摘 要：建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是保障國家糧食安全的重要基礎(chǔ)，高效節(jié)水工程設(shè)計則是推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的重要保障。以武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程設(shè)計為例，依據(jù)涼州區(qū)農(nóng)田實際特征，闡述了高效節(jié)水工程中的主要任務(wù)、設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計思路，分析了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的高效節(jié)水工程設(shè)計，探討了工程設(shè)計的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

關(guān)鍵詞：高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)；高效節(jié)水工程；武威市；涼州區(qū)

中圖分類號：S275 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田不僅可減少化肥、水資源和農(nóng)藥的使用量，還可提高其使用效率，從而推動綠色農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在我國“大國小農(nóng)”的國家背景下，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)成為連接小規(guī)模農(nóng)戶與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵紐帶。通過集中連片的方式建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，不僅能改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，還能增強(qiáng)小規(guī)模農(nóng)戶的抗災(zāi)能力，并促進(jìn)其與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有效銜接，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。其中，高效節(jié)水工程是指依靠工程技術(shù)手段，最大限度地減少輸水過程中水資源的損失，提高水分利用效率的灌溉工程[2]。因此，以武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目為例，設(shè)計出高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田中高效節(jié)水工程，為后期開展同類型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提供借鑒。

1 武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程主要任務(wù)及設(shè)計內(nèi)容

涼州區(qū)是甘肅省武威市下轄區(qū)，地處甘肅省西北部，屬于溫帶大陸性氣候，具有干旱少雨、日照充足、晝夜溫差大的特點。年平均降水量為100 mm，年蒸發(fā)量為2 020 mm。因此，項目區(qū)屬干旱及水資源緊缺地區(qū)，農(nóng)業(yè)種植以旱作物為主。

1.1 工程主要建設(shè)任務(wù)

涼州區(qū)節(jié)水增效高效節(jié)水灌溉發(fā)展工程位置地處西營灌區(qū)、雜木灌區(qū)、黃羊灌區(qū)、永昌灌區(qū)、清源灌區(qū)以及金羊灌區(qū)。工程主要建設(shè)任務(wù)為發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積8 254.267萬m2，其中包括地下水管灌4 105.000萬m2，地下水滴灌2 523.200萬m2，地表水滴灌1 626.066萬m2。通過此項工程的實施，旨在將傳統(tǒng)渠道灌溉提升為管灌、滴灌等高效節(jié)水技術(shù)灌溉，形成完善的節(jié)水灌溉工程體系，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)灌溉水效益，促進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1.2 工程設(shè)計內(nèi)容

此次工程設(shè)計依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288—1999）和項目區(qū)的水文氣象、水土資源、作物組成、灌區(qū)規(guī)模、灌水方法及經(jīng)濟(jì)效益等因素，將節(jié)水工程內(nèi)容分為管道輸水工程、地下水滴灌工程以及地下水管灌工程。其中，管道輸水工程灌溉設(shè)計保證率為75%，灌溉水利用系數(shù)0.8；滴灌工程灌溉設(shè)計保證率為90%，灌溉水利用系數(shù)0.9。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017）規(guī)定，工程屬Ⅲ等中型工程；建筑物級別為3級和4級；工程區(qū)建筑物按Ⅷ度地震烈度設(shè)防。具體灌區(qū)實施灌溉方式及面積見表1。

2 武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程設(shè)計

2.1 地表水滴灌工程設(shè)計

在此次地表水滴灌工程設(shè)計中，充分考慮了農(nóng)田周圍水源的穩(wěn)定性和灌溉效率。選擇的典型片區(qū)為黃羊灌區(qū)長豐村的759.200萬m2農(nóng)田，采用現(xiàn)有灌區(qū)三干直斗渠作為主要取水來源，以確保穩(wěn)定和可持續(xù)的水源供應(yīng)。

（1）取水及初步處理系統(tǒng)設(shè)計。先在取水口后設(shè)置一個容積為2萬m3的沉沙蓄水池，以去除水中的沉積物。池內(nèi)設(shè)計水深4 m，頂寬3 m。池底及邊坡使用砂礫石原基夯實，上覆蓋以300 mm厚的細(xì)砂保護(hù)層，再加一層復(fù)合土工膜和30 mm厚的M10水泥砂漿保護(hù)層，以及六邊形預(yù)制磚，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，并安裝“砂石過濾器+篩網(wǎng)過濾器”兩級水質(zhì)處理過濾設(shè)備，以進(jìn)一步清潔水源，保證滴灌系統(tǒng)的高效運行。

