□袁 偉（新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 農(nóng)業(yè)節(jié)水的必要性分析

上個(gè)世紀(jì)初期，全球的年耗水量約為600 km3，到上個(gè)世紀(jì)末期，增長(zhǎng)至5500 km3。在最近數(shù)十年間，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用水的增長(zhǎng)速度達(dá)到了人口增長(zhǎng)速度的3倍。現(xiàn)階段，有80多個(gè)國(guó)家占世界人口總數(shù)40%左右的人口缺水，這其中有26個(gè)國(guó)家嚴(yán)重缺水。因?yàn)槿彼蛴袑⒔?0%左右的草場(chǎng)退化，漁業(yè)的產(chǎn)量下降了8%左右，大量的耕地也開(kāi)始出現(xiàn)退化現(xiàn)象，上述種種，對(duì)人類的生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

相關(guān)資料顯示，我國(guó)的水資源總儲(chǔ)量約為28124億m3，基本與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家持平，位居世界前列。然而，因我國(guó)的人口數(shù)量較多，致使人均水資源的占有量?jī)H為2200 m3，約為世界平均水平的25%左右，排在100位以后，耕地面積水資源的占有量約為世界平均水平的4/5，屬于典型的貧水國(guó)家。目前，國(guó)內(nèi)約有40%以上的國(guó)土面積缺水，10%國(guó)土面積上的水資源僅能維持人類生存的基本用水需要，農(nóng)村有將近2500萬(wàn)人飲水困難，全國(guó)年缺水量約為400億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水為300億m3，平均每年農(nóng)業(yè)因干旱缺水導(dǎo)致糧食減產(chǎn)200多億kg；城市與工業(yè)缺水約為60億m3左右，每年因缺水導(dǎo)致的工業(yè)生產(chǎn)損失有將近2300億元。國(guó)內(nèi)668座城市當(dāng)中，有將近400座屬于缺水城市，其中100余座為嚴(yán)重缺水城市。因?yàn)樗Y源的缺乏，導(dǎo)致了河水?dāng)嗔鳌⒑锤珊浴⑼恋厣衬?。以黃河為例，它是我國(guó)西北和華北地區(qū)重要的水源，承載著1.60億hm2耕地和1.40億人口的供水任務(wù)，黃河下游的斷流現(xiàn)象在過(guò)去數(shù)十年內(nèi)頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致這一問(wèn)題的原因既有自然因素，也包含人為因素，其中農(nóng)業(yè)灌溉的用水量就占了90%以上。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，該產(chǎn)業(yè)也是最大的水資源用戶，其用水量約占總用水量的70%以上，不僅如此，農(nóng)業(yè)的水資源浪費(fèi)也比較嚴(yán)重。為此，改變農(nóng)業(yè)用水觀念，創(chuàng)新用水方式，發(fā)展節(jié)水灌溉，已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)的必由之路。

2 節(jié)水灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)途徑

2.1 系統(tǒng)規(guī)劃

2.1.1 規(guī)劃原則

節(jié)水灌溉工程建設(shè)要結(jié)合農(nóng)田基本建設(shè)規(guī)劃的內(nèi)容，綜合考慮和利用灌區(qū)內(nèi)溝、渠、路、輸電線路、水源位置等因素；節(jié)水灌溉工程要結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況，使工程規(guī)劃能夠滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)近期需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，量力而行。

2.1.2 規(guī)劃內(nèi)容

主要包括工程環(huán)境勘察、基本資料收集、工程可行性研究、工程規(guī)模確定、工程預(yù)算編制、灌溉方式選擇、灌溉工程布置等內(nèi)容。

2.1.3 資料收集

①地形資料：包括工程所在地的海拔高度、自然地理特征，以及工程覆蓋區(qū)域周圍水源、道路、供電等情況；②地質(zhì)資料：包括工程所在地的土壤類別和容重、土壤pH值、耕作層厚度、田間持水量等資料；③水文和氣象資料：包括降水量、蒸發(fā)量、空氣濕度、平均氣溫、日照時(shí)間、風(fēng)速風(fēng)向等；④農(nóng)作物資料：包括灌溉區(qū)域內(nèi)的種植面積、作物種類、種植方式、作物株行距、作物耗水量等；⑤水源情況。包括河流、機(jī)井、水庫(kù)等灌區(qū)周圍水源情況，若將其選定為灌溉水源，則必須掌握水源的保障能力，查看其是否有斷流情況。

2.2灌溉工程參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 微灌耗水強(qiáng)度及補(bǔ)充強(qiáng)度設(shè)計(jì)

通常情況下，微灌只對(duì)部分土壤的表面的進(jìn)行潤(rùn)濕，其與地面灌溉和噴灌相比，農(nóng)業(yè)作業(yè)的耗水量主要用于本身的蒸騰過(guò)程耗費(fèi)的水量，地面蒸發(fā)的損失量相對(duì)較小，具體可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

上式中，Ea代表灌溉農(nóng)業(yè)作物的實(shí)際耗水強(qiáng)度（單位：mm/d）；Kr代表農(nóng)業(yè)作業(yè)遮陰率對(duì)耗水量的修正系數(shù)（一般可取1）；Ec代表農(nóng)業(yè)作業(yè)的需水量（單位：mm/d）。

所謂的設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度具體是指在設(shè)計(jì)條件下，微灌農(nóng)業(yè)作業(yè)的耗水強(qiáng)度，通?？梢匀≡O(shè)計(jì)年灌溉季節(jié)月平均耗水強(qiáng)度的峰值作，當(dāng)沒(méi)有相關(guān)資料參考時(shí)，可依據(jù)表1中給出的內(nèi)容進(jìn)行選擇，需要注意的是，選取后應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行具體論證。

