高效節水灌溉工程的優化設計要點分析

藺 彥

（永登縣引大灌區田間工程建設管理處，甘肅 蘭州 730300）

1 引言

甘肅省是一個以農業為主的省，農業是國民經濟的重要組成部分，而農田水利的建設又是其中的一個重要方面，在農業發展和社會穩定發展中，具有舉足輕重的地位。現代農業高速發展，傳統的節水灌溉技術已經無法適應現代農業的發展，必須不斷地優化、創新和設計。

2 永登縣農業節灌發展現狀

永登縣總耕地面積92 000 hm2，灌溉面積35 140 hm2。農業節水灌溉工程始于1992年，特別是在1994年引大灌區建成通水后以來，各級政府非常重視農業節水灌溉工作，截至目前已建成常規渠道防滲節水灌溉面積14 173 hm2，占有效灌溉面積40%，實施高效節灌面積5 867 hm2，占有效灌溉面積16.5%。按照國家水利發展規劃，將全國節水灌溉工程面積占有效灌溉面積的比例提高到60%以上，將高效節水灌溉面積占有效灌溉面積的比例提高到30%以上，純井灌區管道輸水節水灌溉面積要達到80%以上，農田灌溉水有效利用系數達到0.55以上。因此，永登縣在發展節水灌溉面積，特別是高效節灌面積任務還十分繁重。

3 發展高效節水灌溉有利條件

3.1 政策機遇

近年來國家十分重視節水灌溉工作，提出“把節水灌溉作為一項革命性措施來抓”，連續11個中央1號文件都要求把節水灌溉作為重大戰略舉措。節水優先，空間均衡，系統治理，兩手發力的新時期治水思路，是做好水利工作的科學指南。

3.2 投資機遇

國家從2011年起劃分出節水灌溉“四大戰役”區，根據不同區域特點及所取得的目的，對不同區域實施不同方案。其中：西北節水增效計劃是2014～2018年在新疆、甘肅、寧夏、陜西、青海、內蒙古以及新疆兵團發展高效節水灌溉面積1 900 000 hm2。其中微灌1 433 333 hm2，約占26%。為此，甘肅省搶抓機遇，于2012年著手規劃。經水利部批準，啟動實施了《河西走廊國家級高效節水灌溉項目》，項目分兩期，2013～2016年為一期，2017～2018為二期，累計發展高效節水灌溉面積666 667 hm2，總投資91.7億元。

3.3 成效明顯

近年來，在永登委、縣政府安排部署下，開展了為期三年的高效節水灌溉工程建設，已完成高效節水灌溉面積4 240 hm2，其中：大田滴灌1 993 hm2，設施滴灌360 hm2、噴灌33 hm2，管灌1 853 hm2。

4 高效節水灌溉工程存在的問題

4.1 規劃設計存在著不合理的現象

在高效節水灌溉項目中，往往存在著對現有數據的過度依賴，對實地考察時不重視，從而造成了一些不合理的設計。比如，在高效節水灌溉工程項目中，缺乏細致的種植結構、準確的土壤分析、有效節水灌溉水源、土地歸屬情況等方面的研究。許多設計者在進行設計時僅憑經驗，往往不能對現場的具體情況做出正確的判斷，從而造成不合理的規劃。因此，項目策劃、設計者要到現場進行實地考察，對影響高效節水灌溉項目的各項因素進行細致的分析，以獲得準確的第一手數據。只有如此，有效的節水灌溉方案才能更好地適應于實際，并能在今后的應用中發揮其應有的功能。

4.2 重視建設過程輕視使用管理的現象

高效節水灌溉工程技術要求較高，往往在設計和施工中受到高度關注。在這個時候，當地的領導和專業的設計師們都表現出了很強的熱情，當地的領導和設計師們也都會親自去現場指導。然而，在高效節水灌溉項目建成并投入運行后，往往存在很長一段時間無人管理，有些項目從建成之日起便無人關注，無人管理、缺乏維護，導致高效率節水灌溉項目不能正常運行。這主要是因為高效節水灌溉項目的產權不明確，缺少有效的經營手段和資金支持。要想解決這一問題，就需要政府對高效節水灌溉項目進行產權界定，并制定行之有效的管理措施，撥付相應的資金，并對其進行專門的管理，以確保節水灌溉項目的正常運行。

