高效节水灌溉技术在农田水利灌溉中的应用

彭梦靖

（信阳市水利勘测设计院，河南 信阳 464000）

我国作为世界农业大国之一，每年生产6 亿多吨粮食，居世界第一。农业是我国经济发展中的重要支柱，由于我国水资源缺少问题较为严重，因此阻碍我国农业进一步发展。近年来在农田水利灌溉中逐步应用高效节水灌溉技术，不仅提高了我国农业用水效率，而且推动了现代化农业生产可持续发展。

1 高效节水灌溉技术类型

1.1 喷灌技术

喷灌技术具体应用原理是水泵加压后，或者由自然落差形成的有压水再通过压力管道输送到田间利用喷头将水喷洒在空中，形成细小水滴，确保水滴均匀地洒落在农田中，最终达到灌溉目的。喷灌技术在农业生产中主要应用于大面积农田灌溉。在应用喷灌技术中，工作人员需要在具体灌溉区域对喷灌机械设备的相关参数进行合理调配，有效结合自动化技术与信息技术，根据农作物实际需求来进行科学有效地自动化灌溉。喷灌系统结构图如图1 所示。

图1 喷灌系统结构图

1.2 滴灌技术

目前，在农田灌溉中，滴灌技术是节水效果较佳的灌溉技术，由于技术成本较高，实际应用范围较小。近年来，由于滴灌带在农田灌溉中不断应用与创新，因此大大降低了滴灌技术应用成本。滴灌技术应用原理是将具有一定压力的水，经过过滤后，通过管网与出水管道或者滴头将水滴在农作物根部缓慢均匀地滴入，滴灌技术与其他灌溉方式相比，有效地提高了灌溉水利用率，可以湿润农作物部分土壤表面，避免土壤水分过分蒸发，并且由于滴灌只对农作物根部附近土壤进行湿润，其他土壤区域含水量较少，有效抑制杂草生长。

1.3 微灌技术

微灌技术是将水通过低压管系统与灌水器直接输送至农作物根部附近土壤或者农作物枝叶上，方便农作物吸收利用，滴灌技术是微灌技术之一，还包括微喷灌技术与涌泉灌溉技术，微喷灌技术与喷灌技术相比，在低压管道上安装微型喷头，对部分果树或者小范围农作物枝叶或地面进行喷洒，有效增加土壤水分并改善作物生长环境[1]。涌泉灌溉是将涌流器安装在微水管道上形成小股水流，将水流以涌泉的形式灌溉土壤，微灌系统结构图如图2 所示。

图2 微灌系统结构图

1.4 低压管道灌溉技术

低压管道灌溉技术主要利用低能耗机泵或由现状地形落差所形成的自然压力水头将水资源加低压并通过管网输送到农田灌溉，有效避免水资源在运输过程中产生渗透与损失，并且水资源与外界联系直接被隔断，可以有效地减少水资源蒸发，防止产生深层渗水，在节省土地资源的同时增加水资源有效利用率。

2 高效节能灌溉技术在农田水利灌溉中应用

该文以滴灌技术为例，分析高效节能灌溉技术在农田水利灌溉中的应用，滴灌技术是高效节水灌溉技术之一，滴灌技术相较于喷灌技术成本更低，更适用于目前农业生产中的精准灌溉，在蔬菜，果树以及经济等各类作物中可以广泛应用。滴灌技术具有省水、省肥、省农药以及省地的特点。在农作物生长期间，滴灌技术比常规灌溉方法省水40%～50%[2]。可溶于水的专用肥料采用滴灌技术可以随着水流实质灌溉到农作物根系附近。肥料比较容易被农作物吸收，使肥料利用率有效提高。在应用中可以平均节省20%肥料，最高可以达到40%利用率。近年来，随着智能化灌溉技术的发展，水肥一体化滴灌技术在农田水利灌溉中应用增多，图3 为水肥一体化滴灌系统布置图。

图3 水肥一体化滴灌系统布置图

2.1 项目区概况与技术路线

该文以某地区为例进行分析，该地处渭河平原东部，渭北黄土高原南部，当地属于温带大陆性季风气候。该地区冬季寒冷、夏天炎热，具有较大温差，并且冬季与夏季两季时间较长，春季与秋季气候不明显。全年气候较为干燥，具有充分光照与热量，蒸发量较大。项目区内具有充分光照，全年日照总时数超过2394.1h，全年无霜时间为210d。该地区区全年平均气温为13.2℃，最高气温42.5℃，最低气温-16.4℃，动度层深度约为27cm。该地区域具有日照长，辐射高，昼夜温差大的特点，全年平均降水量可达510mm，全年平均蒸发量966.2mm，该文以该地区某农场中65hm2棉花种植为例分析滴灌技术。该文主要从滴灌区水源、规划水源工程、选择设计参数、规划设计滴灌管网等方面进行分析。

2.2 水源工程

由于项目区距离黄河较近，因此采用黄河作为灌溉供水水源。黄河水中含有较多泥沙，因此采用黄河水源灌溉首先要对泥沙进行过滤，不同滴管滴头对含泥沙水流通过能力存在差异。该水源工程采用120 目的砂石＋网式过滤器，确保满足滴灌水质需求。由于项目区内种植作物为棉花，因此种植模式采用株距45cm、行距45cm+80cm+45cm。

2.3 确定设计参数

在确定滴灌系统设计参数时，首先要设计耗时强度，耗水强度应根据设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值进行确定，根据项目区内气候条件，最终热耗水强度为3.5mm，是根据当地气象资料由彭曼公式计算出来的。滴灌带选用Ф16×450-2.8L/h单翼迷宫式滴灌带，滴头流量控制在2.8L/h。

