高效節水灌溉工程的設計技術要點探究

□王 勇

一、高效節水灌溉簡介

滴灌作為成熟技術在農業中較大范圍應用是在20 世紀70年代。我國于1974 年開始發展滴灌技術，至2000 年全國微灌面積已發展至26．7 萬公頃，兵團至2004 年累計推廣應用膜下滴灌408 萬畝。膜下滴灌是將覆膜種植技術與滴灌技術相結合的一種高效節水灌溉技術，滴灌利用管道系統供水，使灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時、定量地浸潤作物根系發育區域，使作物主要根系區的土壤始終保持在最優含水狀態，地膜覆蓋則進一步減少了作物棵間水分的蒸發。

二、高效節水灌溉技術及特點

高效節水技術是指除了地表灌溉和溝渠兩種灌溉方式之外的所有灌溉方式。高效節能灌溉技術得到了廣泛的應用，解決了許多問題。節水灌溉技術一次性投資要比傳統灌溉投資高出很多，因此在很多地方，目前還沒有對這種灌溉方式進行應用。高效節水灌溉與傳統的灌溉方式相比，其優點主要體現在以下幾個方面:省工、省水、占地面積小，可按作物的生育期滴水、施肥、防病。相比于傳統灌溉方式，因為水需要在地表上進行灌溉，因此在傳統灌溉過程中避免不了會發生蒸發、跑水和積水現象，這在一定程度上會導致水資源浪費，依據統計結果顯示我國70%以上的土地在灌溉上采取的方式都為傳統灌溉方式，而水的使用率只有30% ～40%，采取高效灌溉技術則可以解決水分浪費問題，并且通過高效灌溉可以有效阻止水土流失情況的發生。此外，高效灌溉技術在土地適用性上要比傳統灌溉技術更具有優勢。但是，高效灌溉技術在細節上的要求偏高，并且實行過程中需要使用大量的設備，前期投入大，后期維護要求高，在自然條件惡劣的情況下，投入更高，因此在應用，推廣過程中，需要資金的支持。

三、節水灌溉技術的優點

(一)噴灌。目前，世界上先進的噴灌方式是中心支軸式噴灌機，其在應用過程中的主要優點為:操作簡單、自動化、勞動成本低，并且在灌溉上具有很強的爬坡能力，能源消耗低，使用壽命較長，通常使用壽命能夠達到15 年;其存在的主要缺點:灌溉地域不能存在較大的阻礙物。移動管道式噴灌，主要優點:管道少，能耗低，成本低，可以對噴灌過程中使用的動力進行綜合利用，操作便捷;主要缺點:勞動力高，在移動灌溉過程中容易破壞作物，此外，該灌溉方式壽命較短，通常為5 年左右。

(二)微灌。從目前情況來看，微灌是最節水的一種灌溉方式，因為其投資偏高，因此通常應用在經濟效益較高或水資源極度匱乏的區域。在應用微灌過程中，水的輸送完全通過管道進行，在輸送過程中很少會因為蒸發和滲漏導致水浪費，可以起到節約水資源的作用。微灌可以適量實時地對需要水的農作物進行灌溉、施肥，微灌同噴灌相比對水的使用效率更高，微灌可以對每個灌水器的出水量進行動態控制，目前常見的微灌有以下幾種:

1．滴灌。其主要在蔬菜等經濟作物和樹林中應用，主要優點:節約水資源。此外，滴灌能夠依據作物的實際生長情況進行灌水施肥，對水資源的利用效率更高。

2．微噴灌。其是主要用在露天經濟作物的灌溉，其主要優點為:操作簡單，具有較強的實用性，并且針對不同的農作物可以選擇不同的微噴灌形式。幾種常用的農田節水灌溉技術及其主要特點如下:一是移動管道式噴灌，投資少，無地形要求，使用年限是5 年，適合露天作物(植物高度需小于1．5 米)。二是滴灌與微噴灌，投資高，無地形要求，使用年限是5 ～10 年，適合經濟作物。三是中心支軸式噴灌，投資高，地形要求坡度小于15%，使用年限是15 年以上，適合露天作物(對作物高度無要求)。

