(jī)管道與支管。在管徑設(shè)計(jì)上，通過經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算出最終結(jié)果，具體包括：

（1）當(dāng)計(jì)劃水流量Q＜120m3/h的情況下，管道半徑D的計(jì)算方法為。

（2）當(dāng)計(jì)劃水流量Q≥120m3/h時(shí)，管道半徑D的計(jì)算方法為。

以某工程為例，該工程項(xiàng)目中管道管徑的管徑設(shè)計(jì)思路如表1所示。

表1 管道管徑設(shè)計(jì)表

在管網(wǎng)布設(shè)中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦吻闆r合理設(shè)計(jì)，例如某地區(qū)農(nóng)田的地塊尺寸為400×250米，單井控制灌溉面積達(dá)到150畝。管網(wǎng)布設(shè)設(shè)計(jì)中設(shè)置一條主管道，長度325米，垂直于垅向布設(shè)，支管均順垅向布設(shè)，每根支管的長度均為200米，管道之間的間距為100米；支管上增設(shè)5個(gè)出水口。出水口間距50米。

2.3 充分考慮地域環(huán)境的影響

在農(nóng)田水利工程項(xiàng)目中，氣候因素對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用作用明顯，導(dǎo)致在實(shí)施階段需要考慮氣候因素的限制，一方面，掌握本地區(qū)氣候特征，另一方面則需要綜合分析當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)情況。例如北方地區(qū)降水量少，尤其是甘肅等地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展一直受到水資源不足等問題的影響。在農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)中可以選擇滴灌技術(shù)；而相比之下南方地區(qū)降雨量充沛，可選擇噴灌、淋灌技術(shù)。同時(shí)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利工程項(xiàng)目的現(xiàn)狀也是工作人員不容忽視的問題，例如針對(duì)水利工程年久失修的問題可推動(dòng)渠道防滲建設(shè)等，強(qiáng)化農(nóng)田水利工程項(xiàng)目的性能。

2.4 增加上級(jí)部門財(cái)政支持

農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)于推動(dòng)地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義，但是考慮到地方長期受到資金不足等因素制約，導(dǎo)致地區(qū)缺乏推廣節(jié)水灌溉技術(shù)的能力。因此應(yīng)從上級(jí)部門的財(cái)政支持入手，爭取獲得上級(jí)部門的各項(xiàng)財(cái)政支持，在發(fā)揮財(cái)政資金導(dǎo)向推動(dòng)作用的同時(shí)，完善節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)于積極運(yùn)用節(jié)水灌溉技術(shù)的集體或者個(gè)人提供資金支持[4]。最終為全面推動(dòng)當(dāng)?shù)毓?jié)水型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)打造以省市為核心的資金引導(dǎo)機(jī)制，創(chuàng)新財(cái)政投入與激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)農(nóng)戶針對(duì)節(jié)水灌溉工程推廣發(fā)表意見，拓展本次工程項(xiàng)目建設(shè)的群眾基礎(chǔ)。

2.5 完善農(nóng)田水利工程智能化建設(shè)

