農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術探討

陳伯成 陳峰

摘要 簡要介紹了節(jié)水灌溉技術，分析了農(nóng)田水利工程中應用節(jié)水灌溉技術常見的問題，如工程規(guī)劃設計不合理、種植結構不合理、技術應用和地方實際情況脫節(jié)、管理制度不完善等，并圍繞渠道防滲與低壓管道輸水、噴灌、滴灌、農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整、高效節(jié)水灌溉工程設計標準、節(jié)水灌溉制度、節(jié)水灌溉效益評價等方面，提出了提高農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉效益的策略。

關鍵詞 農(nóng)田水利工程；節(jié)水灌溉技術；設計標準；效益評價

中圖分類號：S274 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0176-03

農(nóng)田水利工程簡單來說就是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而服務的水利工程，其作用在于通過攔蓄、調(diào)控、分配與使用農(nóng)業(yè)水資源的方式，對農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件加以調(diào)節(jié)與改善，進而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供灌溉用水，同時增強地區(qū)農(nóng)業(yè)抵御旱災、洪災等的能力，促進生態(tài)環(huán)境形成良性循環(huán)。農(nóng)田水利工程的基本作用為灌溉與排水，從而實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)水資源的有效調(diào)控與利用。

1 節(jié)水灌溉技術的概述

現(xiàn)代農(nóng)田水利工程的興建與運行，能形成地表水、地下水、地表水與地下水聯(lián)合等多種灌溉方式，同時能通過地明溝、暗管、鼠道、豎井等進行排水。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，水利工程主要包含灌溉水源工程、排澇工程、防洪工程、護坡工程、中小型河道整治工程、土地整治與農(nóng)牧供水工程、低產(chǎn)田水利土壤改良工程等，具體需要根據(jù)地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要和氣候條件、水文地理條件等進行科學設計、修建、運行與管理。

節(jié)水灌溉技術即基于農(nóng)作物需水規(guī)律、供水條件對灌溉用水量進行合理調(diào)整與控制，從而實現(xiàn)以少量的水取得較高的經(jīng)濟效益。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，常見的節(jié)水灌溉技術有渠道防滲、噴灌、微噴灌、滲灌、滴灌等，運用各種方式在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的同時，節(jié)水水資源，減少水資源浪費與損耗。合理運用節(jié)水灌溉技術，除了能夠減少水資源的浪費之外，還能有效提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，減少病蟲害，節(jié)省施肥量和電力能源，提升環(huán)境效益等，具有多方面的積極意義[1]。

2 農(nóng)田水利工程中節(jié)水灌溉技術應用的常見問題

2.1 工程規(guī)劃設計不合理

農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉要想取得預期成效，必須對節(jié)水工程進行科學規(guī)劃與設計。然而，目前工程設計不合理的現(xiàn)象并不少見，一方面，因為工程設計沒有嚴格遵循相應的標準與規(guī)范；另一方面，工程設計與地方農(nóng)業(yè)建設與發(fā)展需要契合度偏低。農(nóng)田節(jié)水工程的建設需要嚴格按照國家標準、行業(yè)規(guī)范等進行，只要存在沒有遵循相應標準與規(guī)范的情況，均會直接影響工程質(zhì)量、功能等，不利于節(jié)水灌溉技術的有效應用。此外，若農(nóng)田水利工程的規(guī)劃、設計與建設沒有充分考慮灌溉水源、灌溉水利用系數(shù)、灌溉設計保證率等因素，導致工程運行難以完全滿足地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展需要，也會影響相應的節(jié)水灌溉效果[2]。

2.2 種植結構不合理

實際上，節(jié)水灌溉技術的應用效果受種植結構的影響較大。目前，部分地區(qū)對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術的應用并沒有充分考慮氣候特點、水利條件等，也沒有考慮農(nóng)作物的需水特征，更沒有構建起合適的規(guī)模化種植模式，導致相應的節(jié)水灌溉技術應用難以取得預期成效，容易受土壤、排水、耕作等方式的影響。

2.3 節(jié)水技術應用和地方實際情況脫節(jié)

節(jié)水灌溉技術的類型較為多樣，具體需要根據(jù)地方實際情況進行合理選用。然而，部分地區(qū)在應用節(jié)水灌溉技術時，往往存在直接照搬其他地區(qū)成功經(jīng)驗的情況，并沒有充分考慮節(jié)水灌溉技術與當?shù)貙嶋H情況的契合度，對氣候條件、土壤條件、水利條件、農(nóng)作物類型、農(nóng)作物規(guī)模、資金投入、技術人才、農(nóng)民綜合素質(zhì)等的考慮有所不足，影響了最終的節(jié)水效果。

