農(nóng)田水利灌溉現(xiàn)狀及其優(yōu)化策略研究

摘 要：從農(nóng)業(yè)發(fā)展的角度看，合理使用水利灌溉技術(shù)可以優(yōu)化灌溉模式，提高水資源的利用效率。通過統(tǒng)一規(guī)劃和科學(xué)布局農(nóng)田水利工程，可以提高經(jīng)濟(jì)效益。然而，隨著水資源匱乏及環(huán)境污染問題愈加嚴(yán)重，水資源利用的科學(xué)性和合理性不足，因此需要結(jié)合農(nóng)田水利灌溉的實(shí)際情況制定優(yōu)化對策，加強(qiáng)農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，維護(hù)我國社會與經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定。基于此，論述了農(nóng)田水利灌溉的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了農(nóng)田節(jié)水灌溉存在的問題并提出了優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利灌溉；工程建設(shè)；節(jié)水技術(shù)；農(nóng)業(yè)發(fā)展

中圖分類號：S274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

灌溉工程是為了農(nóng)田灌溉興建的水利工程，主要類型包括蓄水工程、引水工程和提水工程。例如，坎兒井作為我國歷史悠久且具有地域特色的水利灌溉系統(tǒng)，主要集中在新疆吐魯番地區(qū)，直到今天，坎兒井依然在農(nóng)業(yè)灌溉方面發(fā)揮著重要作用?？梢姡侠?、科學(xué)的農(nóng)田水利灌溉工程是促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)水資源節(jié)約的基礎(chǔ)。結(jié)合農(nóng)田節(jié)水灌溉的實(shí)際情況進(jìn)行分析，越來越多的先進(jìn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，但部分地區(qū)由于資金匱乏，無法完全落實(shí)農(nóng)田灌溉技術(shù)；還有部分地區(qū)對農(nóng)田灌溉技術(shù)缺乏足夠的重視，在管理方面存在一定的問題，同時(shí)缺少專業(yè)的人才，難以為灌溉技術(shù)的應(yīng)用提供保障。對此，在節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用中結(jié)合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體情況，重視農(nóng)田灌溉技術(shù)的普及與落實(shí)，致力于通過使用農(nóng)田水利灌溉手段，達(dá)到節(jié)約水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，為我國農(nóng)業(yè)的綠色、持續(xù)、健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 農(nóng)田水利灌溉的發(fā)展現(xiàn)狀

水資源是農(nóng)業(yè)的命脈。截至2023年，全國耕地灌溉面積達(dá)7 033萬hm2，在占全國55%的耕地灌溉面積上生產(chǎn)了全國77%的糧食和90%以上的經(jīng)濟(jì)作物。但農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的60%以上。我國水資源短缺問題愈加嚴(yán)重，既要保證農(nóng)業(yè)灌溉和糧食豐收，又要不斷提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，確保農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)田用水節(jié)流，要從工程、管理、技術(shù)等方面入手。到2023年底，全國高效節(jié)水灌溉面積達(dá)2 733萬hm2，

全國農(nóng)業(yè)用水量已從2014年的3 869億m3降至3 600億m3，農(nóng)田灌溉畝均用水由原來的402 m3減少到不足350 m3，而農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)從0.530提高到0.576。在保證全國糧食產(chǎn)量“二十連增”的前提下，灌區(qū)耗水量也保持了“零增長”。

建設(shè)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程是節(jié)水灌溉的重點(diǎn)內(nèi)容。近幾年來，我國持續(xù)加強(qiáng)灌區(qū)續(xù)建配套現(xiàn)代化建設(shè)和改造。在大規(guī)模節(jié)水灌溉方面，如“東北節(jié)水增產(chǎn)”“華北節(jié)水壓采”“南方節(jié)水減排”等，均推動(dòng)大中型灌區(qū)節(jié)水改造，完善灌溉排水工程系統(tǒng)，有效地提升輸水配水的效能。例如，河套灌區(qū)是我國的三個(gè)特大型灌區(qū)之一，以渠道漫灌方式為主。從2023年起，河套灌區(qū)對461 km長的主渠進(jìn)行襯砌，將其襯砌率大幅度提升至50%，灌溉改良區(qū)域達(dá)26萬hm2，灌溉效率大幅度提高，水資源浪費(fèi)情況減少。我國耕地節(jié)水利用率從2022年的0.478上升至2023年的0.527，節(jié)水系數(shù)得到了明顯提高。

