高效節(jié)水灌溉工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

吳艷春

摘 要 高效節(jié)水灌溉工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到輪灌組、流量的設(shè)計(jì)以及管材的選擇，前者關(guān)系到水資源的節(jié)約，后者與成本大小密切相關(guān)。基于此，從高效節(jié)水灌溉工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開論述，進(jìn)一步證實(shí)了高效節(jié)水灌溉工程的優(yōu)勢(shì)，即節(jié)省大量的水資源、提高農(nóng)田的灌水水平，具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益等。

關(guān)鍵詞 高效節(jié)水灌溉工程；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S275 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）15--02

我國(guó)水資源分布不均，西部地區(qū)水資源匱乏，因此，在西部地區(qū)建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程能提高水資源的利用率，是我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)的重要項(xiàng)目，不僅對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也是我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化、科技化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然要求。在國(guó)家大力推行科學(xué)發(fā)展觀的背景下，高效節(jié)水灌溉工程無(wú)疑是一個(gè)重要的課題。

1 高效節(jié)水灌溉的發(fā)展前景

我國(guó)是人口大國(guó)、農(nóng)業(yè)大國(guó)，生活用水和農(nóng)業(yè)用水需求量大，采用高效節(jié)水灌溉提升水資源的利用率，節(jié)約水資源是必然選擇。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶，約占全國(guó)用水的70%以上，但實(shí)際的灌溉效果并不好，大量的水直接被蒸發(fā)而不是被植物吸收，這也說明高效節(jié)水灌溉具有較大的應(yīng)用潛力[1]。本著可持續(xù)發(fā)展的精神，我國(guó)政府一致大力推行高效節(jié)水灌溉技術(shù)，并設(shè)立專項(xiàng)的資金和嚴(yán)格的水資源管理制度，為高效節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展提供資金和政策支持，使得我國(guó)的高效節(jié)水灌溉具有廣闊的發(fā)展前景。高效節(jié)水灌溉工程與農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的區(qū)別見表1。

2 高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

管材設(shè)備多是高效節(jié)水灌溉工程的主要特點(diǎn)，管網(wǎng)工程的構(gòu)建需要大量的管材設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生大量的成本的支出，所以管網(wǎng)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)是高效節(jié)水灌溉工程的重點(diǎn)。

2.1 分組輪灌的設(shè)計(jì)

基于控制成本的原則，通常會(huì)采用分組輪灌的方式，是高效節(jié)水灌溉的一種，能充分利用各個(gè)管材設(shè)備，不僅能減少投資，還方便管理。對(duì)于滴灌系統(tǒng)，輪灌組數(shù)的計(jì)算可通過以下公式實(shí)現(xiàn)[2]：

N≤CT/t （1）

式中：C為1 d運(yùn)行的時(shí)間（12～22 h）；t為一次灌水的持續(xù)時(shí)間（不能超過6 h）；T為灌溉周期（4～15 d）；N為輪灌的組數(shù)。

本文以甲高效節(jié)水灌溉示范區(qū)為例來論述分組輪灌設(shè)計(jì)。

該示范區(qū)有一片區(qū)域主要種植的是郁金香，灌溉面積是32 km2，附近的干渠是灌溉水來源，在灌溉之前會(huì)進(jìn)行加壓處理，其管網(wǎng)由分干管、毛管、干管、支管組成，根據(jù)郁金香的生長(zhǎng)需要，灌水周期是3 d，每天3次，1次持續(xù)灌溉6 h，由公式（1）可知輪灌的組數(shù)不超過9，根據(jù)管網(wǎng)的具體情況，本著厲行節(jié)約、方便管理的原則，示范區(qū)被劃分為8個(gè)輪灌組，每個(gè)輪灌組均由一個(gè)支管控制，第一天灌2個(gè)組，接下來每天各灌3個(gè)組。值得注意的是，應(yīng)盡量確保每個(gè)輪灌組所負(fù)責(zé)的面積是一致的，這樣不僅有利于管徑的統(tǒng)一和美觀，還能進(jìn)一步節(jié)省投資成本。此外，工程設(shè)計(jì)還應(yīng)方便后期的管理，以減少管理成本支出，更大地發(fā)揮工程效益。

2.2 灌溉流量的設(shè)計(jì)