2.4 管理制度不完善

節(jié)水灌溉技術在農(nóng)田水利工程中的應用，除了在技術層面達到一定標準之外，還需要完善的管理制度作為支撐。但是，目前節(jié)水灌溉制度與工作制度不夠完善的現(xiàn)象并不少見，實踐中往往存在管理權責劃分不明確、設計灌水定額不合理、灌水周期不科學、鼓勵農(nóng)民用水獲得經(jīng)濟收益與節(jié)省水資源相矛盾、用水申報程序不科學、水費不合理、糾紛責任劃分與調(diào)處機制不健全等問題，直接影響節(jié)水灌溉技術的實踐應用效果[3]。

3 農(nóng)田水利工程中節(jié)水灌溉技術的應用要點

3.1 科學選用節(jié)水灌溉技術

節(jié)水灌溉技術類型多樣，不同技術的適用條件和優(yōu)缺點均有所不同，需要在實踐中綜合考量多方面因素進行科學選用，以最合適的技術保障相應的節(jié)水效果。

3.1.1 渠道防滲與低壓管道輸水 輸水是用水的前提。如果農(nóng)業(yè)用水在輸水方面存在嚴重的水資源浪費與損失問題，則難以實現(xiàn)節(jié)水灌溉。因此，在農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術體系中，輸水技術是不可忽視的部分。目前，常見的輸水節(jié)水方法有渠道防滲與低壓管道輸水2種。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，輸水往往是基于土渠進行的，不論是水分在土壤中滲透還是通過大氣蒸發(fā)，均會導致輸水過程中大量水分消失。而應用渠道防滲技術，則能利用砌石、混凝土、膜料、瀝青混凝土等對土渠進行處理，有效減少滲漏導致的水分浪費，提高渠系水利用率，同時能起到提高渠道抗沖能力、減少渠道粗糙程度并增加輸水能力、縮短輸水時間、強化對地下水位的控制、減少渠道淤積等作用。在渠道上方設置封頂板，還能有效減少因蒸發(fā)造成的水資源浪費。應用渠道防滲技術，往往需要設計邊坡系數(shù)、糙率、不沖不淤流速、伸縮縫與填縫材料、堤頂寬度、超高、封頂板等參數(shù)，才能確保相應的防滲效果。

不同渠道防滲技術的防滲結構有所不同，相應的防滲能力也有所差異。比如，土料防滲渠道一般只有黏土、灰土和三合土的混合層兩層，防滲能力一般；砌石防滲渠道一般包含干砌卵石、漿砌塊石、漿砌料石、漿砌石板等4層，防滲能力較好；混凝土防滲渠道一般包含現(xiàn)場澆筑、預制鋪砌、噴射法施工等形成的3層，各層材料的防滲性能良好，整體防滲能力極為良好。

低壓管道輸水則是利用低壓管道將水輸送至田間進行灌溉，借助管道有效減少輸水過程中的水分滲漏與蒸發(fā)損失。目前，常用的低壓管道輸水管材有混凝土管、塑料硬管、塑料軟管等，管道系統(tǒng)壓力通常不會超過0.02 MPa，管道最遠端的出水口壓力一般控制在0.002～0.003 MPa之間。合理運用低壓管道輸水技術，能將水利用系數(shù)提升至0.95，同時起到良好的節(jié)電、省地、增產(chǎn)作用[4]。

3.1.2 噴灌 噴灌指利用管道將壓力水輸送至噴頭后噴射至空中，并分散成細小水滴對農(nóng)作物進行灌溉。噴灌技術的節(jié)水效果較為明顯，水利用率可達到90%，并且還具有水費少、減少渠系建設及管理維護費用、作物增產(chǎn)幅度大、土壤不辦結、改善田間小氣候與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、避免過量灌溉造成的土壤次生鹽堿化問題、推動農(nóng)業(yè)機械化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等優(yōu)勢。但是，噴灌技術的應用也有一定的缺點，主要體現(xiàn)在受風的影響較大、受空氣相對濕度影響大、設備投資高、固定管道式噴管系統(tǒng)影響田間機耕作業(yè)、半固定管道式與移動式噴管系統(tǒng)的搬運難度較大且易傷苗、破壞土壤結構、能耗較高。在農(nóng)田水利工程中應用噴灌技術，往往需要根據(jù)實際情況合理設計噴灌強度、噴灌均勻度、水滴霧化程度等，才能保障相應的節(jié)水灌溉效果。

