高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程方案研究

褚忠亮

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400）

目前，我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量的水資源來灌溉農(nóng)田，導(dǎo)致水資源短缺問題加劇。為進(jìn)一步提高用水效率，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，需要采取有效的農(nóng)田用水方式，加強(qiáng)農(nóng)田節(jié)水設(shè)施建設(shè)，不斷探索提高用水效率的新途徑，最大限度地提高灌溉用水效益。同時，發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉對未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展具有重要意義，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以更有效地節(jié)水，提高用水效率，使農(nóng)業(yè)真正走上可持續(xù)發(fā)展之路。

1 高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程的建設(shè)意義

水資源短缺嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)有水資源已不能滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉是我國水資源相對稀缺地區(qū)的有效手段，優(yōu)化利用有限水資源，提高用水效率，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)?？梢愿鶕?jù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要進(jìn)行灌溉，使每一滴水都在合理的范圍內(nèi)得到利用，從而以最少的水資源獲得最大的效益[1]。

農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水工程不僅節(jié)約水資源，還節(jié)約化肥等資源，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)作物品質(zhì)，減輕我國缺水負(fù)擔(dān)，有利于提高作物收入和單位面積產(chǎn)量。在某些情況下，由于水利項(xiàng)目在高灌溉率地區(qū)灌溉農(nóng)田，從而解決水資源短缺問題，這引起人們的關(guān)注。農(nóng)業(yè)作為我國重要產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用，特別是在正在進(jìn)行的新農(nóng)村建設(shè)中，要加快推進(jìn)高效用水灌溉設(shè)施建設(shè)。為充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)建設(shè)和灌溉優(yōu)勢，必須在節(jié)水灌溉技術(shù)方面下功夫，研究各種灌溉技術(shù)及相關(guān)技術(shù)措施，進(jìn)一步降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，確保水資源合理配置，保護(hù)環(huán)境，完善管理機(jī)制，有效促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[2]。

2 高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程的核心技術(shù)

2.1 噴灌節(jié)水技術(shù)

所謂噴灌技術(shù)，主要是指利用動力機(jī)械、水泵、管道等特殊灌溉方式，充分實(shí)施灌溉。農(nóng)田灌溉系統(tǒng)一般有三種模式：1）固定式：構(gòu)成農(nóng)田灌溉的設(shè)備部件，固定式灌溉系統(tǒng)占地小，操作方便，易于自動化，生產(chǎn)效率高。2）移動式：構(gòu)成農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的移動式噴霧器、泵、電機(jī)、管道等部件。移動式灌溉系統(tǒng)靈活、結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備利用率高，資金需求大。3）半固定式：組成農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的設(shè)備不變，但帶有噴嘴的管道和噴嘴可以在一定范圍內(nèi)移動，主灌溉和供水管線連接到短管消火栓上。半固定農(nóng)田灌溉具有流動系統(tǒng)和固定系統(tǒng)的特點(diǎn)。田間噴灑技術(shù)和設(shè)備可以在耕地保護(hù)、降低勞動力成本、降低土壤質(zhì)量要求、節(jié)約用水、提高作物產(chǎn)量和更均勻灌溉方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物、園林和草地等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)灌溉農(nóng)田的方法相比，可有效節(jié)水40%左右，糧食作物增產(chǎn)15%~25%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)15%~30%，蔬菜增產(chǎn)近一倍[3]。

2.2 渠道防滲技術(shù)

在我國傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉方式中，人們主要采用漫灌，主要是利用農(nóng)業(yè)渠道進(jìn)行田間灌溉。然而，滲漏的運(yùn)河很常見，它們用于洪水灌溉導(dǎo)致巨大的水損失。因此，有必要盡快加強(qiáng)對灌溉技術(shù)的研究，或者在保持原有農(nóng)業(yè)灌溉方式的同時，消除灌渠滲漏，這對于擴(kuò)大農(nóng)田灌溉用水具有重要意義。渠道過濾防滲技術(shù)一方面對改善輸水渠道有積極作用，另一方面可以提高渠道抵抗水流沖刷的能力，從而提高渠道的整體性能[4]。目前，根據(jù)我國渠道防滲技術(shù)的不同，渠道防滲材料的種類分為三類：1）土壓防滲方式；2）防止過濾的方法；3）防止瀝青水過濾的方法。

3 高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程的方案設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程所在灌區(qū)地勢平坦，總面積2 567.67 hm2，建筑面積2 102.0 hm2，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積2 097.31 hm2，工程面積2 097.31 hm2，有效節(jié)水面積2 097.31 hm2。

