常萬(wàn)元

（酒泉市肅州區(qū)水務(wù)局觀山河灌區(qū)水利管理所，甘肅 酒泉 735000）

0 引言

根據(jù)農(nóng)作物的需水情況、灌溉周期及地區(qū)水資源情況、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)狀況等，科學(xué)、合理選用節(jié)水技術(shù)，能夠最大限度地發(fā)揮農(nóng)田水利灌溉工程的作用和價(jià)值，降低水資源消耗，在切實(shí)保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的同時(shí)達(dá)到節(jié)約水資源的目的，從而促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 農(nóng)田水利灌溉工程中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則

1.1 適時(shí)性

無(wú)論采用哪種節(jié)水技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中均需要遵循適時(shí)性原則。也就是說(shuō)，灌水必須保證及時(shí)、合理。適時(shí)供水不僅能夠達(dá)到提高作物生長(zhǎng)質(zhì)量的目的，也可以達(dá)到節(jié)約水資源的目的。

1.2 適量性

所選節(jié)水技術(shù)要保證農(nóng)作物可以得到適量的水資源，避免灌水過(guò)多造成滲漏或者不必要的蒸發(fā)損失，也要避免灌水過(guò)少導(dǎo)致作物萎蔫或死亡。

1.3 均勻性

所選節(jié)水技術(shù)要保證水資源能夠在各級(jí)輸配管道中流量均勻，同時(shí)在田間分布上也要足夠均勻。這樣既能夠達(dá)到節(jié)水效果，也能夠保證灌溉效果良好。

2 農(nóng)田水利灌溉工程中節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用

2.1 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)是指采取在渠道外側(cè)修建保護(hù)層等多種措施，提高渠道的防滲效果。

2.1.1 技術(shù)類型。渠道防滲技術(shù)一般分為兩大類型。一種是改變?cè)乐写餐恋臐B透性能。這種措施又可分為物理機(jī)械法、化學(xué)法2種。物理機(jī)械法一般是通過(guò)減少土壤孔隙的方式達(dá)到減少滲漏的目的，通常包括壓實(shí)、淤淀、抹光等方式；化學(xué)法指的是通過(guò)摻入化學(xué)材料進(jìn)一步增強(qiáng)渠道床土的不透水性。另一種是設(shè)置防滲層，也就是開展渠道襯砌作業(yè)。一般可以借助混凝土、黏土、水泥土或者砌磚、砌石等一系列不同材料有效襯砌渠床，以達(dá)到防滲漏的目的。

2.1.2 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。

2.1.2.1 地基處理。根據(jù)設(shè)計(jì)好的斷面完成開挖作業(yè)后，將土渠修削平整，同時(shí)夯實(shí)渠底、渠坡，以避免混凝土因?yàn)槭芰Σ痪霈F(xiàn)開裂問(wèn)題。一般可提前15 d進(jìn)行修削平整處理，以使基土水分在自然狀態(tài)下得到有效風(fēng)干，有助于提升土基強(qiáng)度。同時(shí)，實(shí)際回填土干容重需要控制在1.55 g/cm以上，以確保渠基、渠坡密實(shí)。

2.1.2.2 模板選擇。在實(shí)際施工中，等厚板、楔形板、肋梁板等多種防滲渠道結(jié)構(gòu)的施工通常都會(huì)借助活動(dòng)模板進(jìn)行澆筑。

2.1.2.3 混凝土拌制?；炷涟柚茖?shí)際操作中，水灰比通?？刂圃?.7以下即可。對(duì)于水泥，需要結(jié)合水利工程相關(guān)強(qiáng)度要求合理選用相應(yīng)標(biāo)號(hào)，一般中小型渠道多數(shù)選用425普通水泥；石子粒徑需要控制在0.5～1.5 cm；砂、石均必須保證干凈、無(wú)雜質(zhì)。借助機(jī)械開展混凝土拌和作業(yè)，實(shí)際拌和時(shí)間控制在 2 min以上，如果添加摻和料、引氣劑或者減水劑，需要適當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間。在實(shí)際施工中，如果采用人工搗固，坍落度需要控制在2～3 cm；如果采用振搗器施工，坍落度需要控制在1～2 cm。

