絲路沿線干旱區高效節水灌溉工程優化設計要點分析

王舜奇

(甘肅省張掖市臨澤縣農業技術推廣中心，甘肅 張掖 734000)

1 高效節水灌溉工程概述

高效節水灌溉工程是指按照《節水灌溉工程技術規范》(GB/T50363-2006)、《噴灌工程技術規范》(GB/T50085-2007)、《微噴工程技術規范》(GB/T50485-2009)、《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》(GB/T20203-2006)相關的規范，在高效節水灌溉項目區域位置根據灌溉面積、水資源狀況、地形情況、土壤類型、作物種類、灌溉方式等建設的節水灌溉設施及系統，并采用高效管理的方式促進節水灌溉系統的運營。因各區域的地理條件的差異，一般各地區采用的高效節水灌溉方式不同。最常見的有滴灌、噴灌、微噴灌、管道輸水等技術[1]。

2 絲路沿線干旱區高效節水灌溉工程的常見技術及發展現狀

2.1 甘肅沿線

甘肅絲路沿線溫濕度A<0.33和A>0.33的區域存在交叉性分布的特征，因此部分地區采用滴灌或管道運輸管帶，部分地區采用噴灌。目前，有效灌溉面積已經超過了1300千公頃，高效節水灌溉面積超過600千公頃，高效節水灌溉面積約占有效灌溉面積的48%，部分地區的高效節水灌溉面積達到55%。其中有一部分干旱區采用膜下滴灌技術，為甘肅季度干旱區糧食帶來一倍的增產效果，促進了絲路沿線干旱區農業經濟的發展。

2.2 新疆沿線

新疆絲路沿線大部分區域的溫濕度A<0.33，再結合新疆地區氣候特征、土壤條件等，新疆絲路沿線多采用地面滴灌、地下滴灌、微灌、管道輸水節水灌溉技術等設計高效節水灌溉工程。其中吐魯番地區、塔里木盆地、準格爾盆地和天山南北坡等地多采用微灌、滴灌或地下滴灌技術，準格爾西北部、博爾塔拉河上游、伊犁河上游、塔額盆地、昭蘇和巴里坤盆地等地采用噴灌技術。目前，有效灌溉面積已經超過了3600千公頃，高效節水灌溉面積超過1700千公頃，高效節水灌溉面積約占有效灌溉面積的48%，部分地區的高效節水灌溉面積達到50%[3]。

3 不同高效節水灌溉工程的設計要點

不同高效節水灌溉工程設計的關鍵在于計算工程量，根據工程實際情況和農田水利灌溉需求選擇水源灌溉輸送管、灌溉系統的形式及規格、管道布置的形式及結構、灌溉技術的確定、灌溉設備的選擇等。滴灌節水灌溉工程設計的重點在于灌溉定額的確定。噴灌節水灌溉工程設計重點在于噴灌方式的選擇。微噴灌節水灌溉工程設計重點在于支管管網的設計、管材的選擇、噴頭的選擇以及水質的凈化。管道輸水節水灌溉工程設計重點在于確定輸水管道的流量、直徑、壓力計算等。確保不同節水灌溉技術設計要點的合理化是提高節水效果、降低灌溉系統運營管理成本和延長灌溉系統壽命的關鍵。

4 現代化農業高效發展的需求

以節水灌溉工程為例，傳統的節水灌溉工程的目標設定為節約水資源、高效利用水資源，而現代化農業節水灌溉工程面向的是綠色、高效、環保的農業生產。這些變化對節水灌溉設備及其技術提出了更高的要求。它需要節水灌溉設備在半自動化或自動化的基礎上滿足節能減排、綜合管理、高效利用的功能。此外，還需要設備具備通訊聯網的功能，擁有多個系統接口，以便于接入灌溉系統，來實現系統化的管理。在系統設計上，要求節水灌溉工程具備互網互通的功能，以方便各區域之間的信息傳輸與大數據分析管理，并針對大數據分析的結果來實施針對性的管理，由總機調控各區域的設備，實現標準化的節水灌溉管理，降低運營管理成本。

