高效节水灌溉工程的优化设计要点

令婷娟

岐山县节水中心 陕西 宝鸡 721000

我国地域辽阔，水资源分布不均，农用水源存在着严重短缺，这种现象在西部地区更为常见。高效节水灌溉工程就是应用滴灌、喷灌等新型方式灌溉，相比于渠灌和漫灌等，这些灌溉方式的节水效果更高，省工省地，可以提升水资源的利用效率，是现代农业实现可持续发展的必然途径。

1 高效节水灌溉工程概述

高效节水灌溉工程灌溉技术实际上就是除了传统渠灌和漫灌之外的灌溉方式，包含微灌、滴灌、喷灌等，在具体建设的过程中需要应用各种设备以及工程技术手段去降低灌溉过程中水分的损失，提升水分利用率的同时，也可以满足农作物生产对水分的需求。高效节水灌溉工程在农田应用，减少了田间水资源的渗漏以及浪费，降低了田间土壤出现的无效蒸发等情况，为提升农业管理效果和产量提供了重要保障[1]。作为一个人口大国、农业大国，我国对水资源的需求量也在不断增加，高效节水灌溉技术的应用及灌溉工程的建设，是实现水资源最大化利用的重要途径。

实际调查发现，由于高效节水灌溉工程建设过程中对资金量的需求相对较大，因此当前高效节水灌溉工程在一些地区还没有得到充分的推广和应用；也有一些地区在国家财政扶持下，建设了高效节水灌溉工程，但是由于其设计建设和当地农田、气候等实际情况不匹配，导致许多工程没有真正的投入使用，长期处于闲置的状态，造成了大量的资源和资金浪费[2]；同时，已建这些高效节水灌溉工程，缺乏专业的人员进行管理，部分管道、设备出现破损，由于维护不及时，导致造成了水资源的浪费，高效节水灌溉工程的作用也无法得到充分的体现。

2 常见的几种高效节水灌溉技术

2.1 喷灌

喷灌是当前高效节水灌溉工程中应用较多的一种灌溉技术，采用喷头及动力设备，将水喷射到空中，模仿自然降雨的方式灌溉农田。根据灌溉范围以及灌溉需求可以选择高压喷头、中压喷头或者低压喷头，同时安装过程中也可以选择固定式、半固定式以及移动式的喷灌类型。

喷灌技术可以对灌溉水量进行有效的控制，灌溉水也更加的均匀，可以有效避免出现地面径流以及深层渗漏造成了水资源损失，有效提升了水资源的利用率，为农田作物生长提供了适宜的土壤湿度，提升农田产量[3]。喷灌还具有省工的优势，这种高效节水灌溉技术已经实现了机械化和自动化，节约了大量的劳动力。另外，喷灌适应性较强，对地面以及土壤的要求不高，并且不需要修建灌水沟渠和畦埂，提升了耕地的利用率。

喷灌技术对管理技术水平要求较高，并且在应用的过程中会受到气候影响，例如，风力过大会影响到喷灌的均匀性，而气候过于干燥会出现蒸发损失过大的情况，导致灌溉的效果也会降低。

2.2 滴灌

滴灌是当前在缺水干旱地区应用最有效的一种高效节水方式，在应用的过程中需要建设管道系统，并通过安装在毛管上的灌水器将水分以及养分均匀、缓慢的输送到作物的根部。

滴灌的特点是灌水量相对较小，延续时间长、周期短[4]。滴灌在应用的过程中不会对土壤结构造成破坏，不会产生地面径流，同时基本不会出现深层渗漏。滴灌技术可以节约水肥，省工省力。滴灌主要是通过全管道进行输水，并进行局部微量灌溉，极大程度的降低了水分的渗漏和损失，也可以实现针对性的根区灌溉，水的利用率达到了95%。灌溉的同时也可以将作物生长需要的肥料溶解在其中，进行结合灌溉，实现了水肥同步，可以提升肥料的利用率[5]。当前滴灌已经实现了自动化控制和管理，为现代化农业发展提供了重要保障。

滴灌技术在应用的过程中也存在缺点，首先，受到泥沙、微生物、沉淀物的影响，灌水器容易出现堵塞的情况。其次，盐分较高的土壤或者水中含盐量过高，会出现盐分积累，从而导致作物生长受到影响。第三，由于滴灌在应用的过程中作用于局部区域，而植物的根系具有向水性，作物根系的生长和发展还会受到影响。

