芻議農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

周建民

（寧都縣水利局農(nóng)村水利事務(wù)股，江西 贛州 342800）

0 前 言

在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提升的社會(huì)背景下，水資源的科學(xué)化配置已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域高度關(guān)注的內(nèi)容。但部分地區(qū)的農(nóng)田水利工程在建設(shè)過(guò)程中，受一些現(xiàn)實(shí)因素的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一些水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象頻頻發(fā)生。在此背景下，各地區(qū)必須在水利工程項(xiàng)目中大力應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)，并結(jié)合不同地區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際要求，選擇既能夠助推農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，又可提升水資源利用率的現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)。

1 江西省寧都縣高效節(jié)水灌溉現(xiàn)狀

寧都縣位于江西省贛州市南部的梅江上游區(qū)，東鄰廣昌、石城，南接于都、瑞金，西與興國(guó)、永豐交界，北同樂(lè)安、宜黃、南豐相毗。東西寬61km，南北長(zhǎng)117.2km。全縣總土地面積4 053km2。根據(jù)寧都縣水文氣象觀測(cè)站歷年資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫18.3℃，歷年極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫-7.5℃，無(wú)霜期280d，降水天數(shù)165d，多年平均降水量1 706mm，多年平均日照1 939h，多年平均蒸發(fā)量1 090mm，多年平均風(fēng)速2.7m/s。本流域降水充沛，但在年際、年內(nèi)分配極不均衡，歷年4～6 月降水量占年降水量的40%-70%，最大1d降水量289mm[1]。全縣有大、小河流638 條，其中流域面積20km2以上的有65 條，大（2）型水庫(kù)1 座，中型水庫(kù)2 座，小（1）型水庫(kù)31 座，小（2）型水庫(kù)83 座。另外，山塘5 855 座，引水工程4 898座（其中中型工程1 座），節(jié)水灌溉的模式主要為噴灌及滴灌。

2 江西省寧都縣應(yīng)用的高效節(jié)水灌溉技術(shù)類型

2.1 低壓噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)主要指的是運(yùn)用噴灌地塊管道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物灌溉。該系統(tǒng)主要由主要有總干管、分干管、支管，支管上連接豎管及噴頭，固定管道式噴灌系統(tǒng)除豎管外，一般將管道全部埋入地下。在實(shí)際應(yīng)用中，水資源經(jīng)過(guò)輸水管網(wǎng)運(yùn)輸至噴頭部位后，通過(guò)壓力設(shè)備，在噴頭處可形成噴射距離較遠(yuǎn)的水霧，可覆蓋其周圍一定區(qū)域的農(nóng)田，進(jìn)而起到灌溉作用[2]。以寧都縣水利工程項(xiàng)目為例，寧都縣竹笮鄉(xiāng)新街蔬菜地基所采用的噴灌技術(shù)為低壓噴灌技術(shù)，灌溉面積為33.3hm2。在實(shí)際建設(shè)中，灌溉水源地選擇該蔬菜基地附近的水域，并在其周圍建設(shè)1 個(gè)水泵房，噴灌工程建設(shè)中，選擇ZY-1H 型轉(zhuǎn)換搖臂噴頭，該設(shè)備的流量為2.23m3/h，工作壓力300kpa，噴灑半徑為15.4m，每個(gè)噴頭之間的間距為16m，根據(jù)該蔬菜基地的蔬菜品種以及缺水情況，最終將噴灌強(qiáng)度設(shè)定為15mm/h，輪灌制度設(shè)定為每天8 組噴頭進(jìn)行輪灌。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，與傳統(tǒng)地面噴灌技術(shù)相比較，其節(jié)水率可達(dá)40%～60%，項(xiàng)目區(qū)蔬菜基地的面積53.3hm2，現(xiàn)狀產(chǎn)量為52 500kg/hm2，預(yù)測(cè)增加產(chǎn)量3 750kg/hm2，新增效益60 萬(wàn)元。且對(duì)整個(gè)蔬菜基地的灌溉均勻度非常理想。且實(shí)際灌溉過(guò)程中，由于灌溉管網(wǎng)均為提前施工布設(shè)，因此所需人力成本相對(duì)較低，旋噴式灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要如圖1 所示。