（2）輸配水管網(wǎng)設(shè)計。管網(wǎng)采用干、支兩級管道輸配水形式。干、支管（PVC管材，壓力等級0.63 MPa）將被埋設(shè)于凍土層以下，以減少溫度變化對管道的影響。同時，在豎管出口設(shè)置一套多功能給水栓，以便于灌溉操作[3]。輔管（PE管）和毛管將被鋪設(shè)于地面，便于維護(hù)和調(diào)整。輸配管網(wǎng)見圖1。

（3）滴灌系統(tǒng)設(shè)計。在滴灌帶類型選擇上，選用一次性內(nèi)鑲式滴灌帶，滴頭間距為0.3 m，流量為2.1 L/h。

有助于均勻分布水分，減少水資源消耗。在布局方式上，按照沿作物種植方向一膜兩管四行的方式布置，鋪設(shè)間距為0.8 m。以提高灌溉效率和作物生長的適應(yīng)性。

（4）監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計。在系統(tǒng)首部安裝壓力表（WIKA 232.50）、空氣閥（Bermad C10）、閘閥（DeZURIK Cast Stainless Steel Knife Gate Valves）、水表（Arad Octave

Ultrasonic Meter）等設(shè)備和儀表，以實現(xiàn)對整個灌溉系統(tǒng)的精確控制和監(jiān)測。同時，配備鋼制壓差式施肥罐，實現(xiàn)與灌溉同步施肥，從而提高肥料利用率并減少環(huán)境污染。

（5）環(huán)境適應(yīng)性與可持續(xù)性的考慮。由于管道主要被埋設(shè)于凍土層以下，因此需要采取適當(dāng)?shù)姆纼龃胧_保在低溫條件下系統(tǒng)的正常運行[4]。具體措施包括以下幾個方面：①將管道埋設(shè)在凍土層（30 cm）以下；②對管道進(jìn)行絕緣處理，使用絕熱材料如泡沫塑料或玻璃纖維包裹管道。

2.2 地下水滴灌工程設(shè)計

地下水滴灌工程的設(shè)計重點在于利用現(xiàn)有機(jī)井作為水源，并通過改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)施來提高整體灌溉效率。先采用更換現(xiàn)狀機(jī)井水泵為系統(tǒng)加壓，并安裝“旋流水砂分離器（L）+篩網(wǎng)過濾器（W）”兩級過濾裝置、鋼制壓差式施肥罐、壓力表、空氣閥、閘閥等設(shè)備和儀表；輸配水管網(wǎng)由干管、支管、出地豎管、輔管、毛管組成，干、支管采用公稱壓力等級為0.4 Mpa的PVC管，干、支管均埋設(shè)于凍土層以下，豎管出口設(shè)一套玻璃鋼多功能給水栓（Φ160）；輔管、毛管鋪設(shè)于地面，輔管采用公稱壓力0.25 MPa的PE管，灌水器選用一次性內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距0.3 m，流量

2.1 L/h，沿制種玉米種植方向一膜兩管四行布置，鋪設(shè)間距0.8 m。滴灌管網(wǎng)見圖2。

2.3 地下水管灌工程設(shè)計

針對武威市涼州區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，該設(shè)計方案聚焦于地下水管灌工程，以提高灌溉效率并節(jié)約水資源。選取雜木灌區(qū)金河鎮(zhèn)舊莊村、李家寨村的9個灌水小組和12眼機(jī)井控制的灌溉面積365.333萬m2

作為典型片區(qū)，將對現(xiàn)有灌區(qū)機(jī)井進(jìn)行改造以適應(yīng)機(jī)壓輸水管灌系統(tǒng)的需求。管灌工程利用現(xiàn)有灌區(qū)機(jī)井取水，采用機(jī)壓輸水管灌。而在管網(wǎng)設(shè)計方面，采用干、支兩級管道輸配水形式，該布局有助于高效且均勻地分配水流到各個灌溉區(qū)域。根據(jù)地塊的實際形狀，管網(wǎng)沿原有渠線進(jìn)行布置，以最大限度地利用現(xiàn)有資源并減少新開挖的需求，平面布置見圖3。所有干、支管均選用公稱壓力等級為0.4 MPa的PVC管材，管道埋設(shè)于凍土層以下加0.2 m；干管引水至田間后與支管連接，連接處設(shè)閘閥井，支管按田塊實際情況設(shè)置出水口并安裝鐵質(zhì)多功能給水栓。既考慮了灌溉的實際需求，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可調(diào)節(jié)性。