2.3 微喷灌

微喷灌技术结合了喷灌以及滴灌的优点，在应用的过程中将喷头改为了折射以及旋转的形式，可以进行根据需求进行点喷或者不同样式的喷灌，可以以喷洒的方式只湿润局部的土壤，相对喷灌来说喷射量降低，喷射的距离较短，并且很少出现和滴灌一样的堵塞情况，节水能力更强，同时也可以实现调节田间小气候、省肥、省工。但是对于技术施工以及操作也要求会更高，并且在应用时对地面的平整度有要求，当前在温室大棚等农业生产灌溉中应用较多。

2.4 管灌

管灌就是借助管道去输送水分，管灌可以渠道以往明渠灌溉的方式，在水分运输的过程中，可以避免水分顺着土壤渗入地下，不仅可以有效减少输水过程中水资源的浪费和损失，提升水资源的利用率，同时管灌技术在高效节水灌溉工程中进行建设的过程中，应用的设备以及施工较为简单，具有价格优势。在实际应用中管灌多与沟灌、畦灌或喷灌带、输水软管等田间节水设施配套使用[6]。

3 高效节水灌溉工程的优化设计要点

3.1 管道工程优化设计要点

高效节水灌溉工程设计的过程中，管道工程是需要重点考虑的内容，通常高效节水灌溉工程中管道分为两种类型，一种是分支式，另一种是主干式，两种方式的选择需要结合实际的农田中的种植结构，灌溉制度、面积、调度方式等进行选择。并对管线的具体管径、额定压力等进行分析，在此基础上去对输水的流量进行确定[7]。在对管道进行布置的过程中，需要设计人员依据供水点的位置、灌溉的范围，确定在管线最短的情况下去进行管线的布局。在分支管进行设计的过程中还需要考虑到轮灌组的划分，分支管的水栓间距要求在设计的过程中控制在50m以内，而主管的间距则不低于85m或者超过110m。如果需要应用双向灌溉技术，在对管道进行设计的过程中尽量需要将其设计为直线，从而保障双向灌溉的效率以及流量不受到影响。高效节水灌溉工程管道设计中支管可以进行分级设计，分为一级支管和二级支管，一级支管和干管连接，二级支管则与一级支管连接，连接的方式采用正交连接，可以保障灌溉的流畅性。另外管道设计的过程中也要关注到节水用水的器具，根据具体的器具，对连接微型喷灌的管道进行设计和选择，从而满足不同作物的需求。

3.2 灌溉流量优化设计要点

高效节水灌溉工程优化水的过程中需要设计人员对灌溉流量进行严格的计算，然后对主管道、干管道流进行确定，同时还需要对轮灌组的流量进行计算和确定。在灌溉流量优化设计的过程中要确保出出水口和水栓配合良好，并在出水口位置连接软管。在对流量进行优化设计的过程中需要设计人员结合具体灌溉的区域去对流量进行设计、计算，并将自动化的控制技术应用到流量优化设计中，并将人工灌溉和自流灌溉进行有效的结合，从而保障高效节水灌溉工程的效果[8]。

3.3 管材选择要点

当前我国高效节水灌溉工程主要应用的是石英玻璃管道、无缝钢管、PE管道等，在应用这些管道的过程中，设计人员要将其优势和劣势充分考虑到。首先要对灌溉区域的气候、灌溉需求以及灌溉技术进行分析，在此基础上去确定管道的材料，避免管道材料在施工以及施工的过程中容易出现破损，或者需要经常进行更换，导致高效节水灌溉工程成本增加。在选择管材的过程中要充分考虑到管材的价格，避免生产成本过高。

3.4 高效节水灌溉工程设计原则

科学技术的发展现代农业成为了主流，传统的灌溉技术不仅灌溉的效率较低，同时也无法适应现代农业的发展，针对这种情况设计并开发了高效节水灌溉工程，在现代农业中进行应用时，可以提升水资源的利用率，在满足现代农业生产需求的同时，也可以从源头上缓解缺水问题。高效节水灌溉工程设计过程中需要遵循以下原则：

第一，节水优先原则。也就是在设计的过程中需要始终将节水作为指导原则，在确保农作物可以正常成长的基础上，结合地形、土壤情况去对灌溉的方式，以及高校节水灌溉工程的结构进行设计，最大程度的对用水量进行控制，避免追求高产造成的水资源浪费。

