絲路沿線干旱區(qū)高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計要點分析

王舜奇

(甘肅省張掖市臨澤縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 張掖 734000)

1 高效節(jié)水灌溉工程概述

高效節(jié)水灌溉工程是指按照《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50363-2006)、《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50085-2007)、《微噴工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50485-2009)、《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T20203-2006)相關(guān)的規(guī)范，在高效節(jié)水灌溉項目區(qū)域位置根據(jù)灌溉面積、水資源狀況、地形情況、土壤類型、作物種類、灌溉方式等建設(shè)的節(jié)水灌溉設(shè)施及系統(tǒng)，并采用高效管理的方式促進節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運營。因各區(qū)域的地理條件的差異，一般各地區(qū)采用的高效節(jié)水灌溉方式不同。最常見的有滴灌、噴灌、微噴灌、管道輸水等技術(shù)[1]。

2 絲路沿線干旱區(qū)高效節(jié)水灌溉工程的常見技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 甘肅沿線

甘肅絲路沿線溫濕度A<0.33和A>0.33的區(qū)域存在交叉性分布的特征，因此部分地區(qū)采用滴灌或管道運輸管帶，部分地區(qū)采用噴灌。目前，有效灌溉面積已經(jīng)超過了1300千公頃，高效節(jié)水灌溉面積超過600千公頃，高效節(jié)水灌溉面積約占有效灌溉面積的48%，部分地區(qū)的高效節(jié)水灌溉面積達到55%。其中有一部分干旱區(qū)采用膜下滴灌技術(shù)，為甘肅季度干旱區(qū)糧食帶來一倍的增產(chǎn)效果，促進了絲路沿線干旱區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。

2.2 新疆沿線

新疆絲路沿線大部分區(qū)域的溫濕度A<0.33，再結(jié)合新疆地區(qū)氣候特征、土壤條件等，新疆絲路沿線多采用地面滴灌、地下滴灌、微灌、管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)等設(shè)計高效節(jié)水灌溉工程。其中吐魯番地區(qū)、塔里木盆地、準(zhǔn)格爾盆地和天山南北坡等地多采用微灌、滴灌或地下滴灌技術(shù)，準(zhǔn)格爾西北部、博爾塔拉河上游、伊犁河上游、塔額盆地、昭蘇和巴里坤盆地等地采用噴灌技術(shù)。目前，有效灌溉面積已經(jīng)超過了3600千公頃，高效節(jié)水灌溉面積超過1700千公頃，高效節(jié)水灌溉面積約占有效灌溉面積的48%，部分地區(qū)的高效節(jié)水灌溉面積達到50%[3]。

3 不同高效節(jié)水灌溉工程的設(shè)計要點

不同高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計的關(guān)鍵在于計算工程量，根據(jù)工程實際情況和農(nóng)田水利灌溉需求選擇水源灌溉輸送管、灌溉系統(tǒng)的形式及規(guī)格、管道布置的形式及結(jié)構(gòu)、灌溉技術(shù)的確定、灌溉設(shè)備的選擇等。滴灌節(jié)水灌溉工程設(shè)計的重點在于灌溉定額的確定。噴灌節(jié)水灌溉工程設(shè)計重點在于噴灌方式的選擇。微噴灌節(jié)水灌溉工程設(shè)計重點在于支管管網(wǎng)的設(shè)計、管材的選擇、噴頭的選擇以及水質(zhì)的凈化。管道輸水節(jié)水灌溉工程設(shè)計重點在于確定輸水管道的流量、直徑、壓力計算等。確保不同節(jié)水灌溉技術(shù)設(shè)計要點的合理化是提高節(jié)水效果、降低灌溉系統(tǒng)運營管理成本和延長灌溉系統(tǒng)壽命的關(guān)鍵。

4 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)高效發(fā)展的需求

以節(jié)水灌溉工程為例，傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉工程的目標(biāo)設(shè)定為節(jié)約水資源、高效利用水資源，而現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程面向的是綠色、高效、環(huán)保的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這些變化對節(jié)水灌溉設(shè)備及其技術(shù)提出了更高的要求。它需要節(jié)水灌溉設(shè)備在半自動化或自動化的基礎(chǔ)上滿足節(jié)能減排、綜合管理、高效利用的功能。此外，還需要設(shè)備具備通訊聯(lián)網(wǎng)的功能，擁有多個系統(tǒng)接口，以便于接入灌溉系統(tǒng)，來實現(xiàn)系統(tǒng)化的管理。在系統(tǒng)設(shè)計上，要求節(jié)水灌溉工程具備互網(wǎng)互通的功能，以方便各區(qū)域之間的信息傳輸與大數(shù)據(jù)分析管理，并針對大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果來實施針對性的管理，由總機調(diào)控各區(qū)域的設(shè)備，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)水灌溉管理，降低運營管理成本。

5 高效節(jié)水灌溉工程提出優(yōu)化設(shè)計策略

5.1 分組輪灌設(shè)計

分組輪灌設(shè)計指將根據(jù)農(nóng)業(yè)種植的類型對農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域分為若干輪灌組數(shù)，根據(jù)不同農(nóng)作物的管帶需求設(shè)置灌溉管網(wǎng)、毛管、支管等，設(shè)計與農(nóng)作物生長期水的需求量向適應(yīng)的灌溉次數(shù)、灌溉流量、灌溉時間等，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)化的節(jié)水灌溉，提高節(jié)水灌溉的效果。輪灌組數(shù)的設(shè)計要經(jīng)過嚴(yán)格的計算確定。以滴灌系統(tǒng)為例，輪灌組數(shù)的確定參考如下

