大中型農業(yè)滴灌設計現存問題及改進建議

景俊生

（甘肅酒鋼集團宏源新實業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

1 大中型農業(yè)滴灌設計概述

滴灌系統(tǒng)由引水部件、首部控制樞紐、配水管網以及灌水器幾部分共同組成（見圖1）。在滴灌系統(tǒng)中，最大的能量損失是由管道水頭損失和灌水器內部復雜流道對水能消耗造成的，這使灌水器受工作壓力變化的影響較小，出水量小而穩(wěn)定；系統(tǒng)中對造價影響最大的因素是水頭即工作壓力，其中系統(tǒng)首部、管網、過濾設施、灌水器等的價格均與工作壓力成正比，即造價隨壓力增大而提升。

圖1 滴灌系統(tǒng)裝置示意圖Fig.1 The schematic diagram of drip irrigation system

當前，大中型農業(yè)滴灌系統(tǒng)常用的灌水器及毛管工作壓力為10 m，在確保灌水均勻度的基礎上，滴灌系統(tǒng)的工作壓力均可降低。從整體來看，我國大中型農業(yè)滴灌設計主要存在以下幾個難點：第一，我國大中型農業(yè)滴灌設計通常使用較高工作水頭，系統(tǒng)中滴頭平均工作水頭是滴灌系統(tǒng)設計及運行中最為重要技術參數之一。其中，滴頭工作壓力越高，則水泵揚程越高，所需能耗費用就越高。第二，設計中大多使用較大管徑的貼片式滴灌帶。此類滴灌帶雖能夠實現節(jié)水灌溉，但造價較高，制約了滴灌技術的推廣應用。滴頭的工作壓力越大，則毛管、支管和干管要承受的水壓力越高，使用的管道壁厚混合耗材量也會增加，這使得投資費用大大提升。第三，就遠離居民點或者村莊的農田而言，系統(tǒng)電源供應也是設計中存在的重要問題之一。

2 大中型農業(yè)滴灌設計現存問題

由于滴灌技術在許多地區(qū)尚處試驗、摸索階段，因此在大中型農業(yè)滴灌設計中存在許多問題。

2.1 滴灌運維成本較高

滴灌技術在運維成本中投入相對較高，對農業(yè)生產而言，是一筆不小的支出。首先，日常維護中人工費過高。同時，滴灌帶、連接滴灌帶的地面鋪管及滴灌帶配件在使用過程中需定期更換，由于購買廠家不同，且系統(tǒng)中許多精細零配件難以重復利用，造成每年支出居高不下。最后，由于滴灌帶的質量參差不齊，重新購買和運維的成本加大。

2.2 滴灌帶質量難以達標

滴灌帶質量參差不齊也是阻礙滴灌發(fā)展的重要因素之一。當前在市場上的滴灌帶質量和規(guī)格標準難以達標，管道選徑偏小，如換種其他作物，現有地埋供水管道無法利用，需重新設計鋪設管道。

2.3 滴灌接頭容易堵塞

滴灌系統(tǒng)龐大且結構復雜，且由灌水器、過濾器、施肥灌等所組成，為了降低成本，管徑均選用較小的管道，加大了維修難度和投入成本。當前大中型農業(yè)滴灌大多采取井水灌溉的方式，其中存在大量泥沙，造成滴灌堵塞且不易解決，因此，會存在接頭易堵塞、鹽蝕松動漏水等故障，大大制約了滴灌技術的使用和推廣。

2.4 配套設施尚未完善

由于之前自動化遠程控制技術不太成熟，一般是用水壓控制閥門，為了運行操作方便和有效控制閥門，閥門基本是集中安裝。使灌溉時間、制度難以進行統(tǒng)一實施，造成灌溉不均勻。難以根據不同農作物實際生長需求進行供水，不僅有礙農作物的生長，同時也制約了農業(yè)生產的經濟效益[1]。