3.1.3 滴灌 滴灌是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的節(jié)水灌溉技術，其原理在于通過管道系統(tǒng)和灌水器，將水分與養(yǎng)分一滴一滴地送到作物根部，在滿足作物需水要求的同時，有效節(jié)省灌溉用水。滴灌技術的優(yōu)勢在于省水、省肥、省工、增產(chǎn)增收、控制溫濕度、維持土壤結構等，而其劣勢則在于水質(zhì)要求高、肥料要求高、成本高、可能引起鹽分積累、可能制約根系發(fā)展等。目前，滴灌系統(tǒng)主要有固定式和半固定式2類，前者即管網(wǎng)安裝完畢后不能進行移動，后者則是田間毛管可移動。在農(nóng)田水利工程中應用滴灌技術，一般可根據(jù)實際情況設置地面固定式系統(tǒng)、地下固定式系統(tǒng)、移動式系統(tǒng)等。滴灌系統(tǒng)壓力較小且灌水器直徑較小，對相應的水質(zhì)要求極高，需要依靠過濾器保障管道與滴頭不會堵塞。應用滴灌技術需要按照相應規(guī)范選用水溶肥料，確保不同水溶肥料固體與液體產(chǎn)品的技術指標完全符合國家標準與要求，包括大量元素水溶肥料、含腐植酸水溶肥料、微量元素水溶肥料、含氨基酸水溶肥料、中量元素水溶肥料等在內(nèi)的所有肥料都需要符合國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標準[5]。

3.2 合理調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結構

合理調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結構，能適應并支持節(jié)水灌溉技術的應用，進而改善相應的節(jié)水效果。各地政府應當以發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)為導向，以種植結構調(diào)整為抓手，加快調(diào)整種植結構，并為節(jié)水灌溉的發(fā)展提供有力支持。務必做到因地制宜優(yōu)化種植結構，發(fā)展適水種植模式，根據(jù)地方農(nóng)業(yè)特性和發(fā)展方向，探索自然休耕、生態(tài)休耕、旱作雨養(yǎng)等不同種植模式，為節(jié)水灌溉奠定良好基礎。積極推動農(nóng)業(yè)種植規(guī)模化發(fā)展，配合農(nóng)田水利工程的修建與運行調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結構，進而更加科學地發(fā)揮工程優(yōu)勢、優(yōu)化水資源配置、強化節(jié)水效果。積極推動高標準農(nóng)田建設，大力應用和發(fā)展高效節(jié)水灌溉措施，配合土地經(jīng)營權流轉(zhuǎn)管理等形成大面積、高標準的農(nóng)田，從而為噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術的應用創(chuàng)造有利條件。此外，還需要大力推行農(nóng)機農(nóng)藝融合、良種良法配套，做好農(nóng)技推廣工作，優(yōu)選節(jié)水品種作物，落實農(nóng)機深松、播后鎮(zhèn)壓、虧缺灌溉等配套節(jié)水種植技術的推廣工作，做好農(nóng)業(yè)節(jié)水宣傳服務工作，積極爭取國家有關項目資金，引導社會資本加大農(nóng)業(yè)節(jié)水投資，有效構建高標準農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉模式。

3.3 規(guī)范高效節(jié)水灌溉工程設計標準

在規(guī)劃、設計高效節(jié)水灌溉工程時，需要規(guī)范相應的設計標準，確保各方面均符合國家標準和行業(yè)規(guī)范。從源頭做起，以《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》作為灌溉水源設計的依據(jù)，從源頭上保障高效節(jié)水灌溉技術的應用實效。根據(jù)不同節(jié)水灌溉工程，需要明確相應的最低灌溉水利用系數(shù)，其中，管道輸水灌溉工程的最低灌溉水利用系數(shù)為0.80，噴灌工程為0.80、微灌工程為0.85、滴灌工程則為0.90。此外，需要根據(jù)作物類型、水文條件、氣候條件等因素設計灌溉需水量，從而在有效節(jié)水的同時，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供足夠的水資源。

節(jié)水灌溉工程項目系統(tǒng)的一般布置方式依次為水源、首部樞紐、輸水干管、支管、給水栓（噴頭或滴頭）。具體設計應當根據(jù)所應用節(jié)水灌溉技術的特性加以明確。其中，低壓管道輸水灌溉工程的設計一般涉及系統(tǒng)總體布置、輪灌制度確定、灌溉系統(tǒng)設計流量計算、管網(wǎng)各級管道設計流量計算、管材與管徑選擇、孔口出流量計算等；噴灌工程的設計一般涉及噴灌強度計算、霧化指標計算、灌水定額設計、灌水周期計算、噴頭在工作點上噴灑的時間計算、噴頭每日可噴灑的工作點數(shù)計算、灌溉系統(tǒng)設計流量計算、各級管道設計流量計算、管徑計算、首部樞紐設計、水泵揚程確定、水泵流量計算、灌溉設計流量計算、泵房結構設計、施肥罐設計等；滴灌工程的設計一般涉及灌溉保證率確定、滴灌水的利用系數(shù)確定、滴灌均勻系數(shù)確定、滴灌水質(zhì)確定、水量平衡計算、灌水小區(qū)允許水頭偏差計算、土壤濕潤比計算、灌水定額計算、灌水周期計算、一次灌水持續(xù)時間計算、輪灌組劃分、毛管水頭損失計算、毛管進口工作壓力計算、支管水頭損失計算、干管沿程水頭損失與局部水頭損失計算、首部樞紐設計、水泵揚程計算、灌溉設計流量計算、泵房結構設計、過濾器選型、肥水池結構設計等。