N≦CT/t

其中C表示灌溉系統(tǒng)一天的運行時間，t表示一次灌溉水的持續(xù)時間，T表示灌溉周期，N表示輪灌組數(shù)。C一般控制在12～22h之間，t一般控制在6h以內(nèi)，T一般控制在4～15d。按照式1計算出輪灌組數(shù)，在結(jié)合管網(wǎng)的實際情況劃分輪灌組，以實現(xiàn)對輪灌組灌溉的精準(zhǔn)管控，提高農(nóng)業(yè)灌溉的效率。基于輪灌設(shè)計的節(jié)水灌溉系統(tǒng)有利于后期精細化管理，將節(jié)水灌溉工程的價值發(fā)揮到最大。

5.2 灌溉流量設(shè)計

灌溉流量的設(shè)計同樣是為了實現(xiàn)對農(nóng)作物灌溉的精準(zhǔn)管控。正常的流量設(shè)計適應(yīng)灌溉高峰期渠道通過的流量，部分地區(qū)需要擴大灌溉面積，或地區(qū)干旱情況較為嚴(yán)重，需要加大輸水量、增大流量，就需要在正常流量的基礎(chǔ)上計算出增大流量的設(shè)計，確定百分比，在根據(jù)增大流量的百分比設(shè)計各渠段渠道的深度、寬度，確保各段渠道的斷面水位能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的銜接，為節(jié)水灌溉創(chuàng)造條件。以噴灌為例，噴灌系統(tǒng)在不同的坡度下需要的水源動力、水泵、管道系統(tǒng)、噴頭等設(shè)施不同。經(jīng)過灌溉流量的設(shè)計，確定最佳的流量，有助于自流灌溉下實現(xiàn)噴灌系統(tǒng)節(jié)能和高效灌溉，降低灌溉運營管理的和維護的成本。

5.3 管材選擇

設(shè)計高效節(jié)水灌溉工程中，管材的選擇也影響著灌溉效率和建設(shè)成本。管道性能在符合規(guī)定的高效節(jié)水灌溉要求下建議選擇成本最低的。盲目的選擇高性能的管材會造成管材的浪費，而選擇性能較差的管材則會造成灌溉系統(tǒng)壽命縮短，增加后期維護成本，還會影響灌溉效果。在高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，常用的輸水灌溉管材包括無縫鋼管、石英玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、鍍鋅鋼管、焊接鋼管等。設(shè)計高效節(jié)水灌溉工程時，要根據(jù)地區(qū)氣候特點、高效灌溉節(jié)水工程設(shè)計的要求及具體的灌溉需求選擇管道管材。其中承壓性要求較高的灌溉工程可采用鋼管管材，對承壓性要求較低時可選擇運輸方便、韌性較好的塑料管材。管材口徑規(guī)格根據(jù)灌溉系統(tǒng)設(shè)計的流量、流速等參數(shù)選擇，確保灌溉系統(tǒng)管道能夠滿足高效節(jié)水灌溉工程的安全、高效、防腐等各項需求。

5.4 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)，集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為絲路沿線干旱區(qū)農(nóng)業(yè)種植提供了新的發(fā)展方向。為適應(yīng)集約化農(nóng)業(yè)種植，絲路沿線建立起越來越多的小型農(nóng)田水利系統(tǒng)工程。小型農(nóng)田水利系統(tǒng)工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用分段分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計。整體框架上根據(jù)各區(qū)域農(nóng)田水利灌溉的特點進行分段，在根據(jù)分段灌溉設(shè)計詳細的輸水管網(wǎng)及灌溉設(shè)施設(shè)備的布局。分段農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)的設(shè)計要充分體現(xiàn)因地制宜、因水源制宜、因作物制宜、因種植方式制宜的原則。設(shè)計者要將先進的灌溉技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)相結(jié)合，提高節(jié)水灌溉的技術(shù)水平和管理水平。

5.5 系統(tǒng)管理設(shè)計

為實現(xiàn)高效節(jié)水灌溉工程的信息化管理，在設(shè)計上要增加智能終端監(jiān)控設(shè)備，管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，將同一區(qū)域的農(nóng)田灌溉工程全部接入灌溉管理系統(tǒng)。對于生產(chǎn)節(jié)水灌溉設(shè)備的廠家而言，應(yīng)設(shè)置設(shè)備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對絲路沿線干旱區(qū)域推廣的設(shè)備的動態(tài)化追蹤服務(wù)，根據(jù)設(shè)備遠端監(jiān)控的數(shù)據(jù)及時的對設(shè)備進行維護，預(yù)測設(shè)備可能存在的故障和隱患，以提高灌溉設(shè)備的使用效果。生產(chǎn)廠家還可以根據(jù)“互通互通”的通訊服務(wù)，對灌溉系統(tǒng)進行遠端優(yōu)化升級，以適應(yīng)小型農(nóng)田水利工程的系統(tǒng)更新及信息化管理。

6 結(jié) 語

絲路沿線干旱區(qū)水源稀少且分布不均，地區(qū)降雨不穩(wěn)定、蒸發(fā)量大，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著不利的影響。高效節(jié)水灌溉工程作為發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然手段，對解決干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)障礙問題有著重要的意義。