3 大中型農業(yè)滴灌設計改進建議

3.1 大中型農業(yè)滴灌設計建議

系統(tǒng)滴灌設計，見圖2。首先要考慮水源設計，該設計包括系統(tǒng)水泵、凈化過濾器、在灌溉同時進行施肥及防治蟲害物質添加的肥料罐、水源流量控制器等，在此過程中，可通過取消二級首部過濾設備，在設計時泵房過濾器精度一次性達標。借助設備的綜合利用，實現滴灌設計的自動化控制，進一步提升灌溉效率，降低灌溉難度。對于滴灌系統(tǒng)的管道設計而言，管道設計是最重要的環(huán)節(jié)之一，管道除輸水主干管道外，還有支管、毛管等多種類型，因此，可利用現在較成熟的智能化遠程控制技術裝備進行管道設計，管徑大，以便更換作物后能夠利用。同時，將閥門分散到田間，降低管道鋪設用量，借助在多個部位安裝壓力器和閥門等方式，使水源能夠輸送到滴灌管道中的各個部位，進而發(fā)揮更好的效果；滴頭作為水流經過對農作物進行灌溉的重要部分，要確保其位于土壤的表面或土壤淺表土層，不僅能夠保護滴頭，也可確保滴灌效果[2]。還可通過建立集控中心，通過電腦或手機app進行遠程控制啟停和灌水單元的開關。

圖2 滴灌系統(tǒng)優(yōu)化設計圖Fig.2 The optimal design of drip irrigation system

3.2 大中型農業(yè)滴灌設計要點分析

對于滴灌系統(tǒng)的過濾器設計而言，在滴灌系統(tǒng)設計過程中，過濾器的重要性不言而喻[3]。考慮到滴灌系統(tǒng)中滴頭孔洞較小，若難以借助過濾器將水源中較大雜質過濾清除，則易導致滴頭堵塞，進而嚴重影響滴灌系統(tǒng)的運行和灌溉效果，甚至還可能導致爆管。對于滴灌系統(tǒng)的管道分布設計而言，考慮到管道分布是否合理的問題，有如下兩點建議：一方面，若管道分布過密，則滴灌過程中水分消耗會增加，這就造成了水資源浪費問題，影響滴灌系統(tǒng)節(jié)水效果；另一方面，若管道分布過于分散，造成某些區(qū)域灌溉不到，使灌溉效果大打折扣，從而制約農作物質量和生長，不利于農業(yè)生產的發(fā)展；對于滴灌系統(tǒng)的壓力設計而言，要充分考慮合理、有效的設計輸水壓力。基于此可借助安裝壓力儀表和控制儀表的方式控制輸水壓力，對此一是要防止輸水壓力不足，造成水源難以達到遠處滴灌管道的滴頭，二是避免由于壓力過大造成滴灌系統(tǒng)的管道損壞，形成水資源浪費，進而影響滴灌的效果和農作物的生長。

除上述內容外，針對滴灌帶毛管與主管銜接接頭處毛管容易滑絲脫開、毛管質量差，造成的管身噴水、規(guī)格不達標等一系列問題，還需要進一步研究完善滴灌技術，升級滴灌配套設施結構和材料，進一步完善滴灌滴頭設計，可采用新材料或接頭螺旋絲嵌入和鉚釘環(huán)扣等方式，實現優(yōu)化升級。與此同時，還有必要因地制宜，按照作物的種類進行集中或分散供水、凈化處理、液肥施肥等技術，這一方面可以實現蔬菜類經濟作物與糧食作物在時間和水量上的異樣要求，還可進一步保障滴灌技術配套標準化、規(guī)范化的開展，進一步提升農業(yè)生產的經濟效益[4]。

4 結論

大中型農業(yè)滴灌技術對農業(yè)生產健康發(fā)展具有重要的促進意義，基于此進一步優(yōu)化完善相關設計，有助于農作物的生長，確保其質量穩(wěn)步提升。面對未來，在大中型農業(yè)滴灌設計時，要在充分掌握其理論和要點的基礎上，結合實際情況合理設計，進而滿足農業(yè)生產的發(fā)展需要，促進和農業(yè)灌溉技術持續(xù)進步。