農業水利灌溉模式與節水技術措施的優勢分析

李學明　張瑞臣　鮑長樹

農業生產依賴于水資源，但水資源有限，堅持發展和應用農業水利灌溉節水模式非常重要。當前農業水利灌溉中有較多節水技術與模式，發揮著重要作用，尤其是噴灌、微灌、滴灌有良好的發展與應用。文章一方面是分析當前的農業水利灌溉模式，包括噴灌、微灌、滴灌、渠道灌溉這四種模式，另一方面是論述發展農業水利工程高效節水灌溉技術的策略措施，重點是介紹節水科技設備、節水灌溉系統，主要是節水灌溉智能控制系統、灌區水情信息測報平臺、智能灌溉施肥機、機井灌溉管理系統。通過分析論述指出一點，即農業水利灌溉節水成為必然要求和必然趨勢，必須給予高度的重視，持續性發展農業水利灌溉節水模式，切實發揮好諸多節水技術的優勢。

現代農業的種植與發展均需要農業水利灌溉，且當前已經有效實現科學用水與合理灌溉，在灌溉節水中取得良好成效和積累較多成熟經驗做法。新時代以來，國家對農業水利灌溉節水提出了更高的要求，要求全方位提高灌溉水的利用效率，確保充分利用水資源，也正是因為如此，當前在農業水利灌溉模式和節水技術研究大下功夫，且已經形成農業水利灌溉節水新模式和技術手段，值得肯定。即便如此，應意識到農業水利工程高效節水灌溉的專業性和所存在的問題尖銳，非常有必要繼續進行探究。

一、農業水利灌溉模式

1、噴灌模式

噴灌也被稱之為噴灑灌溉，在多種設備技術的支持下可以將水送至田間，主要是利用管道、動力機、水泵、水的自然落差。通過應用噴灑器，可以將水資源噴射至空中，然后分散成細小的水滴，最后可以均勻散布在田間。目前來看，噴灌系統主要是分為三種，一是移動式，二是半固定式，三是固定式，通常是由動力機、水源工程、控制設備、噴頭、各種管道及水泵所組成。以移動式噴灌系統為例，所用的噴頭、水泵、管道、動力機都可以移動，再以固定式噴灌系統為例，組成部分通常不能移動，或者是噴頭可以移動。

噴灌模式的優勢集中體現在四個方面，一是灌水有良好的均勻性，通常可以達到80%—90%，自然可以提高水資源的利用率，目前可以將水資源的利用率控制在60%—85%；二是噴灌模式的應用過程中可以實現“適時適量”，便于隨時調節土壤的水分；三是噴灌模式對土地或田間的平整性沒有過高的要求，適用于多種地形；四是噴灌模式有很高的機械化程度，可因此減少農業水利灌溉作業的勞動強度。噴灌模式既有優勢，也存在不足之處，主要有三點不足。第一，噴灌模式應用過程中易受到風的影響，風力較大可導致灌溉噴灑無法有效進行，降低水資源的利用率。第二，噴灌模式對所用的設備、材料、技術均有較高的要求，所以需要投入較多的資金。第三，噴灌過程中需要較高的壓力，這一過程中會產生較大的功耗。

2、微灌模式

微灌模式應用時，需要特制的設備，或者是要給自然水頭加壓，在此基礎上，水資源可以從孔口直接輸送至農作物的根部周圍，或者是葉子表面。目前來看，微灌模式中有三種常用技術，即微噴灌、涌泉灌、滴灌，如果是用微噴灌，則關鍵做法是借助微噴頭將壓力水噴灑至土壤，微噴頭的流量可以達到20—250l/h。微灌模式的優勢較為明顯，即可以節約水資源和節約勞動量，微灌的節水效果能夠達到噴灌的50%。在缺點這一方面，微灌模式在長時間的應用過程中易出現灌水器堵塞這一情況，所以需要進行認真且仔細的檢查與維護。

3、滴灌模式

滴灌模式多是應用在干旱缺水地區，當前在應用過程中的水資源利用率可以達到95%。在經濟作物、果樹、溫室大棚、蔬菜的灌溉作業中，都可以考慮應用滴灌模式，能夠起到節水增產的效果。應用滴灌模式時，主要是借用塑料管道，可因此將水資源通過直徑約10mm毛管上的孔口送至作物根部，主要有地面固定式、手動控制、地下固定式、全自動控制、半自動控制這五種類型。

滴灌模式的應用過程中，既有優點也有缺點，應該客觀看待這一節水灌溉模式。在優點這一方面，滴灌模式可以節水、節肥及省工，且因為有全管道輸水這一特性，所以不會存在外圍水浪費或損失的情況，對提高水資源的利用率有十分大的裨益。與此同時，滴灌模式的應用可以減少農藥施用量和水肥用量，有助于提高農產品的品質及產量。但缺點是，滴灌模式應用過程中易出現堵塞問題，主要是灌水器的堵塞，甚至是導致整個滴灌系統報廢。除此之外，滴灌模式的造價較高，推廣應用時易受到資金的限制。

