蓄水池滴灌設計優化研究及其經濟效益分析

摘要：我國的水資源分布不均勻，在缺水的背景下，如何有效利用水資源，成為當前農業發展的一個重要課題。在當前推動我國農田水利建設可持續、綠色發展的過程中，建設高標準農田和實施滴灌高效節水技術已成為當前高效節水的主流，但從近年來高標準農田滴灌技術應用中還存在實施滴灌不夠科學、滴灌不夠精準，未達到滴灌高效節水與增產增收的效果的情況。如何從灌區氣候條件、土壤情況等實際出發，在保證農業增產增收的前提下，達到滴灌節水更科學、更精準、更高效是一個值得深入思考與研究的問題。本文根據甘肅省昌馬灌區的實際情況，討論了灌區的蓄水池滴灌節水技術應用中設計灌溉制度的優化及其經濟效益。

甘肅省疏勒河流域位于河西走廊西端，流域面積4.13萬平方公里，年降水量47～63毫米，年蒸發量2 897～3 042毫米，年平均氣溫6.9～8.8攝氏度，屬典型的內陸干旱氣候。昌馬灌區為疏勒河流域三大灌區之一，總灌溉面積69.68萬畝（1畝≈666.67平方米），多年平均氣溫5.2攝氏度。年內氣溫以7月最高，月平均18.3攝氏度，以一月最低，月平均-9.3攝氏度。年平均無霜期130天，最長151天，最短109天，最大凍土深為1.5米，最大風速24米每秒。昌馬灌區橫跨玉門市、瓜州縣，處于緩傾斜細土平原地帶，表層為亞砂土、亞粘土夾砂，顆粒較細，有弱凍脹性，厚度1～2米，為良好的耕作層，適宜多種農作物生長，但農作物受無霜期短、有效積溫等季節因素影響，基本上為一年一熟制。糧食作物主要有玉米、小麥等；經濟作物主要有食葵、枸杞等；飼草作物有紫花苜蓿等。近年來，農業高質量發展需要不斷提高農業生產集約化程度，高標準農田建設正在如火如荼地開展。在高標準農田的建設過程中，蓄水池滴灌技術的應用和推廣就顯得十分重要。我們選取昌馬灌區飲馬農場，對其2017年建成的2 765畝蓄水池滴灌項目工程設計灌溉制度優化及其效益進行研究分析，以便推廣應用。

滴灌節水技術應用背景

多年來，疏勒河昌馬灌區農業灌溉均采用大田漫灌等傳統灌溉模式進行，節水措施多為提高斗農渠襯砌率、大地改小、激光平地等常規節水措施，約有40%左右的水量損失于輸用水過程中，水資源生產率低，節水效益不明顯。近年來，隨著區域水資源緊缺，以及工業經濟迅猛增長，生態環境建設力度加大，縣鄉城鎮化水平不斷提高，工農業、生態、生活需水量逐年增加，供需水矛盾日益突出，迫切需要實施高效節水灌溉，減少田間輸水損失，提高渠系水和田間水利用率，實現科學灌溉，保障農業生產不減產的同時，把結余的水量通過水權交易轉移用途，用于工農業生產、生態環境建設和人民生活，緩解區域供用水矛盾，促進區域社會經濟高質量發展。農業高質量發展需要不斷提高農業生產集約化程度，高標準農田建設正在如火如荼地開展，滴灌技術也就成為高標準農田的重要灌溉方式。

蓄水池滴灌工程建設概況

工程概況

本蓄水池滴灌項目位于疏勒河流域昌馬灌區飲馬農場七支渠，涉及地表水灌溉面積共2 765畝，地塊集中連片，按照一個蓄水池滴灌灌溉系統進行設計，修建蓄水沉沙池1座，從飲馬七支渠引入疏勒河水，經蓄水沉沙后，通過首部管理房的輸配水設備進入灌溉管網系統。由于利用原地面灌溉渠道供水，水質符合農田灌溉水質標準，可用于滴灌，但是渠水中含有泥沙和少量有機雜質，需設置沉砂池進行初級處理去除殘留少量泥沙后方可從沉砂池中進入管道進行灌溉。

設計灌溉制度

本蓄水池工程項目根據項目區控制面積確定了設計灌溉制度，設計灌溉制度按以下方式確定。

①土壤濕潤比P

Pw—土壤濕潤比；

NP—每棵作物的滴頭數，0.8；

Se—滴頭沿毛管的間距，0.3米；

w—濕潤寬度，由灌水器流量為2.0升每小時，查得0.6米；

Sp—作物株距，0.3米；

Sr—作物行距，0.7米；

由上式計算得Pw=78.6%

②最大凈灌水定額

式中：—土壤容重，取1.40克每立方米；

—計劃土壤濕潤層深度，取40厘米；

—計劃土壤濕潤比，取78.6％；

，—土壤適宜含水率的上下限（占干土重量的百分比），分別取田間持水率的90％、64％。

經計算得，m=33.47毫米，即22.33立方米每畝。

③設計灌水周期

由《微灌工程技術規范》（GB/T50485-2009）式4.0.11-2計算如下：

計算得T=6.6天，即為灌水高峰期灌水周期，取T=6天。

因此，設計凈灌水定額md及設計毛灌水定額m′依據下式計算

md=T×Ia

其中T=6天，Ia=5毫米每天，η=0.9，代入計算得md=30毫米 ，m′=33.33毫米（22.22立方米每畝），此值為作物高峰期毛灌水定額。

④一次灌水延續時間

由《微灌工程技術規范》（GB/T50485-2009）式4.0.12-2和式4.0.13-1計算如下：

式中：t—一次灌水時間，小時；

m—凈灌水定額，30毫米；

Se—灌水器間距，0.3米；Sl—毛管間距，0.7米；

q—滴頭流量，q＝2.0升每小時；

η—灌溉水利用系數，0.9。

以玉米作物為例說明設計參數的選擇，由上式計算得t=3.5小時，取3.5小時。

對蓄水池滴灌設計灌溉制度優化的技術措施及其經濟效益分析

技術措施

蓄水池滴灌工程建成后，經過多年的總結，根據水泵和各級管道供水能力，結合灌區降水量少、蒸發強烈和土壤沙性較大的特點和農作物實際需水要求，對場區內農作物品種、灌溉的時間、灌水量、灌水頻次等進行了優化調整，形成了一整套優良的田間管理措施。將單一的食葵種植發展成包括瓜果、玉米等多品種的種植規模，是對蓄水池滴灌工程灌溉制度的完善和補充。

