高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的運(yùn)用探究

丁延飛

（甘肅泓宇項(xiàng)目管理咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展主要受到水資源結(jié)構(gòu)失衡因素的限制，且我國南方、北方的水資源分配不均，能夠利用、開發(fā)的水資源總量較小，農(nóng)業(yè)地區(qū)生產(chǎn)、生活用水難以得到滿足。我國當(dāng)前正在研究高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用，并對未來的發(fā)展方向進(jìn)行探尋。

1 高效節(jié)水灌溉技術(shù)概述

高效節(jié)水灌溉是指對地表漫灌及土渠輸水之外所有灌水、輸水方式的概況，以灌溉技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程為依據(jù)開展分析，在土渠的基礎(chǔ)上經(jīng)過管道輸水及防滲渠兩個階段，將輸水過程的水利用系數(shù)從0.30提升至0.95，從水的利用系數(shù)從0.30 提升至0.98，分別提高了0.65 和0.68。由于我國人口基數(shù)眾多，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食的需求極高。因此，在開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的階段，應(yīng)確保植物的正常生長，對其進(jìn)行灌溉則是其中最重要的問題[1]。結(jié)合傳統(tǒng)的灌溉方式進(jìn)行分析，在澆灌過程中，水分會因滲透、蒸發(fā)而導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，這使得我國本就緊缺的水資源更為緊張。所以，應(yīng)通過高效節(jié)水灌溉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大農(nóng)田面積灌溉使用最少水資源的目標(biāo)，并以科學(xué)的灌溉方式進(jìn)行灌溉，確保水資源的灌溉效率，促進(jìn)農(nóng)作物的生長，提升農(nóng)作物的產(chǎn)量，這都有利于我國的農(nóng)業(yè)工作及環(huán)保工作開展。

2 影響高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用的因素

2.1 設(shè)計(jì)方案因素

在當(dāng)前我國農(nóng)田水利工程基礎(chǔ)建設(shè)的階段，合理的設(shè)計(jì)工程方案，才能確保高效節(jié)水灌溉技術(shù)能夠呈現(xiàn)自身的技術(shù)優(yōu)勢。為確保水利工程的順利進(jìn)行，應(yīng)與當(dāng)?shù)毓喔惹闆r及自然環(huán)境相結(jié)合，制定出合理、科學(xué)的水利灌溉設(shè)計(jì)方案[2]。但是，在工程實(shí)際開展過程中，對當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境及地質(zhì)結(jié)構(gòu)缺乏足夠的了解，很難結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌從多角度、立體化的層面搜集并分析數(shù)據(jù)，導(dǎo)致農(nóng)田水利設(shè)計(jì)方案存在不合理之處，從而使得高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用效率與范圍受到影響，也導(dǎo)致相關(guān)的技術(shù)很難真正發(fā)揮出實(shí)際作用。

2.2 地理位置因素

在農(nóng)田水利工程技術(shù)的應(yīng)用過程中，利用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，能確保對水資源的最大限度使用，也能減少農(nóng)田灌溉等水利工程建設(shè)，避免水資源的浪費(fèi)。但是，在實(shí)際操作過程中，地理因素及灌溉區(qū)域會對灌溉問題產(chǎn)生影響。我國地域十分遼闊，需要先從多元角度分析自然區(qū)域環(huán)境及農(nóng)田灌溉區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，再開展高效節(jié)水灌溉，進(jìn)而確定需要運(yùn)用哪種高效節(jié)水灌溉技術(shù)。

2.3 基礎(chǔ)環(huán)境因素

農(nóng)業(yè)水利工程灌溉技術(shù)的應(yīng)用需要與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田基礎(chǔ)環(huán)境及應(yīng)用條件相結(jié)合。在自然雨水較少或相對干旱的種植區(qū)域，自身的水資源不足?？梢耘c其他技術(shù)相融合，確保農(nóng)田水利工程的灌溉質(zhì)量與效率。若使用跨地區(qū)飲水技術(shù)，應(yīng)先做好工程防滲工作，避免出現(xiàn)大面積水資源浪費(fèi)的情況。再者，還需要考慮環(huán)境因素，若灌溉區(qū)域溫度升高，會出現(xiàn)大量水資源蒸發(fā)的情況，甚至無法全面的進(jìn)行農(nóng)田灌溉。

3 高效節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)田水利工程中策略

3.1 高效噴灌技術(shù)

