農田水利工程管理中的節水妙招

農田水利工程管理中節水技術的應用對于提升水資源利用效率和作物產量具有重要作用。現圍繞滴灌、微噴灌、滲灌及水肥一體化等現代節水灌溉技術展開分析，并結合土壤水分調控機制深入探討不同技術的適用條件和實施方法，并基于典型農田試驗區的實測數據對節水技術的灌溉效率、水資源節約率及作物增產效果進行量化評估。結果表明，精準灌溉及優化水資源配置能夠顯著減少農業用水浪費并提高單位水量的作物產出比，以期為農田水利工程的節水管理提供科學依據并促進高效農業的發展。

傳統灌溉方式存在水資源浪費的現象，因此，提高水資源利用率是農田水利工程管理的重要課題。精準灌溉技術逐步推廣，滴灌、微噴灌、滲灌及水肥一體化在提升灌溉效率和作物產量方面展現出良好效果。現圍繞現代節水灌溉技術的實施及應用效果展開分析，為農業水資源高效管理提供技術支撐。

農田節水技術概述

主要節水技術

農田節水技術涉及多種優化水資源利用的方法，通過精細化管理與工程措施，既提升了灌溉效率又減少了水分損失。滴灌、微噴灌、滲灌以及水肥一體化是當前應用較廣的節水灌溉技術，這些技術通過控制水分輸送路徑、調節水分滲透速率以及優化水肥供應模式，實現作物生長環境的精確調控，提高土壤含水量的均勻性，減少水分無效蒸發。

滴灌系統基于低壓輸水原理，將水分以較小流量輸送至作物根系周圍，控制水頭高度和管道直徑調節出流速率，讓水分逐步滲透至根區，提高水分利用率；微噴灌技術利用霧化噴嘴形成均勻小水滴，提高水分吸收效率，結合土壤濕度監測系統動態調整噴灑頻率，讓根層土壤保持適宜濕度，減少深層滲漏；滲灌技術通過埋設多孔管道輸送水分，依靠毛細作用實現土壤水分的緩慢擴散，以此維持較長時間的土壤濕潤狀態，此方式適用于水資源供給波動較大的地區，能夠降低水分蒸發損失并減少地表徑流；水肥一體化技術結合水溶性肥料輸送系統，使養分隨著水流進入根區，能夠避免傳統施肥方式造成的養分淋溶損失，提升作物的吸收效率。

灌溉系統的設計需要綜合考慮地形坡度、土壤持水特性、作物根系分布及蒸騰強度等因素，借用水力學控制水流速率和壓力梯度來保證水分均勻分布，水流輸送過程可依據伯努利方程來計算壓力損失，達到調整輸水系統參數的目的：

式中p為水流靜壓，ρ為水的密度，v為流速，g為重力加速度，h為水頭高度。灌溉管道設計時，可以根據該方程計算流速與壓力變化，優化管徑選擇，使出水口流量保持穩定，防止局部水流過大或過小影響灌溉均勻性。

土壤水分調控機制

土壤水分調控是節水灌溉的核心環節，通過優化土壤結構、調節水分分布和控制蒸發速率等措施，使作物根區長期處于適宜的含水狀態，提高水分利用效率。而土壤的持水能力由其孔隙度、顆粒組成和有機質含量決定，不同質地的土壤對水分的吸附力和滲透速率存在顯著差異，需要依據土壤水分特性調整灌溉方式，使水分滯留在根層，提升作物對水分的吸收效率。

土壤的入滲過程受重力勢能和毛細作用的共同影響，影響水分在土壤剖面內的分布狀態。土壤飽和導水率可由達西定律計算：

q為水流通量，K為飽和導水率，dh/dz為水勢梯度。高飽和導水率土壤易發生深層滲漏，需降低灌溉強度，防止水分超出根區滲透范圍，而低飽和導水率土壤需采用間歇灌溉策略，使水分逐步滲透，提高土壤水分滯留能力。

土壤蒸發控制可借助覆蓋技術減少地表水分損失，提高土壤水分存儲時間。覆蓋材料的選擇需考慮透氣性、熱傳導性及降解性能，使土壤內部保持適宜溫度、濕度，促進根系生長。提高土壤有機質含量能夠增強土壤團粒結構，提高持水能力，減少無效水分散失，同時改善根系微環境，使水分更易被吸收。合理規劃灌溉周期，根據土壤水勢變化動態調整灌溉時間，有助于維持穩定的土壤水分環境，提高農田水資源利用率。