2.1.2.4 混凝土澆筑。首先，澆筑渠底板。如果為單數(shù)塊，四側(cè)全部需要立側(cè)板，借助木樁進(jìn)行固定；如果是澆雙數(shù)塊，需要縱向側(cè)架立側(cè)板，橫向側(cè)需要緊靠已澆塊，并架立縫子板。板高需要與襯砌面保持齊平。其次，入倉(cāng)振搗。可借助機(jī)械（表面式及小型插入式振搗器）開展振搗作業(yè)，具體施工中應(yīng)注意以下3個(gè)方面：①在應(yīng)用表面式振搗器過(guò)程中，振板行距需要重疊5～10 cm，開展邊坡振搗時(shí)需要上行振動(dòng)、下行不振動(dòng)；②在使用小型插入式振搗器時(shí)，實(shí)際入倉(cāng)厚度一般每層需要控制在25 cm以內(nèi)，同時(shí)需要插入下層混凝土大約5 cm；③邊角部位、鋼筋預(yù)埋件附近需要人工振搗。

2.1.3 技術(shù)應(yīng)用成效。采用渠道防滲技術(shù)，一般可使渠道減少50%～95%的水資源滲漏損失，同時(shí)可以降低地下水位，有效防止土壤出現(xiàn)次生鹽堿化問(wèn)題，并且可以節(jié)省占地，進(jìn)一步減少工程建設(shè)費(fèi)用及維修管理費(fèi)用等。例如，預(yù)制混凝土板具有強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其應(yīng)用能夠有效提升渠道輸水能力，加之復(fù)合土工膜的有效應(yīng)用，一般可以減少90%～95%的滲漏損失。

2.2 低壓管道輸水灌溉技術(shù)

低壓管道輸水灌溉技術(shù)又被稱為“管道輸水灌溉技術(shù)”。從技術(shù)歸類上來(lái)看，其仍然屬于一種地面灌溉技術(shù)，主要是利用管道替代以往的明渠輸水灌溉系統(tǒng)的一種農(nóng)田水利節(jié)水灌溉技術(shù)。在實(shí)際灌溉過(guò)程中，借助較低的壓力，將水從壓力管道系統(tǒng)有效地輸送至相應(yīng)的農(nóng)田灌溉區(qū)。通常壓力需要控制在0.2 MPa以下，在克服管道方面的輸水壓力損失后，管道最遠(yuǎn)處的實(shí)際出口壓力需要保證在0.002～ 0.003 MPa。部分情況下，受管材自身承壓能力的影響，管道的實(shí)際輸水壓力需要適當(dāng)降低。

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)合各部分承擔(dān)的功能不同，可以將低壓管道灌溉系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)部分：水源、輸水管道、給配水裝置、安全保護(hù)設(shè)施和田間灌水設(shè)施等。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。

2.2.2.1 灌溉模數(shù)確定。灌溉模數(shù)主要指的是單位灌區(qū)所需灌溉流量，其是確定渠首引水流量、渠道設(shè)計(jì)流量、灌區(qū)用水計(jì)劃的關(guān)鍵依據(jù)。如果灌溉模數(shù)取值過(guò)大，容易導(dǎo)致建設(shè)材料及資金浪費(fèi)；如果灌溉模數(shù)取值過(guò)小，則無(wú)法滿足灌溉需要。灌溉模數(shù)計(jì)算公式為

式（1）中：q指的是第種作物、第次灌水實(shí)際所需的灌溉模數(shù)，單位為m/（s·666.67 hm）；σ指的是第種作物實(shí)際種植面積占比，單位為%；m指的是第種作物、第次灌水實(shí)際定額，其單位為m/hm；T指的是第種作物、第次灌水實(shí)際持續(xù)時(shí)間，單位為h。

2.2.2.2 管網(wǎng)布置形式選擇?，F(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的管網(wǎng)布置形式可以分為樹狀網(wǎng)及環(huán)狀網(wǎng)2種。前者呈樹枝狀分布，水流能夠通過(guò)“樹干”有效流向“樹枝”，也就是從干管流向支管及分支管，通常只有分流、無(wú)匯流。后者指的是管網(wǎng)通過(guò)節(jié)點(diǎn)有效地將各管道連接成一個(gè)閉合環(huán)狀網(wǎng)。結(jié)合給水栓位置及控制閥實(shí)際啟閉情況，水流通常能進(jìn)行正逆方向流動(dòng)。例如：某地設(shè)置的低壓管道輸水管網(wǎng)主要采用的是樹狀網(wǎng)，其中干管主要布置在罐區(qū)邊緣（與支管（渠道）垂直），實(shí)際長(zhǎng)度控制在1.8～2.5 km；支管依照與作物種植走向保持平行這一原則進(jìn)行布置，間距一般控制在60～150 m，支管的實(shí)際長(zhǎng)度一般在350 m以內(nèi)；干管間距同樣如此。