2.4 工程質(zhì)量評定

在工程開工前，由項目法人組織監(jiān)理、設(shè)計施工等單位結(jié)合工程實際進(jìn)行工程質(zhì)量檢驗項目劃分，并在主體工程開工前報涼州區(qū)水利工程質(zhì)量監(jiān)督與安全管理站審核批復(fù)。批復(fù)該項目工程共劃分為單位工程17項，分部工程304項，單元工程7 525項。待施工完成后，根據(jù)《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》（SL 176—2007）進(jìn)行施工單位自評、監(jiān)理單位復(fù)核、項目法人認(rèn)定以及質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)核定。質(zhì)量評定結(jié)果如下：涼州區(qū)節(jié)水增效高效節(jié)水灌溉發(fā)展工程共劃分為單位工程17項，分部工程304項，單元工程7 525項。單元工程7 525項，合格7 525項，合格率100%；分部工程304項，合格304項，合格率100%；單位工程17項，合格17項，合格率100%。綜合評定工程質(zhì)量等級為合格。

3 武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程建設(shè)效益評價

3.1 經(jīng)濟(jì)效益評價

隨著武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程建設(shè)的完成，該區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展和效率將得到顯著提高。在項目建成后，建設(shè)區(qū)將改善灌溉面積8 254.266萬m2，渠道的水利用效率與輸水能力將得到進(jìn)一步提高，預(yù)計年節(jié)水量可達(dá)到813.260萬m3，新增年產(chǎn)值3 866.5萬元。隨著渠系及其配套設(shè)施的建設(shè)，農(nóng)田設(shè)施將得到全面完善，科技在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也將得到強(qiáng)化，有利于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度，降低農(nóng)業(yè)勞動強(qiáng)度，以實現(xiàn)整個區(qū)域農(nóng)業(yè)資源的高效利用，顯著提高土地產(chǎn)出率和農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率[5]。

3.2 社會效益評價

武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程的社會效益體現(xiàn)在多個層面。從農(nóng)業(yè)可持續(xù)性來看，通過實施地下水管灌和滴灌工程，將大幅度提高武威市涼州區(qū)的水資源利用效率。這不僅減少了水資源的消耗，還減少了對地下水的依賴，減緩了水資源枯竭的速度，有利于區(qū)域水資源的可持續(xù)管理。同時，高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用還將提高土地產(chǎn)出率，使得同樣面積的土地能夠產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益，從而有助于保障食品安全和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。從環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡方面看，節(jié)水灌溉技術(shù)的使用將減少對水資源的過度開采，有助于保護(hù)和恢復(fù)地下水位，減輕水土流失和土地鹽堿化等環(huán)境問題，對維護(hù)生態(tài)平衡具有重要意義。此外，高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用還將減少化肥和農(nóng)藥的施用量，減少農(nóng)業(yè)對環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然環(huán)境的和諧共生[6-7]。

4 結(jié)束語

通過對武威市涼州區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中高效節(jié)水工程的深入分析與設(shè)計，展示了在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展背景下，高效節(jié)水技術(shù)在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和保障國家糧食安全方面的重要作用。通過具體的工程設(shè)計，包括地下水管灌和滴灌系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了對涼州區(qū)農(nóng)田實際特征的精準(zhǔn)把握，還為高效節(jié)水技術(shù)在類似農(nóng)業(yè)區(qū)域的應(yīng)用提供了可行性分析和設(shè)計范例。在后期研究中，應(yīng)在更廣泛的地理范圍內(nèi)，考察類似節(jié)水技術(shù)的適用性和效果，以進(jìn)一步驗證研究結(jié)果的普遍性和適用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 周建民.芻議農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用要點[J].黑龍江水利科技，2023，51（12）：126-128，142.

[2] 陳小彬.建筑給排水工程中節(jié)能節(jié)水技術(shù)的要點分析[J].江蘇建材，2023（6）：82-84.

[3] 高卓慧.農(nóng)田水利工程建設(shè)中節(jié)水灌溉技術(shù)的運用探討[J].內(nèi)蒙古水利，2023（12）：72-73.

[4] 張璐.節(jié)水改造工程布局與設(shè)計：以華池縣南梁灌區(qū)節(jié)水改造項目為例[J].石材，2023（12）：49-51.

[5] 廖志輝.試述建筑給排水工程中節(jié)能節(jié)水技術(shù)的有效應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（32）：187-189.

[6] 丁家高，楊婷婷，韓發(fā)兵，等.某灌區(qū)節(jié)水配套改造工程圍堰進(jìn)占施工工藝[J].河南水利與南水北調(diào)，2023，52（10）：67-68.

[7] 馬世杰.平魯區(qū)供水工程節(jié)水評價分析[J].河南水利與南水北調(diào)，2023，52（10）：21-22.