農田水利工程節水灌溉技術的運用與實施要點探討

劉 明

（東阿縣欣源水利工程有限公司，山東東阿 252200）

0.引言

水資源不足是制約我國農業發展的重要因素之一，長期粗放式的灌溉模式不僅會造成嚴重的水資源浪費，也會導致土壤板結等嚴重問題。因此為有效推動地區農業發展，尋找一種科學的節水灌溉技術可以有效解決其中的水資源供給與需求問題，最終為加快農業發展奠定基礎。

1.農田水利工程節水灌溉技術運用研究

1.1 滴灌技術

滴灌技術主要通過干管、支管與毛管上的滴頭，在低壓作用下向土壤中緩慢滴入水分，可以為農作物生長提供必要的水分（見圖1）。

圖1 滴灌技術

與其他節水灌溉技術相比，該技術通過重力與毛細管的作用下將水分滴入土壤中，使農作物根部土壤保持良好的含水狀態。該技術的特征表現為：（1）省水省工，增產增收。滴灌技術在灌溉過程中實現了水分有效供給，灌溉期間水不在空中運動，也不會打濕葉面，因此能減少水分蒸發量，與噴灌技術相比，該技術的節水量最高可以達到75%。作為一種高效的灌溉技術，滴灌方法減少植株間的水分，因此可以避免雜草生長，消除雜草與農作物爭奪養分的問題。（2）滴灌技術的成本高，并且水中沉淀物質會導致毛管滴頭堵塞，因此該技術的后期維護運營管理成本高，這也是制約該技術進一步推廣的重要因素[1]。從滴灌技術的應用現狀來看，甘肅等干旱地區通過該技術顯著提升了農作物產量，以景泰縣為例，通過水肥一體化滴灌技術有效減少了化肥的使用量，并且用水效率顯著提升；同時該技術拓展了農作物選擇余地，使當地特色的麒麟西瓜產量明顯提升，創造出更大的效益。

1.2 微噴灌技術

微噴灌技術是在滴灌與噴灌技術基礎上發展而來的新型技術，目前為適應不同地區的農業生產要求，該技術已經發展出移動式與固定式兩種。該技術的核心為：通過低壓管道將水流以較大流速噴出，使小流量的水噴灑到土壤表面，而噴灑的水在空氣阻力等外力因素的作用下被快速分解，均勻地散落在植物根部，達到灌溉目的。從系統組成來看，微噴灌系統主要包括水泵、動力機械、各級管道以及微噴灌系統等幾方面組成，其中固定式技術采用了管道地埋的方式，而移動式微噴灌技術則采用靈活的管道布置形式，具有體積小、使用靈活等優點。并且為強化其功能，在微噴灌技術中過濾器性能成為影響澆灌效果的重要因素，一般微噴灌溉系統中的過濾器孔目直接應選擇較大，原因是因為在微噴灌灌溉出水器的出水孔比滴水器的出水孔略大，所以要采用較大孔目的過濾器。除此之外，農作物種類、種植間距以及土壤類型等都會直接影響該噴灌技術的種植效果，因此在不造成地面積水的同時也要保證灌水的均勻、作物受水量盡可能一致。

從應用實例來看，湖南省在山地杏果園抗旱栽培中采用了微噴灌技術，根據當地果園的經驗發現，微噴灌技術克服了地形等因素的影響，并且該裝置的出流口與流速均大于滴頭流速與流量，并且有助于節省化肥材料的用量，與大水漫灌技術相比，該技術能夠節省用水量超過60%，提升該技術生態效益與經濟效益。

1.3 渠道防滲技術

在農田水利工程項目建設中開展渠道防滲技術可以減少渠道運水過程中的水資源浪費問題。目前渠道防滲技術主要分為兩種類型：（1）改變渠道土壤的抗滲性，通過物理或者化學方法實現，其中物理法主要通過減少土壤中的縫隙提升密實度，減少水流滲漏；化學法通過在渠床土壤中拌和一定化學材料來增強其不透水性。（2）設置防滲層。設置防滲層的關鍵，是利用渠道襯砌的方法改善渠道物理性能，常見方法包括砌石、瀝青、鋼筋混凝土等。在采取上述措施后，渠道的水資源損失可減少50%以上[2]。目前渠道防滲技術中常見有分塊的兩側擋板和伸縮成型夾板外，還應有外模板，否則施工質量不易保證；而隨著技術的發展，在各地區在采用該技術時采用了襯砌機澆注U型混凝土渠道，在土基梯形和U形渠道上采用噴射混凝土以及對塑料養護劑的試驗應用是混凝土襯砌施工技術的重要發展，展現出顯著的技術優勢。