第二，因地制宜原则。在开展高效节水灌溉工程设计时，设计人员要意识到不同区域的水资源情况、土壤条件、农作物种类以及气候环境等存在一定的差异性，因此在设计过程中要始终遵循因地制宜的原则，做好地区地质、水文、农业、经济、气候等各方面的勘察和调研工作，在全面了解区域情况的基础上，去对灌溉技术及灌溉结构进行选择，从而在满足灌溉需求的同时，确保高效节水灌溉工程系统设计具有高性价比，促进企业经济效益以及社会效益的提升。

第三，人性化原则。高效节水灌溉系统在设计的过程中，一方面要确保其具有较长的生命周期和良好的质量，保障高效节水灌溉工程的稳定、可靠运行，降低投入使用后的人力、物力、资金投入。另一方面，在设计前需要做好系统使用用户的调查，确保用户在简单培训后可以快速掌握，并可以灵活进行使用，提升高效节水灌溉工程的实用性。

3.5 完善高效节水灌溉工程的工作制度

高效节水灌溉工程的优化设计的过程中，还需要对灌溉工程的工作制度进行完善，可以有效降低高效节水灌溉工程的造价。当前我国高效节水灌溉工程的工作制度主要采用的是小组轮灌的方式，在应用的过程中需要设计人员结合当地的气候条件、农作物生长需求，对灌溉的次数、持续的时间进行确定，确保每次灌溉可以满足作物成长需求的同时，也可以避免出现水资源的浪费。例如，某25km2的灌溉区，在设计是采用的是滴灌技术，设计了8个轮灌组，将灌溉的周期设置为了三天，每次灌溉的时间需要达到18h。

4 提升高效节水灌溉工程设计效果的有效措施

4.1 选择合适的灌溉技术

想要实现确保高效节水灌溉工程的作用充分发挥出来，首先要对高效节水灌溉工程进行科学合理的选择，根据农田的实际情况和种植农作物的类型，去因地制宜去选择合适的节水灌溉方式（如下表：节水效果对比）。在进行高效节水灌溉技术选择的时候，需要设计人员对各种灌溉技术有着充分的了解，并且可以根据具体的农田环境去对灌溉技术和布置方式进行有效的调整，还要根据地区的环境特点对结构进行有效的调整。例如，对于一些水资源不足的区域，可以应用微喷灌、滴管技术，采用分组轮灌的方式，提升农田产量的同时，也可以实现节水的目标。

表1 节水效果对比表

4.2 严格执行高效节水灌溉工程技术规范

在对高效节水灌溉工程设计的过程中，要优化高效节水灌溉工程，将设计和管理进行有效的结合，结合我国对水利节水工程的要求，严格按照技术规范中有关用水指标、工程指标等去进行规划、设计、安装和管理。在这个过程中可以将计算机技术应用到其中，在对工程规划区域进行勘察的基础上，将相关数据以及设计图纸输入到BIM系统中，通过建立三维模型去对高效节水灌溉工程设计以及技术应用进行模拟，可以及时发现高效节水灌溉工程设计以及技术应用中存在的问题，并进行优化改良。

4.3 对设计人员加强培训

高效节水灌溉工程优化设计离不开专业的设计人员，但是在对当前高效节水灌溉工程设计以及建设情况进行调查的过程中可以发现，部门设计人员的能力以及综合素质还存在严重的不足，主要是我国高效节水灌溉工程建设我国正处于起步的阶段，因此设计人员的水平和能力大多存在一定的局限性，高素质的设计人员严重的不足。因此我们要提升高效节水灌溉工程设计和规划效果，需要加强对有关设计人员的培训力度，学习国内外先进的设计方案和技术，提升自身的设计水平和设计理念，逐步培养出高素质的创新型人才，为节水灌溉工程设计与规划提供基础保障。同时在节水灌溉工程设计中，要将现场的实际环境充分的考虑到，设计人员要参与农田的高程数据、种植情况进行分析，在对各项数据有所了解的基础上再去对设计进行优化，从而保障高效节水灌溉工程的应用效果。

5 结束语

我国经济、农业在不断发展的过程中，对水资源的需求也在不断增多。为了保障农业产量，提升水资源利用率，高效节水灌溉工程应用到了农业种植中，有效的解决了以往灌溉造成的水资源浪费问题，但是在具体进行应用的过程中受到技术、资金等方面的限制，导致高效节水灌溉工程应用效果还存在不足，因此需要高效节水灌溉工程进行优化设计，为农业发展提供助力。