農(nóng)田水利中高效節(jié)水灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用實施探索

陳先鋒

農(nóng)田水利是指為了保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要而建設(shè)的水利工程系統(tǒng)。在我國，農(nóng)田水利對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性不言而喻。然而，由于氣候變化和人類活動等因素的影響，我國部分地區(qū)的水資源短缺、水質(zhì)下降等問題日益突出。因此，在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時，也需要合理利用水資源，提高水資源利用效率。高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用是解決這一問題的關(guān)鍵所在。目前，我國已經(jīng)取得了許多在高效節(jié)水灌溉技術(shù)方面的成果，如滴灌、微噴、智能節(jié)水系統(tǒng)等。這些技術(shù)的應(yīng)用可以大幅度降低灌溉用水量、提高灌溉效率，從而達到節(jié)水的目的。基于此，本文便基于黃河流域農(nóng)田水利情況，分別說明滴灌技術(shù)、微噴灌技術(shù)、智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用措施。

一、滴灌技術(shù)的應(yīng)用

1、技術(shù)原理

滴灌技術(shù)是一種通過管道將水輸送到作物根部的高效節(jié)水灌溉技術(shù)。其基本原理是通過在管道上安裝滴頭，在灌溉過程中使水以微小的流量、壓力和速度滴落到作物根部，實現(xiàn)精準(zhǔn)供水，從而提高用水效率，促進作物生長發(fā)育。滴灌系統(tǒng)主要由滴灌管、滴頭、濾網(wǎng)、水肥控制器等組成。滴頭是滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可以分為流式滴頭和渦流式滴頭兩種形式。流式滴頭是利用小孔和通道將水分散均勻滴入土壤中。渦流式滴頭則是利用旋轉(zhuǎn)運動將水噴灑到作物根部。在滴灌過程中，水經(jīng)過濾網(wǎng)進行初步過濾，然后流入滴灌管道內(nèi)，通過水肥控制器調(diào)配水肥比例，最后通過滴頭滴落到作物根部。

2、設(shè)計滴灌系統(tǒng)

在設(shè)計滴灌系統(tǒng)時需要考慮到以下因素：作物需水量、土壤類型、土層深度、坡度、降雨量等。根據(jù)不同的情況，設(shè)計出最適合的滴灌系統(tǒng)，才能達到良好的灌溉效果和節(jié)水效果。在滴灌系統(tǒng)的設(shè)計中需要明確滴灌總流量和單點流量，以及滴頭間距和管道長度等參數(shù)。這些參數(shù)的選擇需要根據(jù)作物的需水量和土壤滲透性來進行調(diào)整，以保證作物得到充足的水分，并避免積水或缺水導(dǎo)致的不良影響。在滴灌系統(tǒng)的設(shè)計中需要注意滴頭和滴灌管的選擇。通常使用的滴頭有按流量自調(diào)節(jié)滴頭和標(biāo)準(zhǔn)滴頭兩種，其中按流量自調(diào)節(jié)滴頭可以根據(jù)灌溉壓力自動調(diào)節(jié)出合適的滴水量，具有節(jié)水效果。

3、安裝滴頭，布設(shè)管道

安裝滴頭需要注意以下幾點：①滴頭的安裝位置應(yīng)該根據(jù)作物的需水量來確定。一般來說，滴頭距離植株要適當(dāng)遠離葉子，避免因水滴掛在葉子上而導(dǎo)致減產(chǎn)。②滴頭應(yīng)該固定在地面上，并且盡可能保持與地面平行，不要傾斜，以防止滴水過快或者堵塞。③在滴頭安裝完成后，需要進行調(diào)試工作，包括調(diào)整滴頭水流大小、調(diào)整滴頭數(shù)量以及調(diào)整滴頭均勻度等。這樣才能確保每一個滴頭的水量和均勻程度都能夠達到預(yù)期的效果。

布設(shè)管道也是滴灌系統(tǒng)安裝的重要步驟。正確的管道布設(shè)可以保證滴頭的水分傳輸和控制，從而有效地減少水分的浪費。管道應(yīng)該按照不同地塊的需求進行布設(shè)，以保證每一塊地的需要得到滿足。管道選擇時，應(yīng)根據(jù)所處地形、土壤類型、作物種類等因素來進行調(diào)整。在管道安裝之前，需要對土壤光滑度進行檢查，并清理雜草、大碎石等物質(zhì)。如果有突出物需要削平，以便更好的進行管道安裝。管道的布設(shè)要遵循一定的規(guī)則，如繞行育苗床、固定在地面上、避開其他灌溉系統(tǒng)等。同時，管道的連接處要盡可能地密封，避免漏水現(xiàn)象。

