農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用

郭 強

高臺縣紅崖子水利管理所，甘肅高臺 734300

隨著全球人口的不斷增加和水資源的日益緊缺，農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用顯得十分重要。作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的一項關(guān)鍵舉措，農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)主要是為了通過科學(xué)、合理地利用水資源，實現(xiàn)農(nóng)田灌溉的高效、精準(zhǔn)和節(jié)約，不僅能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，還能顯著減少水資源浪費，降低灌溉成本，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)概述

作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)旨在最大限度地提高農(nóng)田水資源的利用效率，降低灌溉過程中的水耗損，減輕農(nóng)業(yè)對水資源的壓力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效、節(jié)水、環(huán)保目標(biāo)。這一領(lǐng)域涵蓋了多種創(chuàng)新性的方法和技術(shù)，其綜合應(yīng)用可以顯著改善農(nóng)田的利用效率，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的核心在于優(yōu)化灌溉方式和提高水資源的利用效率。其中，滴灌技術(shù)是一種高效節(jié)水的灌溉方式，通過滴水器將水直接輸送到植物根系區(qū)，減少了水資源的蒸發(fā)和滲漏損失，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。此外，噴灌技術(shù)主要是通過將水霧化成細(xì)小的水滴，均勻地噴灑在農(nóng)田上，降低了表面蒸發(fā)和風(fēng)吹損失，從而進一步提高水的利用效率。

2 節(jié)水灌溉技術(shù)內(nèi)容

2.1 輸水節(jié)約措施

我國歷來是農(nóng)業(yè)大國，對農(nóng)田灌溉設(shè)施的需求較高。滴灌方式主要通過水渠將水資源輸送到田地內(nèi)，但在這一過程中卻常常引發(fā)嚴(yán)重的水資源浪費問題，水分蒸發(fā)損耗的情況日益嚴(yán)重。經(jīng)過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)目前我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉領(lǐng)域，渠道的利用并未達到最佳化，在水資源傳輸方面存在著較為嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象。因此，迫切需要制定科學(xué)、合理的輸水方案，以實現(xiàn)節(jié)水的目標(biāo)。

2.1.1 輸水渠防滲確保輸水渠道的防滲效果對農(nóng)田灌溉至關(guān)重要。在設(shè)計過程中，應(yīng)選擇適合的防滲材料以滿足各項功能要求，提高防滲效果。防滲方法的選擇在輸水渠道的設(shè)計中尤為重要，包括混凝土防滲、砌石防滲等不同方案。目前，在灌溉渠道的設(shè)計中，采用混凝土梯形渠道具有顯著效果。通過混凝土的護面設(shè)計，可有效增強渠道的防滲效果，進而提升輸水流量和質(zhì)量，有效遏制水資源流失的問題[3]。

2.1.2 管道輸水在輸水過程中，不僅會發(fā)生輸水渠道的滲漏現(xiàn)象，還會由于水面的蒸發(fā)、雜草的滋生等因素，導(dǎo)致水資源浪費較為嚴(yán)重，根據(jù)實際需求采用合理的管道輸水方式是解決上述問題的有效方式，可以有效地提高節(jié)水效率，實現(xiàn)對水資源科學(xué)、合理的利用。管道輸水的方式主要包括：

(1)按壓力獲取方式分類：①機壓(水泵提水)輸水系統(tǒng)。該方式主要包括水泵傳輸、蓄水池輸送，當(dāng)水源水位不能達到輸水壓力時，可以通過水泵加壓的方式將水傳輸?shù)较鄳?yīng)的區(qū)域內(nèi)，以達到理想的灌溉效果。②自壓輸水系統(tǒng)。在水源水位較高時，可以通過地勢落差的壓力將水資源灌輸送到規(guī)定區(qū)域內(nèi)。我國很多地區(qū)呈丘陵地貌，在進行灌溉設(shè)施設(shè)計的環(huán)節(jié)都會使用自壓輸水系統(tǒng)，從而滿足輸水壓力的要求，增強灌溉效果。

(2)按管網(wǎng)形式分類：①樹狀管網(wǎng)。該類型的灌溉網(wǎng)絡(luò)與樹的形狀較為相似，水資源可以通過樹干直接傳輸?shù)綐渲Γ缓笤龠M行匯流，從而達到灌溉效果(圖1)。②環(huán)狀管網(wǎng)。該管網(wǎng)主要是通過環(huán)狀網(wǎng)的形式，結(jié)合不同區(qū)域的水資源分布狀況進行水資源傳輸(圖2)。目前，樹狀網(wǎng)往往應(yīng)用于我國低壓管道輸水系統(tǒng)，環(huán)狀網(wǎng)則是應(yīng)用于一些特殊區(qū)域內(nèi)。

圖1 樹狀管網(wǎng)

圖2 環(huán)狀管網(wǎng)