3.2 前期準(zhǔn)備

施工前應(yīng)充分考慮因地制宜，對灌溉水源地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，這將直接影響到今后的工作。有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對灌區(qū)水文情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，制定相關(guān)供水灌溉工程實(shí)施方案?？梢圆扇∵m當(dāng)措施降低成本，實(shí)現(xiàn)最佳效率，提高灌溉效率。研究灌區(qū)的氣候和地理?xiàng)l件，了解影響區(qū)域灌溉的不利因素，仔細(xì)研究當(dāng)?shù)亟涤炅亢偷匦?，選擇適合該地區(qū)的灌溉方法，確保該領(lǐng)域相關(guān)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。需要進(jìn)行實(shí)地研究以確保灌溉工作的成功，高質(zhì)量的研究將有助于確保項(xiàng)目的質(zhì)量。例如：若工程所在地風(fēng)力較大，不可貿(mào)然應(yīng)用噴灌技術(shù)，因噴灌技術(shù)主要通過管道噴灑水資源，但在風(fēng)力較大時，很可能對灌溉效果造成不良影響，還可能導(dǎo)致水資源大量浪費(fèi)，所以應(yīng)適當(dāng)選擇其他技術(shù)。此外，需要對當(dāng)?shù)刈魑镞M(jìn)行調(diào)查，以充分了解它們的種植方式以及灌溉用水量，這將有助于確保及時灌溉。對于一些吸水性較強(qiáng)的葉片，采用灌溉方式，可有效提高作物的吸水效率，減少水分流失，促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量[5]。

3.3 測量放樣

為保證樁測點(diǎn)的正確使用，工程監(jiān)理人員和設(shè)計(jì)人員應(yīng)現(xiàn)場交接控制點(diǎn)和測線點(diǎn)，提供書面資料并辦理驗(yàn)收手續(xù)。樁交接后，立即加強(qiáng)對輸電線控制點(diǎn)和水準(zhǔn)桿的保護(hù)，設(shè)置標(biāo)志，標(biāo)明“注意保護(hù)樁”，并及時組織重復(fù)測量。

導(dǎo)線穿入點(diǎn)和水平應(yīng)按相應(yīng)水平精度要求反復(fù)檢查。線材檢測點(diǎn)采用全站儀和自動水平儀，便于觀察和及時處理現(xiàn)場測量結(jié)果?，F(xiàn)場勘察記錄作為初步技術(shù)資料，由項(xiàng)目主管存檔，并妥善保存?？辈熘腥绻l(fā)現(xiàn)問題，及時聯(lián)系控制工程師和設(shè)計(jì)人員協(xié)商解決。控制點(diǎn)和線路等級應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場建設(shè)需要進(jìn)行加密。加密線點(diǎn)和線起點(diǎn)盡量排列成等邊三角形，選擇有利的觀察時間，避免或減少不利因素對測量精度的影響。測量角度時均方根誤差為±6°，距離均方根誤差為15 mm，邊界長度相對誤差為0.000 1 m，設(shè)置加密級別，并在附近永久性建筑物上設(shè)置清晰標(biāo)志，便于觀察。加密的初始條件必須由兩個以上的已知控制參數(shù)封閉[6]。

遍歷點(diǎn)和基準(zhǔn)將根據(jù)測量結(jié)果按比例顯示。導(dǎo)線起點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)、加密導(dǎo)線點(diǎn)和加密水平點(diǎn)應(yīng)采用不同的代碼和顏色標(biāo)識，并在圖紙中注明相關(guān)數(shù)據(jù)。遍歷源點(diǎn)、檢查點(diǎn)、加密遍歷點(diǎn)和加密檢查點(diǎn)僅在驗(yàn)證正確性后使用。布線點(diǎn)和支點(diǎn)必須定期復(fù)查，避免施工過程中因改變樁位而出錯。結(jié)構(gòu)應(yīng)按結(jié)構(gòu)圖中規(guī)定的坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。打樁采用坐標(biāo)法進(jìn)行，并采用不同的導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行修正。安裝好線路后，檢查垂直和水平方向是否正確。在進(jìn)行施工測量時，要嚴(yán)格遵循不同方法、不同人員觀察、不同類別人員計(jì)算的測量驗(yàn)證制度。

3.4 灌溉方式

隨著項(xiàng)目區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，粗放灌溉和定期節(jié)水已不能適應(yīng)水資源管理社會的發(fā)展。項(xiàng)目區(qū)降水分布不均、寒春早旱、季節(jié)性缺水、技術(shù)性缺水，這些因素已成為制約高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田灌溉節(jié)水工程開展的主要因素。節(jié)水高效灌溉是一種灌溉工程模式，旨在提高用水效率和生產(chǎn)力，以最少的水量獲得盡可能高的作物產(chǎn)量。根據(jù)采取的主要節(jié)水措施，高效節(jié)水灌溉工程可分為管道灌溉工程、灌溉工程和微灌工程。每種設(shè)計(jì)形式都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)條件。因此，因地制宜選擇灌溉方式，必須根據(jù)該地區(qū)的自然條件、經(jīng)濟(jì)條件、種植結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力發(fā)展水平和投資情況來確定[7]。

3.5 灌區(qū)設(shè)計(jì)