圖1 旋噴式灌溉系統(tǒng)鋪設(shè)示意圖

2.2 滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)與噴灌技術(shù)存在較大相同點(diǎn)，兩者均需運(yùn)用壓力設(shè)備，根據(jù)實(shí)際灌溉需求，將水資源進(jìn)行適當(dāng)在增壓后，通過(guò)供水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物灌溉。滴灌系統(tǒng)主要由樞紐、管網(wǎng)以及滴灌設(shè)備等3 個(gè)結(jié)構(gòu)組成。其中首部樞紐主要包括為水資源提供壓力的水泵、水資源過(guò)濾設(shè)備、施肥池、測(cè)量裝置等等。該技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度降低水資源消耗水平，且可緩解作物灌溉過(guò)程中所產(chǎn)生的地表徑流問(wèn)題或深層滲透的不良現(xiàn)象[3]。以江西省寧都縣節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目在釣峰鄉(xiāng)源尾黃茶苗木基地中應(yīng)用了滴灌技術(shù)，設(shè)計(jì)灌溉面積50hm2，由于茶葉在生長(zhǎng)過(guò)程中，受土壤水分以及肥料的影響巨大，一旦土壤水分地域50%，則會(huì)導(dǎo)致芽葉生長(zhǎng)緩慢，甚至死亡。通過(guò)該灌溉技術(shù)的應(yīng)用，可保障該基地的土壤相對(duì)含水量一直處于50%～75%之間，能夠有效提升茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)，茶園現(xiàn)狀產(chǎn)量為1 275kg/hm2，預(yù)測(cè)增加產(chǎn)量60kg/hm2，新增效益45 萬(wàn)元。

2.3 微潤(rùn)灌溉技術(shù)

微潤(rùn)灌溉技術(shù)是當(dāng)前一種比較先進(jìn)的農(nóng)田灌溉技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)水利工程的技術(shù)設(shè)備條件要求相對(duì)較高，但適用于一些水源環(huán)境不好或需要遠(yuǎn)距離取水的農(nóng)田區(qū)域中。該技術(shù)充分利用功能性納米半透膜材料對(duì)膜兩側(cè)能差的“感知-反饋”功能，以地下供水方式向植物的根部緩慢、連續(xù)、有效地直接供水，并以植物的吸水速度進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)灌溉，是一種基于植物生命需水信息的高效用水調(diào)控技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，受半透膜材料的物理特性影響，其能夠?qū)崿F(xiàn)供水過(guò)程與作物吸水過(guò)程的同步，并通過(guò)地下給水的方式，將水分與肥料直接輸入至農(nóng)作物根部，大幅度降低了水資源的蒸發(fā)、滲漏和徑流損失[4]。且該灌溉系統(tǒng)中設(shè)有肥料池，如農(nóng)作物在生長(zhǎng)中具有施肥需求，可將施肥池的進(jìn)水閘門打開(kāi)至進(jìn)水池的指定水位，然后關(guān)閉進(jìn)水閥，將計(jì)算好的施肥量放入施肥濾袋，打開(kāi)施肥池的出水閥，肥料在濾袋內(nèi)逐漸溶解，并隨水直接到達(dá)根部，由于水肥同步，使作物更利于吸收，且適當(dāng)?shù)販p少農(nóng)業(yè)面源污染。以江西省寧都縣高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目在森旺生態(tài)農(nóng)業(yè)基地中有33.3hm2微潤(rùn)灌溉片區(qū)，主要灌溉作物為臍橙，由于作物位于山體南側(cè)的半山腰以下，山頂高程介于210.0～290.0m 左右，通過(guò)微潤(rùn)灌溉的方式，有效提升了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)量，且產(chǎn)生良好的節(jié)水節(jié)能綜合效益，項(xiàng)目實(shí)施后增加產(chǎn)量2 250kg/hm2，節(jié)水和經(jīng)濟(jì)效益提升顯著。

