高效節(jié)水灌溉技術(shù)應用要點

我國地域廣袤、可利用水資源量不足，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源供需矛盾突出，難以滿足農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需求。高效節(jié)水灌溉技術(shù)的內(nèi)涵在于減少輸灌水損失、提高水資源利用率，因此，大面積推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)勢在必行。

1 噴灌技術(shù)

噴灌是一種先進的新型節(jié)水灌溉技術(shù)，相對于地面灌溉優(yōu)越性明顯，應用前景廣泛、適應性強，其應用不受地形條件的制約，適用于各種地形，尤其適用于土層薄、透水性強的砂壤土。該技術(shù)應用過程中幾乎不存在輸水損失，且灌溉均勻，不會產(chǎn)生地面徑流和深層滲漏，因此，水資源利用率相對較高，相對于地面灌溉節(jié)水量高達50%。此外，噴管技術(shù)可增加近地層的相對空氣濕度，形成有利于農(nóng)作物生長的田間小氣候，防止干熱風、霜凍等自然災害對農(nóng)作物的危害，進而顯著增加作物產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計，噴灌技術(shù)的增產(chǎn)幅度高達30%。

1.1 噴灌系統(tǒng)的構(gòu)成

水源工程：井水、泉水、池塘、水庫、河流等都可以作為噴灌系統(tǒng)的水源，但需因地制宜地配套泵站、沉淀池、調(diào)蓄池等適宜的水源工程，并確保水質(zhì)符合灌溉標準。水泵及動力設備：噴灌系統(tǒng)中應用的水泵，按其構(gòu)造和工作原理分為葉片泵、容積泵、射流泵、水錘泵等，其中葉片泵因具有工作效率高、安裝及運行成本低、適應性強等特點而被廣泛應用，但水泵不能單獨使用，要發(fā)揮其效能，還需與相關動力設備組建泵站。管道系統(tǒng)：支撐噴灌技術(shù)的管道系統(tǒng)由干管、支管和豎管3部分組成，其中干管的功能是輸配水，豎管等按一定間距安裝在支管上，噴頭安裝在豎管上。噴頭：噴頭是噴灌系統(tǒng)的專用設備，按工作壓力分為低壓噴頭（工作壓力不超過200kPa，射程不超過15.5m，流量不超過2.5m3/h，主要用于苗圃、草坪、園林及溫室等）、中壓噴頭（工作壓力200～500kPa，射程15.5～4.2m，流量2.5～32m3/h，主要用于大田、果園及各類經(jīng)濟作物）、高壓噴頭（工作壓力在500kPa以上，射程在4.2m以上，流量在32m3/h以上，主要用于大田和牧場），按結(jié)構(gòu)形式分為固定式、孔管式和旋轉(zhuǎn)式3類。附屬設備：攔污設施、進氣閥、排氣閥、調(diào)壓閥、安全閥、泄水閥、控制閥等。

1.2 水泵選型

水泵選型原則：一是滿足使用流量和壓力的要求，確保泵的工作點保持在高效運行區(qū)間，在節(jié)省動力的同時保護機件。二是在確保滿足運行要求的基礎上，選擇體積小、質(zhì)量輕、造價便宜的泵。三是所選水泵須具備良好的抗氣蝕性能，以減小泵房的開挖深度，延長水泵使用壽命。具體應用過程中，要根據(jù)灌溉區(qū)域的實際情況合理選擇水泵。一般情況下，揚程不超過10m時選用軸流泵，揚程介于20～100m時選用單級離心泵，揚程超過100m時選用多級離心泵。

1.3 噴頭性能參數(shù)

幾何參數(shù)：進水口直徑、噴嘴直徑、噴射仰角。通常情況下，進水口直徑略小于豎管內(nèi)徑，目的是增加流速、減少水頭損失；噴嘴直徑體現(xiàn)的是噴頭在一定工作壓力下的過水能力，同一型號的噴頭可配用不同直徑的噴嘴，工作壓力相同的條件下，噴嘴直徑與噴水量、射程正相關，與霧化程度負相關，即噴嘴直徑越大，噴水量越大，射程越遠，霧化程度越低；工作壓力和流量一致的情況下，噴灌系統(tǒng)的射程和噴灑水量分布取決于噴射仰角，目前我國常用的噴射仰角為27°～30°。工作參數(shù)：噴頭工作壓力、噴頭流量、噴頭射程。工作壓力是噴頭進水口前的內(nèi)水壓力；噴頭流量取決于噴頭的工作壓力和噴嘴直徑；噴頭射程即噴灑濕潤半徑，其大小取決于噴嘴壓力、噴嘴直徑、噴射仰角及噴嘴形狀和噴管結(jié)構(gòu)等因素。