現代節水灌溉技術應用

滴灌與微噴灌系統

滴灌與微噴灌系統通過管網輸水和壓力調控，將水分均勻地輸送到作物根部區域，結合水動力學特性來優化灌溉過程，減少水分蒸發損失，達到提高土壤水分利用效率的目的。滴灌系統以低壓管道輸水方式運行，由主干管、支管、滴灌管和滴頭組成，水流在壓力的作用下進入滴頭后能夠形成穩定小流量出水，水分滲透至根層后控制水分分布范圍，提高灌溉均勻度。

滴頭的流量調節與出水均勻性受到壓力損失的影響，可以用管道流動方程計算滴頭流速，調整系統設計參數，使灌溉區域水分分布穩定，管道水頭損失可以使用達西—威斯巴赫公式計算：

其中，hf為水頭損失，f為摩擦系數，L為管道長度，v為流速，D為管徑，g為重力加速度。滴灌系統設計需控制摩擦損失，優化管道布局，選擇合適管徑，使各滴頭出水速率趨于均衡，防止水流速率過快或過慢影響灌溉均勻性。

微噴灌系統通過噴嘴霧化水流，以小水滴形式噴灑至作物根區及葉面，提高水分吸收率，減少蒸騰消耗。噴頭工作壓力與噴灑半徑密切相關，合理選擇噴頭類型和布置間距，使噴灑區域覆蓋均勻，提高水分利用效率。噴嘴出水流量由噴射方程計算：

其中，Q為噴嘴流量，Cd為流量系數，A為噴嘴截面積，H為水頭高度。噴灌系統設計應優化噴嘴尺寸和角度，使水流霧化粒徑適宜，提高水分在作物葉面的存留率，同時降低水滴回落沖刷土壤造成的侵蝕風險，提高灌溉水的滲透效率。

滲灌系統與地下水回補技術

滲灌系統使用地下管網輸水，令水分在土壤內部緩慢滲透至根區，提高水分利用效率并減少地表蒸發損失。滲灌系統的核心結構包括滲灌管道、過濾裝置、壓力調控系統和輸水控制閥門。管道一般由微孔塑料管或滲透陶瓷管構成，表面具有均勻分布的微小孔隙，可以調節水流滲透速率，讓水分逐步擴散至根系周圍，避免地表徑流造成水分浪費。水流進入滲灌管道前需要經過過濾裝置去除懸浮顆粒和雜質，防止微孔堵塞。系統運行時，水流壓力需要維持在設定范圍內，過高可能會導致局部滲透過快，過低則會影響到水分分布均勻性，壓力調控系統通過水壓傳感器與自動調節閥控制輸水速率，使灌溉過程穩定進行。

水分在土壤中的擴散受土壤孔隙結構與毛細作用影響，滲透速率的優化需考慮土壤滲透系數與水勢梯度變化。滲透過程中，水分沿毛細通道緩慢擴散，其流速可由非飽和土壤滲流公式表示：

q為單位時間內的水流量，Ks為飽和導水率，h為水頭高度，L為土層厚度，n為土壤孔隙分布指數。土壤孔隙越大，水分滲透速率越快，因此，不同質地的土壤需匹配相應的滲灌系統參數，調整水流速率與灌溉周期，使水分分布更為均勻，提高根區水分有效性。

地下水回補技術通過人工回灌的方式補充地下含水層，防止地下水位長期下降影響農田水分供給。地下水回補系統主要包括回灌管道、滲透井和調節池。回灌管道用于引導水流進入地下，滲透井的結構設計需匹配地下含水層的滲透特性，使水分能夠高效補充至目標區域。回灌過程中，水頭壓力的控制尤為關鍵，水流速率需適應地下滲透能力，防止局部超載導致水分外溢或滲透不足影響補水效果，滲灌系統框架如圖1所示。

地下水回補技術結合水源調控與動態監測系統，以水位傳感器與流量計測定地下水變化趨勢，并依據水量消耗情況調整回灌速率。滲透井的布局需依據地下水補給需求，合理規劃回灌點位，使水資源分布更加均衡，提高地下含水層的可持續利用能力。結合地表水資源調度，地下水回補技術可有效緩解農田灌溉中的水資源短缺問題，增強水分供應穩定性。

田間水肥一體化技術

田間水肥一體化技術通過管網輸送可溶性肥料，使養分隨水流進入作物根區，提高養分吸收效率，減少傳統施肥模式造成的養分流失。肥液輸送系統由水肥混合裝置、輸送管道及出水裝置組成，控制肥液濃度與灌溉水量，使養分均勻分布，提高作物生長速率。水肥混合比例受灌溉方式和作物需肥特性影響，可依據水流動力學計算施肥濃度，優化施肥策略。

