高效节水灌溉技术在农田水利工程中的运用探究

丁延飞

（甘肃泓宇项目管理咨询有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引 言

我国农业发展主要受到水资源结构失衡因素的限制，且我国南方、北方的水资源分配不均，能够利用、开发的水资源总量较小，农业地区生产、生活用水难以得到满足。我国当前正在研究高效节水灌溉技术在农田水利工程中的应用，并对未来的发展方向进行探寻。

1 高效节水灌溉技术概述

高效节水灌溉是指对地表漫灌及土渠输水之外所有灌水、输水方式的概况，以灌溉技术的发展进程为依据开展分析，在土渠的基础上经过管道输水及防渗渠两个阶段，将输水过程的水利用系数从0.30提升至0.95，从水的利用系数从0.30 提升至0.98，分别提高了0.65 和0.68。由于我国人口基数众多，对农业生产及粮食的需求极高。因此，在开展农业生产的阶段，应确保植物的正常生长，对其进行灌溉则是其中最重要的问题[1]。结合传统的灌溉方式进行分析，在浇灌过程中，水分会因渗透、蒸发而导致水资源的浪费，这使得我国本就紧缺的水资源更为紧张。所以，应通过高效节水灌溉技术，实现最大农田面积灌溉使用最少水资源的目标，并以科学的灌溉方式进行灌溉，确保水资源的灌溉效率，促进农作物的生长，提升农作物的产量，这都有利于我国的农业工作及环保工作开展。

2 影响高效节水灌溉技术应用的因素

2.1 设计方案因素

在当前我国农田水利工程基础建设的阶段，合理的设计工程方案，才能确保高效节水灌溉技术能够呈现自身的技术优势。为确保水利工程的顺利进行，应与当地灌溉情况及自然环境相结合，制定出合理、科学的水利灌溉设计方案[2]。但是，在工程实际开展过程中，对当地的自然环境及地质结构缺乏足够的了解，很难结合当地的地形、地貌从多角度、立体化的层面搜集并分析数据，导致农田水利设计方案存在不合理之处，从而使得高效节水灌溉技术的应用效率与范围受到影响，也导致相关的技术很难真正发挥出实际作用。

2.2 地理位置因素

在农田水利工程技术的应用过程中，利用高效节水灌溉技术，能确保对水资源的最大限度使用，也能减少农田灌溉等水利工程建设，避免水资源的浪费。但是，在实际操作过程中，地理因素及灌溉区域会对灌溉问题产生影响。我国地域十分辽阔，需要先从多元角度分析自然区域环境及农田灌溉区域的数据信息，再开展高效节水灌溉，进而确定需要运用哪种高效节水灌溉技术。

2.3 基础环境因素

农业水利工程灌溉技术的应用需要与当地农田基础环境及应用条件相结合。在自然雨水较少或相对干旱的种植区域，自身的水资源不足。可以与其他技术相融合，确保农田水利工程的灌溉质量与效率。若使用跨地区饮水技术，应先做好工程防渗工作，避免出现大面积水资源浪费的情况。再者，还需要考虑环境因素，若灌溉区域温度升高，会出现大量水资源蒸发的情况，甚至无法全面的进行农田灌溉。

3 高效节水灌溉技术在农田水利工程中策略

3.1 高效喷灌技术

高效节水灌溉技术的应用，主要目的在于充分有效地进行农田灌溉。此种技术的应用，需要管道、加压设备及动力设备等专业化的硬件设备进行支持。在实际操作中，连接水资源运输管道时，可以结合农田基础地形高度数据差距，对压力进行持续增加，进而开展体系化的数据传输工作，再利用喷嘴设备开展全面喷洒，确保农业的生产种植能够获得充足的水资源支持[3]。当前，我国大多数的农田水利建设，都会运用到高效喷灌技术。其中又分为半固定模式喷灌、固定模式喷灌及移动模式喷灌。根据类型的差异，应选择不同的灌溉模式。移动式喷灌设备的特点是所有部件均可以移动，更加适用于在环境较为恶劣的地区灌溉，其优势在于机动性更好。农田范围较大的地区适合使用只有喷头可以移动、其余部分不能移动的固定式喷灌设备。而半固定式设备，较固定式设备，其机动性相对较好，它的喷头支管具有可移动性，喷头也可以移动。

喷灌节水灌溉技术好处还在于其节水效果，喷灌能节水80%，相较于地面灌溉，喷灌模式灌溉能节省50%水资源，且能使作物大幅增产，通常增产率可达35%。这是由于取消了畦埂、田间灌、毛渠、农渠的灌溉，使得播种面积的灌溉率增加了18%，而且灌溉效果均匀，农业生态环境及田间小气候得到改善，有利于保全苗及抢季，防止土壤板结。

