水利工程規劃設計中的灌溉技術分析

李永強

(棗莊市水利勘測設計院，山東 棗莊 277800)

灌溉技術作為水利工程規劃的重點內容，直接影響規劃設計方向和結果，對我國水利工程建設的發展具有重要意義。由于傳統漫灌技術具有水資源浪費現象嚴重、耗時長等缺點，不適應現代水利工程建設的發展[1]，為此提出水利工程規劃設計中的灌溉技術分析。本文從三個方面分析了灌溉技術的設計指標，采用氣象因子間接計算灌溉保證率，進而計算灌溉技術的抗旱天數，以選擇合理的取水方式進行灌溉工程；針對灌溉技術設計標準的特點，分析現階段我國灌溉技術的主要形式，包括噴灌、微灌和滴灌三種，并對其優缺點分別進行分析；為保證灌溉技術的合理性，對其經濟、技術、生態環境指標進行評估，評估結果表明，滴灌技術具備合理性，有利于水利工程規劃設計的發展。

1 灌溉技術設計標準分析

水利工程規劃中灌溉技術的設計主要以農田灌溉保證率、抗旱天數和灌溉工程的取水方式為指標，其指標分類如圖1所示。

圖1 灌溉技術的指標分類

1.1 灌溉保證率設計

灌溉保證率綜合反映灌區用水和水源供水兩方面情況，可以較好地表達灌溉工程的設計標準。在水利工程規劃設計階段，灌溉工程保證率的計算需要結合作物的需水量、當地的水文條件進行分析。當地自然降水量越多，則灌溉保證率越高；作物在生長時期的需水量是由種植作物的土壤水分和肥力決定的，作物的需水量越低，則灌溉保證率越高。

作物需水量采用氣象因子間接計算參考作物的蒸發量[2]，計算公式如下：

ETm=KcET0

(1)

式中，ETm—作物在生長時期的需水量，mm；ET0—參考作物的蒸發量，mm；Kc—常數，作物的生長系數。

根據式(1)，計算作物的灌溉供水量為：

M=ETm-βL

(2)

式中，M—作物在生長時期的灌溉供水量，mm；L—這一時期的自然降水量，mm；β—常數，作物的降水利用系數。

灌溉保證率是指在作物生長期間，灌溉水量能夠滿足作物用水需求量的比率，公式如下：

(3)

式中，P—灌溉保證率；N—滿足作物生長需求的灌溉水量，mm。

經過上述計算，可以分析出近年來我國某地區不同灌溉保證率下的灌溉用水供應量，見表1。

表1 不同灌溉保證率下的灌溉供水量

對表1數據分析可知，在農作物需水量一定的情況下，灌溉保證率越高，灌溉供水量就會越多；相反灌溉保證率越低，灌溉供水量就會越少。因此在水利工程規劃設計過程中，要首先考慮當地自然降水量的變化，再根據灌溉供水量準確計算該地區作物的灌溉保證率。

1.2 抗旱天數設計

抗旱天數是水利工程規劃中灌溉技術設計的指標之一[3]，是指在作物生長時期內，遇到干旱的自然條件時，灌溉工程進行一次人工澆灌行為后作物所保持的用水天數。由于無自然降水持續時間無法精確統計，加之不便于與其他用水部門的灌溉保證率進行比較[4]，因此抗旱天數的實際計算值也比較難實現，故在大中型灌溉工程中較少采用。

假設無自然降水的持續時間為n天，這一干旱時期內的灌溉保證率為P，則進行一次灌溉工程的作物的抗旱天數為：

(4)

式中，T—抗旱天數；JP—進行一次人工澆灌行為后的作物灌溉保證率。

通過對作物抗旱天數的分析可知，根據灌區內作物儲水能力的不同、自然降水量多少的不同，其抗旱天數也有所不同的[5]。通常情況下，我國灌溉技術在以抗旱天數為指標進行設計時，都將作物的抗旱天數保持在30～50d，灌溉時選取這一抗旱天數內所需的水量進行灌溉。

1.3 取水方式設計

灌溉工程取水方式的選擇，主要根據作物所處區域的水量、水位及可利用水資源類型而確定。若利用地表徑流進行引水灌溉，則可以直接在水庫內抽取所需灌溉水，建立引水壩，通過引水壩實現灌溉。若利用地下水進行灌溉時，首先需要打井，建立引水渠，使灌溉水從水渠內到達灌溉區。