2.2.2.3 管材選擇?，F(xiàn)階段可選用的管材相對(duì)較多，如薄壁硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、聚乙烯（PE）管材、無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PPR）塑料管和素混凝土管等。大多數(shù)管材均有良好的耐水壓性及適用性。其中，素混凝土管造價(jià)低，但其對(duì)地形的適應(yīng)性及耐水壓性、連接可靠性相對(duì)較差。在實(shí)際選用時(shí)，需要優(yōu)先考慮農(nóng)田灌溉對(duì)管材壓力的等級(jí)要求，避免因無(wú)謂提高管材壓力等級(jí)而導(dǎo)致投資增加。

2.2.2.4 管徑確定。結(jié)合經(jīng)濟(jì)流速法確定管徑，計(jì)算公式為

式（2）中：代表管徑，單位為mm；代表管段設(shè)計(jì)流量，單位為m/h；代表管道設(shè)計(jì)流速，單位 為m/s。

2.2.2.5 機(jī)泵選配。在實(shí)際選配水泵時(shí)，需要滿足以下要求：①必須滿足流量及揚(yáng)程方面的要求； ②水泵運(yùn)行效率高、實(shí)際能耗少。其中，揚(yáng)程的計(jì)算公式為

式（3）中：代表水泵的實(shí)際總揚(yáng)程，單位為m；代表水泵的實(shí)際凈揚(yáng)程，一般指的是動(dòng)水位到相應(yīng)壓力池或者出水口水面的實(shí)際垂直高度，單位 為m；代表井泵輸水管的實(shí)際水頭損失，單位為m，一般按照輸水管長(zhǎng)度的5%～9%進(jìn)行估算。通常，如果管徑小于100 mm，實(shí)際水頭損失（）可以按照9%進(jìn)行估算；如果管徑大于100 mm，可以按照5%進(jìn)行估算。

2.2.3 技術(shù)應(yīng)用效果。低壓管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度減少水資源滲漏及蒸發(fā)損失，使水資源利用率得到明顯提高。相比土渠輸水，此項(xiàng)技術(shù)通常節(jié)水30%左右，減少占地2%左右。同時(shí)，由于該技術(shù)是在一定壓力下開展的輸水作業(yè)，所以流速比土渠明顯要大，供水較為及時(shí)，能夠提高灌溉效率，保證適時(shí)供水。

2.3 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)是把由水泵加壓或自然落差形成的有壓水通過(guò)壓力管道送到田間，再經(jīng)噴頭噴射到空中，細(xì)小水滴均勻地灑落在農(nóng)田的一種灌溉技術(shù)。與地面灌溉相比，大田作物噴灌可節(jié)省30%～50%的水資源，同時(shí)可以獲取10%～30%的作物增產(chǎn)效果。該技術(shù)對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)、灌水均勻、少占耕地，但是受風(fēng)影響大、設(shè)備投資高。

2.3.1 系統(tǒng)構(gòu)成。噴灌系統(tǒng)主要由水源、水泵、動(dòng)力機(jī)、管道系統(tǒng)、噴頭、噴灌機(jī)和其他附屬設(shè)備等構(gòu)成。

2.3.2 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。首先，收集資料。一般包括地形資料（包括灌區(qū)位置、邊界、水源、道路等）、土壤及氣象資料（包括光照、氣溫、蒸發(fā)量、降水，土壤類別、厚度、容重等）、農(nóng)作物資料（包括各種作物的種植比例、輪作情況、耕作現(xiàn)狀等）、水源資料（包括水源屬性、位置、水質(zhì)、含沙情況等）。其次，噴灌系統(tǒng)及管網(wǎng)選擇。結(jié)合地形、作物、機(jī)械設(shè)備條件等，綜合考慮不同噴灌系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選定最為適宜的噴灌系統(tǒng)。噴頭的噴灑方式一般包括全園噴灑、扇形噴灑等，噴頭的組合形式一般包括等腰三角形、矩形等，可根據(jù)具體需要選擇噴頭的噴灑方式和組合形式。另外，應(yīng)根據(jù)作物及土壤特點(diǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求、噴頭的水力性能等確定噴頭型號(hào)。如在山丘斜坡地，一般噴灌系統(tǒng)中的壓力會(huì)隨著地形變化出現(xiàn)一定變化：高處往往壓力小，可以選用低壓噴頭；中間位置可以選用中壓噴頭；低處可以選用高壓噴頭。如果實(shí)際壓力過(guò)高，還需要加裝減壓器。對(duì)于管網(wǎng)的選擇，應(yīng)根據(jù)具體地形、水源條件等制訂幾種規(guī)劃方案，最終擇優(yōu)選定。再次，支管輪灌方式需要本著就近、便于作業(yè)及節(jié)省管網(wǎng)投資等基本原則進(jìn)行選定。最后，選擇水泵時(shí)需要有配套動(dòng)力，應(yīng)先明確噴灌系統(tǒng)中的水泵設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程，再根據(jù)確定的水泵型號(hào)匹配動(dòng)力機(jī)。與水泵配套的動(dòng)力機(jī)主要有電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)和汽油機(jī)等。