4、渠道灌溉模式

渠道灌溉是農業水利灌溉的常用模式，在一段時間內發揮著十分重要的作用，但存在水資源滲漏的嚴重問題。針對于此，當前所用的渠道灌溉模式具有一個顯著優勢，即防滲，當渠道防滲技術的“防滲”優勢得以發揮，可以提高水資源的利用率。目前來看，為達到理想的渠道防滲效果，主要使用四種防滲材料，即塑料薄膜、混凝土、瀝青、土料，其中的塑料薄膜防滲、混凝土襯砌防滲、瀝青護面防滲均有廣泛的應用。長時間應用渠道防滲技術的過程中發現，其可以最大程度減少渠道輸水中的水資源流失或浪費，渠道的水利用系數、安全保證率均值得肯定，應注重推廣應用。

二、農業水利灌溉模式中應用節水技術的意義

節水技術在現代農業和節水農業的發展過程中可以發揮出重要作用，產生較多的積極影響，目前來看，農業水利灌溉模式在節水技術的支持下，已經具備良好的科學性、適用性及實用性?？偟亩?，農業水利灌溉模式中應用節水技術，有四個方面的顯著意義。首先，農業水利節水灌溉模式的本質要求是高效且節水，必須科學控制水資源的用量，避免浪費，而節水技術可以在節約用水方面發揮出顯著作用。當前通過應用高效節水灌溉技術，水資源的利用效率和效益均得以提高，節水率可以達到20%—50%。其次，現代農業的發展過程中有一些要求，強調農業生產模式的轉型升級，這一過程中的關鍵是灌溉。通過應用噴灌、微灌、滴灌這些灌溉模式，可以徹底轉變傳統灌溉模式及理念，可因此促進農業結構的轉型升級。與此同時，當前較廣泛應用機井灌溉管理系統、灌區水情信息測報平臺，借助現代信息技術和自動化技術可以控制農業水利灌溉，不會出現水資源浪費情況。再次，高效節水灌溉技術及模式同時實現了節水灌溉、灌溉的精準性。從灌溉的精準性這一方面而言，在噴灌、微灌、滴灌這些技術的支持下，水資源可以直接被輸送至農作物的根部或葉面，真正意義上實現灌溉作業的精準性及精細化，便于農作物獲得所需要的水分。如果科學應用高效節水灌溉技術及模式，則通常情況下農作物的增產可以達到10%—40%，這對現代農業實現“增產提質”有十分大的裨益。最后，現代農業和節水農業的發展過程中面臨著農藥污染、水資源短缺這些尖銳問題，且這些問題愈演愈烈，如何發展農業水利灌溉模式顯得至關重要。在應用高效節水灌溉技術的過程中，不單單是達到節約用水的效果，而且提高了肥和藥的利用率，能夠實現水肥一體化，可助推現代農業的綠色發展。總之，農業水利灌溉模式中應非常注重節水技術的應用，持續性發展農業水利灌溉節水模式。

三、發展農業水利工程高效節水灌溉技術的策略措施

1、發揮節水科技設備的優勢

節水科技設備能夠有效服務現代農業灌溉，且當前有較多成熟的節水科技設備，已經經過實踐驗證，主要是渠道量控一體化閘門、精量噴滴灌系列產品、灌區水情信息測報平臺、智能灌溉施肥機、灌區用水調控分析仿真平臺。

渠道量控一體化閘門應用過程中，閘門開度可以根據流量水位監測而實現，所以灌溉輸配水量能夠實現得到精準控制。目前所用的閘門主要是由四部分所組成，即供電系統、測流箱體、啟閉結構、采集控制模塊，渠道流量的監測主要是依賴超聲波矩陣測流技術。在多種技術的支持下，閘門順利獲取到水位信息、渠道流量這些主要信息，且因為有無線技術手段的支持，所以能夠盡快將重要信息傳輸給灌區用水管理信息系統，為后續的灌溉提供依據。有一點值得肯定，即流態系數動態調整方法、閘門矩陣測流流量算法均可以集成為手機APP，便于借助手機對水位、流量加以控制，更易達到閘門啟閉要求和理想效果。

在精量噴滴灌系列產品中，其中之一是大型噴灌機變量灌溉系統，主要是由電磁閥脈沖周期發揮作用，能夠提高灌水控制精度。與此同時，通過應用大型噴灌機變量灌溉系統，可確定出土壤水分時間穩定性，繼而對土壤水分傳感器的布局加以優化。除此之外，低壓壓力調節器、低壓高均勻灌水器、自動沖洗閥、地下滴灌抗堵塞灌水器也是較為成熟的精量噴滴灌系列產品，對農業水利灌溉節水模式的健康發展有重要作用。

灌區水情信息測報平臺中搭載智能云平臺、智能決策系統、數據一體化處理技術、水情測報系統，也因此具備良好的自動化、實用化、模塊化及標準化。目前來看，灌區水情信息測報平臺能夠有效監測旱情，并具備智能灌溉的功能，便于監測每日氣象條件和獲取高分辨率衛星遙感影像，并且能夠對多源信息數據實施綜合處理。除此之外，灌區水情信息測報平臺的實時監測水平不斷提高，適用于灌溉面積、地表溫度、土壤水分、植被指數、作物分布的實時監測。