灌溉流量的設(shè)計(jì)可通過以下公式實(shí)現(xiàn)：

（2）

式中：ai為灌水高峰期第i種農(nóng)作物的比例；Ti（d）灌水高峰期第i種農(nóng)作物一次灌水的持續(xù)時(shí)間；t（h）為工作的時(shí)間；e為灌水高峰期內(nèi)同時(shí)灌溉的農(nóng)作物的種類；Q0（m3/h）為設(shè)計(jì)的流量值；δ為水利上使用的系數(shù)；mi（m3/hm2）為灌水高峰期第i種農(nóng)作物的凈灌水定額；A（hm2）為設(shè)計(jì)灌溉面積。

本文以甲高效節(jié)水灌溉示范區(qū)為例來論述灌溉流量的設(shè)計(jì)：該示范區(qū)有一片低壓管罐區(qū)，種植的是金銀花，灌溉面積是42 km2，附近的干渠是灌溉水來源，在灌溉之前會(huì)進(jìn)行低壓處理，其管網(wǎng)由分干管、干管、支管組成，支管每隔50 m設(shè)置一個(gè)灌樁，共180個(gè)。根據(jù)金銀花的生長(zhǎng)需要，灌溉周期是4 d，1次持續(xù)灌溉24 h，由公式①可知輪灌的組數(shù)不超過4，根據(jù)管網(wǎng)的具體情況，本著厲行節(jié)約、方便管理的原則，該示范區(qū)被劃分為4個(gè)輪灌組，每天1組，這就有效避免傳統(tǒng)灌溉要同時(shí)打開180個(gè)管樁造成管道流量增加、水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

2.3 管材的選擇

管道是高效節(jié)水灌溉工程的基礎(chǔ)設(shè)施，大運(yùn)用到大量的管材，是灌溉工程成本的重要的組成部分。不同的管材，性能、價(jià)格不同，在管材的選擇者應(yīng)同時(shí)照顧到節(jié)省成本、滿足灌溉需要的要求，不易盲目追求高性能的管材，這樣不僅會(huì)增大成本支出，還會(huì)造成高性能管材的浪費(fèi)；但也不能盲目節(jié)省成本，以性能不達(dá)標(biāo)的管材進(jìn)行施工，影響工程的使用壽命。無(wú)縫鋼管、焊接鋼管、球墨鐵鑄管、石英玻璃鋼管、鍍鋅鋼管等是常見的輸水管道，在我國(guó)的灌溉工程均有所使用。各種輸水管道均有優(yōu)劣，對(duì)管材的清晰認(rèn)識(shí)有助于正確地選擇管材[3]。鋼管的優(yōu)勢(shì)是堅(jiān)固、承載能力較強(qiáng)；缺點(diǎn)是容易腐蝕、價(jià)格昂貴、運(yùn)輸不便、消耗大量的鋼材，大口徑的鋼管更是如此。塑料管道的優(yōu)勢(shì)是運(yùn)輸方便、安裝方便、不會(huì)生銹、具有一定的彈性；缺點(diǎn)是容易斷裂，時(shí)間久了會(huì)老化。由于大多數(shù)輸水管都敷設(shè)于地下，很少會(huì)發(fā)生受到外力折斷的情況，對(duì)其承載能力要求并不高，所以可選擇硬聚氯乙烯、聚氯乙烯等塑料管道。聚氯乙烯管有耐高溫、無(wú)毒耐磨、強(qiáng)度大、抗腐蝕等優(yōu)勢(shì)，非常適用于灌溉工程。硬聚氯乙烯管有運(yùn)輸方便、施工方便、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性、質(zhì)量輕、價(jià)格低廉、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)是韌性差。兩者相比，硬聚氯乙烯管的優(yōu)勢(shì)最為明顯，兩者均能滿足灌溉需要，賈管徑相同的硬聚氯乙烯管的價(jià)格更低，約是聚氯乙烯管的1/2，所以高效節(jié)水灌溉工程管材應(yīng)以硬聚氯乙烯管為主，滿足使用需要，節(jié)省投資。

3 結(jié)語(yǔ)

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，高效節(jié)水灌溉工程在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展前景，是未來我國(guó)水利建設(shè)的重點(diǎn)。當(dāng)然，高效節(jié)水灌溉工程也有自己的局限性，如投資成本大、效果不顯著等，這阻礙了高效節(jié)水灌溉工程的推廣和普及，但隨著技術(shù)的進(jìn)步、新材料的出現(xiàn)以及人們觀念的發(fā)展，高效節(jié)水灌溉工程會(huì)迎來一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)

[1]李中華，王樹鵬，張?jiān)品?高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2012（12）：23-25.

[2]季春根.高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].廣東科技，2014（18）.

[3]翁愛民.農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉發(fā)展思路初探[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（9）：179-180.

（責(zé)任編輯：劉昀）