(3)按固定方式分類：①移動式。除了水源，管道和分水設(shè)備均能根據(jù)實際情況進行移動，機泵也可以采用移動方式，管道采用軟管，操作方便，安裝、拆卸簡單，在某些地區(qū)應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢。但移動式固定的勞動強度較大，在拆卸和運輸?shù)倪^程中管道容易受損。②半固定式。此方式下，水源是固定的，將干管或支管埋設(shè)在地下，通過分水口連接移動軟管，再輸送至田地。這種工程投資較高，但相對移動式，勞動強度較低，因此在經(jīng)濟相對落后的地區(qū)較為常見。③固定式。該方式要求將管道和灌溉設(shè)備埋設(shè)在地下，保持固定狀態(tài)，通過分水口將水資源輸送至田地，無需軟管連接。田地間使用的渠道較小，管道固定連接密度較大，標(biāo)準(zhǔn)較高。這種方式的初始投資較大，但運行管理較為方便，水分配較均勻。

2.2 配水節(jié)約措施

在進行農(nóng)田節(jié)水灌溉的過程中，通常會選擇使用田間配水的方式。水進入農(nóng)作物根部時，分配方式有著一定的差異，所帶來的效果也會不同。目前，節(jié)水灌溉主要包括以下幾種方式：

2.2.1 微灌在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作為一種高效節(jié)水的灌溉方法，微灌技術(shù)主要包括滴灌、微噴霧、脈沖灌溉等多種方式，并結(jié)合不同的設(shè)備和系統(tǒng)進行應(yīng)用，其中常壓和重力微灌等是常見的方式。微灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢顯而易見。第一，微灌技術(shù)能夠精準(zhǔn)控制水量，將水資源直接送達作物根系區(qū)域，最大限度地減少水分的蒸發(fā)和滲漏損失，有效節(jié)約水資源。第二，微灌系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有控制、過濾和管道等多個關(guān)鍵部件，可以確保灌溉水的質(zhì)量和穩(wěn)定性，減輕雜質(zhì)和污染物對作物的影響。第三，微灌技術(shù)還可以根據(jù)作物不同的需水量和生長階段靈活調(diào)整灌溉量，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。

值得強調(diào)的是，微灌技術(shù)的應(yīng)用可以有效滿足現(xiàn)代農(nóng)田灌溉的需求。通過微灌系統(tǒng)的精確控制，可以在不同的土壤類型和地理環(huán)境下實現(xiàn)高效的水分利用，提高農(nóng)田水資源利用效率。在農(nóng)田生產(chǎn)中，合理的灌溉管理也能夠緩解土壤鹽堿化、土壤侵蝕等問題，保護土壤生態(tài)環(huán)境，有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 噴灌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，噴灌技術(shù)的應(yīng)用需要配合特定的設(shè)備，主要是動力機械。有時也可以利用水的自身重力，通過噴嘴將水霧化噴射到田地內(nèi)，以實現(xiàn)灌溉效果。噴灌系統(tǒng)的設(shè)計需要保證整個系統(tǒng)的完整性，確保農(nóng)田的每個位置都能夠獲得充足的水分，且能夠適用于不同農(nóng)作物的灌溉需求，具備廣泛的應(yīng)用價值和適用性。

相對傳統(tǒng)的地面灌溉方式，噴灌技術(shù)的水資源損耗率可以降低15%～20%[5]。這意味著噴灌方式在灌溉中表現(xiàn)出明顯的節(jié)水效果，能夠更有效地將水分輸送到作物的根部，減少水分的蒸發(fā)和滲漏損失，提高水資源的利用率。這種高效的水分利用方式可以降低農(nóng)田灌溉的水耗量，減輕水資源的損耗，有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

通過噴灌系統(tǒng)的精確控制，可以根據(jù)不同作物的需水量和生長階段進行調(diào)整輸水量，實現(xiàn)不同種類、階段農(nóng)作物的個性化灌溉，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。此外，噴灌系統(tǒng)可以靈活地適應(yīng)不同地理環(huán)境和土壤條件，使得農(nóng)田灌溉具有更大的靈活性和適應(yīng)性。因此，噴灌技術(shù)在不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中都能夠發(fā)揮重要作用，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效的保障。

2.2.3 灌溉渠道防滲灌溉渠道防滲可用于減少水渠滲漏、浪費。在農(nóng)田灌溉系統(tǒng)中，灌溉水經(jīng)過渠道輸送到田地，但由于渠道的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及水壓等因素，常常會發(fā)生水分從渠道中滲漏或滲透到地下的情況，造成水資源的浪費。為了解決這一問題，灌溉渠道防滲技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。灌溉渠道防滲技術(shù)的主要目標(biāo)是減少水渠的滲漏和損失，提高水資源的利用率和農(nóng)田的灌溉效果。這可以通過多種方法實現(xiàn)，包括選擇適當(dāng)?shù)那啦牧稀⒏纳魄澜Y(jié)構(gòu)、采用密封材料進行修補和維護等[6]。

灌溉渠道防滲技術(shù)包括以下4種：(1)混凝土襯砌。在水渠內(nèi)部表面襯砌一層混凝土，形成光滑、堅固的渠道結(jié)構(gòu)，從而減少滲漏和水分損失。(2)薄膜覆蓋。在水渠內(nèi)部覆蓋一層防滲薄膜，阻止水分通過渠道壁滲漏，提高渠道的密封性。(3)聚合物材料。使用高分子聚合物材料涂覆渠道內(nèi)壁，形成防滲層，減少滲漏和浪費。(4)地下渠道。將部分或全部渠道埋設(shè)在地下，減少水分蒸發(fā)和滲漏的可能性，提高渠道的密閉性。