表1 設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度建議值表（單位：mm/d）

補(bǔ)充強(qiáng)度則是指在設(shè)計(jì)條件下的灌溉補(bǔ)充強(qiáng)度，其主要取決于以下條件：設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度、灌溉保證率、降雨量以及土壤鹽分等[4]。通常可按下式進(jìn)行計(jì)算：

上式中，Ia代表補(bǔ)充強(qiáng)度（單位：mm/d）；Ic代表設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度。若是有其它來(lái)源對(duì)農(nóng)業(yè)作物的耗水量進(jìn)行補(bǔ)充時(shí)，如自然降雨、土壤本身的含水量、地下水補(bǔ)給等，則灌溉過(guò)程只需要補(bǔ)充農(nóng)業(yè)作業(yè)耗水強(qiáng)度不足的部分。補(bǔ)充強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是確定灌溉系統(tǒng)最大輸水能力的重要依據(jù)之一，相關(guān)研究結(jié)果表明，補(bǔ)充強(qiáng)度越大，灌溉系統(tǒng)的輸水能力就越大，其保證程度就越高，整個(gè)系統(tǒng)的前期投資也就越大。故此在設(shè)計(jì)補(bǔ)充強(qiáng)度時(shí)，既要充分考慮農(nóng)業(yè)作業(yè)對(duì)水的實(shí)際需求，同時(shí)還要確保經(jīng)濟(jì)上合理可行。

2.2.2 土壤濕潤(rùn)比

所謂的土壤濕潤(rùn)比具體是指灌溉過(guò)程中被濕潤(rùn)的土體所占計(jì)劃濕潤(rùn)總土體的百分比。在實(shí)際應(yīng)用中，一般以地面以下20～30 cm處的濕潤(rùn)面積占總灌溉水面積的百分比表示，它的作用是計(jì)算灌溉定額。目前，各種農(nóng)作物與土壤之間的適宜潤(rùn)濕比并沒(méi)有一個(gè)明確的定論，研究結(jié)果表明，設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比越大，灌溉系統(tǒng)的流量就越大，越容易滿足農(nóng)作物的用水需求，灌溉的保證程度越高。但是系統(tǒng)的投資和能耗也就越大，故此，在土壤濕潤(rùn)比的設(shè)計(jì)中，要充分考慮農(nóng)作物對(duì)水的需要，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮工程的合理性。具體可按表2的內(nèi)容進(jìn)行參選。

表2 土壤濕潤(rùn)比建議取值范圍表（單位：mm/d）

2.2.3 灌水均勻度

節(jié)水灌溉要保證灌水達(dá)到一定的均勻性，才能提高灌水質(zhì)量和灌溉水的利用效率。影響灌水均勻度的因素主要包括灌水器工作壓力、堵塞情況、水溫變化、地形變化等方面。在實(shí)際工程中，一般將流量偏差作為灌水均勻度控制的主要手段。灌溉系統(tǒng)由多個(gè)灌水單位組成，每個(gè)灌水單位下分多個(gè)支管和毛管，而每個(gè)毛管上又有少則幾十、多則上百個(gè)灌水器或滴頭，并且這些灌水器受水流流動(dòng)產(chǎn)生的作用力影響，其出流量也會(huì)各有不同。在地形坡度為零的條件下，距離支管進(jìn)口最近的第1條毛管的第1個(gè)灌水器，其工作水頭最大；距離支管進(jìn)口最遠(yuǎn)的毛管的最末灌水器，其工作水頭最小。所以，灌水均勻度可通過(guò)限制灌水單元中灌水器的最大流量差進(jìn)行有效控制。

2.3 系統(tǒng)布置

2.3.1 毛管與灌水器

①對(duì)于密植果樹(shù)或窄行密植作物滴灌而言，沿著作物行向布置毛管，毛管上安裝滴頭，每行作物或幾行作物布置一條毛管；②對(duì)于成齡果樹(shù)滴灌而言，沿著一行成齡果樹(shù)布置一條輸水毛管，并在每棵果樹(shù)周圍安裝一條環(huán)狀灌水管；③對(duì)于大行距高大作物滴灌而言，采用雙行毛管平行布置，在每行樹(shù)的兩側(cè)布置兩條毛管；④對(duì)于果樹(shù)和盆栽作物滴灌而言，沿著一行作物布置一條毛管，并在每條毛管上接入若干個(gè)分水微管。上述布置方式均要求毛管與作物行向平行布置，若作物采用的是等高種植方式，那么毛管還要沿著等高線進(jìn)行布置。

2.3.2 干支管的布設(shè)

根據(jù)地形、水源、作物分布情況以及毛管布置方式，遵循方便管理、降低工程費(fèi)用的原則，合理布置干管、支管。在山丘地區(qū)，干管應(yīng)沿著等高線或山脊進(jìn)行布置，支管要垂直于等高線進(jìn)行布置，使其滿足向兩邊毛管配水的要求；在平地上，干管可布置在支管中部，支管可布置在毛管中部，采取豐字形布置方式，以節(jié)省管材。

3 結(jié)論

綜上所述，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口的大幅度增多，使得耗水量的增長(zhǎng)呈直線上升趨勢(shì)，水資源的浪費(fèi)與污染也隨之加劇。為了進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展，必須對(duì)節(jié)水灌溉進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在節(jié)約用水量的同時(shí)，降低灌溉能耗，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能的目的。

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