從2019年起，我國大力推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，以節(jié)水灌溉為核心，推進(jìn)取水、輸水和灌溉全過程的深度節(jié)水。為規(guī)模較大的農(nóng)田配備相應(yīng)的噴灌設(shè)備；在一般分散的農(nóng)田中鋪設(shè)灌溉管。以往進(jìn)行大水漫灌時(shí)，農(nóng)田畝均用水量為80 m3；改用“小白龍”水帶以后，雖然用水量減少，但該方式對人力的要求較高，灌溉30 hm2的土地需要10多個(gè)人耗費(fèi)10多天的時(shí)間，成本較高。后續(xù)應(yīng)用噴灌設(shè)備時(shí)，在農(nóng)田內(nèi)每隔13 m設(shè)置一個(gè)噴頭，灌溉33.33hm2的土地僅需一個(gè)人耗費(fèi)幾天時(shí)間，并且噴灌設(shè)施應(yīng)用后畝均用水量為20～30 m3，

相比之前的80m3下降幅度較大。

噴灌與滴灌都是我國農(nóng)業(yè)當(dāng)前常用的節(jié)水灌溉設(shè)備。相較于漫灌、畦灌，噴灌能節(jié)省20%～30%的水，滴灌的節(jié)水量更大，可節(jié)省30%～50%的水[1]。我國工程院專家表示：水資源緊張的情況下，我國的耕地灌溉面積大約增加了2 180萬 hm2，農(nóng)業(yè)節(jié)水和高效用水形成了1 100億m3以上的年農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水能力，其中農(nóng)藝節(jié)水占比為45.76%，工程節(jié)水占比為54.24%。灌溉面積的擴(kuò)大且糧食產(chǎn)量不斷提高的情況下，農(nóng)業(yè)用水總量下降300億m3，膜下滴灌以及淺埋滴灌水肥一體技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域性的大幅度節(jié)水、節(jié)肥以及增量效果。

膜下滴灌以及淺埋滴灌水肥一體技術(shù)需要科學(xué)技術(shù)的持續(xù)研發(fā)作為支撐。我國近10年的農(nóng)業(yè)節(jié)水科技不斷發(fā)展，在2022年建設(shè)了農(nóng)業(yè)水資源高效利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及旱區(qū)作物高效用水和抗災(zāi)減損國家工程實(shí)驗(yàn)室，尤其是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，構(gòu)建了智慧灌溉、智慧節(jié)水、數(shù)字孿生建設(shè)等新模式。以數(shù)字孿生灌區(qū)為例，2022年底水利部啟動(dòng)了49處大中型灌區(qū)，開展數(shù)字孿生灌區(qū)先行先試工作，加強(qiáng)灌區(qū)數(shù)字化、監(jiān)控自動(dòng)化、調(diào)度智能化建設(shè)。以數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)為基礎(chǔ)，結(jié)合衛(wèi)星遙感等技術(shù)，構(gòu)建流域需水、輸配水等專題模型，實(shí)現(xiàn)了閘站群的優(yōu)化調(diào)控，有效提高了水資源節(jié)約集約利用效果。

2 農(nóng)田節(jié)水灌溉存在的問題

2.1 用水不合理

灌溉用水的不合理是當(dāng)前農(nóng)田節(jié)水灌溉面臨的問題之一。部分地區(qū)無法根據(jù)作物的實(shí)際需求合理分配水資源以及選擇正確的灌溉模式，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。這不僅嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，也無法保障水資源的充分利用。