智能灌溉施肥機在經濟作物的灌溉作業中發揮著重要作用，比如適用于果樹、花卉、蔬菜，顯著功能有四點，一是云服務，二是環境監控，三是故障診斷，四是水肥調控。當前通過應用智能灌溉施肥機，可以對精準調控灌溉施肥，可因此達到理想的節水灌溉效果。詳細言之，在應用智能灌溉施肥機的過程中，一是結合實際情況調節水肥，并且可以動態監測電導率、酸堿度，在此基礎上達到“適時適量”的灌溉效果，二是其中搭載的算法技術、云服務，可以促進水肥一體化的實現，同時實現智能化的注肥、灌溉。

灌區用水調控分析仿真平臺基于流體力學、水動力方程組而獲得發展，顯著功能是有效模擬出農田灌溉、水源供水、溝網排水、渠系輸配水的過程數據，閘控過程的模擬可以通過人機交互這一方式而實現。有一點值得肯定，即當前所用的灌區用水調控分析仿真平臺中有GPU（圖形處理）技術的支持，農田灌溉、灌區輸配水的過程能夠實時模擬，且各種重要信息可以全程可視化，便于及時發現農田及農作物的缺水情況，始終確保灌溉的科學性。

2、應用農業水利節水灌溉系統

除應用好節水科技設備，還應該重視農業水利節水灌溉系統的應用與發展，主要是節水灌溉智能控制系統、農業節水灌溉計控系統、機井灌溉管理系統。節水灌溉智能控制系統主要是依賴于兩種技術，一是現代信息采集技術，二是現代信息傳輸技術，可實時監測灌溉區的多種指標，主要是氣象指標、土壤指標、作物指標。待成功監測到信息數據之后，可以借助灌溉決策專家模型進行分析論證，及時發現所存在的問題，在此基礎上制定出科學可行的灌溉方案，確保灌溉作業的“適時適量”。除此之外，通過應用節水灌溉智能控制系統，用戶可以在移動端和互聯網的支持下對灌溉管網的多種信息進行調節與控制，主要是壓力、流量、閥門開關，且可以實現灌溉作業的自動化。

農業節水灌溉計控系統主要是由四部分所組成，即軟件平臺、控制設備、保護設備、計量設備，具備的功能有三個，一是進行灌溉用水的計量，二是有效傳輸灌溉用水，三是水泵遠程啟停。目前來看，農業節水灌溉計控系統的信息采集可以每小時進行1次，可因此確定出24小時的水采集和水灌溉信息，在數據庫、操作系統、數據交換服務、數據存取服務的支持下可以確保灌溉的有效性。在計量模式這一方面，如果是農灌井，則采用的是一井多卡模式或一卡多井模式，如果是生活、養殖類，則采用一卡一井模式。

機井灌溉管理系統可以在農業水利灌溉中發揮出重要作用，自動控制灌溉機井取水量，避免水資源浪費。目前所用的機井灌溉管理系統有五方面的顯著優勢，即刷卡取水、信息傳輸、防盜報警、機井泵控制、保護功能。以機井泵控制這一功能為例，以單機系統控制模式最為常用，將用水量有效控制，或者是可以根據水費價格核收水費，很大程度避免了水資源浪費行為。

3、強化政策與資金的扶持力度

系統性發展農業水利灌溉節水模式是至關重要的，應該有技術、設備、資金、人才及制度的支撐。目前來看，農業水利灌溉節水模式發展過程中依然缺乏資金、政策的扶持，導致一些農業水利灌溉節水的技術和設備不能得到有效應用。針對于此，后續發展農業水利工程高效節水灌溉技術時，應堅持做好政策與資金的扶持。目前的農業節水工程投資主要有三種方式，一是國家補助，二是農民籌資，三是集體出資。農業節水工程的建設通常需要較大的投資，國家可以補助的資金較少，由農民籌資解決的情況較為常見，但農民朋友目前還不富裕，并不能拿出足夠的資金建設農業節水工程。因此，各級政策要切實發揮好自身職能，應該將農業節水工程建設與投資納入在重要議事日程之中，努力形成一種制度，真正意義上落實與之相關的政策扶持與資金扶持。

綜上所述，農業水利灌溉朝著節水的方向獲得良好發展，當前所應用推廣的農業水利灌溉節水模式有多方面的顯著優勢，有助于促進現代農業、節水農業的健康發展。對于農業水利灌溉節水中的先進技術設備，后續應做好推廣應用，尤其是應該推廣智能灌溉施肥機、精量噴滴灌系列產品、節水灌溉智能控制系統，以求讓農業水利灌溉節水模式逐漸實現現代化、自動化和智能化。與此同時，后續要進一步加大研究力度，堅持從人才優勢、技術優勢、設備優勢、資金優勢這些方面入手，努力將諸多優勢有效整合起來，為農業水利灌溉節水提供更多的支持與服務。

（作者單位：024500內蒙古翁牛特旗水利局）