高效節水灌溉工程的優化設計要點

令婷娟

岐山縣節水中心 陜西 寶雞 721000

我國地域遼闊，水資源分布不均，農用水源存在著嚴重短缺，這種現象在西部地區更為常見。高效節水灌溉工程就是應用滴灌、噴灌等新型方式灌溉，相比于渠灌和漫灌等，這些灌溉方式的節水效果更高，省工省地，可以提升水資源的利用效率，是現代農業實現可持續發展的必然途徑。

1 高效節水灌溉工程概述

高效節水灌溉工程灌溉技術實際上就是除了傳統渠灌和漫灌之外的灌溉方式，包含微灌、滴灌、噴灌等，在具體建設的過程中需要應用各種設備以及工程技術手段去降低灌溉過程中水分的損失，提升水分利用率的同時，也可以滿足農作物生產對水分的需求。高效節水灌溉工程在農田應用，減少了田間水資源的滲漏以及浪費，降低了田間土壤出現的無效蒸發等情況，為提升農業管理效果和產量提供了重要保障[1]。作為一個人口大國、農業大國，我國對水資源的需求量也在不斷增加，高效節水灌溉技術的應用及灌溉工程的建設，是實現水資源最大化利用的重要途徑。

實際調查發現，由于高效節水灌溉工程建設過程中對資金量的需求相對較大，因此當前高效節水灌溉工程在一些地區還沒有得到充分的推廣和應用；也有一些地區在國家財政扶持下，建設了高效節水灌溉工程，但是由于其設計建設和當地農田、氣候等實際情況不匹配，導致許多工程沒有真正的投入使用，長期處于閑置的狀態，造成了大量的資源和資金浪費[2]；同時，已建這些高效節水灌溉工程，缺乏專業的人員進行管理，部分管道、設備出現破損，由于維護不及時，導致造成了水資源的浪費，高效節水灌溉工程的作用也無法得到充分的體現。

2 常見的幾種高效節水灌溉技術

2.1 噴灌

噴灌是當前高效節水灌溉工程中應用較多的一種灌溉技術，采用噴頭及動力設備，將水噴射到空中，模仿自然降雨的方式灌溉農田。根據灌溉范圍以及灌溉需求可以選擇高壓噴頭、中壓噴頭或者低壓噴頭，同時安裝過程中也可以選擇固定式、半固定式以及移動式的噴灌類型。

噴灌技術可以對灌溉水量進行有效的控制，灌溉水也更加的均勻，可以有效避免出現地面徑流以及深層滲漏造成了水資源損失，有效提升了水資源的利用率，為農田作物生長提供了適宜的土壤濕度，提升農田產量[3]。噴灌還具有省工的優勢，這種高效節水灌溉技術已經實現了機械化和自動化，節約了大量的勞動力。另外，噴灌適應性較強，對地面以及土壤的要求不高，并且不需要修建灌水溝渠和畦埂，提升了耕地的利用率。

噴灌技術對管理技術水平要求較高，并且在應用的過程中會受到氣候影響，例如，風力過大會影響到噴灌的均勻性，而氣候過于干燥會出現蒸發損失過大的情況，導致灌溉的效果也會降低。

2.2 滴灌

滴灌是當前在缺水干旱地區應用最有效的一種高效節水方式，在應用的過程中需要建設管道系統，并通過安裝在毛管上的灌水器將水分以及養分均勻、緩慢的輸送到作物的根部。

滴灌的特點是灌水量相對較小，延續時間長、周期短[4]。滴灌在應用的過程中不會對土壤結構造成破壞，不會產生地面徑流，同時基本不會出現深層滲漏。滴灌技術可以節約水肥，省工省力。滴灌主要是通過全管道進行輸水，并進行局部微量灌溉，極大程度的降低了水分的滲漏和損失，也可以實現針對性的根區灌溉，水的利用率達到了95%。灌溉的同時也可以將作物生長需要的肥料溶解在其中，進行結合灌溉，實現了水肥同步，可以提升肥料的利用率[5]。當前滴灌已經實現了自動化控制和管理，為現代化農業發展提供了重要保障。

滴灌技術在應用的過程中也存在缺點，首先，受到泥沙、微生物、沉淀物的影響，灌水器容易出現堵塞的情況。其次，鹽分較高的土壤或者水中含鹽量過高，會出現鹽分積累，從而導致作物生長受到影響。第三，由于滴灌在應用的過程中作用于局部區域，而植物的根系具有向水性，作物根系的生長和發展還會受到影響。