高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，主要目的在于充分有效地進(jìn)行農(nóng)田灌溉。此種技術(shù)的應(yīng)用，需要管道、加壓設(shè)備及動力設(shè)備等專業(yè)化的硬件設(shè)備進(jìn)行支持。在實(shí)際操作中，連接水資源運(yùn)輸管道時，可以結(jié)合農(nóng)田基礎(chǔ)地形高度數(shù)據(jù)差距，對壓力進(jìn)行持續(xù)增加，進(jìn)而開展體系化的數(shù)據(jù)傳輸工作，再利用噴嘴設(shè)備開展全面噴灑，確保農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)種植能夠獲得充足的水資源支持[3]。當(dāng)前，我國大多數(shù)的農(nóng)田水利建設(shè)，都會運(yùn)用到高效噴灌技術(shù)。其中又分為半固定模式噴灌、固定模式噴灌及移動模式噴灌。根據(jù)類型的差異，應(yīng)選擇不同的灌溉模式。移動式噴灌設(shè)備的特點(diǎn)是所有部件均可以移動，更加適用于在環(huán)境較為惡劣的地區(qū)灌溉，其優(yōu)勢在于機(jī)動性更好。農(nóng)田范圍較大的地區(qū)適合使用只有噴頭可以移動、其余部分不能移動的固定式噴灌設(shè)備。而半固定式設(shè)備，較固定式設(shè)備，其機(jī)動性相對較好，它的噴頭支管具有可移動性，噴頭也可以移動。

噴灌節(jié)水灌溉技術(shù)好處還在于其節(jié)水效果，噴灌能節(jié)水80%，相較于地面灌溉，噴灌模式灌溉能節(jié)省50%水資源，且能使作物大幅增產(chǎn)，通常增產(chǎn)率可達(dá)35%。這是由于取消了畦埂、田間灌、毛渠、農(nóng)渠的灌溉，使得播種面積的灌溉率增加了18%，而且灌溉效果均勻，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及田間小氣候得到改善，有利于保全苗及搶季，防止土壤板結(jié)。

3.2 渠道防滲技術(shù)

傳統(tǒng)的渠道灌溉技術(shù)，其水分流失達(dá)到50%。而渠道防滲技術(shù)在實(shí)際的操作過程中，可以最大限度的降低系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)渠道的水資源滲透性能，避免水資源的浪費(fèi)。使用運(yùn)輸渠道防滲技術(shù)可避免水資源的浪費(fèi)。當(dāng)前，在高效節(jié)水灌溉的大背景下，主要使用整體斷面為U 型斷面作為水資源的運(yùn)輸渠道，其核心材料為瀝青混凝土、混凝土及水泥土，被稱為瀝青護(hù)面防滲技術(shù)，還有塑料薄膜防滲、混凝土襯砌及磚襯砌等類型。比如，砌石防滲運(yùn)用的是片石、塊石及卵石，塑料薄膜防滲，在其內(nèi)部襯好薄膜后，再用石料、混凝土、土料做好防滲。同時，這種灌溉渠道防滲技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用及操作，還具有有效控制地下水資源、傳播速度較快、維修成本低的優(yōu)勢，避免次生鹽堿化的弊端。

在渠道防滲施工的過程中，需要滿足以下要求：其一，應(yīng)通過水力計(jì)算的方式確定防滲渠道斷面尺寸，流量＜1 m3/s 時可以采用U 形斷面，流量＞1 m3/s時應(yīng)采用弧形底梯形斷面或弧形坡腳。其二，對于標(biāo)準(zhǔn)凍深＞10 cm 的地區(qū)，當(dāng)襯砌渠道的地基凍脹量比允許位移大時，可以使用防凍脹的技術(shù)。其三，小型灌區(qū)面積應(yīng)≥70%、中型灌區(qū)面積應(yīng)≥50%、大型灌區(qū)面積應(yīng)≥40%，且井灌區(qū)固定渠道需做好全部防滲、井渠結(jié)合灌區(qū)應(yīng)降低18%。其四，應(yīng)將伸縮縫設(shè)置在剛性材料渠道防滲結(jié)構(gòu)中，伸縮縫的間距，應(yīng)依據(jù)護(hù)面厚度及渠道斷面規(guī)定選擇。其五，地下水位比埋鋪式模料和防滲渠道渠底高的情況下，為確保排水口的暢通，應(yīng)將排水設(shè)施設(shè)計(jì)于渠底。

3.3 痕灌技術(shù)

