高效節水灌溉技術在農田水利灌溉中的應用

彭夢靖

（信陽市水利勘測設計院，河南 信陽 464000）

我國作為世界農業大國之一，每年生產6 億多噸糧食，居世界第一。農業是我國經濟發展中的重要支柱，由于我國水資源缺少問題較為嚴重，因此阻礙我國農業進一步發展。近年來在農田水利灌溉中逐步應用高效節水灌溉技術，不僅提高了我國農業用水效率，而且推動了現代化農業生產可持續發展。

1 高效節水灌溉技術類型

1.1 噴灌技術

噴灌技術具體應用原理是水泵加壓后，或者由自然落差形成的有壓水再通過壓力管道輸送到田間利用噴頭將水噴灑在空中，形成細小水滴，確保水滴均勻地灑落在農田中，最終達到灌溉目的。噴灌技術在農業生產中主要應用于大面積農田灌溉。在應用噴灌技術中，工作人員需要在具體灌溉區域對噴灌機械設備的相關參數進行合理調配，有效結合自動化技術與信息技術，根據農作物實際需求來進行科學有效地自動化灌溉。噴灌系統結構圖如圖1 所示。

圖1 噴灌系統結構圖

1.2 滴灌技術

目前，在農田灌溉中，滴灌技術是節水效果較佳的灌溉技術，由于技術成本較高，實際應用范圍較小。近年來，由于滴灌帶在農田灌溉中不斷應用與創新，因此大大降低了滴灌技術應用成本。滴灌技術應用原理是將具有一定壓力的水，經過過濾后，通過管網與出水管道或者滴頭將水滴在農作物根部緩慢均勻地滴入，滴灌技術與其他灌溉方式相比，有效地提高了灌溉水利用率，可以濕潤農作物部分土壤表面，避免土壤水分過分蒸發，并且由于滴灌只對農作物根部附近土壤進行濕潤，其他土壤區域含水量較少，有效抑制雜草生長。

1.3 微灌技術

微灌技術是將水通過低壓管系統與灌水器直接輸送至農作物根部附近土壤或者農作物枝葉上，方便農作物吸收利用，滴灌技術是微灌技術之一，還包括微噴灌技術與涌泉灌溉技術，微噴灌技術與噴灌技術相比，在低壓管道上安裝微型噴頭，對部分果樹或者小范圍農作物枝葉或地面進行噴灑，有效增加土壤水分并改善作物生長環境[1]。涌泉灌溉是將涌流器安裝在微水管道上形成小股水流，將水流以涌泉的形式灌溉土壤，微灌系統結構圖如圖2 所示。

圖2 微灌系統結構圖

1.4 低壓管道灌溉技術

低壓管道灌溉技術主要利用低能耗機泵或由現狀地形落差所形成的自然壓力水頭將水資源加低壓并通過管網輸送到農田灌溉，有效避免水資源在運輸過程中產生滲透與損失，并且水資源與外界聯系直接被隔斷，可以有效地減少水資源蒸發，防止產生深層滲水，在節省土地資源的同時增加水資源有效利用率。

2 高效節能灌溉技術在農田水利灌溉中應用

該文以滴灌技術為例，分析高效節能灌溉技術在農田水利灌溉中的應用，滴灌技術是高效節水灌溉技術之一，滴灌技術相較于噴灌技術成本更低，更適用于目前農業生產中的精準灌溉，在蔬菜，果樹以及經濟等各類作物中可以廣泛應用。滴灌技術具有省水、省肥、省農藥以及省地的特點。在農作物生長期間，滴灌技術比常規灌溉方法省水40%～50%[2]。可溶于水的專用肥料采用滴灌技術可以隨著水流實質灌溉到農作物根系附近。肥料比較容易被農作物吸收，使肥料利用率有效提高。在應用中可以平均節省20%肥料，最高可以達到40%利用率。近年來，隨著智能化灌溉技術的發展，水肥一體化滴灌技術在農田水利灌溉中應用增多，圖3 為水肥一體化滴灌系統布置圖。