4、鋪設(shè)滴灌帶

在鋪設(shè)滴灌帶時，需要根據(jù)土地形態(tài)、灌溉需求及作物類型設(shè)計合理的滴頭間距、流量及布置方案。考慮根系分布范圍，按照作物生長特點和土壤水分的需求，制定不同的滴頭密度和滴頭流量，以保證作物得到充足的水分。應(yīng)將滴灌帶沿著作物行列方向鋪設(shè)，保證滴頭與植株的距離適宜，并且不要出現(xiàn)斷頭或斷尾現(xiàn)象。對于較大的農(nóng)田，可以采用多段滴灌帶互相結(jié)合的方式進行鋪設(shè)，以便更好地控制流量，確保灌溉精度。為了使滴灌帶固定不動，避免在使用過程中發(fā)生錯位或打結(jié)等問題，應(yīng)該在滴灌帶兩端固定牢固。有些地區(qū)也會選擇使用專門的卡扣來固定滴灌帶，這樣不僅方便操作，而且可以提高使用壽命和使用效果。在滴灌帶鋪設(shè)完成后，還需要定期檢查和維護滴灌系統(tǒng)。包括清理滴頭、排除滴頭堵塞、調(diào)節(jié)滴頭流量等工作，以確保滴灌帶的正常運轉(zhuǎn)和使用效果。

5、連接水源和控制器

連接水源需要考慮以下幾個因素：①水質(zhì)問題：滴灌系統(tǒng)對水質(zhì)要求比較高，因此需要對水源的水質(zhì)進行檢測。如果水質(zhì)不達標(biāo)，需要進行處理，以避免滴頭被堵塞或者滴管老化等問題。②水壓問題：滴灌系統(tǒng)需要一定的水壓才能正常工作。因此，在連接水源時需要注意水壓是否滿足滴灌系統(tǒng)的需求。如果水壓太低，可以采用增壓泵等方式來提高水壓，以保證滴灌系統(tǒng)的正常運行。③連接方式：連接水源可以采用多種方式，包括開挖井口、吸水泵引水、直接接入自來水管道等方式。需要根據(jù)實際情況選擇合適的連接方式。

連接控制器需要考慮以下幾個因素：①控制器的選型：根據(jù)農(nóng)田灌溉區(qū)域和灌溉水量等因素，選擇適當(dāng)?shù)目刂破餍吞柡鸵?guī)格。一般來說，控制器的輸入電壓應(yīng)該與當(dāng)?shù)氐碾娫措妷合嗥ヅ洹＂诳刂破鞯陌惭b位置：控制器應(yīng)該安裝在干燥通風(fēng)、防水防潮的地方，并且距離水源和滴灌系統(tǒng)較近。需要注意的是，控制器的安裝位置不要過高或者過低，以便于操作和維護。③連接方式：連接方式包括有線連接和無線連接兩種方式。一般來說，有線連接比較穩(wěn)定可靠，但是需要鋪設(shè)線纜。無線連接則不需要鋪設(shè)線纜，但是信號可能會受到干擾影響。

二、微噴灌技術(shù)的應(yīng)用

1、技術(shù)原理

微噴灌技術(shù)是一種通過微小的水流將水噴灑到地面上進行灌溉的節(jié)水技術(shù)。其基本原理是利用噴嘴或者噴頭進行微噴，使得水以微小的顆粒在空氣中飄散，從而實現(xiàn)均勻的灌溉效果。微噴灌系統(tǒng)主要由水源、主管道、支管道、微噴頭、過濾器、減壓閥等組成。微噴頭是微噴灌系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，可以根據(jù)需要調(diào)整出水量和噴射角度，從而保證作物能夠得到合適的供水和養(yǎng)分。由于噴灌系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施與滴灌系統(tǒng)基本相同，所以下文便僅分析噴頭角度、減壓閥連接兩點。

