農田水利灌溉中滴灌設計分析

張 兵

（社旗縣水利局，河南 社旗473300）

在農田水利灌溉工程建設中，采用滴管設計，能提高灌溉便利性、減少水資源浪費、降低成本投入、控制農業生產溫濕度、增加農作物產量，并實現對原生土壤結構的保護，整體提升農業生產效率，最大化發揮農田水利灌溉工程的經濟效益、社會效益、生態效益［1］。

1 農田水利灌溉中的滴灌設計概述

1.1 技術原理

滴灌是將具有一定壓力的水過濾后經管網和出水管道（滴灌帶）或滴頭，以水滴的形式緩慢、均勻地滴入植物根部附近土壤的一種灌水方法。與其他灌水技術相比，滴灌具有許多不同的特點，其系統組成和其他灌水方法也不同。滴灌系統由水源工程、首部樞紐（包括水泵、動力機、過濾器、肥液注入裝置、測量控制儀表等）、各級輸配水管道和滴頭四部分組成。

滴管系統的主要組成部分有動力及加壓設備（包括水泵、電動機或柴油機及其他動力機械）、水質凈化設備或設施有沉沙（淀）池、初級攔污柵、旋流分沙分流器、篩網過濾器和介質過濾器等、灌水器、化肥及農藥注入裝置和容器（包括壓差式施肥器、文丘里注入器、隔膜式或活塞式注入泵，化肥或農藥溶液儲存罐等）、控制和量測設備（包括水表和壓力表，各種手動、機械操作或電動操作的閘閥，如水力自動控制閥、流量調節器等）、安全保護設備（減壓閥、進排氣閥、逆止閥、泄排水閥等）。

1.2 技術優勢

在滴灌條件下，灌溉水濕潤部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無效蒸發。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草生長。滴灌系統不產生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，非常省水。由于滴灌是緩慢、勻速、低流量進行的，所以不會破壞土壤結構，可以保持土壤通風和透氣條件良好。通過滴灌施肥，可以為植物提供充足的養分，并且使土壤水分始終穩定處于低張力狀態，便于肥水的吸收利用，可以在提高農作物產量的同時，提高和改善農產品的品質，使保護地的農產品商品率大大提高，從而提高經濟效益。滴灌技術能夠有效降低土壤濕潤度，可以減少許多病蟲害的發生，并可以減少農藥用量并提高農藥使用效果。由于滴頭能在較大的工作壓力范圍內工作，且滴頭出流均勻，所以滴灌適用于地形有起伏的地塊和不同種類的土壤。同時，滴灌可減少中耕除草次數，也不會造成地面土壤板結。

2 農田水利灌溉中的滴灌設計要點

在現代滴灌設計實踐中，形成了系統性設計與配套性設計相結合的基本思路。

2.1 系統性設計要點

在農田水利灌溉工程的系統性滴灌設計中，主要應用產業化思維，形成針對滴灌設計項目的設計環節及材料環節、生產建設環節、訂單處理環節、市場營銷環節、售后服務環節。因此，在系統性設計實踐中，逐漸形成了內容相對完整、分工環節清晰明確的產業化運營模式［2］。在系統性設計條件的限定下，滴灌設計環節實質上決定了后續滴灌項目產品的使用方式、應用效果和綜合效益。另外，在系統性滴灌設計中，需要考慮村級單位、村級聯合單位條件下的樞紐中心設計、主管道設計，進而配合主管道，做好相應的管網連接點分布與設置。值得注意的是，在系統性滴灌設計環節，要做好滴灌項目產品整個產業鏈的資源分布調研，完成整體上的施工材料選擇、施工工藝確定、施工技術限定及施工方案設計，確保施工流程標準化，進而達到對后續施工質量與施工安全的有效管理和控制，提高整體施工水平。

2.2 配套性設計要點

配套性設計側重于專項設計，包括管網設置、輸配水道設計、樞紐設計、水泵設計以及與之密切相關的滴灌效益控制等。

2.2.1 管網設置要點。首先，設計滴灌項目產品時，要先做好對輪灌區的合理劃分與科學布局。例如，首部樞紐系統的設計基本上決定了管網的具體設置，因而可以根據具體的規范條例與管理機制，將行政區劃與滴灌管網路線選擇等對應起來，避免后續因行政區劃、管理權限等造成矛盾及利益糾紛。

其次，管網設置要與農作物的實際生長情況相一致。具體而言，應先進行農田水利資源分析，包括農田面積、農田分布、水利工程條件、水利工程線路等，再結合實際的種植方向、種植作物，合理地調整管網中主管道、次管道、分支管道分布與占比。例如，需要將管網埋設于地下，以規避參差不齊問題［3］。同時，應結合當地氣候條件等，保障管道所處環境的溫度與濕度適宜，避免出現陽光直射與冰凍損壞等問題。