膜下滴灌土壤湿润比是湿润土地与种植土体的比值，通常土壤湿润比与种植作物、灌水器流量、灌水量间距以及土壤特性等因素有关。根据棉花根系发育特点采用一模一管两行的膜下滴灌方式，其湿润深度为0.3m～0.35m，湿润半径为0.3m～0.4m，因此湿润比可采用公式（1）计算。

式中：P为湿润面积欲与作物面积比值，%，Dw表示突然水分扩散半径，m。S1是指毛管间距，单位为m，Se表示灌水区间距，m。

最终得出试验比p为0.5，一模一管两行滴灌方式的湿润比最终为50%～55%。

2.4 管网规划设计

滴灌管网规划设计首先需要进行水量平衡计算，根据灌溉控制面积合理确定。项目系统控制面积为65hm2，按每日供水20h 进行计算，水量平衡计算可按式（2）进行。

式中：Ia=Ea-P0，A表示可灌面积，hm2；Q表示可供流量，m3/h；Ia表示设计供水强度，mm/d；Ea表示设计耗水强度，mm/d；P0表示有效降雨量，mm/d；t表示水源每日供水时数，h/d；η表示灌溉水利用系数。

滴灌管网结构设计为潜水泵、离心过滤器、网式过滤器、主干管、分干管、出地竖管、支管以及滴灌带等部分。管网结构中干管、非干管、支管以及滴灌带都采用鱼骨形进行布置，避免灌溉水源运输过程中损失。干管与分干管均为地埋管，分干管垂直于主干管，支管垂直于分干管，都采用竖管与三通进行连接，采用一模一管两行对毛管进行布置，使毛管之间保持1.25m 的间距。滴灌系统泵房首部布置如图4 所示。

图4 滴灌系统泵房首部布置图

3 高效节水灌溉技术应用问题

3.1 推广力度小

目前，我国虽然已经加大高效节水灌溉技术推广力度，但是各个地区地质地形条件不同，再加上技术研究水平较低，在推广过程中受到各种因素影响，一般只有在试点采用高效节水灌溉技术，并没有实现较大规模地推广与覆盖。在农村地区农业生产中更没有全面普及高效节水灌溉技术，导致高效节水灌溉技术没有普遍应用[3]。

3.2 规划设计不合理

规划设计是项目实施的重要基础与必要前提。在具体工程规划设计工作中，由于工作人员前期对当地区域缺少深入调查，再加上相关工作人员只重视理论知识，在规划设计工作中，没有与当地地形、地质条件等因素相结合，与实施高效节水灌溉工程出现较大差异。

3.3 监督管理机制不完善

缺乏完善的监督管理机制是影响高效节水灌溉技术应用效果的主要因素之一，由于监督机制与管理机制的不完善、不健全，因此管理部门出现对自身职责不明确的问题，并且在高效节水灌溉技术应用中存在重视工程建设，忽略后期管理维护的情况，严重影响高效节水灌溉在农田灌溉工程中的应用成效，造成已建成工程的浪费[4]。

3.4 资金技术薄弱

目前高效节水灌溉技术在农田灌溉工程中的应用还存在资金技术薄弱问题，导致高效节水灌溉技术落后，在技术更新升级方面远远落后世界先进技术，对相关工作人员缺少实际操作培训，给高效节水灌溉技术在农田生产中的应用推广中造成一定困难。

4 高效节水灌溉技术问题解决措施

4.1 加强推广力度

为了推动高效节水灌溉技术在农田灌溉工程中的广泛应用，须继续加大高效节水灌溉技术推广力度，对广大人民群众开展宣传工作，使群众充分认识到高效节水灌溉技术的优势，通过水资源保护宣传工作，在农业生产中根据具体情况来选择合适的节水灌溉技术，避免造成水资源浪费。

应用高效节水灌溉技术可以有效提高农作物产量，国家相关部门应通过相关技术讲座，邀请相关专家为农民讲解高效节水灌溉技术优势以及相关使用方法，积极推广高效节水灌溉技术。考虑到农民资金不足，无法购置高效节水灌溉设施，国家可出台相关政策，加强高效节水灌溉技术资金扶持，确保其在实际农业生产中应用范围不断扩大。

4.2 合理应用灌溉技术

为了充分发挥高效节水灌溉技术的优势，在实际农业生产中，需要根据农田面积、农作物类型以及用水需求等因素来合理应用高效节水灌溉技术。在正式应用前，需要工作人员进行深入调研，充分了解农田的面积范围，农作物类型以及用水需求等因素[5]。在该基础上选择合适的节水灌溉技术，使农田灌溉得到有效保障，进而提高农作物产量。

4.3 水资源合理配置

由于我国水资源分布不均匀，因此在农田生产灌溉过程中需要合理配置水资源，只有科学合理地分配并利用水资源，才能有效提高水资源利用效率。在应用高效节水灌溉技术时，需要结合当地农业发展规划，根据实际情况来选择灌溉技术与方案，用水保障制度健全完善，将高效节水灌溉技术应用于农业生产中。

4.4 信息化灌溉管理系统建立

在农业生产中应用高效节水灌溉技术，不仅需要加强应用灌溉技术，还需要加强应用信息技术，建立健全完善的现代化农田信息管理系统，确保相关数据可以及时收集。加强监督农田灌溉情况，使高效节水灌溉技术应用效果有效提升。

5 结语

目前，在农田水利灌溉中，高效节水灌溉技术是未来发展趋势，但是在实际应用过程中仍然存在一定问题，由于高效节水灌溉工程建设需要消耗人力，物力以及资金，为了使高效节水灌溉技术在农田灌溉工程中广泛应用，还需要继续推广高效节水灌溉技术，对广大人民群众开展宣传工作，充分认识到高效节水灌溉技术的优势，推动高效节水灌溉技术的应用。