圖3 水肥一體化滴灌系統布置圖

2.1 項目區概況與技術路線

該文以某地區為例進行分析，該地處渭河平原東部，渭北黃土高原南部，當地屬于溫帶大陸性季風氣候。該地區冬季寒冷、夏天炎熱，具有較大溫差，并且冬季與夏季兩季時間較長，春季與秋季氣候不明顯。全年氣候較為干燥，具有充分光照與熱量，蒸發量較大。項目區內具有充分光照，全年日照總時數超過2394.1h，全年無霜時間為210d。該地區區全年平均氣溫為13.2℃，最高氣溫42.5℃，最低氣溫-16.4℃，動度層深度約為27cm。該地區域具有日照長，輻射高，晝夜溫差大的特點，全年平均降水量可達510mm，全年平均蒸發量966.2mm，該文以該地區某農場中65hm2棉花種植為例分析滴灌技術。該文主要從滴灌區水源、規劃水源工程、選擇設計參數、規劃設計滴灌管網等方面進行分析。

2.2 水源工程

由于項目區距離黃河較近，因此采用黃河作為灌溉供水水源。黃河水中含有較多泥沙，因此采用黃河水源灌溉首先要對泥沙進行過濾，不同滴管滴頭對含泥沙水流通過能力存在差異。該水源工程采用120 目的砂石＋網式過濾器，確保滿足滴灌水質需求。由于項目區內種植作物為棉花，因此種植模式采用株距45cm、行距45cm+80cm+45cm。

2.3 確定設計參數

在確定滴灌系統設計參數時，首先要設計耗時強度，耗水強度應根據設計年灌溉季節月平均耗水強度峰值進行確定，根據項目區內氣候條件，最終熱耗水強度為3.5mm，是根據當地氣象資料由彭曼公式計算出來的。滴灌帶選用Ф16×450-2.8L/h單翼迷宮式滴灌帶，滴頭流量控制在2.8L/h。

膜下滴灌土壤濕潤比是濕潤土地與種植土體的比值，通常土壤濕潤比與種植作物、灌水器流量、灌水量間距以及土壤特性等因素有關。根據棉花根系發育特點采用一模一管兩行的膜下滴灌方式，其濕潤深度為0.3m～0.35m，濕潤半徑為0.3m～0.4m，因此濕潤比可采用公式（1）計算。

式中：P為濕潤面積欲與作物面積比值，%，Dw表示突然水分擴散半徑，m。S1是指毛管間距，單位為m，Se表示灌水區間距，m。

最終得出試驗比p為0.5，一模一管兩行滴灌方式的濕潤比最終為50%～55%。

2.4 管網規劃設計

滴灌管網規劃設計首先需要進行水量平衡計算，根據灌溉控制面積合理確定。項目系統控制面積為65hm2，按每日供水20h 進行計算，水量平衡計算可按式（2）進行。

式中：Ia=Ea-P0，A表示可灌面積，hm2；Q表示可供流量，m3/h；Ia表示設計供水強度，mm/d；Ea表示設計耗水強度，mm/d；P0表示有效降雨量，mm/d；t表示水源每日供水時數，h/d；η表示灌溉水利用系數。

滴灌管網結構設計為潛水泵、離心過濾器、網式過濾器、主干管、分干管、出地豎管、支管以及滴灌帶等部分。管網結構中干管、非干管、支管以及滴灌帶都采用魚骨形進行布置，避免灌溉水源運輸過程中損失。干管與分干管均為地埋管，分干管垂直于主干管，支管垂直于分干管，都采用豎管與三通進行連接，采用一模一管兩行對毛管進行布置，使毛管之間保持1.25m 的間距。滴灌系統泵房首部布置如圖4 所示。