肥料輸送過程受管道流動特性影響，水流壓力變化影響肥液擴散速率。管道壓力損失由哈根—泊肅葉方程計算：

其中，ΔP為管道壓降，μ為水肥混合液體動力粘度，L為管道長度，Q為體積流量，r為管道半徑。水肥輸送系統需控制管道流速，使水肥混合均勻，提高養分吸收效率，同時避免局部肥料濃度過高造成根系損傷。

田間水肥一體化技術需結合土壤肥力特性，動態調整施肥濃度，使作物根區維持合理養分供應。土壤水肥耦合作用影響根系生長速率，合理調控水分與養分比例，可改善作物根系伸展，提高養分吸收能力。水肥輸送系統可結合土壤水分監測傳感技術，使灌溉決策更加精準，提高水肥利用效率，減少養分流失，提高作物產量。

農田節水技術應用效果

典型區域水資源節約率

農田節水技術的應用對水資源消耗總量具有顯著影響，在不同區域，節水措施的實施效果受氣候條件、土壤特性、作物種類及灌溉管理方式的制約，水資源節約率的評估需要基于不同灌溉模式的耗水量對比分析。節水灌溉技術通過優化水分輸送路徑、降低地表蒸發損失及減少深層滲漏，使單位面積的灌溉水量減少，提升水資源利用效率。

水資源節約率的計算需要基于灌溉系統供水量與作物需水量之間的平衡關系，考慮水分的有效利用系數，以測算節水技術的實際節水效果。節水率計算可基于以下公式：

R表示水資源節約率，Wc為傳統灌溉方式的用水總量，Wt為節水技術應用后的用水總量。通過對不同節水技術的實施區域進行數據采集和計算，可得出各技術的節水貢獻率，并為農田水利工程的節水措施優化提供數據支撐。

灌溉方式的改進對地下水資源的保護同樣具有重要作用，傳統大水漫灌模式導致大量水資源滲透至深層土壤，造成地下水超采，而節水灌溉技術的應用可減少地下水開采量，提高地表水與地下水的動態平衡。區域水資源節約率的提升還需結合農田輸水系統的改造，降低輸水過程中的損耗，使水資源分配更加精準合理，提高農業用水效率。

灌溉效率與作物增產分析

灌溉效率與作物產量密切相關，精準控制水分供應可以改善根系環境，提升水肥利用率。不同節水灌溉技術的應用對于作物產量的影響需要以實測數據為基礎進行量化分析，結合土壤類型、作物品種及生長周期等因素來評估節水措施對作物生物量積累及最終產量的貢獻率。

灌溉效率通常由有效灌溉水量與總供水量的比值進行計算，高效灌溉系統控制水分分布，使根區水分含量維持在適宜水平，減少非必要蒸發。不同作物對水分的需求不同，需要根據生長周期的需水特性調整灌溉模式，優化灌溉周期及水分供應量，來提升作物產量和水資源利用效率。精準灌溉系統能夠顯著提高灌溉效率，讓單位面積的水分利用率增加，提升單位面積產量；滴灌和滲灌系統的水分輸送更具有針對性，使根區水分供應均衡，提高水分轉化為生物量的效率；微噴灌通過噴灑方式均勻分布水分，適用于需水量較大的作物；而水肥一體化系統在提升水分利用率的同時，優化養分供應模式，使根系對水肥的吸收能力增強，減少肥料流失，提高作物生長速率及最終產量。

灌溉效率的提升對作物增產的影響需要結合田間水分監測數據進行分析，高效節水技術的應用不僅能夠減少水資源浪費，同時還能優化作物的生長環境，提升根系對水分的吸收能力，使水肥耦合作用最大化，為農業可持續發展提供可靠的技術支撐。

農田水利工程管理中的節水技術應用對提升水資源利用效率、優化灌溉系統運行模式及促進作物高效生長具有重要作用。滴灌、微噴灌、滲灌及水肥一體化等精準灌溉方式優化水分輸送路徑，減少蒸發損失，提高作物根區水分供應的穩定性，同時提升灌溉效率，使水資源得到更加合理的配置。滲灌系統結合地下水回補技術，有效降低深層滲漏帶來的水資源浪費，并改善農田水分動態平衡；水肥一體化技術進一步增強了水分和養分的協同作用，提高了作物的生長速率及最終產量；節水技術的優化應用不僅能夠減少農業灌溉對水資源的依賴，同時提升單位面積的農產品產出效益，為農業可持續發展提供了更加科學的技術路徑。

（作者單位：陜西省涇惠渠灌溉中心）