3.4 完善節(jié)水灌溉制度

完善節(jié)水灌溉制度，能夠為農(nóng)田水利工程的節(jié)水運行提供有力支持與保障，確保節(jié)水灌溉效果符合預期。首先，明確管理權責。一般采取專業(yè)管理機構與當?shù)卣蛘M織的群眾管理組織相結合的方式對農(nóng)田水利工程進行管理，落實宣傳、水資源調(diào)配、水質(zhì)保護、工程設施管理與維護、成本核算、水政執(zhí)法、職工培訓等工作。其次，規(guī)范工程管理制度。農(nóng)田水利工程的新建、續(xù)建、擴建與改造需遵循國家相關標準，落實工程竣工驗收、財產(chǎn)登記與移交工作，做好工程保護、水源保護、工程維修養(yǎng)護等工作。再次，明確用水戶和水管單位的權利與義務。確保用水戶依法用水并參與用水管理的權利，同時要求用水戶盡到節(jié)約用水、保護水資源、按時足額繳納水費、保護水利工程的義務，而水管單位則要做好本職工作，確保農(nóng)田水利工程的良好運行。最后，對用時申報、水量分配、灌溉運行、水量結算、水費征收、費用管理、糾紛責任劃分與調(diào)處、罰則等加以規(guī)范，全面保障農(nóng)田水利工程高效運行，實現(xiàn)有效節(jié)水[6]。

3.5 落實高效節(jié)水灌溉效益評價

對高效節(jié)水灌溉效益進行綜合評價，能夠客觀、準確地反映農(nóng)田水利工程的作用和價值，同時為后續(xù)工程運行管理優(yōu)化提供依據(jù)。一方面，計算工程投資、年運行費、流動資金等，了解工程成本；另一方面，對工程的經(jīng)濟效益、社會效益以及生態(tài)效益等進行分別評價。在此基礎上，綜合考量成本與效益，對農(nóng)田水利工程的節(jié)水效益進行全面分析，計算相應的經(jīng)濟內(nèi)部收益率、經(jīng)濟凈現(xiàn)值、經(jīng)濟效益費用比、投資回收期等是否和預期相符，并在不符合預期的情況下發(fā)現(xiàn)問題，為后續(xù)工程管理優(yōu)化提供依據(jù)。

4 結束語

節(jié)水灌溉技術在現(xiàn)代農(nóng)田水利工程中有著巨大的應用價值，對推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、減少農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益等有著重要意義。地方農(nóng)業(yè)部門需要高度重視節(jié)水灌溉技術的推廣和應用工作，因地制宜地做好相應規(guī)劃，深化農(nóng)田水利工程建設運行管理和節(jié)水灌溉技術的有機結合，推動節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展進程的有效推進。

參考文獻

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[6] 王探霞.農(nóng)田水利工程中節(jié)水灌溉技術應用要點分析[J].河南科技，2021，40 （14）：55-57.

責任編輯：黃艷飛

Discussion on Water-saving Irrigation Te-chnology of Farmland Water Conservancy Project

Chen Bo-cheng et al（Tongshan District Flood Control and Drought Relief Center， Xuzhou， Jiangsu 221112）

Abstract Introduced water-saving irrigation technology， analyzed common problems in the application of water-saving irrigation technology in irrigation and water conservancy projects， such as unreasonable project planning and design， unreasonable planting structure， disconnection between technology application and local actual situation， imperfect management system， etc. The strategies to improve the efficiency of water-saving irrigation of irrigation projects were discussed in the aspects of channel seepage control and low-pressure pipeline water transmission， sprinkler irrigation， drip irrigation， adjustment of agricultural planting structure， design standard of high-efficiency water-saving irrigation project， water-saving irrigation system， and benefit evaluation of water-saving irrigation.

Key words Farmland water conservancy project; Water-saving irrigation technology; Design standard; Benefit evaluation

作者簡介 陳伯成（1969—），男，江蘇徐州人，工程師，主要從事水利工程施工建設工作。

收稿日期 2022-11-09