2.4 農(nóng)田低壓管道輸水灌溉

低壓管道灌溉方式可以在較低壓力幫助和支持下為農(nóng)田區(qū)域傳送、提供定量水源，保證水源利用效果提升，較多用于丘陵山區(qū)輸配水線路地形地勢(shì)曲折起伏變化大、設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)灌溉管理要求高及相對(duì)缺水區(qū)域等類別的中小型灌區(qū)。在實(shí)際應(yīng)用低壓管道灌溉技術(shù)時(shí)，選用與農(nóng)田區(qū)域有一定水頭落差的水庫(kù)塘堰作水源，構(gòu)建與灌溉需求相關(guān)的管網(wǎng)布局和田間計(jì)量放水系統(tǒng)，通過(guò)地下管道輸水方式，將水源水直接配送至末端的田間渠道首部或灌溉田塊，以避免在輸水過(guò)程中發(fā)生大量蒸發(fā)、流失的情況，使干支管道水利用效率提高至90%以上。

3 高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 加大高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣力度

為提升高效節(jié)水灌溉技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用水平，首先應(yīng)注重對(duì)該技術(shù)的優(yōu)化與完善[5]。相關(guān)管理部門應(yīng)結(jié)合其所轄范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的農(nóng)作物實(shí)際灌溉需求以及地區(qū)土壤特性，選擇具有針對(duì)性的節(jié)水灌溉技術(shù)，進(jìn)而保障農(nóng)作物產(chǎn)量。另一方面，各地區(qū)的相關(guān)管理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的宣傳水平，通過(guò)聘請(qǐng)相關(guān)農(nóng)業(yè)專家深入一線宣傳、利用新媒體發(fā)布宣傳視頻等方式，積極向更廣大農(nóng)戶宣傳現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)的多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提升廣大農(nóng)戶對(duì)該技術(shù)的認(rèn)可程度。與此同時(shí)，用水協(xié)會(huì)等管理單位還應(yīng)做好高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的后期管護(hù)工作，通過(guò)定期對(duì)高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的定期檢測(cè)與故障排查，保障該系統(tǒng)一直處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物灌溉目標(biāo)。

3.2 定期監(jiān)測(cè)灌溉水量

高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，有效提升了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的精細(xì)化管理水平。因此，種植人員應(yīng)在日常應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)不同農(nóng)作物品種生長(zhǎng)特性的了解與掌握，明確農(nóng)作物在不同伸長(zhǎng)周期對(duì)水肥的實(shí)際要求[6]。并通過(guò)水表計(jì)量設(shè)施健全農(nóng)作物水肥監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，制定一個(gè)科學(xué)合理的農(nóng)作物日用量精確澆灌方案，滿足不同種類農(nóng)作物的各個(gè)生長(zhǎng)周期中的用水需求，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的精準(zhǔn)澆灌，針對(duì)性養(yǎng)護(hù)的生產(chǎn)目標(biāo)。在此需要注意的是，對(duì)于一些農(nóng)作物種植規(guī)模較大的區(qū)域，相關(guān)工作人員應(yīng)在灌溉過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注水資源的揮發(fā)現(xiàn)象，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水資源揮發(fā)量進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，必要時(shí)可在種植區(qū)域的土壤表面上鋪設(shè)一層地膜，一次有效保障灌溉水源的有效利用。目前，寧都縣近1 300hm2蔬菜基地普遍以機(jī)井或深水井為水源進(jìn)行噴滴灌，采用種植合作社管理模式，聘請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)管理，密切觀測(cè)各類作物不同生長(zhǎng)期的灌溉水量變化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定量高效灌溉。