痕灌技術(shù)的推出，使農(nóng)作物“被動補(bǔ)水”的方式被打破，農(nóng)作物可以按需自主吸水。痕灌技術(shù)是化學(xué)層面的痕量元素與微量元素相結(jié)合而產(chǎn)生的概念，它的特點(diǎn)在于可以通過超微流量的方式長久對作物供水，在單位時間內(nèi)，痕灌的出水量能夠達(dá)到滴灌的1/100～1/1 000。痕灌控水頭是痕灌技術(shù)的核心節(jié)水部件，其毛細(xì)管的導(dǎo)水性能及過濾性能良好，控水頭在作物根系附近，而充滿水的管道則與毛細(xì)管束相連，能夠感知土壤的水勢變化。作物根系周圍水勢的降低，與作物吸水相關(guān)，這也是發(fā)出的需水信號，根系周圍不斷有控水頭內(nèi)的水流入，直到作物的吸水停止[4]。毛細(xì)管束可以被控水頭內(nèi)的痕膜保護(hù)，可避免毛細(xì)管束的堵塞現(xiàn)象，能夠使系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作。痕灌技術(shù)節(jié)水效果更明顯，節(jié)水技術(shù)能耗更少，特別可以在常規(guī)節(jié)水灌溉方面使用廣泛，經(jīng)過多年的田間試驗(yàn)研究表明，痕灌技術(shù)比滴灌技術(shù)更加節(jié)水，節(jié)水量達(dá)到50%，尤其適合在無法推廣滴灌的地區(qū)使用。

痕灌技術(shù)僅需使用貯水箱灌溉，保持水箱水位在0.5 m，無需使用動力設(shè)備，且對水質(zhì)基本無要求，只需保持水中無油，無需安放首部過濾設(shè)備。同時，相比普通滴灌，痕灌的控水頭具有較強(qiáng)的抗堵性，控水頭的流量與作物生長需求、土壤濕度、貯水池水位相關(guān)。譬如，灌溉一季草莓，普通灌溉每667 m2用水量為281 m3，而痕量灌溉的用水量僅為153 m3，相比普通滴灌方式，痕灌的節(jié)水量為47%。同時，也能夠節(jié)約肥料。再者，滴灌帶通常為50～100 m，毛管鋪設(shè)極限長度高達(dá)600 m。痕灌方式在農(nóng)作物生長期，可進(jìn)行24 h 灌溉。

3.4 微灌溉技術(shù)

微灌溉技術(shù)的灌溉模式較多，包括涌泉灌溉、脈沖灌溉、微噴霧灌溉、滴灌技術(shù)等。當(dāng)前我國大部分地區(qū)進(jìn)行農(nóng)田灌溉，設(shè)備壓力是灌溉技術(shù)的核心工作技術(shù)，而微灌溉技術(shù)包括重力微灌溉系統(tǒng)及常壓微灌溉系統(tǒng)，而一旦設(shè)備作為農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)及運(yùn)轉(zhuǎn)模式開展工作，其基礎(chǔ)灌溉系統(tǒng)就需要由地下與地上兩種微灌溉技術(shù)共同協(xié)調(diào)開展工作。微灌溉技術(shù)的機(jī)理在于從綜合角度使用水資源傳輸渠道、水利灌溉控制系統(tǒng)及水資源過濾結(jié)構(gòu)體，且其系統(tǒng)能夠?qū)λY源進(jìn)行控制。所以，依靠滴灌水帶區(qū)域、噴水帶區(qū)域、穩(wěn)定器區(qū)域、分水器區(qū)域、滴水頭區(qū)域的組合對農(nóng)田進(jìn)行微灌溉，在農(nóng)作物結(jié)構(gòu)體上，將可水解物質(zhì)或化學(xué)肥料進(jìn)行精準(zhǔn)控制，進(jìn)而確保農(nóng)作物能夠健康生長。微灌溉技術(shù)通過管道系統(tǒng)將水輸送至灌溉地段，通過管道灌水器以小流量輸出所需的水，均勻輸入作物根部附近的土壤。微灌溉相較于傳統(tǒng)的地面灌溉，它屬于局部灌溉，以較小的流量使根部區(qū)域的部分土壤得以濕潤[5]。作為當(dāng)前最為重要的節(jié)水灌溉工程技術(shù)之一，微灌溉的優(yōu)勢還在于其適應(yīng)性強(qiáng)，省工、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地，提升作物品質(zhì)，根據(jù)灌水器的出水形態(tài)進(jìn)行分析，小管出流灌溉、滴灌、微噴灌這3 種方式為微灌的類型。其中，小管出流灌溉是借助小管及穩(wěn)流器穩(wěn)流將水流分散，在土壤表面灌入小股水流，其流量相當(dāng)于微噴灌；而微噴灌是利用微噴帶、微噴頭，在作物根區(qū)的土壤表面進(jìn)行灌水，以噴灑的方式將壓力水進(jìn)行噴灌，微噴頭的流量為20～240 L/h；滴灌是使水在直徑約10 mm 毛管的滴頭或孔口上流過，以局部灌溉的方式對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，水資源的利用率高于95%，它是通過滴頭、滴灌帶以細(xì)小水流或滴水的形式，濕潤作物根部附近的土壤，滴頭的流量應(yīng)＜12 L/h。