2.3.3 技術(shù)應(yīng)用效果。從技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，對(duì)于不同農(nóng)作物往往需要選用不同的噴灌設(shè)備，最終取得的應(yīng)用效果也會(huì)存在一定差異。例如，對(duì)于小麥種植區(qū)，如果選用大型指針式噴灌機(jī)，可以在麥田中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴水，通常一次可有效澆灌田地約 80 hm；對(duì)于玉米種植區(qū)，如果選用卷盤式噴灌機(jī)，相比大水漫灌可以使灌水效率提高十幾倍，用水量?jī)H為漫灌的1/3～2/3；對(duì)于蔬菜種植區(qū)，如果選用移動(dòng)式噴罐車，能達(dá)到出水量251 m/h的微噴灌效果，實(shí)際節(jié)水量能達(dá)到40%及以上，實(shí)際水資源利用率能超 過(guò)90%。

2.4 滴灌技術(shù)

滴灌是將具有一定壓力的水過(guò)濾后經(jīng)管網(wǎng)和出水管道（滴灌帶）或滴頭以水滴的形式緩慢、均勻地滴入植物根部土壤的一種灌水方法。滴灌技術(shù)是目前農(nóng)田灌溉節(jié)水效果最好的灌溉技術(shù)之一，具有灌水深度、范圍、灌水量控制良好以及灌水均勻、節(jié)水效益明顯等特點(diǎn)，但其實(shí)際應(yīng)用成本較高，所以被稱為“昂貴的節(jié)水技術(shù)”，多應(yīng)用于一些高附加值的經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)。

2.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成。滴灌系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分：①首部樞紐，一般包括水泵、過(guò)濾裝置、施肥裝置、測(cè)量控制裝置等，具有抽取水資源、加壓、加入肥料以及過(guò)濾后按時(shí)、按量將水肥資源輸送到管路中的功能；②各級(jí)輸配水管路，一般包括干管、支管、毛管和流量調(diào)節(jié)器等設(shè)備，發(fā)揮著將加壓水均勻、有效地分配到需要灌溉區(qū)域的作用；③滴頭，發(fā)揮著將水流有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樾∷?，同時(shí)滴入相應(yīng)區(qū)域的 作用。

2.4.2 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。以某農(nóng)田水利工程為例，對(duì)其滴灌技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)做出分析。

首先，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田、農(nóng)林及道路等實(shí)際分布情況，合理地開展管網(wǎng)布置工作。案例工程采用了梳狀單向管網(wǎng)布置形式，同時(shí)根據(jù)東高南低這一基本地勢(shì)分別設(shè)置了輸水干管、分干管、支管和毛管4級(jí)輸配水管網(wǎng)。其次，首部設(shè)計(jì)工程主要圍繞泵房設(shè)計(jì)開展。案例工程選用的泵房為彩鋼板房，主要裝配了閥門、管道、過(guò)濾器、施肥箱等設(shè)施。整體來(lái)看，該泵房設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單整潔，比較容易加裝各種設(shè)備以及方便日后維修。再次，該工程干管布置使用UPVC管材，埋設(shè)于地下，埋深 0.8 m左右，同時(shí)借助三通為分干管供水。最后，案例工程選用的滴頭是一種壓力補(bǔ)償式滴頭。這種滴頭具備壓力調(diào)節(jié)功能，實(shí)際水頭偏差能控制在10 m左右。

2.4.3 技術(shù)應(yīng)用成效。某農(nóng)場(chǎng)玉米種植區(qū)采用滴灌技術(shù)，不僅不破壞土層，保證土壤不板結(jié)，而且可以促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)發(fā)育，比當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)地面灌溉有效節(jié)水30%～50%。同時(shí)，該農(nóng)場(chǎng)借助滴灌系統(tǒng)將水溶性肥料隨水輸送至玉米根部，使肥料利用率從以往的30%～40%提高至50%～60%。

3 結(jié)語(yǔ)

在農(nóng)田水利灌溉工程中應(yīng)用節(jié)水技術(shù)，能有效提高水資源利用率，減少水資源浪費(fèi)，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。各地要根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利灌溉工程特點(diǎn)、種植作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)、資金投入情況等，因地制宜地選擇節(jié)水技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)的同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)效益。