2、調(diào)整噴頭角度

在調(diào)整噴頭角度時，首先需要考慮氣候條件。不同的氣候條件下，噴頭角度的大小對灌溉效果有著直接的影響。在干燥的氣候條件下，應(yīng)該將噴頭角度調(diào)小，以減少水分的蒸發(fā)。而在濕潤的氣候條件下，可以適當(dāng)調(diào)大噴頭角度，從而提高灌溉效果。噴頭角度的大小直接關(guān)系到噴霧范圍的大小。如果噴頭角度太小，會導(dǎo)致噴霧范圍不足，不能達到良好的灌溉效果。而如果噴頭角度太大，則會造成水分浪費和土壤流失。因此，在調(diào)整噴頭角度時需要根據(jù)作物類型、土壤類型和氣候條件等因素來確定合適的噴頭角度。通常情況下，噴頭角度應(yīng)該根據(jù)作物的生長情況來進行適當(dāng)調(diào)整，以確保噴霧覆蓋范圍能夠滿足作物生長的需求。作物在不同的生長階段對水分的需求也不同。在早期生長階段，應(yīng)該將噴頭角度調(diào)大，以便于覆蓋整個作物，提高灌溉效果。而在后期生長階段，應(yīng)該將噴頭角度調(diào)小，以避免噴灑到作物葉片上，影響作物的生長和產(chǎn)量。因此，在調(diào)整噴頭角度時需要結(jié)合作物的生長情況進行適當(dāng)調(diào)整。噴頭間距和流量也會影響噴頭角度的大小。如果噴頭間距太大或者流量不足，則需要將噴頭角度調(diào)大，以確保噴頭之間的噴霧可以完全重疊。而如果噴頭間距太小或者流量過大，則需要將噴頭角度調(diào)小，以避免水分過多，導(dǎo)致土壤流失和水分浪費。

3、連接減壓閥

在選擇連接減壓閥時需要考慮管道的材質(zhì)。管道材質(zhì)不同，連接方式也會有所不同。例如，對于塑料管道，可以采用熱熔法蘭連接或者承插式連接等方式。而對于鑄鐵管道，則可以采用螺紋連接或者法蘭連接等方式。因此，在選擇連接減壓閥時需要首先了解管道的材質(zhì)和連接方式。減壓閥的口徑與管道的直徑應(yīng)該相匹配。如果減壓閥的口徑過小，則會影響微噴灌系統(tǒng)的灌溉效果。而如果減壓閥的口徑過大，則會浪費水資源。因此，在連接減壓閥時需要確定減壓閥的口徑大小。

安裝減壓閥需要注意以下幾個問題：①減壓閥應(yīng)該安裝在離微噴灌系統(tǒng)較近的位置，并且應(yīng)該放置在干燥、通風(fēng)和防水防潮的地方。②減壓閥的安裝高度：減壓閥的安裝高度應(yīng)該根據(jù)管道的情況來確定，一般情況下要求減壓閥的高度低于微噴灌系統(tǒng)的高度。③連接方式：連接減壓閥可以采用螺紋連接或者法蘭連接等方式。需要根據(jù)實際情況選擇合適的連接方式。

在連接減壓閥之后，需要進行減壓閥的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)減壓閥可以通過手動旋轉(zhuǎn)減壓閥的調(diào)節(jié)螺母來實現(xiàn)。需要根據(jù)實際情況，逐漸增加或減少減壓閥的閥門開度，直到達到合適的水壓值為止。在連接減壓閥之后，需要檢查減壓閥是否正常工作。可以通過檢查減壓閥的壓力表來判斷減壓閥是否正常工作。如果壓力表指示的水壓超過了設(shè)定值，則需要進一步調(diào)整減壓閥的閥門開度。

三、智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用

1、傳感器安裝

在智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，常用的傳感器包括土壤水分傳感器、氣象站和流量計等。這些傳感器可以提供土壤水分、空氣溫度、濕度、風(fēng)速、降雨量以及灌溉水的流量等數(shù)據(jù)。根據(jù)具體的灌溉需求，需要選擇合適的傳感器類型。需要選擇合適的傳感器數(shù)量。傳感器數(shù)量的多少直接影響到智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的精確度和效率。如果傳感器數(shù)量過少，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響灌溉效果。而如果傳感器數(shù)量過多，則會增加設(shè)備成本和維護難度。因此，在選擇傳感器數(shù)量時需要權(quán)衡各個因素，確定合適的傳感器數(shù)量。傳感器的安裝位置和方式也是智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)。土壤水分傳感器的安裝位置應(yīng)該在作物根系范圍內(nèi)，以獲取準(zhǔn)確的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。氣象站的安裝位置應(yīng)該在開放的區(qū)域內(nèi)，避免被樹木或建筑物等遮擋影響數(shù)據(jù)采集。流量計應(yīng)該安裝在主管道上，以便于實時監(jiān)測灌溉水流量。在安裝傳感器時需要注意保護傳感器的防水性能，并且需要進行固定以防止受到風(fēng)吹雨淋等外力干擾。