4.3 種植結構不盡合理

高效節水灌溉工程的終極目標在于提高經濟效益，增加農民收入。然而，受傳統的耕作觀念和耕作方法的制約，許多高效節水灌溉工程地區的主體結構并未發生根本改變，就算有少量的高效農業，其覆蓋范圍也很小，這就造成了水利設施的高效節水灌溉不能起到增產、增效的效果，也不能改善整個區域的經濟效益。在高效節水灌溉工程區域，要加強對農戶的宣傳和動員，使其轉變觀念，切實投入到農業生產的調整中去。只有如此，有效的節水灌溉項目才能真正發揮其功能，從而使廣大農村地區的農民增收。

5 高效節水灌溉技術的分類及其作用分析

高效節水灌溉技術是將傳統的地面灌溉和溝渠灌溉改為直灌，這種技術在現代農業中得到了廣泛的應用，其包括噴灌、微噴灌、滴灌、管灌等技術，該技術的實施，節約了大量的水資源和土地，有效避免了水分的蒸發和浪費，從根本上改善了作物的生產。

5.1 噴灌技術

噴灌是由噴嘴來完成的，分為低壓、中壓、高壓三種，實際中采用的是中壓搖桿式噴頭。適合丘陵、低矮作物、露天平地等。這種噴嘴的適用范圍比較廣，使用的噴嘴數目也比較少，而且費用也比較低廉。在技術改造中，采用了部分塑料噴嘴，從而達到了節省費用的目的。

5.2 微噴灌技術

微型噴灌是將噴嘴轉化為折射式和旋轉式的結合，既能進行點噴，又能進行多種噴灌，從而達到節水效果。微噴灌的單位時間噴射量較少，噴射距離較短，噴霧均勻度較好。在水資源短缺的地方，采用微噴射技術，在每一排的樹上插一根毛導管，并按等高線排列，以達到與果樹相同的高度，達到6 m。在兩個果樹間放置一個與果樹間距相同的微型噴嘴，用微型噴嘴和毛管相連，并用插棒將微型噴嘴固定在地上，可以取得較好的效果。

5.3 滴灌技術

滴灌是目前最常用的滴灌方法。滴管技術是利用塑料管道，將水通過毛管上的孔口或者滴頭送到作物根部進行局部灌溉。滴灌比噴灌具有更高的節水增產效果，與其他的灌溉方法相比，一般可以增產15%～40%。同時還可以結合施肥，提高肥效一倍以上。其灌水器可分為內嵌式和壓力補償式兩種，在山區和平原地帶使用較多。內置滴灌系統無需大量的水壓，但由于沒有調節壓強的作用而不能對滴水的尺寸進行調節，因此需要進一步的研究。

5.4 管灌技術

管灌技術是以管道輸水代替明渠輸水的一種地面灌溉工程技術，節水、省時、省工、輸水快，降低灌溉成本，保證大面積均衡增產。管灌輸水灌溉系統由首部工程（泵房、水泵機組、控制柜）、管網系統（各級管道、管件）、附屬設施（給水栓、出水池、泄水閘等）3部分組成。

6 高效節水灌溉工程優化設計要點

6.1 有效開展田間管道項目的設計

在進行高效節水灌溉工程的規劃時，應注意對農田管線的設計。野外管線的設計，通常可以分成兩類：分支式和干式兩種，在設計時應著重考慮輸水流量。在進行干管流量的設計時，必須參照不同的種植結構、灌溉制度、面積和調度方式，以確保設計的科學性，然后再對管線的直徑和額定壓力進行詳細分析，并進行水力的計算，然后再根據這一點來確定輸水的流量。

在進行管線布局時，要根據水源、灌溉部位的不同情況，進行管線布局。在保證干管的設計質量后，再進行分支管的設計。每條支管必須有50 m的水柱，分支管道間距為85～110 m。如果需要采用雙向灌溉技術來灌溉農田，管道必須采用直線形式，以避免管線的波動系數過大，以確保雙向灌溉的效果。