實(shí)現(xiàn)智能化是未來農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉發(fā)展的必由之路，因此，當(dāng)?shù)乜梢栽诂F(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上全面推動(dòng)農(nóng)田水利的智能化與自動(dòng)化建設(shè)，采購智能化檢測模塊完善灌溉方法。目前，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的背景下，農(nóng)田水利灌溉模式已經(jīng)發(fā)生明顯變化，從傳統(tǒng)的人工拉閘開泵，人工排灌澆地，人工計(jì)算水電費(fèi)用等情況變成了刷卡計(jì)費(fèi)，刷卡開泵，遠(yuǎn)程控制等全自動(dòng)智能灌溉。而隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)田水利工程項(xiàng)目的發(fā)展模式已經(jīng)發(fā)生根本性變化，在三相電流互感器以及水電雙計(jì)量等功能的支持下，未來農(nóng)田水利工程智能化應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）遠(yuǎn)程與現(xiàn)場查詢功能。在使用狀態(tài)下，用戶可以查詢卡中余額信息，并且不會(huì)影響正常的用水?dāng)?shù)據(jù)。（2）可以提供多樣化的收費(fèi)方式，能夠靈活選擇，包括按電量收費(fèi)、按時(shí)間收費(fèi)、按水量收費(fèi)、按水電雙計(jì)收費(fèi)。（3）功能強(qiáng)大，在智能化的支持下可以實(shí)現(xiàn)預(yù)收水費(fèi)、自動(dòng)計(jì)費(fèi)、無費(fèi)自動(dòng)切斷水泵電機(jī)電源功能。（4）支持定額管理的功能，根據(jù)用水定額以及階梯水價(jià)定額的方法，用戶可以自行設(shè)定用水量，避免生產(chǎn)成本提升。（5）支持無人管理或者遠(yuǎn)程管理，用戶通過手機(jī)App可以執(zhí)行遠(yuǎn)程刷卡澆地，解放了勞動(dòng)力。

2.6 加快用水管理制度落實(shí)，完善節(jié)水服務(wù)模式

為與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程建設(shè)相匹配，當(dāng)?shù)卦趯?shí)施階段應(yīng)完善農(nóng)業(yè)灌溉用水總量控制方式以及定額管理等指標(biāo)，在農(nóng)田水利工程項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)強(qiáng)化地下水管理方案，針對(duì)超采區(qū)實(shí)施加倍計(jì)收水費(fèi)等應(yīng)對(duì)措施。充分激發(fā)農(nóng)戶參與節(jié)約用水管理的積極性，在農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)中，通過對(duì)農(nóng)戶開展專業(yè)的宣傳教育工作，提升全體用戶的節(jié)水意識(shí)與節(jié)水工程管理能力，能夠自覺參與到節(jié)水灌溉技術(shù)推廣中。在教育活動(dòng)中應(yīng)強(qiáng)化農(nóng)戶的技術(shù)水平，使農(nóng)戶掌握相關(guān)節(jié)水灌溉技術(shù)的日常維護(hù)管理方法，能夠妥善處理節(jié)水灌溉技術(shù)所出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題。例如在使用滴灌技術(shù)中經(jīng)常發(fā)生出水不均勻的問題，而造成此類問題的原因包括滴頭堵塞、滴灌管的工作壓力不足、輪灌區(qū)的面積相差過大等。針對(duì)上述問題，技術(shù)人員采用遠(yuǎn)程宣教的方法介紹應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)為預(yù)防相關(guān)問題發(fā)生，技術(shù)人員也可以通過視頻宣教的方法闡述滴灌技術(shù)使用保養(yǎng)要點(diǎn)，例如，滴灌使用間隔時(shí)間過長（如一個(gè)月），管道內(nèi)生長微生物，滴頭出水口生長藻類等而導(dǎo)致堵塞，因此需要定期清理。

2.7 做好農(nóng)田水利工程節(jié)水裝置保護(hù)工作

目前，節(jié)水灌溉技術(shù)的科技水平顯著提升，對(duì)日常管理提出了較高要求，因此在該技術(shù)實(shí)施、推廣過程中，應(yīng)注意避免出現(xiàn)設(shè)備維護(hù)管理力度不足的問題，切實(shí)保證設(shè)備的使用年限。因此需要通過劃分崗位責(zé)任制的方法，提升節(jié)水灌溉設(shè)備的保護(hù)力度，必要時(shí)指派專人展開設(shè)備維護(hù)管理，充分解決節(jié)水灌溉設(shè)備使用中的障礙問題，切實(shí)強(qiáng)化灌溉技術(shù)功能。

3.結(jié)語

農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的出現(xiàn)符合地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，是推動(dòng)地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要組成部分。因此相關(guān)人員應(yīng)掌握農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，通過技術(shù)、資金支持等方法消除潛在風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，不斷提升節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用范圍，最終加快我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)步伐。