2 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲性能低，不僅會造成嚴重的水資源浪費、降低灌溉效益、增加生產(chǎn)成本，還會抬高地下水位、造成土壤鹽堿化。因此，應用渠道防滲技術(shù)提高渠道防滲性能至關重要，是減少渠道滲漏水損失、提高渠系輸水效率的主要措施。

2.1 土料防滲

土料防滲可減少60%～80%的滲漏損失，優(yōu)點是原料可就地取材、施工要求低、實用性強，缺點是抗沖刷性能、抗凍性能及耐久性均較差。要根據(jù)混合土料的最優(yōu)含水率和最大干密度制備試樣，進行強度試驗和滲透試驗。一般高液限黏質(zhì)土的最優(yōu)含水率為25%～28%，防滲結(jié)構(gòu)的厚度為25～40cm；中液限黏質(zhì)土的最優(yōu)含水率為15%～25%，防滲結(jié)構(gòu)的厚度為30～40cm。

2.2 水泥土防滲

水泥土防滲可減少80%～90%的滲漏損失，優(yōu)點是原料豐富、施工簡單、成本低，缺點是易變形、易開裂、適應性較低。配合比通過試驗確定，水泥的摻量通常控制為10%～12%，防滲結(jié)構(gòu)的厚度為8～10cm。對耐久性要求較高的渠道需用塑性水泥土鋪筑，并在其上以水泥砂漿或石板等為保護層，確保其28d的抗壓強度在1.5？MPa以上。

2.3 膜料防滲

膜料防滲可減少90%～95%的滲漏損失，優(yōu)點是延展性良好、適用范圍廣、材料用量少、施工簡單且進度快、造價低、抗腐蝕性能好，缺點是抗穿刺能力低、易老化。渠槽挖好后將渠床清理干凈，以防膜料破損。根據(jù)斷面尺寸對成卷的膜料進行剪裁，剪裁長度較槽基實際長度長5%～8%。為了防止膜料接縫處發(fā)生滲漏現(xiàn)象，須對接縫處進行搭接、焊接或粘結(jié)。先將上游鋪好，并填土壓實，然后再向下游鋪裝，最后再填筑涂料保護層或砂礫料保護層。

2.4 瀝青混凝土防滲

瀝青混凝土防滲可減少90%～95%的滲漏損失，優(yōu)點是柔性和粘附性好、適應變形能力強、耐久、造價低、便于維修。瀝青混凝土運輸過程中禁止轉(zhuǎn)運，以縮短運輸時間、減少熱量散失，低溫季節(jié)施工或運輸距離較遠時，運輸工具須采取保溫措施。大中型渠道在正式攤鋪前須進行攤鋪試驗，檢驗相關設備的運行情況，確定瀝青混凝土的最佳攤鋪厚度、壓實溫度、碾壓次數(shù)及壓實系數(shù)等。

2.5 漿砌石襯砌防滲技術(shù)

漿砌石襯砌防滲技術(shù)可減少約80%的滲漏損失，其優(yōu)點是抗沖流速大（3～6m/s）、耐磨能力和抗凍害能力強、施工簡單、具有固渠護面功能，缺點是用工多、施工緩慢、造價高。漿砌石板渠道施工時，先在渠道基槽上鋪一層厚2cm左右的砂料或低強度砂漿，然后在其上砌筑制備好的石板，確保石板表面平整，并與墊層結(jié)合緊密。石板間的接縫用水泥砂漿填實后用較高強度的砂漿填縫，填縫寬度控制為2cm。此外，石板的厚度較薄，約3cm，易發(fā)生凍害的地區(qū)須采取鋪設砂礫墊層等措施，防止凍害破壞。

作者簡介：朱興平，武威市水利科技推廣中心，工程師。