灌溉工程取水方式設計時，首先要對該地區水資源進行調查分析，了解該地區的年自然降水量變化、可利用水資源總量及可調動水資源總量，根據當地水資源的實際情況[6]，制定符合該地區發展的灌溉取水方案。其次，要合理選擇引水壩、引水渠的位置，通常情況下，灌溉源頭都取在水資源相對豐富、水位較高的位置，引水壩設置在源頭偏下的位置，負責存水與引水工作，引水渠在搭建時，要在不影響其他引水系統正常進行的前提下進行搭建，保證灌溉工程能順利進行。最后還要盡量保證取水時，不過多占用農業用地，不影響農業生產活動的正常進行，還要綜合利用附近的水庫、水渠、水塘等的可利用水資源，促進該地區水利工程建設的發展。

2 灌溉技術的主要形式

灌溉技術的基本要求是用少量的水達到最佳的灌溉效果，由于傳統的漫灌技術水資源浪費現象嚴重，因此逐漸被淘汰，現階段我國灌溉技術主要包括噴灌、微灌和滴灌三種，其各自的優勢和不足見表2。

表2 三種灌溉形式的優缺點比較

2.1 噴灌

噴灌技術是最節水的灌溉方式之一，適用于有水壓的灌溉地段[7]。噴灌技術是將灌溉水引入噴水管內，并以細小水滴的形式噴射到空中，均勻地散布到灌溉區域的各個角落。因為噴灌技術是采用小水滴的形式進行澆灌的，所以不會產生地表徑流現象，降低水資源的浪費，還能夠嚴格控制土壤的水分和肥力的保持能力，將地面濕度控制在合理范圍內，據測量，噴灌技術保持的地面濕度平均可達0.8～0.9，綜上所述，漫灌技術具有輸水損耗低、耕地面積小、水土保持能力強等優點。

2.2 微灌

微灌技術是介于噴灌與滴灌之間的一種灌溉方式，適用于種植作物密集程度較高的地段，在這一灌區內采取微灌技術進行灌溉時，可達到全面噴灑灌溉的效果，保證每種作物都能夠得到充足的水源。微灌技術適用于所有地形和土壤，特別是干旱缺水地區，使用微灌技術進行灌溉時，能夠較好的改善土壤結構，對農作物的生長起到增產作用。微灌技術具有噴灌技術的所有優點[8]，同時還具有耗能低、投資小等噴灌技術不具備的優勢，灌溉過程中，大大降低了灌溉難度，降低水資源的灌溉使用量，以實現用少量的水達到最佳灌溉效果的目標。

2.3 滴灌

滴灌技術是一種利用管網和灌水器進行引流灌溉的灌溉形式，主要分布在灌區的地表和地下，為了減少水資源在灌溉過程中的自然蒸發量，選擇外漏的滴頭和水帶作為滴灌的傳輸介質，使水流在水帶內形成滴狀澆灌到土壤中。滴灌技術適用于人口密集、交通密集的城市綠化地段，滴灌過程中既不影響其他工程項目的正常進行，又能保證城市綠化的美觀，且能夠很好的保持該區域內的綠化作物的生長。滴灌技術作為現階段我國新型的高效節水技術，具有節水節能、保持水土、協調植物生長環境等優勢[9]，特別是在作物生長初期，使用滴灌技術進行灌溉，能夠獲得良好的灌溉效果。

3 灌溉技術的評估分析

為選出最適合水利工程建設的灌溉技術，從經濟、技術和生態環境三個方面進行指標評估，對己經實行的灌溉工程進行總結，看最終的灌溉效果是否完成預計的灌溉目標，并針對灌溉工程進行過程中出現的問題進行總結，為我國水利工程建設的發展打下堅實的灌溉基礎。

3.1 經濟評估指標

經濟指標評估的目的主要是分析灌溉技術對該地區經濟的影響，不同的是，灌溉技術的經濟指標評估要與其他工程的經濟效益評估效果進行區分。由于灌溉技術對經濟的影響不是階段性的，而是持續性的，受部分因素的影響[10]，不能具體統計影響結果的定量指標，因此對灌溉技術的經濟指標評估只做定性分析，主要從地價增值程度、對地區經濟發展的作用和對就業情況的影響三個方面進行分析。