四、現代化微灌自動化控制技術簡介

(一)半自動化灌溉系統。系統在灌區沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等灌溉要素不是根據作物和土壤水分及氣象狀況的反饋信息，而是根據經驗預先編制程序按一定順序輪灌或利用專家系統提供的灌溉模型控制灌溉，或者干脆是手動控制面板來控制的。因此灌溉作業可以實行程序控制，也可采用手動控制，其核心是控制系統本身的可靠性和易操作性，尤其是泵站和電磁閥的安全可靠。

(二)全自動控制系統。全自動化灌溉控制系統中不需要人直接參與，系統控制模型由專家系統提供，結合各傳感器的實測信息，根據作物種類、生長期需水特征等實時數據形成自動控制策略，系統可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。人的作用只是和專家系統灌溉模型進行實時數據交互，檢修控制設備等。這種系統中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機外，還包括中央控制器、自動閥、傳感器及架設線路所需電線等材料。

五、高效節水灌溉工程設計中管材的選擇

高效節水工程在灌溉過程中對管道的使用量很大，因此需要做好管道材料選擇。如果在管材的選擇上出現不當，不僅會導致大量資金的浪費，而且會對灌溉造成不良影響。當今，我國在水管道材料的選擇上主要使用的是球墨鐵鑄管、鍍鋅鋼管等輸水管道。鋼管的主要優勢為其具有較強的承載力，在應用過程中不宜被破壞，主要缺點為，其價格相對較高，此外，在進行鋼管制造過程中，會浪費較多的鋼材，并且長時間使用還會出現銹蝕。塑料管道主要具有以下優點:重量更輕，運輸起來比較便捷，施工容易，并且其可以在不均勻沉降環境中應用。除此之外，塑料管在應用過程中并不會出現生銹等情況，其缺點是長時間應用，會出現老化，情況嚴重時可能會發生斷裂。

高效節水工程中使用的管道通常都埋在地下，一般不會因為人為因素被破壞。因此，最理想的管道材料是硬聚氯乙烯或聚氯乙烯。硬聚氯乙烯質量輕、耐腐蝕，價格低廉，并且在工程應用中相對來說比較方便，但其韌性較差。聚氯乙烯管耐高溫、強度大、耐磨、抗腐蝕，其在排水管道應用比較廣泛。同聚氯乙烯管道相比，硬聚氯乙烯的主要優勢為價格低，兩者在管徑相同的情況下，硬聚氯乙烯的價格僅為聚氯乙烯的一半左右，并且其在性能上能夠滿足灌溉要求。通過論述，可以發現，目前在高效節水工程中硬聚氯乙烯管道是最佳選擇，其不僅能夠達到工程的使用要求，并且可以降低投資。傳統管材與聚乙烯管的性能對比如下:鋼制管摩擦系數:6．25 ×105，管徑指數:5．1，流量指數:1．9;聚乙烯管摩擦系數:0．505，管徑指數:4．75，流量指數:1．75。

六、結語

我國水資源分布不均，西北地區水資源匱乏現象尤其嚴重。高效節水灌溉工程在我國有著廣泛的發展空間，是我國未來一段時間水利建設的重點內容，但在發展過程中，也要認清其自身具有的局限性。隨著人們對其研究的深入，相信其一定會為我國的農業發展提供強有力的支持。

［1］史永軍，梁軍毅，王剛． 達拉特旗現代農業示范項目區幾種節水灌溉工程技術要點［J］．農業開發與裝備，2012，2

［2］張西群，檀海斌，梁建青． 低成本小麥微噴灌溉技術研究與效果試驗［J］．河北農業科學，2014，6