從技術應用范圍來看，設置防滲層是渠道防滲技術中較為常見的形式，具有防滲效果持久的優點，但是工期長且投資成本高。根據河南某地區的經驗發現，在自流灌區，土渠容易被水沖刷而坍塌，由此造成的水資源損失會超過50%，而在采取渠道防滲技術后可以降低土渠的粗糙率，提升渠道輸沙防淤能力，且該技術能使水渠的運水時間減少30%以上，且當地的土壤性能也有顯著提升。

1.4 膜上灌溉技術

膜上灌溉技術是用于地膜種植的灌溉技術，將田面水經過放苗孔或專用滲水孔，只灌作物，屬局部灌溉。與傳統技術相比，膜上灌溉技術可以減少溝灌的田間蒸發量，并實現深層滲透，該技術的水資源利用率可超過80%。目前常見地膜上灌溉技術主要分為以下幾種：（1）膜畦膜上灌。該技術主要在畦田腹膜種植技術，通過將水引入畦中，水在膜上流動，通過將縫隙將水分滲透到土壤中，進而滿足植物生長對水分的需求。（2）膜溝灌。該模式常見于瓜果農作物灌溉中，通過腹膜平鋪在溝坡上，使溝底位置的相鄰兩個膜之間預留約4cm的縫隙，在水流通過后可以快速滲透到土壤中。膜上灌溉技術不僅有助于提升水資源利用率，也可以解決泥土板結問題，有助于推動當地農業進一步發展。應用效果評價顯示，在玉米等主要經濟農作物種植中，采用膜上灌溉技術的節水率約為60%，而棉花在采用該技術時，其節水率達到50%，棉花增產5%左右。

1.5 噴灌技術

噴灌技術是經水泵加壓或者自然落差形成的有壓水，在壓力的作用下輸送到田間，在噴頭的作用下將水均勻地噴射到空中，水流被打散后以小水滴的方式灑落在農田上。噴灌技術的優點顯著，對環境的適應性強，且占耕地少。但是該技術容易受到風以及成本的影響。目前我國已建成的噴灌面積超過80萬公頃，成為農田節約用水的代表。

運用案例顯示，某地區在水肥一體化的技術模式下設置立桿式噴灌系統，該系統成功建立后，技術人員只需要根據當地的氣候與土壤干濕程度、農作物長勢遠程控制噴灌技術的水肥用量以及灌溉時間即可，實現了24小時的全天候操作。結果顯示，在噴灌技術的支持下，每畝小麥的節水量超過50%，減少人工成本70%，綜合計算后每畝小麥增效約為200元，創造了理想的經濟價值。

2.農田水利工程節水灌溉技術的實施要點

2.1 設計灌溉方案

在農田水利工程項目節水灌溉方案中，根據農田需水量確定定額，例如在凈灌水定額計算中，可以參照公式（1）的計算方法。

在公式（1）中，m凈代表凈灌水定額值；γ代表計劃濕潤層土壤的干容量；h代表計劃濕潤層土壤的深度；β1與β2表示適宜土壤含水量的上限值與下限值。

根據公式（1）的相關內容完成計算后，可以獲得整個農田水利工程項目灌溉的關鍵系數，可以用于指導灌溉方案設計。

2.2 管徑方案設計與管網布設方案

目前農田水利工程節水灌溉的覆蓋面積大，可能會因為各種原因導致灌溉受到影響，此時為保障灌溉作業有效合理性，通常可將其劃分為不同的灌溉地塊，以中心水庫為灌溉水來源，按照既定的時間周期完成灌溉[3]。以噴灌技術為例，當技術人員利用管網連接后，通過輸水軟管連接噴灌機管道與支管。在管徑設計上，通過經驗公式法計算出最終結果，具體包括：

（1）當計劃水流量Q＜120m3/h的情況下，管道半徑D的計算方法為。

（2）當計劃水流量Q≥120m3/h時，管道半徑D的計算方法為。

以某工程為例，該工程項目中管道管徑的管徑設計思路如表1所示。

表1 管道管徑設計表

在管網布設中，根據當地地形情況合理設計，例如某地區農田的地塊尺寸為400×250米，單井控制灌溉面積達到150畝。管網布設設計中設置一條主管道，長度325米，垂直于垅向布設，支管均順垅向布設，每根支管的長度均為200米，管道之間的間距為100米；支管上增設5個出水口。出水口間距50米。