5 高效節水灌溉工程提出優化設計策略

5.1 分組輪灌設計

分組輪灌設計指將根據農業種植的類型對農業灌溉區域分為若干輪灌組數，根據不同農作物的管帶需求設置灌溉管網、毛管、支管等，設計與農作物生長期水的需求量向適應的灌溉次數、灌溉流量、灌溉時間等，從而實現精準化的節水灌溉，提高節水灌溉的效果。輪灌組數的設計要經過嚴格的計算確定。以滴灌系統為例，輪灌組數的確定參考如下

N≦CT/t

其中C表示灌溉系統一天的運行時間，t表示一次灌溉水的持續時間，T表示灌溉周期，N表示輪灌組數。C一般控制在12～22h之間，t一般控制在6h以內，T一般控制在4～15d。按照式1計算出輪灌組數，在結合管網的實際情況劃分輪灌組，以實現對輪灌組灌溉的精準管控，提高農業灌溉的效率。基于輪灌設計的節水灌溉系統有利于后期精細化管理，將節水灌溉工程的價值發揮到最大。

5.2 灌溉流量設計

灌溉流量的設計同樣是為了實現對農作物灌溉的精準管控。正常的流量設計適應灌溉高峰期渠道通過的流量，部分地區需要擴大灌溉面積，或地區干旱情況較為嚴重，需要加大輸水量、增大流量，就需要在正常流量的基礎上計算出增大流量的設計，確定百分比，在根據增大流量的百分比設計各渠段渠道的深度、寬度，確保各段渠道的斷面水位能夠實現最優的銜接，為節水灌溉創造條件。以噴灌為例，噴灌系統在不同的坡度下需要的水源動力、水泵、管道系統、噴頭等設施不同。經過灌溉流量的設計，確定最佳的流量，有助于自流灌溉下實現噴灌系統節能和高效灌溉，降低灌溉運營管理的和維護的成本。

5.3 管材選擇

設計高效節水灌溉工程中，管材的選擇也影響著灌溉效率和建設成本。管道性能在符合規定的高效節水灌溉要求下建議選擇成本最低的。盲目的選擇高性能的管材會造成管材的浪費，而選擇性能較差的管材則會造成灌溉系統壽命縮短，增加后期維護成本，還會影響灌溉效果。在高效節水灌溉系統中，常用的輸水灌溉管材包括無縫鋼管、石英玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、鍍鋅鋼管、焊接鋼管等。設計高效節水灌溉工程時，要根據地區氣候特點、高效灌溉節水工程設計的要求及具體的灌溉需求選擇管道管材。其中承壓性要求較高的灌溉工程可采用鋼管管材，對承壓性要求較低時可選擇運輸方便、韌性較好的塑料管材。管材口徑規格根據灌溉系統設計的流量、流速等參數選擇，確保灌溉系統管道能夠滿足高效節水灌溉工程的安全、高效、防腐等各項需求。

5.4 結構布局設計

隨著農業現代化的建設，集約化的農業生產為絲路沿線干旱區農業種植提供了新的發展方向。為適應集約化農業種植，絲路沿線建立起越來越多的小型農田水利系統工程。小型農田水利系統工程在結構設計上采用分段分布式結構設計。整體框架上根據各區域農田水利灌溉的特點進行分段，在根據分段灌溉設計詳細的輸水管網及灌溉設施設備的布局。分段農田水利灌溉系統的設計要充分體現因地制宜、因水源制宜、因作物制宜、因種植方式制宜的原則。設計者要將先進的灌溉技術與現代管理技術相結合，提高節水灌溉的技術水平和管理水平。

5.5 系統管理設計

為實現高效節水灌溉工程的信息化管理，在設計上要增加智能終端監控設備，管理系統結構采用分布式結構設計，將同一區域的農田灌溉工程全部接入灌溉管理系統。對于生產節水灌溉設備的廠家而言，應設置設備管理系統，實現對絲路沿線干旱區域推廣的設備的動態化追蹤服務，根據設備遠端監控的數據及時的對設備進行維護，預測設備可能存在的故障和隱患，以提高灌溉設備的使用效果。生產廠家還可以根據“互通互通”的通訊服務，對灌溉系統進行遠端優化升級，以適應小型農田水利工程的系統更新及信息化管理。

6 結 語

絲路沿線干旱區水源稀少且分布不均，地區降雨不穩定、蒸發量大，對農業生產有著不利的影響。高效節水灌溉工程作為發展農業現代化的必然手段，對解決干旱區農業生產障礙問題有著重要的意義。