2.2 灌溉設(shè)施老化

部分地區(qū)的灌溉設(shè)施投入使用時(shí)間較久，甚至已經(jīng)運(yùn)行了幾十年，存在老化、破損的問題，這不僅嚴(yán)重影響了灌溉效果，還增加了設(shè)備維護(hù)成本。同時(shí)，設(shè)備老化必然會影響灌溉效率，還會浪費(fèi)水資源，從而影響農(nóng)田節(jié)水灌溉應(yīng)用成效，因此加強(qiáng)設(shè)備管理的重要性不言而喻[2]。

2.3 缺乏完善的節(jié)水灌溉管理措施

有效、持續(xù)且合理的監(jiān)管能保障節(jié)水灌溉的穩(wěn)定性，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、提高節(jié)水灌溉工程質(zhì)量具有重要意義。然而，雖然我國高度重視節(jié)水灌溉技術(shù)的使用及管理，監(jiān)督力度也隨之加大，但部分農(nóng)田的水利灌溉工程建設(shè)完成后，相關(guān)人員未能制定科學(xué)的管理對策和管理制度，導(dǎo)致監(jiān)管力度持續(xù)減小，尤其是在工程投入運(yùn)行一段時(shí)間后，對管理的重視度明顯降低，最終導(dǎo)致節(jié)水灌溉技術(shù)的機(jī)制和優(yōu)勢無法充分地發(fā)揮。此外，節(jié)水設(shè)備的不合理使用也給節(jié)水灌溉工程的建設(shè)與發(fā)展帶來不小的阻礙[3]。

2.4 對田間工程缺乏重視

田間工程主要包括農(nóng)渠與農(nóng)溝的臨時(shí)渠道、田間道路、田埂、旱地的灌水溝等，加強(qiáng)田間工程管理可以保證灌溉效率和合理性。但從實(shí)際情況看，部分工程建設(shè)人員在建設(shè)過程中容易忽視田間工程，從而影響灌溉工作的開展。

2.5 節(jié)水灌溉的資金投入不足

在農(nóng)田節(jié)水灌溉工程建設(shè)階段，建設(shè)資金主要應(yīng)用于重要澆灌區(qū)的建設(shè)與維護(hù)，其他區(qū)域未能獲得充足的資金支持，難以保障整體建設(shè)水平。雖然，我國農(nóng)田水利工程的相關(guān)管理部門致力于在灌溉中應(yīng)用節(jié)水設(shè)備，以此來保證作物的產(chǎn)量，節(jié)省作物的灌溉水量。但是，國家投入的資金無法滿足設(shè)備購買需求，并且農(nóng)民也缺乏足夠的資金購買節(jié)水設(shè)備，這導(dǎo)致資金問題成為阻礙農(nóng)田節(jié)水灌溉發(fā)展的主要因素。

2.6 節(jié)水灌溉的技術(shù)人員缺乏

為加強(qiáng)農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)，需要專業(yè)的技術(shù)人員以及管理人員的支持，但受資金、建設(shè)環(huán)境等因素的影響，多數(shù)農(nóng)田節(jié)水灌溉工程建設(shè)存在人才不足的問題，嚴(yán)重影響節(jié)水灌溉技術(shù)的落實(shí)，使農(nóng)田節(jié)水灌溉領(lǐng)域的發(fā)展面臨極大的挑戰(zhàn)。

3 農(nóng)田節(jié)水灌溉的優(yōu)化策略

3.1 促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

農(nóng)田灌溉中常用的節(jié)水灌溉技術(shù)包括低壓管道輸水技術(shù)、噴灌技術(shù)和滴灌技術(shù)、防滲渠道及膜上灌溉技術(shù)。為獲得節(jié)約水資源的效果，需要合理選擇各種技術(shù)并制定完善的管理措施。因此，針對上述常用的節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行分析，并提出一些優(yōu)化策略。

3.1.1 低壓管道輸水灌溉技術(shù)