3.2 渠道防渗技术

传统的渠道灌溉技术，其水分流失达到50%。而渠道防渗技术在实际的操作过程中，可以最大限度的降低系统内部结构渠道的水资源渗透性能，避免水资源的浪费。使用运输渠道防渗技术可避免水资源的浪费。当前，在高效节水灌溉的大背景下，主要使用整体断面为U 型断面作为水资源的运输渠道，其核心材料为沥青混凝土、混凝土及水泥土，被称为沥青护面防渗技术，还有塑料薄膜防渗、混凝土衬砌及砖衬砌等类型。比如，砌石防渗运用的是片石、块石及卵石，塑料薄膜防渗，在其内部衬好薄膜后，再用石料、混凝土、土料做好防渗。同时，这种灌溉渠道防渗技术的实际运用及操作，还具有有效控制地下水资源、传播速度较快、维修成本低的优势，避免次生盐碱化的弊端。

在渠道防渗施工的过程中，需要满足以下要求：其一，应通过水力计算的方式确定防渗渠道断面尺寸，流量＜1 m3/s 时可以采用U 形断面，流量＞1 m3/s时应采用弧形底梯形断面或弧形坡脚。其二，对于标准冻深＞10 cm 的地区，当衬砌渠道的地基冻胀量比允许位移大时，可以使用防冻胀的技术。其三，小型灌区面积应≥70%、中型灌区面积应≥50%、大型灌区面积应≥40%，且井灌区固定渠道需做好全部防渗、井渠结合灌区应降低18%。其四，应将伸缩缝设置在刚性材料渠道防渗结构中，伸缩缝的间距，应依据护面厚度及渠道断面规定选择。其五，地下水位比埋铺式模料和防渗渠道渠底高的情况下，为确保排水口的畅通，应将排水设施设计于渠底。

3.3 痕灌技术

痕灌技术的推出，使农作物“被动补水”的方式被打破，农作物可以按需自主吸水。痕灌技术是化学层面的痕量元素与微量元素相结合而产生的概念，它的特点在于可以通过超微流量的方式长久对作物供水，在单位时间内，痕灌的出水量能够达到滴灌的1/100～1/1 000。痕灌控水头是痕灌技术的核心节水部件，其毛细管的导水性能及过滤性能良好，控水头在作物根系附近，而充满水的管道则与毛细管束相连，能够感知土壤的水势变化。作物根系周围水势的降低，与作物吸水相关，这也是发出的需水信号，根系周围不断有控水头内的水流入，直到作物的吸水停止[4]。毛细管束可以被控水头内的痕膜保护，可避免毛细管束的堵塞现象，能够使系统长期稳定的工作。痕灌技术节水效果更明显，节水技术能耗更少，特别可以在常规节水灌溉方面使用广泛，经过多年的田间试验研究表明，痕灌技术比滴灌技术更加节水，节水量达到50%，尤其适合在无法推广滴灌的地区使用。

痕灌技术仅需使用贮水箱灌溉，保持水箱水位在0.5 m，无需使用动力设备，且对水质基本无要求，只需保持水中无油，无需安放首部过滤设备。同时，相比普通滴灌，痕灌的控水头具有较强的抗堵性，控水头的流量与作物生长需求、土壤湿度、贮水池水位相关。譬如，灌溉一季草莓，普通灌溉每667 m2用水量为281 m3，而痕量灌溉的用水量仅为153 m3，相比普通滴灌方式，痕灌的节水量为47%。同时，也能够节约肥料。再者，滴灌带通常为50～100 m，毛管铺设极限长度高达600 m。痕灌方式在农作物生长期，可进行24 h 灌溉。

