農田水利節水灌溉工程設計探討

程 琳

（甘肅省莊浪縣水務局，甘肅 莊浪 744600）

農田水利節水灌溉工程設計涉及多種先進技術，能與多樣化的農藝措施進行配套。節水灌溉工程已成為我國農田水利工程建設的關鍵，許多地區都加大對提高農用水泵利用率的研究，以求在提高土地利用效率的同時，盡可能達到節約農業灌溉用水的目的。

1 農田水利節水灌溉工程的設計原則

水利工程作為我國基礎設施的重要組成部分，具有防洪、排澇、灌溉、航運、旅游等多重作用，對國民經濟發展作出了巨大貢獻。確保農田水利節水灌溉工程的設計質量，對擴大灌溉面積、提高農作物產量及水資源利用率、促進農業經濟發展具有重要意義。農田水利節水灌溉工程設計應秉承科學的設計原則，確保設計的先進性和合理性

1.1 因地制宜原則

我國幅員遼闊，設計農田水利節水灌溉工程時應充分考慮各地區的實際情況，合理利用地形優勢，將灌溉渠道設置在高地勢區域，合理設置排水溝，避免對住房和農田造成影響[1]。

1.2 安全性原則

設計農田水利節水灌溉工程時，需考慮灌溉工程在未來使用過程中是否會因當地地形條件變化（河水漫漲、山地滑坡等）而受到損害，盡量將農田水利節水灌溉工程建設在安全區域，同時要配套完善的防洪加固措施，確保農田水利節水灌溉工程的使用安全。

1.3 經濟性原則

進行農田水利節水灌溉工程選址時，盡量避開施工難度大的區域，同時盡量聯通水塘、水庫等自然水體，在節省施工成本的同時提高水資源利用率，提高農田水利節水灌溉工程的經濟性。

2 農田水利節水灌溉工程設計要點

2.1 渠道防滲漏設計

渠道滲漏是農業生產用水量大的主要原因之一，很多農村地區使用的灌溉渠道年久失修，輸水能力逐年衰減，不僅難以有效發揮灌溉工程的作用，還易造成不必要的水資源浪費[2]。因此，設計人員應著重關注農田水利工程的防滲漏問題，可使用混凝土材料、水泥管等提高灌溉渠道的防滲效果，避免水資源流失。混凝土、水泥管等材料成本低廉、施工難度小，具有廣泛的推廣應用價值，能滿足農田水利節水灌溉工程的設計原則。

2.2 渠道防溢設計

當前部分農村使用的灌溉工程在設計時未能科學計算渠道輸水設計流量，導致輸水過程中因溢水而造成了不必要的水資源浪費[3]。農田水利節水灌溉工程的設計流量可通過式（1）計算。

式（1）中，Q設表示灌溉渠道設計流量，m3/h；m表示設計灌水定額，m3/hm2；α表示灌溉控制區域中農作物占比，假設選值為100%；η表示灌溉水系數值，假設選值為0.85；t表示單日灌溉時間，以季度灌溉時間為12 h為例；A表示灌溉控制面積，hm2；T表示單次灌溉總天數，假設選值為7。則應用該公式計算出的農田水利節水灌溉渠道設計流量為32 m3/h。

2.3 管道材質和管徑設計

管道輸水方式直接影響著農田水利灌溉工程的節水效果，選用材質和管徑合適的輸水管道，能在避免水資源浪費的情況下最大限度地提高灌溉效率[4]。當前應用于農田水利灌溉工程中的管材主要有PVC管、PE管、玻璃鋼管等多種類型，其中PVC管管件接頭強度較好，連接施工效率高；PE管接頭強度最好，但需要采用焊接方式進行管件連接，施工過程中成本投入較高；玻璃鋼管施工速度快，但經濟性較差。設計人員應根據農田水利節水灌溉工程的設計需求和施工條件選擇合適的輸水管道材質。輸水管道管徑可通過式（2）計算[5]。

式（2）中，Q表示輸水管道設計流量，m3/h；d表示輸水管道內徑，mm；V表示經濟流速值，m/s。

2.4 微噴灌溉設計

微噴灌溉技術通過折射式、旋轉式或成輻射式微型噴頭進行區域農作物灌溉，以小流量水流改善區域內土壤和空氣濕度，為農作物提供良好的生長環境，還能對區域氣候進行調節，有效提高水資源利用率。

3 農田水利節水灌溉工程設計工作的實施

3.1 全面收集相關資料信息

農田水利節水灌溉工程設計需要全面的工程概況數據支撐，設計前應對工程所在地區的水文地質條件、水源水量、農業發展規劃及水文氣象資料等進行采集[6]。此外，還要對當地農戶的實際用水需求和灌溉管理方式進行充分了解，確保設計的農田水利節水灌溉工程既能與當地水文地質條件相匹配，又能為當地農業發展做貢獻。