低壓管道輸水灌溉技術(shù)是采用管道輸水的方法，將灌溉用水送到地里，這解決了輸水過程中的水分蒸發(fā)和損失問題。同時(shí)，管道運(yùn)輸和灌溉方式操作簡單、應(yīng)用廣泛，提高了灌溉用水效率。該技術(shù)的優(yōu)化重點(diǎn)在于加強(qiáng)管道建設(shè)，管道布設(shè)以及材料選擇都要滿足長期發(fā)展的需求。一方面，要選擇內(nèi)徑符合灌溉需求、管壁厚度合理的管道，根據(jù)環(huán)境區(qū)域的不同，可進(jìn)行一定的防腐處理，確保管材性能，可承受足夠的輸水壓力。另一方面，輸水管道布設(shè)合理可提高灌溉效率，在設(shè)計(jì)管道路徑時(shí)要注意縮短輸水距離，減少彎頭[4]。

3.1.2 噴灌技術(shù)和滴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)和滴灌技術(shù)均在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中取得了較好的節(jié)水效果，能滿足作物的用水需要，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)。噴灌技術(shù)和滴灌技術(shù)均需要構(gòu)建完善的系統(tǒng)，管道式的噴灌技術(shù)和滴灌技術(shù)需要設(shè)置附屬管道，管道主要用于運(yùn)輸灌溉水，附屬管道則設(shè)置出水口，使用噴灌技術(shù)則安裝噴頭，使用滴灌技術(shù)則安裝滴頭。噴灌技術(shù)可在節(jié)水的同時(shí)保證水分均勻噴灑，滴灌技術(shù)則直接將水滴到作物的根部，提高了水的利用率，減少了水在運(yùn)輸、灌溉過程中的損耗，從而達(dá)到節(jié)水灌溉的效果。

首先，噴灌技術(shù)優(yōu)化需要應(yīng)用先進(jìn)的噴灌機(jī)組，如中心支軸式噴灌技術(shù)可提高噴灌精準(zhǔn)度，其后期運(yùn)行維護(hù)成本也更低，并且該機(jī)組實(shí)現(xiàn)了水肥一體化管理，保證了灌溉質(zhì)量。其次，滴灌技術(shù)優(yōu)化要合理配置設(shè)備，根據(jù)區(qū)域的不同情況安裝調(diào)節(jié)局部壓力的設(shè)備，以便相關(guān)人員通過傳感器了解各區(qū)域的灌溉壓力，從而保證灌溉均勻。最后，滴灌技術(shù)優(yōu)化還需要注重提升管道防堵和自清潔的能力，從而增強(qiáng)滴灌的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 加大對農(nóng)田水利灌溉的資金投入

在農(nóng)田節(jié)水灌溉階段，為獲得理想的節(jié)水效果，需要投入更多的資金購買設(shè)備，實(shí)現(xiàn)技術(shù)落實(shí)。一方面，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合我國農(nóng)田水利灌溉的發(fā)展現(xiàn)狀及農(nóng)田對灌溉的實(shí)際需求，合理投入資金以建設(shè)節(jié)水灌溉工程。另一方面，農(nóng)田水利灌溉工程在獲取了相應(yīng)的建設(shè)資金后，需要保證資金的合理分配，選擇合適的技術(shù)、設(shè)備等。部門追加資金時(shí)要給出合理的理由，確保資金投入為促進(jìn)農(nóng)田節(jié)水灌溉工程的發(fā)展奠定基礎(chǔ)[5]。