2.3 充分考慮地域環境的影響

在農田水利工程項目中，氣候因素對節水灌溉技術的應用作用明顯，導致在實施階段需要考慮氣候因素的限制，一方面，掌握本地區氣候特征，另一方面則需要綜合分析當地的土質情況。例如北方地區降水量少，尤其是甘肅等地區農業發展一直受到水資源不足等問題的影響。在農田水利工程節水灌溉技術中可以選擇滴灌技術；而相比之下南方地區降雨量充沛，可選擇噴灌、淋灌技術。同時當地農田水利工程項目的現狀也是工作人員不容忽視的問題，例如針對水利工程年久失修的問題可推動渠道防滲建設等，強化農田水利工程項目的性能。

2.4 增加上級部門財政支持

農田水利工程節水灌溉技術對于推動地區農業發展有重要意義，但是考慮到地方長期受到資金不足等因素制約，導致地區缺乏推廣節水灌溉技術的能力。因此應從上級部門的財政支持入手，爭取獲得上級部門的各項財政支持，在發揮財政資金導向推動作用的同時，完善節水農業發展補償機制，對于積極運用節水灌溉技術的集體或者個人提供資金支持[4]。最終為全面推動當地節水型農業的發展，應打造以省市為核心的資金引導機制，創新財政投入與激勵機制，鼓勵農戶針對節水灌溉工程推廣發表意見，拓展本次工程項目建設的群眾基礎。

2.5 完善農田水利工程智能化建設

實現智能化是未來農田水利工程節水灌溉發展的必由之路，因此，當地可以在現有條件的基礎上全面推動農田水利的智能化與自動化建設，采購智能化檢測模塊完善灌溉方法。目前，在高標準農田建設的背景下，農田水利灌溉模式已經發生明顯變化，從傳統的人工拉閘開泵，人工排灌澆地，人工計算水電費用等情況變成了刷卡計費，刷卡開泵，遠程控制等全自動智能灌溉。而隨著智能化技術的發展，農田水利工程項目的發展模式已經發生根本性變化，在三相電流互感器以及水電雙計量等功能的支持下，未來農田水利工程智能化應實現以下功能：（1）遠程與現場查詢功能。在使用狀態下，用戶可以查詢卡中余額信息，并且不會影響正常的用水數據。（2）可以提供多樣化的收費方式，能夠靈活選擇，包括按電量收費、按時間收費、按水量收費、按水電雙計收費。（3）功能強大，在智能化的支持下可以實現預收水費、自動計費、無費自動切斷水泵電機電源功能。（4）支持定額管理的功能，根據用水定額以及階梯水價定額的方法，用戶可以自行設定用水量，避免生產成本提升。（5）支持無人管理或者遠程管理，用戶通過手機App可以執行遠程刷卡澆地，解放了勞動力。

2.6 加快用水管理制度落實，完善節水服務模式

為與當地農田水利節水灌溉工程建設相匹配，當地在實施階段應完善農業灌溉用水總量控制方式以及定額管理等指標，在農田水利工程項目建設中應強化地下水管理方案，針對超采區實施加倍計收水費等應對措施。充分激發農戶參與節約用水管理的積極性，在農田水利工程節水灌溉技術中，通過對農戶開展專業的宣傳教育工作，提升全體用戶的節水意識與節水工程管理能力，能夠自覺參與到節水灌溉技術推廣中。在教育活動中應強化農戶的技術水平，使農戶掌握相關節水灌溉技術的日常維護管理方法，能夠妥善處理節水灌溉技術所出現的各種質量問題。例如在使用滴灌技術中經常發生出水不均勻的問題，而造成此類問題的原因包括滴頭堵塞、滴灌管的工作壓力不足、輪灌區的面積相差過大等。針對上述問題，技術人員采用遠程宣教的方法介紹應對措施。同時為預防相關問題發生，技術人員也可以通過視頻宣教的方法闡述滴灌技術使用保養要點，例如，滴灌使用間隔時間過長（如一個月），管道內生長微生物，滴頭出水口生長藻類等而導致堵塞，因此需要定期清理。

2.7 做好農田水利工程節水裝置保護工作

目前，節水灌溉技術的科技水平顯著提升，對日常管理提出了較高要求，因此在該技術實施、推廣過程中，應注意避免出現設備維護管理力度不足的問題，切實保證設備的使用年限。因此需要通過劃分崗位責任制的方法，提升節水灌溉設備的保護力度，必要時指派專人展開設備維護管理，充分解決節水灌溉設備使用中的障礙問題，切實強化灌溉技術功能。

3.結語

農田水利工程節水灌溉技術的出現符合地區農業發展趨勢，是推動地區農業發展的必要組成部分。因此相關人員應掌握農田水利工程節水灌溉技術的關鍵技術，通過技術、資金支持等方法消除潛在風險因素的影響，不斷提升節水灌溉技術的應用范圍，最終加快我國現代化農業建設步伐。