2.2.4 步行式灌溉步行式灌溉是一種傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉方式，也被稱為人工步行灌溉。在這種灌溉方法中，農(nóng)民或工人手持水桶、水壺等容器，沿著田地的行間或行列，逐一將水均勻地澆灌到作物的根部。這種簡單而古老的灌溉方式通常用于小塊農(nóng)田，特別是在山區(qū)或沒有機械化設(shè)備的地區(qū)。

步行式灌溉雖然操作煩瑣，但也具有一些優(yōu)點。第一，這種方式不需要復(fù)雜的設(shè)備和大量的水資源，適用于資源有限的地區(qū)。第二，由于操作人員可以親自觀察和控制水的流量和分配，因此可以更加精確地滿足不同作物的水需求。第三，步行式灌溉有助于農(nóng)民與土地直接接觸，使其更好地了解土壤和植物的狀況，從而調(diào)整灌溉的方式和水量，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量，提升農(nóng)作物品質(zhì)[7]。

3 農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)的實施要點

3.1 設(shè)計灌溉方案

在進行農(nóng)田水利灌溉方案設(shè)計時，根據(jù)農(nóng)田需水要求，確定合理的水資源定額。例如，在凈灌水定額計算中，按照(1)式計算分析。

3.2 管徑方案設(shè)計與管網(wǎng)布設(shè)方案

當(dāng)前，在農(nóng)田水利工程設(shè)計和運行的過程中，相關(guān)部門必須充分考慮現(xiàn)實情況，強化管網(wǎng)設(shè)計，以全面提升灌溉效果和水質(zhì)。目前，我國農(nóng)田節(jié)水灌溉具有覆蓋范圍廣泛的特點，然而受多方面因素的影響，部分地區(qū)農(nóng)田的灌溉效果難以達到預(yù)期要求，水資源浪費問題仍然較為突出。為了確保灌溉作業(yè)的合理性和有效性，需要在灌溉設(shè)計中采取一系列策略，以不同灌溉地塊為單位，以中心水庫為源頭，明確灌溉水源，按規(guī)定的時間周期進行灌溉操作。

以噴灌技術(shù)為例，一旦系統(tǒng)管網(wǎng)連接完成，通常會將輸水管軟管與噴灌機管道和支管相連接。然而，盡管噴灌等現(xiàn)代化灌溉方式在提高灌溉效率方面具有巨大潛力，但在實際應(yīng)用中仍然面臨一系列挑戰(zhàn)。我國農(nóng)田水利領(lǐng)域現(xiàn)狀多樣而復(fù)雜，不同區(qū)域的氣候、土壤和作物種類各異，因此灌溉系統(tǒng)的設(shè)計必須因地制宜。在設(shè)計管道直徑時，需要通過公式進行計算：

(1)當(dāng)計劃水流量Q＜120 m3/h的情況下，管道半徑D的計算方法為：

(2)當(dāng)計劃水流量Q≥120 m3/h時，管道半徑D的計算方法為：

根據(jù)某灌溉工程進行分析，確定管道直徑設(shè)計參數(shù)(表1)。

表1 管道管徑設(shè)計表

在進行系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計時，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件。以某地區(qū)的農(nóng)田地塊為例，其尺寸為400 m×250 m，每個單井能夠控制的灌溉面積達到10 hm2。在灌溉管網(wǎng)的設(shè)計過程中，主要采取如下方案：首先，設(shè)置1條主要的管道，其長度為325 m，垂直于地勢的走向進行布設(shè)。支管道遵循地勢的起伏，在垅向上順勢布置，每根支管道的設(shè)計長度為200 m。為了保障灌溉的均勻性，管道之間的間隔距離被設(shè)定為100 m，以確保每塊農(nóng)田都能夠得到充分覆蓋。在每根支管道上，安裝5個出水口，這些出水口之間的間隔為50 m。這樣的設(shè)計有助于在灌溉過程中實現(xiàn)水分的均勻分配，保證每塊農(nóng)田都能夠獲得足夠的水源供應(yīng)。此外，出水口的數(shù)量和間隔距離的設(shè)置應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進行微調(diào)，以達到最佳的灌溉效果。

4 結(jié)束語

農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。通過合理的系統(tǒng)設(shè)計、灌溉管網(wǎng)布置以及現(xiàn)代化的灌溉設(shè)備，相關(guān)部門可以實現(xiàn)水資源的最大化利用，最大限度地滿足農(nóng)作物的水需求，從而提高農(nóng)田產(chǎn)量，提升農(nóng)作物品質(zhì)。同時，農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣能夠減少水資源浪費，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展開辟新的道路。在今后工作開展中，需要不斷創(chuàng)新和完善農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)，進一步提升其效益和可行性，為農(nóng)業(yè)的繁榮和社會的可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻。