生態(tài)型水利節(jié)水灌溉關鍵技術探析

關文茜

（甘肅建投生態(tài)建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)由于環(huán)境友好、農業(yè)友好等特征而成為現(xiàn)代農業(yè)水利設施的首選。在生態(tài)型水利灌溉系統(tǒng)的建設中，輸水管道的建設、水肥一體化以及作物調虧技術等是其功能得以實現(xiàn)與發(fā)揮的關鍵核心，理清關鍵技術的要點與實現(xiàn)方式有助于進一步提升農業(yè)現(xiàn)代化水平，實現(xiàn)農業(yè)產業(yè)的二次升級。

1 生態(tài)型水利工程特征與優(yōu)勢

1.1 生態(tài)型水利工程特征

生態(tài)型水利是兼顧水資源高效利用和生態(tài)系統(tǒng)保護的一種水利工程。相比傳統(tǒng)水利工程，生態(tài)型水利更加注重生態(tài)保護，核心主旨分為3 個方面。一是通過提高水資源的利用效率，實現(xiàn)對有限水資源的保護。生態(tài)型水利工程可以通過優(yōu)化水資源調配和管理，提高水資源利用效率，降低水資源浪費，同時通過合理配置和管理水資源，減少污染。二是減少對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，促進生態(tài)系統(tǒng)恢復。與傳統(tǒng)水利工程相比，生態(tài)型水利工程強調對生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復，減少對自然生態(tài)的破壞。并在水資源合理配置和管理措施下，促進河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復和保護，提高生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。三是顯著增強自然環(huán)境對社會發(fā)展的效益貢獻。生態(tài)型水利工程的建設可以提高人民群眾的生活質量，降低洪澇災害的風險，提高抗洪澇災害的能力，促進社會和諧發(fā)展。

1.2 生態(tài)型水利工程的類型與生態(tài)貢獻

從現(xiàn)有的發(fā)展現(xiàn)狀看，生態(tài)型水利按照功能的主要構成與建設目標，大致可以分為4 種基本類型，即自然性、多樣性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性生態(tài)水利工程。

1） 自然性生態(tài)型水利。充分考慮自然規(guī)律，模仿自然水文循環(huán)，減少對自然生態(tài)的破壞。在設計和建設生態(tài)型水利工程時，需要遵循自然規(guī)律，盡量減少對自然環(huán)境的改變和破壞。具體措施包括：保護天然植被、減少土地征收、優(yōu)化水資源調配、采用生態(tài)友好型的建筑材料等。這些措施可以減少對自然生態(tài)的破壞，保護生物多樣性，維護河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

2） 多樣性生態(tài)型水利。注重保護河流生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，包括生物多樣性、形態(tài)多樣性和基因多樣性等。在生態(tài)型水利工程中，需要保護各種生物的生存環(huán)境，促進生物多樣性的發(fā)展。具體措施包括：保護河流兩岸的濕地、增加植被覆蓋率、優(yōu)化水生生物的種苗投放等。這些措施可以促進生物多樣性的發(fā)展，極大地提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

3） 穩(wěn)定性生態(tài)型水利。強調生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括抗干擾能力、恢復力和自我調節(jié)能力等。在生態(tài)型水利工程中，需要加強生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高其抗干擾能力和恢復力。具體措施包括：加強河流兩岸的植被保護、加強水資源管理、增加濕地保護等。這些措施可以提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，減少自然災害的發(fā)生，同時提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力，使其更加健康和穩(wěn)定。

4） 可持續(xù)性生態(tài)型水利。旨在實現(xiàn)水資源的高效利用和生態(tài)保護的可持續(xù)發(fā)展。在生態(tài)型水利工程中，需要注重水資源的節(jié)約和高效合理利用，同時實現(xiàn)生態(tài)保護的可持續(xù)發(fā)展。具體措施包括：優(yōu)化水資源調配、推廣節(jié)水技術、加強水質保護等。這些措施可以提高水資源的利用效率，減少水資源的浪費和污染，保障水資源的可持續(xù)利用，同時促進經濟、社會和環(huán)境的協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

2 生態(tài)系統(tǒng)水利節(jié)水灌溉的關鍵技術

利用生態(tài)型水利系統(tǒng)進行作物灌溉具有諸多的優(yōu)勢，不僅能夠提高灌溉的效能，進而達到對成本、自然資源的節(jié)約目的，更能夠提高農業(yè)生產的科技水平與農業(yè)經濟產出。在生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)構建的過程中，輸水管道建設、精準灌溉、水肥一體化以及作物調虧4 項技術較為關鍵。

2.1 輸水管道建設技術

生態(tài)型水利工程的輸水管道建設包括了水源的獲取、管道的規(guī)劃與建設等多個方面。在水源獲取方面，生態(tài)型水利能夠有效防止?jié)B漏與蒸發(fā)，且農作物灌溉效率較高，進而使得相同種植規(guī)模下的需水量相對較少，這也為水源獲取的多樣性得到了顯著的提高。傳統(tǒng)農業(yè)灌溉一般需要采用湖庫型水源作為來源，而在生態(tài)水利工程中通過挖掘、鉆探、截流等方式均可以實現(xiàn)獲取水資源。在選擇水源地時，需要考慮水資源的質量、水量、穩(wěn)定性等因素，確保水源符合國家相關標準，并且滿足用水目的的需求。除了水源獲取的便利性之外，在獲取水源后，生態(tài)型水利能夠在取水的同時實現(xiàn)對水源的保護，以確保水資源的可持續(xù)利用。保護水源的措施包括建設水源保護區(qū)、清理周邊環(huán)境、限制工業(yè)污染等。

2.2 精準灌溉技術

在生態(tài)型水利灌溉中實現(xiàn)精準灌溉是達到節(jié)水目的的關鍵技術所在。精準灌溉技術可以實現(xiàn)局部精準灌溉，避免水資源浪費和過度灌溉。通過精準的土壤傳感器和氣象站數據，實時監(jiān)測土壤濕度和氣象數據，從而實現(xiàn)局部精準灌溉。同時，通過建立對應的智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)精準灌溉下的統(tǒng)籌協(xié)調與智能化控制，例如單片機、PLC、DCS 等，可以實現(xiàn)自動化控制和遠程監(jiān)控。通過智能化控制技術，將實現(xiàn)對灌溉系統(tǒng)的全面掌控，提高管理效率。智能化技術的應用滿足了各種不同農田和作物的精準灌溉，實現(xiàn)了因地制宜灌溉，而且根據相關灌溉系統(tǒng)運行參數的調整替代工程建設與人工管理，在實現(xiàn)高水平灌溉的同時降低運行成本與對自然資源的損耗。

2.3 水肥一體化技術

通過將肥料溶解在水體中進行灌溉的方式實現(xiàn)水肥一體化。首先，該技術能夠避免施肥的不均勻，同時降低施肥操作的成本。其次，水肥一體化技術可以將灌溉和施肥有效結合，減少水資源的浪費和過度灌溉，從而提高水資源利用效率，并實現(xiàn)局部精準施肥，不僅減少肥料的用量，還能提高肥料利用效率。最后，水肥一體化能夠保障農作物對肥料的利用效率，既滿足了農作物的生長，也避免過量施肥對土壤環(huán)境造成的破壞。

在實際的水肥一體化過程中，按照生態(tài)型水利的構建方式差異，可以分為攪拌器法和浸泡法等兩種。攪拌器法是將肥料和少量水混合在一起，然后用攪拌器攪拌均勻，形成水肥溶液。這種方法通常適用于小規(guī)模的施肥作業(yè)。如在果園施肥中，利用攪拌器預先將肥料和少量水混合在一起，攪拌均勻形成水肥溶液。通過生態(tài)型水利灌溉智能控制系統(tǒng)，通過測量土壤養(yǎng)分構成及其質量分數以及作物需求，自動計算出施肥量和濃度，并控制攪拌器進行灌溉出量。浸泡法則是指將肥料放在水中，讓其自然溶解，形成水肥溶液。這種方法通常適用于大規(guī)模施肥作業(yè)。如在大田施肥中，可以前置水源后置水肥池，將肥料倒入池中，加入適量水，讓其自然溶解。通過測量浸泡液的質量濃度和養(yǎng)分構成及其質量分數，可以精確控制施肥量和質量濃度。

3 生態(tài)型水利節(jié)水灌溉的應用分析

3.1 甘肅省臨洮縣灌溉環(huán)境簡介

臨洮縣隸屬于甘肅省定西市，因境內有洮河而得名。全縣總面積2857 km2，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，水資源總量為3.53 億m3，其中地下水資源量為1.21 億m3，地表水資源量為2.32 億m3。全縣實際可用于灌溉的水量（即灌溉水有效利用量） 為3.29 億m3，其中農田灌溉用水量3.29 億m3，占用水總量的88.6%；農村人畜飲水年用水量0.28 億m3，占用水總量的7.6%。

3.2 生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)的總體設計

生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)的建設不僅要從項目規(guī)劃上做好基于目的的系統(tǒng)改造，更要從智能化、自動化等技術層面上形成有效的突破。要想從真正意義上發(fā)揮水利工程的生態(tài)功能與節(jié)水目的，就需要利用互聯(lián)網或物聯(lián)網對諸多水利單元進行整合，從而實現(xiàn)精準控制、科學決策的目的。