一是干播濕出補墑水。在掌握好最佳播種期內，通過干播濕出及時進行滴水補墑。力爭在3-5天內完成低墑水的滴水補墑工作，根據土壤質地滴水量控制在20～25立方米每畝以內，滿足種子發芽需要，嚴禁過量滴水造成地溫降低，導致種子霉爛，影響正常出苗。

二是膜下滴灌種植模式。膜下滴灌種植模式的選擇遵循節本、優質、高效、因地制宜的原則。以70厘米窄膜為例，膜下鋪設一根滴灌帶，選擇滴頭流量規格為2.0升每小時的滴灌帶，滴頭向上鋪設在地膜中間。要求鋪膜規格：膜幅寬度1.1～1.2米，膜面寬達到50厘米，膜間距達到60～70厘米的寬窄行種植帶。播種規格：行距達到30厘米與膜間距達到70厘米，形成寬窄行種植帶。膜面平整筆直，覆土一致，地膜中間壓一行土，防止地膜被風刮起。

三是滴灌作物水肥一體化技術。 滴水和追肥水肥一體化技術應用上，總體上遵循“少量多次、少食多餐、淺澆勤灌、滴水均勻”的十六字要求。根據土壤特性和作物需水規律因地制宜，根據田間實地監測滴水情況，滴水面積根據管道壓力控制在合適的范圍內，靈活調節，滿足作物需水。確保田間壓力在適宜的范圍內，防止滴漏跑冒造成浪費，達到田間滴水均勻。底肥（基肥）施肥時間達到腐熟標準的農家肥在秋季犁地前或春季耙地時均勻撒施，商品有機肥、化肥在鋪膜前完成條施或結合鋪膜工作一次性完成，施肥行要錯開播種行。

根據項目設計灌溉制度可以看出，在種植作物食葵、玉米、白瓜子播種前進行了春灌泡地（100立方米每畝），而采用干播濕出種植技術補墑水畝均節水60立方米每畝；采用膜下滴灌種植技術針對不同作物均可不同程度的減少灌水輪次，節水效果顯著。

效益分析

1.節水效益

食葵、玉米、白瓜子在不同灌溉制度下灌溉定額分析（見下表）。

從以上表格數據可以看出，項目區2 765畝耕地種植的作物在項目設計灌溉制度下灌溉定額均為340立方米每畝；項目區通過標準化栽培技術優化后，食葵、玉米、白瓜子實際畝均灌溉定額分別為190立方米每畝、245立方米每畝、240立方米每畝，優化后的灌溉定額分別比設計灌溉定額減少150、90、100立方米每畝。

食葵、玉米、白瓜子相比通過標準化栽培技術優化的灌溉制度相比設計灌溉制度節水率分別為44.1%、26.5%、29.4%，節水幅度仍有提高空間?，F根據項目區2 765畝耕地在設計滴灌、實際滴灌不同灌溉制度下對其節水經濟效益進行分析可以看出項目實施前項目區2 765畝各類作物設計滴灌用水總量為940 100立方米，優化設計灌溉制度后實際滴灌用水總量為602 600立方米。實際滴灌相比設計滴灌節水337 500立方米，畝均節水122.06立方米；節省水費54 675元，畝均節約水費19.77元。通過標準化栽培技術優化灌溉制度后的實際滴灌取得了進一步節水和節省水費的效果。

節肥效益

通過滴灌與大田漫灌對比發現，滴灌用肥相比大田漫灌用肥少，但增產效益明顯。在滴灌水肥一體化模式下，達到同樣肥效的情況下，蓄水池滴灌設計灌溉制度優化后，滴灌更加精準、用水量更少，施肥更加精準、肥料用量更少。

蓄水池滴灌節水工程實際節水效果效益和農田增產增收明顯，已成為當前已經建設和正在建設的高標準農田的主要節水灌溉技術措施，蓄水池滴灌設計灌溉制度的優化對灌區群眾堅定實施應用農田滴灌高效節水技術具有十分重要的意義。昌馬灌區飲馬農場通過實施蓄水池滴灌節水工程，并實行標準化栽培技術優化設計灌溉制度，相比設計灌溉制度下340立方米的用水定額，畝均實際用水217.9立方米，畝均實現節水122.06立方米，節水效果效益十分明顯。同時，在滴灌水肥一體化模式下，滴灌的精準保證了施肥的精準，肥料用量更少?？傊谛钏氐喂喙こ虒嵤┖?，根據氣候土壤條件，通過采取干播濕出補墑水、膜下灌溉模式、水肥一體化模式等技術措施優化滴灌設計灌溉制度，灌溉施肥更加精準，節水節肥效益更加明顯。

2023年甘肅省水利科學試驗研究及技術推廣項目“蓄水池滴灌節水應用研究及推廣”（編號：23GSLK019）。

（作者單位：甘肅省疏勒河流域水資源利用中心）