2.3 微噴灌

微噴灌技術結合了噴灌以及滴灌的優點，在應用的過程中將噴頭改為了折射以及旋轉的形式，可以進行根據需求進行點噴或者不同樣式的噴灌，可以以噴灑的方式只濕潤局部的土壤，相對噴灌來說噴射量降低，噴射的距離較短，并且很少出現和滴灌一樣的堵塞情況，節水能力更強，同時也可以實現調節田間小氣候、省肥、省工。但是對于技術施工以及操作也要求會更高，并且在應用時對地面的平整度有要求，當前在溫室大棚等農業生產灌溉中應用較多。

2.4 管灌

管灌就是借助管道去輸送水分，管灌可以渠道以往明渠灌溉的方式，在水分運輸的過程中，可以避免水分順著土壤滲入地下，不僅可以有效減少輸水過程中水資源的浪費和損失，提升水資源的利用率，同時管灌技術在高效節水灌溉工程中進行建設的過程中，應用的設備以及施工較為簡單，具有價格優勢。在實際應用中管灌多與溝灌、畦灌或噴灌帶、輸水軟管等田間節水設施配套使用[6]。

3 高效節水灌溉工程的優化設計要點

3.1 管道工程優化設計要點

高效節水灌溉工程設計的過程中，管道工程是需要重點考慮的內容，通常高效節水灌溉工程中管道分為兩種類型，一種是分支式，另一種是主干式，兩種方式的選擇需要結合實際的農田中的種植結構，灌溉制度、面積、調度方式等進行選擇。并對管線的具體管徑、額定壓力等進行分析，在此基礎上去對輸水的流量進行確定[7]。在對管道進行布置的過程中，需要設計人員依據供水點的位置、灌溉的范圍，確定在管線最短的情況下去進行管線的布局。在分支管進行設計的過程中還需要考慮到輪灌組的劃分，分支管的水栓間距要求在設計的過程中控制在50m以內，而主管的間距則不低于85m或者超過110m。如果需要應用雙向灌溉技術，在對管道進行設計的過程中盡量需要將其設計為直線，從而保障雙向灌溉的效率以及流量不受到影響。高效節水灌溉工程管道設計中支管可以進行分級設計，分為一級支管和二級支管，一級支管和干管連接，二級支管則與一級支管連接，連接的方式采用正交連接，可以保障灌溉的流暢性。另外管道設計的過程中也要關注到節水用水的器具，根據具體的器具，對連接微型噴灌的管道進行設計和選擇，從而滿足不同作物的需求。

3.2 灌溉流量優化設計要點

高效節水灌溉工程優化水的過程中需要設計人員對灌溉流量進行嚴格的計算，然后對主管道、干管道流進行確定，同時還需要對輪灌組的流量進行計算和確定。在灌溉流量優化設計的過程中要確保出出水口和水栓配合良好，并在出水口位置連接軟管。在對流量進行優化設計的過程中需要設計人員結合具體灌溉的區域去對流量進行設計、計算，并將自動化的控制技術應用到流量優化設計中，并將人工灌溉和自流灌溉進行有效的結合，從而保障高效節水灌溉工程的效果[8]。

3.3 管材選擇要點

當前我國高效節水灌溉工程主要應用的是石英玻璃管道、無縫鋼管、PE管道等，在應用這些管道的過程中，設計人員要將其優勢和劣勢充分考慮到。首先要對灌溉區域的氣候、灌溉需求以及灌溉技術進行分析，在此基礎上去確定管道的材料，避免管道材料在施工以及施工的過程中容易出現破損，或者需要經常進行更換，導致高效節水灌溉工程成本增加。在選擇管材的過程中要充分考慮到管材的價格，避免生產成本過高。

3.4 高效節水灌溉工程設計原則

科學技術的發展現代農業成為了主流，傳統的灌溉技術不僅灌溉的效率較低，同時也無法適應現代農業的發展，針對這種情況設計并開發了高效節水灌溉工程，在現代農業中進行應用時，可以提升水資源的利用率，在滿足現代農業生產需求的同時，也可以從源頭上緩解缺水問題。高效節水灌溉工程設計過程中需要遵循以下原則：

第一，節水優先原則。也就是在設計的過程中需要始終將節水作為指導原則，在確保農作物可以正常成長的基礎上，結合地形、土壤情況去對灌溉的方式，以及高校節水灌溉工程的結構進行設計，最大程度的對用水量進行控制，避免追求高產造成的水資源浪費。