2、數(shù)據(jù)采集處理

智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理是實現(xiàn)灌溉管理的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)處理前，需要先對采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)校正、缺失值填充等。可以通過建立土壤水分和氣象等因素的預(yù)測模型來實現(xiàn)自動化灌溉。例如，可以根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，建立一個土壤水分變化預(yù)測模型，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進行灌溉管理。可以采用智能算法對數(shù)據(jù)進行處理，例如采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等算法進行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測。可以根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，利用優(yōu)化算法對灌溉策略進行優(yōu)化，以實現(xiàn)更加精細化的灌溉管理。

為了方便農(nóng)田水利工作者對智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和管理，需要將數(shù)據(jù)進行可視化處理。可以通過軟件或者Web界面等方式將數(shù)據(jù)展示給用戶，包括土壤水分、氣象數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)可以幫助用戶更好地了解農(nóng)田灌溉情況，從而優(yōu)化管理和決策。

3、控制器、執(zhí)行器調(diào)試

控制器是智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，它可以控制執(zhí)行器的開關(guān)狀態(tài)并根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行灌溉控制。在調(diào)試控制器時，需要注意以下幾點：①需要設(shè)置合適的參數(shù)。控制器通常會有多個參數(shù)需要設(shè)置，例如灌溉時間、間隔時間等。這些參數(shù)需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整，以確保灌溉效果最佳。②需要檢查控制器與傳感器的連接是否正常。如果連接不良，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常或控制指令無法正確執(zhí)行。③需要進行模擬測試。在實際使用前，應(yīng)該進行模擬測試，確保控制器可以正常工作，并對可能出現(xiàn)的問題進行預(yù)判和排除。

執(zhí)行器是智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的另一個重要組成部分，它們根據(jù)控制器發(fā)送的開關(guān)指令來控制水流的流向。調(diào)試時，需要檢查執(zhí)行器是否安裝正確。如果執(zhí)行器安裝不當(dāng)，將導(dǎo)致水流無法正確控制或者漏水。需要檢查執(zhí)行器與控制器的連線是否正確。如果連接不良，將導(dǎo)致指令無法正確傳遞，從而影響灌溉效果。

最后還需要進行手動測試，確保執(zhí)行器可以正常開關(guān)，并對可能出現(xiàn)的問題進行預(yù)判和排除。

4、遠程監(jiān)測

遠程監(jiān)測方法通常包括無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)以及GPRS等。不同的監(jiān)測方法具有不同的特點，需要根據(jù)實際情況選擇合適的遠程監(jiān)測方法。在進行遠程監(jiān)測之前，需要先將智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)連接至互聯(lián)網(wǎng)。如果使用有線網(wǎng)絡(luò)，則需要將智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)與路由器相連；如果使用無線網(wǎng)絡(luò)，則需要使用無線網(wǎng)卡或者WiFi模塊將智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)連接至無線網(wǎng)絡(luò)。在完成連接后，可以通過以下幾種方式進行遠程監(jiān)測：①使用手機APP：通過安裝相關(guān)的手機APP，可以實現(xiàn)對智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測和控制。②使用電腦軟件：通過安裝相關(guān)的電腦軟件，可以實現(xiàn)對智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測和控制。③使用Web界面：在連接至互聯(lián)網(wǎng)后，可以通過輸入智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的IP地址進入Web界面，從而實現(xiàn)對智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測和控制。除了進行遠程監(jiān)測外，還可以通過遠程診斷和維護功能，對智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)進行故障排查和維護。例如，可以通過遠程訪問智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的日志文件，來查找故障原因并進行修復(fù)。

綜上所述，高效節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用是農(nóng)田水利領(lǐng)域的重要研究方向。隨著我國經(jīng)濟和人口的快速增長，水資源日益緊缺，環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重。因此，采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)不僅可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠減少水資源的浪費和環(huán)境污染。目前，我國已經(jīng)取得了一些在高效節(jié)水灌溉技術(shù)方面的研究成果，如滴灌、微噴灌等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的開發(fā)。然而，在實際應(yīng)用中，高效節(jié)水灌溉技術(shù)還存在一些問題和挑戰(zhàn)，例如設(shè)備成本較高、技術(shù)難度大、示范推廣不到位等。因此，今后的研究工作需要進一步深化對高效節(jié)水灌溉技術(shù)的探索和研究，加強技術(shù)創(chuàng)新和示范推廣，大力推廣應(yīng)用高效節(jié)水灌溉技術(shù)，促進我國農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，為保障國家糧食安全和生態(tài)環(huán)境建設(shè)作出更大的貢獻。

（作者單位：274200山東省成武縣南魯集鎮(zhèn)人民政府（成武縣南魯集鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心））