3.4 微灌溉技术

微灌溉技术的灌溉模式较多，包括涌泉灌溉、脉冲灌溉、微喷雾灌溉、滴灌技术等。当前我国大部分地区进行农田灌溉，设备压力是灌溉技术的核心工作技术，而微灌溉技术包括重力微灌溉系统及常压微灌溉系统，而一旦设备作为农田水利灌溉系统及运转模式开展工作，其基础灌溉系统就需要由地下与地上两种微灌溉技术共同协调开展工作。微灌溉技术的机理在于从综合角度使用水资源传输渠道、水利灌溉控制系统及水资源过滤结构体，且其系统能够对水资源进行控制。所以，依靠滴灌水带区域、喷水带区域、稳定器区域、分水器区域、滴水头区域的组合对农田进行微灌溉，在农作物结构体上，将可水解物质或化学肥料进行精准控制，进而确保农作物能够健康生长。微灌溉技术通过管道系统将水输送至灌溉地段，通过管道灌水器以小流量输出所需的水，均匀输入作物根部附近的土壤。微灌溉相较于传统的地面灌溉，它属于局部灌溉，以较小的流量使根部区域的部分土壤得以湿润[5]。作为当前最为重要的节水灌溉工程技术之一，微灌溉的优势还在于其适应性强，省工、节能、节水、节地，提升作物品质，根据灌水器的出水形态进行分析，小管出流灌溉、滴灌、微喷灌这3 种方式为微灌的类型。其中，小管出流灌溉是借助小管及稳流器稳流将水流分散，在土壤表面灌入小股水流，其流量相当于微喷灌；而微喷灌是利用微喷带、微喷头，在作物根区的土壤表面进行灌水，以喷洒的方式将压力水进行喷灌，微喷头的流量为20～240 L/h；滴灌是使水在直径约10 mm 毛管的滴头或孔口上流过，以局部灌溉的方式对农作物进行灌溉，水资源的利用率高于95%，它是通过滴头、滴灌带以细小水流或滴水的形式，湿润作物根部附近的土壤，滴头的流量应＜12 L/h。

此外，微灌溉在灌溉方式方面，需要合理选择滴水器，按照直径大小进行区分，微灌喷头可以选择雾化喷头或普通喷头，其出水量为30～90 L/h。简易滴灌带、管上补偿式、内嵌式为3 种滴灌带模式。其中，简易滴灌带的单支铺设长度应＜50 m，它是由6 根软管穿孔形成，单孔流量为20～40 L/h，孔间距为0.20～0.50 m；管上补偿式的单支铺设长度为200 m，对于有一定落差的地形均适用，滴头流量为2.30～3.75 L/h，滴头间距为0.50～1.25 m；内嵌式的滴头流量为1.5～3 L/h，滴头间距应为0.30～0.50 m。同时，在管道补偿上，工作压力应控制为15～35 m水头，滴头间距应为0.50～1.25 m，滴头流量应为2.30～3.75 L/h；而在滴灌设施中，应将内镶式滴灌带的工作压力控制在5～20 m 水头，滴头间距应为0.30～1.50 m，滴头流量为1.38～2.70L/h。在管道压力＞40 m 的情况下，可以使用压力阀进行调节，见表1。

3.5 步行灌溉及雨水收集技术

农田水利工程在建设过程中，可以充分利用雨水资源对农业灌溉方面使用的水资源进行弥补。在我国农业科学发展技术水平不断提升的当前阶段，雨水收集技术也获得了突破。通过科学手段对雨水进行储存，再通过管道在农田结构中传输水资源，进而确保农作物可以正常生长，杜绝侵蚀问题的出现。此外，干旱地区特别适合使用雨水收集技术。这种技术不仅能解决农作物生长的缺水问题，也能通过深度过滤，供应正常的生活饮用水。在使用高效节水灌溉技术进行农田灌溉的过程中，应注意步行灌溉的技术优势，这是高效节水灌溉与农业生产中的机械化技术进行融合的模式。其作用在于通过移动的方式进行灌溉，也可以引入其他硬件及不同的灌溉技术，以提高步行灌溉的质量及效率。再者，全新高效节水灌溉技术的开展，是节水技术与硬件机械操作模式相结合的方式，在操作环节，搭配设施及操作技术都相对简单，且其自身的可移动优势，使得不同地形、不同外部环境的农作物都可以通过步行灌溉的方式操作。同时，雨水收集技术是指在农田水利工程在建设过程中，充分利用雨水资源对农业灌溉方面使用的水资源进行弥补。在我国农业科学发展技术水平不断提升的当前阶段，雨水收集技术也获得了不断突破，通过科学手段进行雨水储存，可以通过管道在农田结构中传输水资源。此外，干旱地区特别适合使用雨水收集技术，而且，这种技术不仅能解决农作物生长的缺水问题，也能通过深度过滤，供应正常的生活饮用水，以提高水资源利用率。

4 结 语

综上所述，高效节水灌溉技术能提高水资源利用率，扩大灌溉面积，且可以使农产品的产量及质量得到提升。尤其是我国作为一个农业大国，应采取高效节水灌溉措施提高农田灌溉效率及质量。当前我国水利部门对高效节水灌溉技术进行深入研究，在节水灌溉技术上有所突破，需要通过多元化的方式，完善农田水利工程的发展，应用先进的高效节水灌溉技术，确保在节约水资源的情况下，促进农业发展。