灌溉面積388畝，分為1區(qū)和2區(qū)，灌溉面積為圓形。1區(qū)配備DYP125圓形噴頭，噴灑半徑125 m，灌溉面積74畝。2區(qū)配備DYP243圓形噴頭，噴霧半徑258 m，灌溉面積314畝。

3.5.1系統(tǒng)布置

根據(jù)DDIP灌溉工程的力學(xué)特點(diǎn)和范圍，灌區(qū)設(shè)計(jì)為兩個灌區(qū)。1區(qū)主干長1 810 m，2區(qū)主干長2 560 m。兩個噴霧器連接在一起。

3.5.2系統(tǒng)參數(shù)

DYP噴嘴是設(shè)備的一部分，安裝在陣列的中心，機(jī)身與發(fā)動機(jī)和輪胎相連，并圍繞中心旋轉(zhuǎn)。水從中心流過機(jī)身，沙子均勻地分布在地表上。1區(qū)DYP125圓形噴頭主要技術(shù)參數(shù)為：柱跨度124 m，噴霧半徑125 m，半徑2×50 m+25 m，灌溉面積74畝，最大流量40 m3/h，降水量5.2 mm/h~52 mm/h，最長工作時間為4.2 h/周。2區(qū)DYP243圓形噴頭的主要技術(shù)參數(shù)為：塔身位于243 m處，間距為3×61 m+25 m+1×50 m+10 m+噴槍，噴灑半徑258 m，灌溉面積314畝，最大流量80 m3/h~100 m3/h，降水量5.2 mm/h~52 mm/h，最長作業(yè)時間9.5 h/周。根據(jù)上述技術(shù)參數(shù)，根據(jù)流域土壤缺水情況，按種植需水量灌溉農(nóng)作物，通過DYP循環(huán)灌溉設(shè)備釋放農(nóng)藥、化肥、除草劑[8]。

3.6 信息化建設(shè)

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)農(nóng)田，需要在田間灌溉中引入水情信息系統(tǒng)，將信息系統(tǒng)與高效、經(jīng)濟(jì)的灌溉方式有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田管理的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和優(yōu)化。水情信息系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、智能灌溉控制器、水電兩表、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、流量計(jì)和ICC（集成電路磁卡）。該系統(tǒng)具有廣泛的控制能力，可以準(zhǔn)確地控制和調(diào)節(jié)精度?，F(xiàn)場建立的水資源狀況信息系統(tǒng)，通過無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，可對用水量和灌溉情況進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)查、分析和調(diào)整。具體來說，項(xiàng)目區(qū)每臺水泵可配備兩臺水電鏡智能灌溉控制器，每名農(nóng)戶發(fā)放電腦灌溉地圖，為每名農(nóng)戶分配一臺水泵。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和灌溉過程中，系統(tǒng)的每個智能設(shè)備都會讀取每個控制器的數(shù)據(jù)，包括每個泵站的總能耗、總?cè)∷亢湍耆∷?。智能設(shè)備接收到這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)后，會將所有數(shù)據(jù)通過無線GPRS傳輸?shù)娇刂浦行摹？刂浦行臅鶕?jù)各種數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整泵站的灌溉方案和供水情況，使農(nóng)業(yè)灌溉更加科學(xué)。此外，在信息系統(tǒng)的支持下，區(qū)內(nèi)農(nóng)民也可以申請ICC。農(nóng)民在抽水灌溉時必須刷卡，系統(tǒng)會自動扣除相應(yīng)的水費(fèi)金額并記錄取水量，杜絕偷水、浪費(fèi)水的問題[9]。

除了對田間灌溉活動進(jìn)行地圖管理外，還可以通過軟件，利用智能平臺、灌溉控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)田間灌溉的標(biāo)準(zhǔn)化。例如，在農(nóng)田灌溉過程中，利用“智能信息”軟件實(shí)時采集灌溉時間、灌溉頻率、灌溉時長、區(qū)域灌溉水量等數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析處理。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要適時適當(dāng)調(diào)整灌溉方案，使其更加科學(xué)有效。信息系統(tǒng)和相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)處理軟件也可用于進(jìn)一步規(guī)范農(nóng)田灌溉管理。例如，可以使用數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)時記錄用戶的灌溉時間和灌溉時長。一方面，方便用戶查閱和應(yīng)用其數(shù)據(jù)，讓用戶對灌溉數(shù)據(jù)有更深入的了解；另一方面，可為控制中心的灌溉控制提供有效的參考數(shù)據(jù)[10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著水資源日益短缺和農(nóng)業(yè)用水需求量不斷增加，完善灌溉工程技術(shù)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉節(jié)水具有重要意義。因此，在農(nóng)田灌溉方面，要完善農(nóng)田灌溉節(jié)水工程建設(shè)，積極將高效節(jié)能灌溉技術(shù)引入農(nóng)林工程。以先進(jìn)的灌溉管理理念和技術(shù)手段為基礎(chǔ)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，有效減少灌溉各環(huán)節(jié)的水分流失，助力農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。