3.3 優(yōu)化節(jié)水灌溉流程

為提高節(jié)水灌溉工程質(zhì)量，需要優(yōu)化灌溉流程，以便有效保護(hù)和充分利用水資源。

根據(jù)圖1可知，灌溉流程的優(yōu)化需要關(guān)注以下幾點(diǎn)。第一，重視引進(jìn)灌溉技術(shù)。農(nóng)民應(yīng)了解農(nóng)田的具體情況，咨詢當(dāng)?shù)毓芾聿块T與專家，選擇如滴灌、噴灌等技術(shù)并購置相應(yīng)的設(shè)備，在保證灌溉質(zhì)量的同時(shí)減少灌溉水使用量。第二，制定符合農(nóng)田特點(diǎn)的灌溉制度，明確灌溉工作原則。管理人員和農(nóng)民均要具備節(jié)水意識，分析作物生長的實(shí)際需要，選擇合適的灌溉時(shí)機(jī)、灌溉模式等。第三，實(shí)行精細(xì)化的用水管理，嚴(yán)格監(jiān)督節(jié)水工作的開展。基層部門應(yīng)統(tǒng)計(jì)灌溉用水量、灌溉次數(shù)等，構(gòu)建檔案數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)對用水情況的監(jiān)督與管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理用水的情況并進(jìn)行糾正。第四，重視新型節(jié)水灌溉技術(shù)的研發(fā)，做好節(jié)水灌溉技術(shù)的宣傳工作。相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)農(nóng)田水利灌溉現(xiàn)狀進(jìn)行技術(shù)研究，以便更新灌溉設(shè)備。同時(shí)，注重農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合，在引進(jìn)和推廣節(jié)水技術(shù)時(shí)要重視多方協(xié)作的重要性，將節(jié)水灌溉的理念滲透耕作過程。第五，通過加強(qiáng)多方合作，促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用。政府部門要加強(qiáng)農(nóng)田道路及灌溉管道工程的建設(shè)，邀請專家講解合理使用灌溉設(shè)備的方法，幫助農(nóng)民掌握灌溉設(shè)備的使用和維護(hù)方法[6]。

3.4 重視人才引進(jìn)和培訓(xùn)

農(nóng)田灌溉工程需要引進(jìn)高質(zhì)量的人才，同時(shí)對農(nóng)民和技術(shù)人員加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高其對節(jié)水灌溉先進(jìn)技術(shù)的認(rèn)識。通過加強(qiáng)培訓(xùn)，農(nóng)民可以了解不同節(jié)水灌溉技術(shù)的優(yōu)勢、劣勢以及應(yīng)用方法，從而結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的節(jié)水灌溉技術(shù)。加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)可以幫助其了解我國農(nóng)田水利灌溉的現(xiàn)狀，在掌握先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，這不僅能加強(qiáng)對節(jié)水灌溉工程的管理，還能為更好地進(jìn)行技術(shù)研發(fā)提供支持。

3.5 制定完善的農(nóng)田水利灌溉管理制度

在分析現(xiàn)有的農(nóng)田水利灌溉技術(shù)的過程中，發(fā)現(xiàn)要采取有效的手段加強(qiáng)管理，以便提高灌溉質(zhì)量。還要制定完善的管理制度，通過改善基層水利資金投入機(jī)制、拓寬融資籌資渠道、激勵(lì)民營資本投入等方式加強(qiáng)管理，明確灌溉工程管理和維護(hù)的主體，確保農(nóng)田水利灌溉工程的效益得到提升，從而提高水利灌溉系統(tǒng)的工作效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定、健康發(fā)展。

4 結(jié)束語

改善農(nóng)田的灌溉條件是提高作物產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入的關(guān)鍵措施，我國農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程在多個(gè)省份得到廣泛應(yīng)用，先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)充分發(fā)揮著節(jié)約和保護(hù)水資源的作用。然而，農(nóng)田水利的節(jié)水灌溉工程在應(yīng)用中也存在一些問題，通過促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用、加大對農(nóng)田水利灌溉的資金投入、優(yōu)化節(jié)水灌溉流程、重視人才引進(jìn)和培訓(xùn)等，可實(shí)現(xiàn)水資源的合理應(yīng)用，改善農(nóng)村地區(qū)的灌溉條件，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-10-19

作者簡介：張志剛（1984—），男，甘肅高臺人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水利工程。