此外，微灌溉在灌溉方式方面，需要合理選擇滴水器，按照直徑大小進(jìn)行區(qū)分，微灌噴頭可以選擇霧化噴頭或普通噴頭，其出水量為30～90 L/h。簡易滴灌帶、管上補(bǔ)償式、內(nèi)嵌式為3 種滴灌帶模式。其中，簡易滴灌帶的單支鋪設(shè)長度應(yīng)＜50 m，它是由6 根軟管穿孔形成，單孔流量為20～40 L/h，孔間距為0.20～0.50 m；管上補(bǔ)償式的單支鋪設(shè)長度為200 m，對于有一定落差的地形均適用，滴頭流量為2.30～3.75 L/h，滴頭間距為0.50～1.25 m；內(nèi)嵌式的滴頭流量為1.5～3 L/h，滴頭間距應(yīng)為0.30～0.50 m。同時，在管道補(bǔ)償上，工作壓力應(yīng)控制為15～35 m水頭，滴頭間距應(yīng)為0.50～1.25 m，滴頭流量應(yīng)為2.30～3.75 L/h；而在滴灌設(shè)施中，應(yīng)將內(nèi)鑲式滴灌帶的工作壓力控制在5～20 m 水頭，滴頭間距應(yīng)為0.30～1.50 m，滴頭流量為1.38～2.70L/h。在管道壓力＞40 m 的情況下，可以使用壓力閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，見表1。

3.5 步行灌溉及雨水收集技術(shù)

農(nóng)田水利工程在建設(shè)過程中，可以充分利用雨水資源對農(nóng)業(yè)灌溉方面使用的水資源進(jìn)行彌補(bǔ)。在我國農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展技術(shù)水平不斷提升的當(dāng)前階段，雨水收集技術(shù)也獲得了突破。通過科學(xué)手段對雨水進(jìn)行儲存，再通過管道在農(nóng)田結(jié)構(gòu)中傳輸水資源，進(jìn)而確保農(nóng)作物可以正常生長，杜絕侵蝕問題的出現(xiàn)。此外，干旱地區(qū)特別適合使用雨水收集技術(shù)。這種技術(shù)不僅能解決農(nóng)作物生長的缺水問題，也能通過深度過濾，供應(yīng)正常的生活飲用水。在使用高效節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行農(nóng)田灌溉的過程中，應(yīng)注意步行灌溉的技術(shù)優(yōu)勢，這是高效節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械化技術(shù)進(jìn)行融合的模式。其作用在于通過移動的方式進(jìn)行灌溉，也可以引入其他硬件及不同的灌溉技術(shù)，以提高步行灌溉的質(zhì)量及效率。再者，全新高效節(jié)水灌溉技術(shù)的開展，是節(jié)水技術(shù)與硬件機(jī)械操作模式相結(jié)合的方式，在操作環(huán)節(jié)，搭配設(shè)施及操作技術(shù)都相對簡單，且其自身的可移動優(yōu)勢，使得不同地形、不同外部環(huán)境的農(nóng)作物都可以通過步行灌溉的方式操作。同時，雨水收集技術(shù)是指在農(nóng)田水利工程在建設(shè)過程中，充分利用雨水資源對農(nóng)業(yè)灌溉方面使用的水資源進(jìn)行彌補(bǔ)。在我國農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展技術(shù)水平不斷提升的當(dāng)前階段，雨水收集技術(shù)也獲得了不斷突破，通過科學(xué)手段進(jìn)行雨水儲存，可以通過管道在農(nóng)田結(jié)構(gòu)中傳輸水資源。此外，干旱地區(qū)特別適合使用雨水收集技術(shù)，而且，這種技術(shù)不僅能解決農(nóng)作物生長的缺水問題，也能通過深度過濾，供應(yīng)正常的生活飲用水，以提高水資源利用率。

4 結(jié) 語

綜上所述，高效節(jié)水灌溉技術(shù)能提高水資源利用率，擴(kuò)大灌溉面積，且可以使農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量得到提升。尤其是我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，應(yīng)采取高效節(jié)水灌溉措施提高農(nóng)田灌溉效率及質(zhì)量。當(dāng)前我國水利部門對高效節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行深入研究，在節(jié)水灌溉技術(shù)上有所突破，需要通過多元化的方式，完善農(nóng)田水利工程的發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，確保在節(jié)約水資源的情況下，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。