灌溉技術的有效實行，有利于地區水利工程建設和園林綠化建設的發展，極大程度的改善了城市的居住環境，提高[11]人們的幸福指數，進而有更多的人選擇在該城市定居，提高該地區地價。據統計，灌溉技術有效實行以來，某地區的平均地價相對漲幅高達21.3%，因此可以確定灌溉技術對低價增值具有積極的促進作用。

地區經濟的發展除了以人均經濟增長值的提高作為經濟增長標準，城市綠化程度質量的提高也是地區經濟發展的重要評價指標。灌溉技術的有效推行，可以提高城市的綠化質量，對該地區城市生產力的發展起到間接的促進作用，為人們生產生活的需要提供良好的綠色資源，對推動區域經濟的發展有重要的作用。

灌溉技術可以保證水利工程建設的進一步發展，因此就會需要更多的技術人才，技術人才則可以根據自己所學專業的特點，確定就業選擇方向，進而實現自身的就業目標。

3.2 技術評估指標

技術評估指標主要是對灌溉技術前期的投資費用和灌溉系統在工作時的具體參數進行評估，評估過程中，主要從技術的可靠性、可行性和灌溉的均勻程度進行分析。

灌溉技術的可靠性是指灌溉工程結束時，該地區作物能夠保持的有效抗旱天數。作物的抗旱天數越長，說明灌溉技術的可靠性越強；反之作物的抗旱天數越短，灌溉技術的可靠性越弱。此外，灌溉過程中的安全性也是灌溉技術可靠性的評價標準之一，能夠有效提高灌溉保證率、減少灌溉事故的發生頻率以及能夠使用新技術進行灌溉工程，是灌溉可靠性的具體表現。

灌溉技術的可行性是指該地區的土壤結構、土質狀況及作物特點能夠有效進行灌溉工程，且灌溉結束后，作物對灌溉水有一定的吸收儲存作用，能夠在旱期進行自我灌溉[12]。土壤的滲透能力也是灌溉可行性的評估標準之一，灌溉結束后，若土壤具備良好的滲透能力，則說明該地區灌溉技術的可行性越高。

灌溉均勻程度的高低主要以灌溉的覆蓋面積和水資源的利用效率為標準，灌溉覆蓋面積越大，灌溉技術的均勻程度越好；反之灌溉的覆蓋面積越小，灌溉技術的均勻程度越差。水資源利用效率的評估標準是指能夠用最少的水達到最理想的灌溉效果，水資源的利用效率越大，灌溉效果越好；反之水資源的利用效率越小，灌溉效果越差。

3.3 生態環境評估指標

生態環境的評估主要以作物的灌溉情況、土壤質量和環境質量為標準。不同的作物，對灌溉水的吸收能力也是不同的，因此灌溉工程前期，要對灌溉作物進行調查分析，選擇適當的灌溉技術進行灌溉，以使作物能夠最大限度的吸收利用灌溉水。土壤質量的改善主要由灌溉頻率和灌溉水量決定，灌溉頻率越高，土壤質量好；反正灌溉頻率越低，土壤質量差。環境質量的好壞除了受灌溉技術的影響，還受城市人口活動、交通等的影響，因此，對環境質量的評估只做定性分析，在保證其他因素不變的前提下，灌溉效果越好，環境質量越高；反之，灌溉效果越差，環境質量越低。

分析灌溉技術對整個生態環境的影響時，由于在評估過程中受其他因素的影響，評估結果會有一定偏差。在進行評估時，對各項評估指標進行多次評估，以將評估誤差控制在合理范圍內。評估結果表明，灌溉技術的有效實行，有利于我國水利工程規劃設計的合理性，為我國經濟、技術的發展和生態環境的改善提供了重要的技術基礎。

4 結語

本文對水利工程規劃設計中灌溉技術的設計指標及灌溉方式進行分析，并對噴灌、微灌、滴灌三種灌溉技術進行指標評估，評估結果表明：滴灌技術適合現階段水利工程建設的發展，能夠提高地區經濟、技術的發展，改善城市生態環境，為我國水利工程的規劃與設計提供技術支持。本次研究的不足之處在于研究灌溉保證率時，由于受時間、技術等因素的影響，灌溉保證率的取值均為整數，希望下次研究時，可以將灌溉保證率的取值精確到百分位，以盡可能高的保證研究結果的準確性。希望本文的研究能夠為我國水利工程的規劃與設計提供理論依據和參考。