在總體設計方面，除了基礎的水利工程要素及工程措施外，可以利用互聯(lián)網技術實現(xiàn)與土壤傳感器、氣象站、智能化控制系統(tǒng)進行聯(lián)動，具體建設示意圖見圖1。

圖1 生態(tài)型水利系統(tǒng)智慧體系建設示意圖

由圖1 可見，一個全功能的生態(tài)型水利系統(tǒng)需要依托于互聯(lián)網而建立，包括了水利工程管理、水環(huán)境管理、防災患管理等子系統(tǒng)。在實際的施工過程中可以按照需要進行適當的選擇。以農田灌溉的小型指揮水利工程為例，其現(xiàn)場建設一方面要構建土壤傳感器系統(tǒng)。土壤傳感器是精準灌溉技術中的關鍵設備之一，它可以實時監(jiān)測土壤濕度和溫度等參數。通過土壤傳感器，可以實現(xiàn)對土壤水分的精準監(jiān)測和調控。一方面，要進行區(qū)域氣象站的建設。氣象站是精準灌溉技術中的另一個關鍵設備，它可以實時監(jiān)測氣象數據，例如降雨量、溫度、風速等。通過氣象站，可以實現(xiàn)對氣象數據的精準監(jiān)測和調控。另一方面，需要將綜合數據統(tǒng)籌到智能化控制系統(tǒng)之中并替代人工進行精準決策。智能化控制系統(tǒng)是精準灌溉技術中的核心部分，可以實現(xiàn)自動化控制和遠程監(jiān)控。在實現(xiàn)該過程中要通過前端收集的數據進行灌溉決策，并向動作端（如閘口、閥門、噴灌系統(tǒng)等） 提供指令，實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能化、自動化運行。

3.3 生態(tài)型水利節(jié)水灌溉建設的注意事項

在灌溉系統(tǒng)的具體建設中要重點從防滲、水肥管理一體化兩個方面加以注意，以實現(xiàn)生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)的最佳效能。

在防滲建設方面的現(xiàn)場施工管理中，管道防滲漏技術尤為關鍵。一方面要合理選擇管道施工的材料，所用的管道應符合國家相關標準和規(guī)范的要求，如工作壓力、材料強度等級、耐腐蝕性等；另一方面，在管道深埋之前管道外部要進行防滲涂料的涂裝，涂料應具有良好的防水性、耐腐蝕性和附著力，根據具體實際情況選擇合適的涂料。具體的主要施工材料要求參數見表1。

表1 管道建設主要涂料參數一覽表

在水肥一體化建設方面，需要注意5 個方面。一是，需要選擇合適的肥料和質量濃度，并考慮肥料的溶解性和穩(wěn)定性等因素，以便將其溶解在水中，形成水肥溶液，同時保障設備與后續(xù)應用之間的匹配性，如管道的管徑選用等。二是，建立完善的現(xiàn)場管理制度。制定現(xiàn)場管理規(guī)程，明確水肥一體化技術的操作流程和要求，確保工作人員能夠規(guī)范操作。三是，建立責任制度，明確每個人的職責和工作范圍，確保工作有序進行。通過強化培訓與技術指導等方式對工作人員進行水肥一體化技術的培訓和指導，使他們掌握正確的操作方法和設備使用技巧，能夠處理常見問題和故障。四是，安裝過程中要做好設備維護和保養(yǎng)。水肥一體化設備需要定期進行維護和保養(yǎng)，包括清洗灌溉管道、檢查閥門和接頭是否漏水、檢查施肥器的工作狀態(tài)等，確保設備正常運行，提高使用壽命。五是，加強現(xiàn)場安全管理。水肥一體化技術涉及的設備和管道需要安全可靠地連接和安裝，避免出現(xiàn)泄漏、破裂等問題，并定期檢查設備的安全性能，確保工作人員的安全。

4 結束語

本文在系統(tǒng)分析了生態(tài)型水利工程的特征、類型及節(jié)水灌溉功能的生態(tài)貢獻基礎上，重點探討構建生態(tài)型水利節(jié)水灌溉系統(tǒng)的關鍵性技術。研究發(fā)現(xiàn)，以水源獲取豐富性和管道輸水節(jié)水等為核心的管道建設技術、以水肥一體化及環(huán)境監(jiān)控為核心的作物調虧技術等應用是其節(jié)水特征的多重保障。只有通過對精準灌溉技術的應用并進一步加強節(jié)水效能的管理，才能更好地促進提高產量、保護環(huán)境、避免水資源浪費等多方目標的協(xié)同發(fā)展。