3.2 制定灌溉制度

為了保障農作物產量，需確保農作物生長周期內能獲得必要的水分。超量灌溉會造成植物葉片發黃、根部腐爛，甚至死亡，還可能造成地下水位上漲；干旱缺水會影響植物的光合作用，導致農作物產量降低。因此，要制定科學的灌溉制度，明確農作物生長過程中的灌溉次數、灌溉間隔、灌溉定額（指單位面積內單次灌溉的用水量）。制定科學的農田水利灌溉制度，既能充分保障農作物在整個生長周期內得到充足的水分滋養，還能避免水資源浪費和對環境造成的影響[7]。

3.3 嚴格監督設計過程

農田水利節水灌溉工程設計方案的科學性直接影響著工程建設的質量和使用性能[8]，應立足于農田水利節水灌溉工程的使用需求和性能需求，確保農業種植過程中能得到足量的灌溉用水，同時最大限度地避免水資源浪費。完成初步設計的方案要由專家團隊進行校審，對工程設計圖紙中的設計參數、建設工藝、工程結構等進行反復核驗，保證設計方案的可行性。例如：設計人員在確定農田水利節水灌溉工程的引水量時，應結合當地農業生產的實際需求、當地農作物的種植種類及農作物的種植需求等確定橫斷面，并根據計算結果對工程設計方案進行完善[9-10]。

4 莊浪縣農田水利節水灌溉工程概況

莊浪縣隸屬甘肅省平涼市，位于甘肅省中東部，總面積1553.14 km2，共有18個鄉（鎮）、1個城市社區、293個行政村，常住人口約33.6萬。氣候屬大陸性季風氣候，縣境內南北氣溫差異大。年降水分布不均，主要集中在7—9月，冬春少雨，汛期易頻繁發生暴雨洪水，另有季節性干旱表現。水資源主要分布在莊浪河、葫蘆河干流區間及南洛河和北洛河區間。2000年莊浪縣開始建設水泉灣節水灌溉工程，并逐漸引進固定式噴灌、半固定式滴管和低壓管道輸水灌溉等先進的灌溉技術，先后建成了高川、三合坪、三萬坪等高效節水灌溉工程。但由于當地常年干旱少雨，河流經流量減少，地下水位下降，加之后期運維資金不到位，上述工程在2009年后相繼停用。近年來，國家的大力扶持為地區節水灌溉工程發展提供了充足的資金及技術、管理等方面的支持，莊浪縣農田水利節水灌溉工程進入了新的發展階段[11-13]。

5 滴灌工程設計在莊浪縣的實踐應用

5.1 結合莊浪縣的實際情況進行設計

莊浪縣滴灌工程的實際面積約為2.667 hm2，水源為井水，施工過程中利用18眼機井控制實際用水量，單井的最大出水量為55 m3/h，動水位設計為35 m。同時建造了40座大棚進行蔬菜種植，大棚中植物株行距均為0.4 m，大棚寬約9 m、長約90 m。采用固定式滴灌系統。

5.2 提高管網設計的科學性

莊浪縣農田水利節水灌溉工程的管網結構包括過濾器、出地豎管、毛管、支管、潛水泵等。設計過程中將支管、毛管等設計為魚骨形結構，并將其均勻地埋設在地下0.8 m深的地方，確保干管與支管垂直、毛管與支管垂直。毛管中應安裝專用的滴灌器管道，以確保毛管可順利地通過支管進行取水，同時通過滴灌器將水資源均勻地輸送到農作物根部[14-15]。設計過程中設計單位首先要明確毛管的直徑及鋪設長度的最大值，莊浪縣在農田水利節水灌溉工程毛管設計工作中，首先將滴管器的類型加以確定，并對滴管器的布置間距及相應的流量進行綜合性計算，選擇抗老化能力較強、實際密度較低、直徑相對較小且統一的聚乙烯毛管。毛管的實際長度均設計為45 m，所有滴頭的間距均設計為0.5 m，共設置了102個滴頭，同時每個滴頭的流量都被控制為2.5 L/h，即每個毛管的設計流量均為255 L/h。最終安裝了實際電機功率為5.5 kW的潛水泵。

5.3 及時有效的現場服務

莊浪縣完成農田水利灌溉工程設計方案的校審和驗證后進入施工階段，設計人員與施工團隊有效配合，充分發揮自身的技術應用與管理價值，為施工提供必要的現場服務和技術指導，確保實際施工質量與設計方案保持一致，進而確保了農田水利節水灌溉工程的建設質量。