最后，在具體的埋設深度設計方面，應將其控制在1.0 m以內。對于加壓泵設備的設計，則應按照主干管道、次干管道或分支管道之間的直接輸水需求，使加壓泵設備的設計能滿足二者具體輸水時的壓力需求。例如，應用滴灌系統時，需要按照一定的時間間隔將輸送管道中的水滴入農作物根部區域，合理確定管道線路長度、滴灌節點數量、壓力等數據。另外，將滴灌系統布置為魚骨形時，應將主干管道的埋設位置設計在0.8 m以內，并將次干管道或分支管道設置于地面位置。由于魚骨形布置方法應用相對普遍，應用頻率相對較高，設計經驗相對豐富，建議具體設計時針對各類同類型管網設置方案進行比較分析，從而提升管網設置的科學性［4］。從管材選擇方面來看，聚乙烯塑料（PE）管的應用效果較好，可以選擇直接插入的方法，一般要求其壁厚不小于0.5 mm。

2.2.2 輸配水道設計要點。首先，當前我國水利工程升級改造工作正在快速推進，已實現農業、水利、資本、技術等各方面的資源優化配置。尤其是農村地區推行“政府+企業合作模式”“企業+農戶股份合模式”及獨立的企業與農戶市場化交易模式，擴增了鄉村區域范圍內的市場要素配置資源功能。因此，在輸配水道設計實踐中，設計者需要充分做好資源調研工作，將輸配水道的設計指標細化并趨于完善。

其次，需要明確節水需求，將滴灌輸配水道設計與“節能減排”政策結合起來，從而實現滴灌方式下的水資源節能目標。一方面，對水道位置、水道流量及其變化、輸配方式、水道安全等設計內容進行全要素分析，確保每個環節要素的完整性，并制作針對輸配水道的要素清單。設計人員可以根據要素清單，復核自身設置的設計提標、控制標準是否與實際的要素構成相一致，從而有效提高每個輸配水道的安全控制水平。另一方面，為有效提高滴灌設計方案的應用效果，設計輸配水道時應充分考慮材料的選擇。例如，在前期滴灌技術的應用中，多采用聚氯乙烯（PVC）材料，這種材料易老化且存在一定的污染，浪費嚴重。現階段，可選擇應用效果相對較好的聚乙烯材料來解決此類問題。同時，對于滴灌系統的壓力控制，尤其是對于管道規格的標準設置，應采用均勻分配方式，既有利于避免設計中的計算不便，也能提高后期的施工效率以及合理控制流量。

2.2.3 樞紐設計要點。在樞紐設計方面，需要強調首部樞紐的重要性。從以往的滴灌設計經驗來看，在首部樞紐設計過程中，需要對過濾結構進行功能分析，提高過濾結構設計水平。例如，灌溉水應選用清潔的水資源，因為雜物的存在，如藻類、泥沙等，不僅會對滴灌系統造成堵塞，而且會使滴灌管頭受到侵蝕與損害，因此，需要做好過濾結構設計。另外，建議對各類型的過濾器進行性能分析，選擇合適的過濾器。例如，介質過濾器適用于漂浮物相對較多的水源，網式過濾器適用于水質相對較好的水源，離心力過濾器適用于含沙量較大的水源。在實際設計過程中，需要始終貫徹“調查為先”“因地制宜”的基本原則［5］。

2.2.4 水泵設計要點。在滴灌設計中，動力來源于水泵。然而，在不同的滴灌設計方案下，水泵設計存在較大差異，需要從流量、揚程、規格、能耗等方面進行綜合分析。現階段，各地已建立內容相對完善的信息管理系統，因此，設計人員可以根據設計項目所在地的實際情況，通過信息管理系統查詢相關歷史數據，結合市場調研結果，對比歷史數據與市場調研數據之間的差異，通過水利數據實驗方法、工程質量檢測方法，對相關水泵進行基本原理方面的簡易模擬試驗，或者利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）先建立可視化的數據模型，再進行參數計算等，以選擇與整個滴灌項目相匹配的水泵。

2.2.5 滴灌效益要點。除以上配套性的專項設計之外，在實際的滴灌設計實踐中，一方面需要做好設計成本控制，另一方面需要在設計環節做好對滴灌效益的合理預期。因此，應打破“效益集于一隅”的固化思維與偏見，根據實際建設需求和管網、管道、管線分布情況，設計多套方案，通過比較其綜合效益，選擇較優方案［6］。

3 結語

在農田水利灌溉工程建設中，節水十分關鍵。滴灌作為當前使用頻率高、推廣范圍相對較廣的技術，形成了以產業化為主導的發展模式。在滴灌設計過程中，一方面應注重總體設計方面的系統性；另一方面應對滴灌設計的各環節做好質量控制。因此，建議結合實際的滴灌需求，加強系統性設計與配套性設計，為后續農田水利灌溉工程建設提供有效支持。