在合理配置高效節水灌溉管線時，必須包括一級和二級分支管，并且必須將主干管與一級支管直接相連，并按不同的分區配置二級支管。在大多數工程中，一級分支和二級分支管道都是采用正交連接的。

在設計時，要注意節約用水的器具，以確保節約能源。就像使用微型噴灌和滴灌。在我國節水灌溉工程中，采用了大量的微噴灌，它可以針對不同作物的不同需要進行灌溉。采用滴灌方法節約能源，通常可以達到95%以上。目前國內市場上普遍采用的是帶貼片和迷宮的滴灌方式。

6.2 管道灌溉流量的設計要點

在高效節水灌溉工程的設計中，還應重視管線的流量設計。在選擇該工況時，必須綜合考慮出水口和出水后的灌溉狀況。在設計的時候，需要采用水管，如果采用人工灌溉，可以持續10 h，但因為人數有限，很難保證每一處都有專人值守，因此必須根據水口的位置，合理安排田區和出水口，實現自流式灌溉。

6.3 完善高效節水灌溉工程的工作制度

為了減少工程造價，需要對灌溉系統進行優化，同時還可以方便、靈活地進行灌溉作業。在采用灌水作業系統時，往往采用小組輪灌的方式。在對輪灌組進行分區時，必須保證在每一次灌水期間，對不同地區的作物進行兩次灌水，同時，在1 d之內，盡可能多才能更好地灌水。

6.4 科學的選擇管材

在進行高效節水灌溉時，管道的選用是非常關鍵的。這是因為在地面上鋪設了大量的管道，是高效節水灌溉工程中必不可少的基礎設施。由于市場上的管材種類繁多，各種材質的價格、性能都有很大差別，因此，在選擇管材時，必須綜合考慮灌溉要求和灌溉費用。不要過分關注產品的品質和性能，這樣會造成鋼管的浪費和生產成本的提高，但是，也不要過于注重購買鋼管的成本，忽視其品質，否則會導致管材的使用壽命減少。目前應用最廣泛的有PE管、石英玻璃管、無縫鋼管、球墨鐵管等。

7 高效節水灌溉工程設計問題的解決措施

7.1 正確理解高效節水灌溉工程的內涵

高效節水灌溉工程是以灌溉和雨水綜合利用為目標，以達到農業生產的最佳效果。要全面、準確地認識高效節水灌溉的內涵，就必須進行有效的工程設計。

7.2 重視工程設計前期工作

在有效的節水灌溉項目中，對項目的設計和施工具有重要意義。做好前期工作，對項目進行詳細的基礎數據采集，是有效的節水灌溉工程的先決條件。這就要求設計者要對工程領域的具體情況有全面地認識。同時，項目建設的前期工作也要向建設后的管理延伸，科學、合理的運營管理方案是保證項目良好運轉的前提。

7.3 嚴格執行高效節水灌溉工程技術規范

在設計中，對于高效節水灌溉項目的工程規范存在著一定的不確定性，不僅會給項目的宏觀決策造成一定的難度，也會對項目的投資和效益產生直接的影響。要保證新建成或改造的高效節水灌溉項目，必須加大對其技術標準的宣傳力度。在工程建設中，要嚴格按照工程技術規范進行有效的節水灌溉工程，以保證工程的用水指標、工程指標、效益指標滿足規范的要求。

7.4 加強設計人員的技術培訓

隨著高效節水灌溉的不斷發展，政府、行業主管部門對水利設施的管理日益規范化，對工程設計的要求也越來越高，因此，要保證工程設計的質量，必須有大量的水利設計公司和設計人才。

7.5 設計與管理應緊密結合

高效節水灌溉工程是一個系統工程，其效益的好壞取決于項目的后期管理。一項好的水利項目必須與設計和管理緊密結合，只有真正做到規劃、設計、安裝、管理、技術培訓，才能確保高效節水灌溉項目的建設質量和效益的長期發揮。

8 結束語

目前，水利水電工程的設計重點是采用高效節水灌溉技術，并對其進行優化設計、完善設計，目的是為了更好地利用水資源，從而保證甘肅省農業的持續、穩步發展。在進行高效節水灌溉方案的設計中，將分批次輪灌、灌溉流量、管材選擇三種方案有機結合起來，綜合分析了節水灌溉工程。