提高農(nóng)田水利灌溉質(zhì)量的措施

蒙陰縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 李冬梅

前言

作為典型的農(nóng)業(yè)大國，我國在發(fā)展農(nóng)業(yè)的過程當(dāng)中需要積極重視農(nóng)田水利灌溉的質(zhì)量問題。作為影響糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵要素，農(nóng)田水利灌溉將會(huì)對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)命脈產(chǎn)生直接影響。隨著不斷發(fā)展三農(nóng)事業(yè)，促使在農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中更加注重水資源的分布問題，通過全面強(qiáng)化水資源的利用，以期達(dá)到更加良好的灌溉效果，從而進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量。因此研究如何提升農(nóng)田水利灌溉質(zhì)量成為了必然。

1 農(nóng)田水利灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)田水利灌溉總體現(xiàn)狀

我國當(dāng)前的農(nóng)田水利工程大多數(shù)建成于20 世紀(jì)，為山區(qū)農(nóng)田灌溉以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等做出了突出貢獻(xiàn)。在灌溉過程中難以形成良好的用水系數(shù)，造成水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。尤其是在當(dāng)前階段的灌溉過程當(dāng)中，農(nóng)田水利灌溉尾部區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重惡化的灌溉狀況，每年春灌或是旱季等，農(nóng)田中的灌溉水量均難以達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)，造成嚴(yán)重缺水。

1.2 灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的農(nóng)田水利灌溉技術(shù)，通過建設(shè)輸水渠道，向農(nóng)田直接輸送水源，可根據(jù)不同農(nóng)作物的實(shí)際需水量對其進(jìn)行灌溉。在當(dāng)前農(nóng)田水利灌溉當(dāng)中難以積極重視到應(yīng)用節(jié)水措施的重要意義，促使農(nóng)田中的灌溉多呈現(xiàn)出水資源浪費(fèi)并且難以達(dá)到較高的灌溉效率的問題。而且并未使用到更為高效的噴灌方式使用水泵噴水在農(nóng)田中進(jìn)行灌溉，因而難以保障形成更加均衡的灌溉效果。同時(shí)滴灌技術(shù)也是當(dāng)前容易被忽視的灌溉技術(shù)之一[1]。

當(dāng)前部分農(nóng)戶在灌溉中多呈現(xiàn)出嚴(yán)重的水分流失問題，盡管部分農(nóng)戶能夠使用到滴灌技術(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中面對要求較高的設(shè)備設(shè)施時(shí)卻難以為其提供配套的基礎(chǔ)，包括輸水管道管徑選擇的不合理，沒有應(yīng)用水分過濾系統(tǒng)等。灌溉方式相對較為單一，嚴(yán)重影響了灌溉效果，同時(shí)也將會(huì)造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)問題，難以做好灌溉渠道防失水的處理。

1.3 輸水技術(shù)現(xiàn)狀

在現(xiàn)代農(nóng)田水利灌溉過程當(dāng)中，大多數(shù)農(nóng)戶選擇使用輸水渠輸送水源，但是通過這樣的輸水技術(shù)難免會(huì)存在著一定的浪費(fèi)問題，因此在輸水過程當(dāng)中需要盡可能地減少水分流失。基于實(shí)際而言，在輸水中主要是由于渠道并未做好防滲漏處理，水分在輸水渠的底部滲透流失，而農(nóng)戶往往難以察覺，或是無法應(yīng)用到更為有效的方式對其進(jìn)行維護(hù)。輸水渠表面出現(xiàn)凹凸不平的問題，對水分輸送的速度產(chǎn)生影響，從而使輸水渠出現(xiàn)明顯的滲漏問題。其次是由于在傳統(tǒng)輸水的過程當(dāng)中，輸水方式過于單一且不合理，使農(nóng)民難以根據(jù)不同地形結(jié)構(gòu)合理地應(yīng)用管道，從而造成實(shí)際灌溉方式對于農(nóng)田的適應(yīng)性較差，無法形成更為良好的灌溉質(zhì)量。

2 提升農(nóng)田水利灌溉質(zhì)量的有效技術(shù)

2.1 管灌技術(shù)

低壓管灌技術(shù)是建立在現(xiàn)代低壓管道材料的使用基礎(chǔ)上，替代水渠對農(nóng)田進(jìn)行灌溉的一種技術(shù)。利用低壓管灌技術(shù),能夠促使水資源在輸送過程中盡可能達(dá)到較好的利用率，降低滲入地底的損失。并且基于這樣的管灌技術(shù)應(yīng)用而言，所涉及到的設(shè)備相對較為簡單，并且管灌工程的成本較低，能適應(yīng)農(nóng)田水利灌溉需求，因此可以在農(nóng)田灌溉當(dāng)中廣泛應(yīng)用管灌技術(shù)，且這一技術(shù)在較為干旱的農(nóng)田中能夠達(dá)到更為良好的應(yīng)用效果。

2.1.1 低壓管灌技術(shù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)

如圖1 所示，在農(nóng)田灌溉當(dāng)中，應(yīng)用到低壓管灌技術(shù)，需要在農(nóng)田中埋設(shè)輸水管道[2]，按照主管——支管——給水栓——放水閥門的構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，每一個(gè)獨(dú)立的農(nóng)田中放置一個(gè)給水閥門，平均每四塊田中安裝一個(gè)給水栓，每兩排田壟布置一個(gè)支管，根據(jù)水量計(jì)算要求，可以在水栓以及支管的進(jìn)口位置安裝水表，對水量進(jìn)行控制。

管徑的選擇，根據(jù)灌溉面積進(jìn)行計(jì)量，一般田間通用給水栓管徑為Φ60mm，管徑中水流量的最佳性價(jià)比流速一般為1.5～3m3/s，為達(dá)到0.95 左右的輸水利用系數(shù)，主要按照雙搶季節(jié)的10d 考慮灌溉周期，支管的灌溉周期考慮為1d。基于這樣的參數(shù)，可以使用公式對主管以及支管的管徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在該公式中，Q 表示為低壓管灌的設(shè)計(jì)流量；A 表示為實(shí)際農(nóng)田灌溉的面積；W 表示為額定灌水量；T 表示為灌溉周期；η 表示為灌溉系數(shù)，以此計(jì)算出管道的設(shè)計(jì)流量m3之后，可以根據(jù)總灌溉量以及管道的布置數(shù)量獲得最終理論管徑參數(shù)。與此同時(shí)，在農(nóng)田水利灌溉當(dāng)中應(yīng)用到低壓管灌技術(shù)，考慮到成本問題，一般使用到硬質(zhì)U·PVC 管材作為給水材料，該管材價(jià)格較低，且體積較輕，安裝方便。在埋設(shè)管道時(shí)，考慮到耕種機(jī)的實(shí)際耕作需求，一般情況下可以在農(nóng)田地下0.5m的位置埋設(shè)管道，給水栓實(shí)際間距控制為40m，主管之間的間距大約為8m，支管間距一般按照每壟的實(shí)際間隔進(jìn)行控制，以保障最終能夠形成更加良好的灌溉效果，盡可能地提升灌溉質(zhì)量。

2.1.2 低壓管灌質(zhì)量效果

建立低壓管灌技術(shù)，對其實(shí)際使用效果進(jìn)行分析，能夠有效達(dá)到節(jié)水、節(jié)地、節(jié)點(diǎn)、降低生產(chǎn)成本以及提升產(chǎn)量的作用，從而進(jìn)一步凸顯出低壓管灌技術(shù)提升灌溉質(zhì)量的有效作用。在低壓管灌技術(shù)實(shí)施之后，據(jù)檢測灌溉水能夠達(dá)到90%以上的利用系數(shù)，通過檢測試驗(yàn)區(qū)，發(fā)現(xiàn)平均每公頃能夠節(jié)約2500m3的水量。且由于低壓管道在耕地下方埋設(shè)，并使用混凝土對田埂硬化處理，從而降低了溝渠以及田埂的占地面積，使原有100 畝的耕地面積能夠擴(kuò)大到103.6 畝，增加了4000kg的糧食產(chǎn)量。且平均每公頃農(nóng)田在降低用水量的同時(shí)，節(jié)約了37kWh 的電能，減少電費(fèi)225 元。

處于同等條件下，使用低壓管灌技術(shù)，節(jié)約了600元的農(nóng)藥花費(fèi)成本以及1529 元的勞動(dòng)力日工資，平均每公頃農(nóng)田成本費(fèi)用降低2475 元。且在應(yīng)用低壓管灌技術(shù)的過程當(dāng)中，能夠滿足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整供水的效果，因此在實(shí)際當(dāng)中將會(huì)為農(nóng)田更好地供水，試驗(yàn)區(qū)從正常的平均每公頃12560kg 的產(chǎn)量增加到15482kg 的產(chǎn)量，最高產(chǎn)量能夠達(dá)到17235kg[3]。年運(yùn)行費(fèi)用相對較低并且能夠提升23%的年產(chǎn)量。

2.2 滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)的應(yīng)用，主要是通過在灌溉輸水管道上安裝低壓支管、埋管滴頭等方式，促使其向土壤緩慢低落水源，通過這一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的作用。這一技術(shù)現(xiàn)階段普遍應(yīng)用于大棚蔬菜、果園以及溫室花卉種植等，并且使用這一技術(shù)進(jìn)行灌溉的過程當(dāng)中，也可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合肥料進(jìn)行水肥一體化的灌溉，從而全面提升灌溉有效性，達(dá)到較好的灌溉效果。

2.2.1 滴灌技術(shù)設(shè)計(jì)

在農(nóng)田中應(yīng)用滴灌技術(shù)，構(gòu)成滴灌系統(tǒng)的相關(guān)構(gòu)件包括滴頭、水泵、過濾器、壓力調(diào)節(jié)器、肥料混合水箱、注射器、干管、直觀、毛管以及水源。

在滴灌系統(tǒng)當(dāng)中，滴頭需要保障統(tǒng)一的恒定流水壓力，即維持在0.9～9.1L/h，可以采用通過式以及端頭式兩種不通過的類型?；谶@一滴灌技術(shù)，通過較長以及纖細(xì)的管道完成水流的疏松，消耗能能量，盡管最終在地頭上可能會(huì)形成0.35～2.12kg/cm 的壓力，但最終水流量卻能夠控制最低。在農(nóng)田作物的根系地上10cm的位置布置滴頭，使用硬質(zhì)塑料制作滴頭，在每一植物周圍對應(yīng)設(shè)置1～3 個(gè)滴頭，并根據(jù)不同作物的實(shí)際需水量進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

使用含有煤灰的低密度聚乙烯毛管，避免在輸水過程中管內(nèi)生長水草，一般選擇10～20mm 的管徑，而干管以及支管選擇硬聚氯乙烯材質(zhì)，直徑約為30～50mm。一般每畝農(nóng)田中的滴灌水管長度為100m，且若種植作物為寬行作物，則每畝用水管長度約為200～700m 之間，界定為0.3～0.9m 的間距。

過濾器是每cm3中設(shè)置一張含有30 個(gè)孔洞的網(wǎng)，確保其能夠過濾0.4mm 以上直徑的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)堵塞管道影響滴灌效果。使用50～100L 容積的肥料混合箱。一般滴灌系統(tǒng)在農(nóng)田灌溉過程當(dāng)中的壓力控制在0.68MPa 左右，若沒有水庫等天然的水源加壓，就需要使用離心泵對滴灌管道進(jìn)行加壓。

2.2.2 滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在農(nóng)田水利灌溉過程當(dāng)中廣泛應(yīng)用滴灌技術(shù),能夠達(dá)到良好的節(jié)水、高產(chǎn)效果?；趯?shí)際而言，使用滴灌技術(shù)，能夠有效避免水源向深層土壤當(dāng)中滲透，并有效避免水分在地表蒸發(fā)，因此相較于渠道灌溉方式，不僅能夠達(dá)到良好的節(jié)水作用，同時(shí)也能夠有效保護(hù)土壤。通過不斷滲透水分，降低土壤鹽分聚集量，并避免土壤出現(xiàn)板結(jié)問題。這一技術(shù)尤其適用于較為干旱缺水的地區(qū)。與此同時(shí)，在滴灌技術(shù)的應(yīng)用下，能夠不間斷地向農(nóng)田進(jìn)行供水，以小定額的方式完成供水，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造較為良好的環(huán)境，能夠?yàn)槠涮峁┏渥愕乃?、養(yǎng)分以及空氣條件，降低病害發(fā)生可能。這一技術(shù)一般應(yīng)用到溫室大棚當(dāng)中, 平均每目田地可以實(shí)現(xiàn)50%～100%的增產(chǎn)，并有效提升農(nóng)作物的品質(zhì)[4]。

2.3 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是利用高壓水槍、水泵以及動(dòng)力機(jī)等，將水源向農(nóng)田進(jìn)行噴射，這一灌溉技術(shù)適用于較為廣闊的農(nóng)田種植范圍，在大田作物、蔬菜以及苗圃當(dāng)中廣泛應(yīng)用。通過超過250L/h 的流量狀態(tài)將水源向灌溉地段當(dāng)中進(jìn)行輸送，并向空中噴射形成細(xì)小水滴狀況，在農(nóng)田中均勻分布。

2.3.1 噴灌系統(tǒng)構(gòu)成

當(dāng)前在噴灌技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中含有眾多不同類型的噴頭，根據(jù)射程以及工作壓力對噴頭進(jìn)行分類，在實(shí)際當(dāng)中可以分為四類。首先來講，超低壓的噴頭一般情況下會(huì)產(chǎn)生50～100kPa 的壓力，射程大概為1～5m，流量為0.008～1.0m3/h；低壓低射程的噴頭在灌溉過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生100～200kPa 的壓力，射程大概為5～14m，流量為0.3～2.5m3/h；中壓中射程的噴頭在灌溉過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生200～500kPa 的壓力，射程大概為14～40m，流量為0.8～40m3/h；而最大的高壓高射程噴頭，在實(shí)際灌溉作業(yè)當(dāng)中，將會(huì)形成500～800kPa 的壓力，射程最大超過40m，流量同樣超過40m3/h?，F(xiàn)階段在大多數(shù)農(nóng)田灌溉當(dāng)中使用噴灌系統(tǒng)，噴頭多采用銅材質(zhì)，或是可以使用鋁合金以及工程塑料等。我國當(dāng)前已經(jīng)生產(chǎn)定型PY1、PY2 等多種不同類型的金屬搖臂式噴頭。

除此之外，在設(shè)計(jì)噴頭時(shí)，需要促使其與管道的分布方向以及管間距等均處于合理的狀態(tài)當(dāng)中?；趯?shí)際而言，在噴灌系統(tǒng)當(dāng)中所應(yīng)用到的支管結(jié)構(gòu)需要與農(nóng)田中所種植的農(nóng)作物處于一致的方向，支管長度大約為100m 左右，若處于日光溫室當(dāng)中，則需要使用與大棚長度相一致的支管。噴頭組合方式分為三角形、正方形以及矩形等眾多不同類型。其中在三角形的組合方式下，噴頭能夠達(dá)到最大的噴灑面積。采用不同噴頭組合方式，最終將會(huì)形成差異性的射程表現(xiàn)，對噴頭的間距也有了相應(yīng)的限制。在不同噴灑方式之下，噴頭間距具有一定差異，并且以PY1 最為典型的噴頭為例，對間距射程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1、表2 所示。

表1 噴頭組合間距控制表

表2 PY1 噴頭的最大間距射程比

2.3.2 噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

噴灌管道系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中形成了差異性的分級保護(hù)系統(tǒng)，通常情況下包括了干管、支管、分子管三個(gè)等級，一般情況下在最末級的管道上安裝噴頭，布置噴灌系統(tǒng)的管道，需要按照一定的原實(shí)施，最終才能夠形成更加良好的提升灌溉質(zhì)量的作用。首先來講，需要盡可能地選擇最短長度以及管徑最小的管道，實(shí)現(xiàn)對水錘的防護(hù)作用[5]。

在布置支管的過程當(dāng)中，除了需要與農(nóng)作物的種植方向維持一致外，還需要保障各級相鄰管道之間處于垂直的狀態(tài)，促使直觀結(jié)構(gòu)能夠與溫室以及大棚等長度處于相一致的狀態(tài)，也要充分考慮地塊結(jié)構(gòu)的尺寸狀態(tài)等，促使所有的支管都處于同等長度分布狀態(tài)。

3 結(jié)語

農(nóng)田水利灌溉是關(guān)乎到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在，而當(dāng)前階段中的農(nóng)田水利灌溉技術(shù)存在一定的不合理現(xiàn)象，影響了農(nóng)田水利灌溉質(zhì)量。為達(dá)到較高質(zhì)量的灌溉效果，需要廣泛應(yīng)用更加先進(jìn)的低壓管灌技術(shù)、滴灌節(jié)水技術(shù)、噴灌技術(shù)等，以保障在充分節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上，達(dá)到高效灌溉的效果。