3.3 加大設(shè)備維護(hù)力度

要想全面提升高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用水平，設(shè)備維護(hù)工作至關(guān)重要。因此，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)管理部門應(yīng)提升對(duì)該系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)水平，對(duì)于一些故障率較高、以及消耗型構(gòu)件應(yīng)給予高度重視[7]。并根據(jù)高效節(jié)水灌溉工程的實(shí)際規(guī)模，制定全面的管養(yǎng)機(jī)制，并將日常排查周期、檢查內(nèi)容、檢查方法明確納入管養(yǎng)機(jī)制中，使相關(guān)管護(hù)人員能夠按照相關(guān)工作內(nèi)容開(kāi)展各項(xiàng)設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)工作，一旦發(fā)現(xiàn)灌溉工程中出現(xiàn)任何設(shè)備故障或者其他病害，應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行維修與解決，消除高效節(jié)水灌溉工程的安全運(yùn)行隱患。

3.4 優(yōu)化灌溉配水線路和范圍

相對(duì)傳統(tǒng)明渠灌溉，充分利用高效節(jié)水灌溉工程有壓地下管道輸水的優(yōu)勢(shì)，能夠以較低成本地越過(guò)陡峭山坡、溪流低谷、零星建筑物等不利條件，可以優(yōu)化管線布局，精簡(jiǎn)灌溉里程，強(qiáng)化輸水效率。同時(shí)，避免了明渠因自然地形地勢(shì)曲折起伏造成的跌水損失，提高中末端的灌溉水頭水壓，擴(kuò)展灌溉范圍。以寧都縣梅江鎮(zhèn)萬(wàn)石丈水庫(kù)灌區(qū)管道灌溉工程為例，僅建設(shè)DN110-DN315PE 輸水管道6.3km，便完成對(duì)原有9.8km 徬山渠道進(jìn)行了節(jié)水改造，改善原有110 余公頃農(nóng)田灌溉條件外，還對(duì)原來(lái)渠道附近灌溉不到的20hm2坡地、旱地實(shí)現(xiàn)自流輸水灌溉，有效實(shí)現(xiàn)旱改水。

3.5 銜接推進(jìn)智慧灌區(qū)建設(shè)

為保障灌溉質(zhì)量，推進(jìn)現(xiàn)代化智慧灌區(qū)建設(shè)管理，還應(yīng)積極運(yùn)用信息化方式來(lái)監(jiān)控水泵、水閘、管道等設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，包括水位、水流量、流速等參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。建立具備水利數(shù)據(jù)、土壤墑情數(shù)據(jù)的展示、查詢錄入以及控制等一系列功能的數(shù)字化管理平臺(tái)，將日常灌溉的數(shù)據(jù)記錄形成大數(shù)據(jù)，為工程管理人員提供操作依據(jù)，可根據(jù)往年、往期積累的灌溉水量數(shù)據(jù)分析是否存在突發(fā)的滲漏問(wèn)題，制定合理灌溉計(jì)劃。例如寧都縣在建的梅江大型灌區(qū)，設(shè)計(jì)有高效節(jié)水灌片面積13 500hm2，計(jì)劃構(gòu)建覆蓋全區(qū)域的數(shù)智運(yùn)維管理網(wǎng)絡(luò)打造服務(wù)“三農(nóng)三水”平臺(tái)，運(yùn)用LOT+BIM+大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)全流域動(dòng)態(tài)監(jiān)控，水資源的合理配置和灌溉的優(yōu)化調(diào)度，以提高灌溉用水利用效率和灌區(qū)整體管理效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)合理的灌溉技術(shù)在應(yīng)用中不僅能夠大幅度提升農(nóng)作物的生長(zhǎng)質(zhì)量以及生長(zhǎng)效率，同時(shí)還具有保土保肥、節(jié)約用水等多種優(yōu)勢(shì)。結(jié)合江西省寧都縣水利工程發(fā)展現(xiàn)狀，在原有水利工程項(xiàng)目基礎(chǔ)上，積極構(gòu)建全新的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代化灌溉技術(shù)，能夠有效提升該地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)水平，且具有非常理想的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。