圖4 滴灌系統泵房首部布置圖

3 高效節水灌溉技術應用問題

3.1 推廣力度小

目前，我國雖然已經加大高效節水灌溉技術推廣力度，但是各個地區地質地形條件不同，再加上技術研究水平較低，在推廣過程中受到各種因素影響，一般只有在試點采用高效節水灌溉技術，并沒有實現較大規模地推廣與覆蓋。在農村地區農業生產中更沒有全面普及高效節水灌溉技術，導致高效節水灌溉技術沒有普遍應用[3]。

3.2 規劃設計不合理

規劃設計是項目實施的重要基礎與必要前提。在具體工程規劃設計工作中，由于工作人員前期對當地區域缺少深入調查，再加上相關工作人員只重視理論知識，在規劃設計工作中，沒有與當地地形、地質條件等因素相結合，與實施高效節水灌溉工程出現較大差異。

3.3 監督管理機制不完善

缺乏完善的監督管理機制是影響高效節水灌溉技術應用效果的主要因素之一，由于監督機制與管理機制的不完善、不健全，因此管理部門出現對自身職責不明確的問題，并且在高效節水灌溉技術應用中存在重視工程建設，忽略后期管理維護的情況，嚴重影響高效節水灌溉在農田灌溉工程中的應用成效，造成已建成工程的浪費[4]。

3.4 資金技術薄弱

目前高效節水灌溉技術在農田灌溉工程中的應用還存在資金技術薄弱問題，導致高效節水灌溉技術落后，在技術更新升級方面遠遠落后世界先進技術，對相關工作人員缺少實際操作培訓，給高效節水灌溉技術在農田生產中的應用推廣中造成一定困難。

4 高效節水灌溉技術問題解決措施

4.1 加強推廣力度

為了推動高效節水灌溉技術在農田灌溉工程中的廣泛應用，須繼續加大高效節水灌溉技術推廣力度，對廣大人民群眾開展宣傳工作，使群眾充分認識到高效節水灌溉技術的優勢，通過水資源保護宣傳工作，在農業生產中根據具體情況來選擇合適的節水灌溉技術，避免造成水資源浪費。

應用高效節水灌溉技術可以有效提高農作物產量，國家相關部門應通過相關技術講座，邀請相關專家為農民講解高效節水灌溉技術優勢以及相關使用方法，積極推廣高效節水灌溉技術。考慮到農民資金不足，無法購置高效節水灌溉設施，國家可出臺相關政策，加強高效節水灌溉技術資金扶持，確保其在實際農業生產中應用范圍不斷擴大。

4.2 合理應用灌溉技術

為了充分發揮高效節水灌溉技術的優勢，在實際農業生產中，需要根據農田面積、農作物類型以及用水需求等因素來合理應用高效節水灌溉技術。在正式應用前，需要工作人員進行深入調研，充分了解農田的面積范圍，農作物類型以及用水需求等因素[5]。在該基礎上選擇合適的節水灌溉技術，使農田灌溉得到有效保障，進而提高農作物產量。

4.3 水資源合理配置

由于我國水資源分布不均勻，因此在農田生產灌溉過程中需要合理配置水資源，只有科學合理地分配并利用水資源，才能有效提高水資源利用效率。在應用高效節水灌溉技術時，需要結合當地農業發展規劃，根據實際情況來選擇灌溉技術與方案，用水保障制度健全完善，將高效節水灌溉技術應用于農業生產中。

4.4 信息化灌溉管理系統建立

在農業生產中應用高效節水灌溉技術，不僅需要加強應用灌溉技術，還需要加強應用信息技術，建立健全完善的現代化農田信息管理系統，確保相關數據可以及時收集。加強監督農田灌溉情況，使高效節水灌溉技術應用效果有效提升。

5 結語

目前，在農田水利灌溉中，高效節水灌溉技術是未來發展趨勢，但是在實際應用過程中仍然存在一定問題，由于高效節水灌溉工程建設需要消耗人力，物力以及資金，為了使高效節水灌溉技術在農田灌溉工程中廣泛應用，還需要繼續推廣高效節水灌溉技術，對廣大人民群眾開展宣傳工作，充分認識到高效節水灌溉技術的優勢，推動高效節水灌溉技術的應用。