第二，因地制宜原則。在開展高效節水灌溉工程設計時，設計人員要意識到不同區域的水資源情況、土壤條件、農作物種類以及氣候環境等存在一定的差異性，因此在設計過程中要始終遵循因地制宜的原則，做好地區地質、水文、農業、經濟、氣候等各方面的勘察和調研工作，在全面了解區域情況的基礎上，去對灌溉技術及灌溉結構進行選擇，從而在滿足灌溉需求的同時，確保高效節水灌溉工程系統設計具有高性價比，促進企業經濟效益以及社會效益的提升。

第三，人性化原則。高效節水灌溉系統在設計的過程中，一方面要確保其具有較長的生命周期和良好的質量，保障高效節水灌溉工程的穩定、可靠運行，降低投入使用后的人力、物力、資金投入。另一方面，在設計前需要做好系統使用用戶的調查，確保用戶在簡單培訓后可以快速掌握，并可以靈活進行使用，提升高效節水灌溉工程的實用性。

3.5 完善高效節水灌溉工程的工作制度

高效節水灌溉工程的優化設計的過程中，還需要對灌溉工程的工作制度進行完善，可以有效降低高效節水灌溉工程的造價。當前我國高效節水灌溉工程的工作制度主要采用的是小組輪灌的方式，在應用的過程中需要設計人員結合當地的氣候條件、農作物生長需求，對灌溉的次數、持續的時間進行確定，確保每次灌溉可以滿足作物成長需求的同時，也可以避免出現水資源的浪費。例如，某25km2的灌溉區，在設計是采用的是滴灌技術，設計了8個輪灌組，將灌溉的周期設置為了三天，每次灌溉的時間需要達到18h。

4 提升高效節水灌溉工程設計效果的有效措施

4.1 選擇合適的灌溉技術

想要實現確保高效節水灌溉工程的作用充分發揮出來，首先要對高效節水灌溉工程進行科學合理的選擇，根據農田的實際情況和種植農作物的類型，去因地制宜去選擇合適的節水灌溉方式（如下表：節水效果對比）。在進行高效節水灌溉技術選擇的時候，需要設計人員對各種灌溉技術有著充分的了解，并且可以根據具體的農田環境去對灌溉技術和布置方式進行有效的調整，還要根據地區的環境特點對結構進行有效的調整。例如，對于一些水資源不足的區域，可以應用微噴灌、滴管技術，采用分組輪灌的方式，提升農田產量的同時，也可以實現節水的目標。

表1 節水效果對比表

4.2 嚴格執行高效節水灌溉工程技術規范

在對高效節水灌溉工程設計的過程中，要優化高效節水灌溉工程，將設計和管理進行有效的結合，結合我國對水利節水工程的要求，嚴格按照技術規范中有關用水指標、工程指標等去進行規劃、設計、安裝和管理。在這個過程中可以將計算機技術應用到其中，在對工程規劃區域進行勘察的基礎上，將相關數據以及設計圖紙輸入到BIM系統中，通過建立三維模型去對高效節水灌溉工程設計以及技術應用進行模擬，可以及時發現高效節水灌溉工程設計以及技術應用中存在的問題，并進行優化改良。

4.3 對設計人員加強培訓

高效節水灌溉工程優化設計離不開專業的設計人員，但是在對當前高效節水灌溉工程設計以及建設情況進行調查的過程中可以發現，部門設計人員的能力以及綜合素質還存在嚴重的不足，主要是我國高效節水灌溉工程建設我國正處于起步的階段，因此設計人員的水平和能力大多存在一定的局限性，高素質的設計人員嚴重的不足。因此我們要提升高效節水灌溉工程設計和規劃效果，需要加強對有關設計人員的培訓力度，學習國內外先進的設計方案和技術，提升自身的設計水平和設計理念，逐步培養出高素質的創新型人才，為節水灌溉工程設計與規劃提供基礎保障。同時在節水灌溉工程設計中，要將現場的實際環境充分的考慮到，設計人員要參與農田的高程數據、種植情況進行分析，在對各項數據有所了解的基礎上再去對設計進行優化，從而保障高效節水灌溉工程的應用效果。

5 結束語

我國經濟、農業在不斷發展的過程中，對水資源的需求也在不斷增多。為了保障農業產量，提升水資源利用率，高效節水灌溉工程應用到了農業種植中，有效的解決了以往灌溉造成的水資源浪費問題，但是在具體進行應用的過程中受到技術、資金等方面的限制，導致高效節水灌溉工程應用效果還存在不足，因此需要高效節水灌溉工程進行優化設計，為農業發展提供助力。