高效节水灌溉工程的优化设计要点探析

吴艳春

摘 要 高效节水灌溉工程的优化设计关系到轮灌组、流量的设计以及管材的选择，前者关系到水资源的节约，后者与成本大小密切相关。基于此，从高效节水灌溉工程的优化设计要点展开论述，进一步证实了高效节水灌溉工程的优势，即节省大量的水资源、提高农田的灌水水平，具有较高的环境效益和经济效益等。

关键词 高效节水灌溉工程；优化设计

中图分类号：S275 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）15--02

我国水资源分布不均，西部地区水资源匮乏，因此，在西部地区建设高效节水灌溉工程能提高水资源的利用率，是我国农田水利建设的重要项目，不仅对我国农业的可持续发展具有重要意义，也是我国工业现代化、科技化、产业化发展的必然要求。在国家大力推行科学发展观的背景下，高效节水灌溉工程无疑是一个重要的课题。

1 高效节水灌溉的发展前景

我国是人口大国、农业大国，生活用水和农业用水需求量大，采用高效节水灌溉提升水资源的利用率，节约水资源是必然选择。传统的农业灌溉是用水大户，约占全国用水的70%以上，但实际的灌溉效果并不好，大量的水直接被蒸发而不是被植物吸收，这也说明高效节水灌溉具有较大的应用潜力[1]。本着可持续发展的精神，我国政府一致大力推行高效节水灌溉技术，并设立专项的资金和严格的水资源管理制度，为高效节水灌溉技术发展提供资金和政策支持，使得我国的高效节水灌溉具有广阔的发展前景。高效节水灌溉工程与农业高效节水的区别见表1。

2 高效节水灌溉工程优化设计的要点

管材设备多是高效节水灌溉工程的主要特点，管网工程的构建需要大量的管材设备，会产生大量的成本的支出，所以管网工程的优化设计是高效节水灌溉工程的重点。

2.1 分组轮灌的设计

基于控制成本的原则，通常会采用分组轮灌的方式，是高效节水灌溉的一种，能充分利用各个管材设备，不仅能减少投资，还方便管理。对于滴灌系统，轮灌组数的计算可通过以下公式实现[2]：

N≤CT/t （1）

式中：C为1 d运行的时间（12～22 h）；t为一次灌水的持续时间（不能超过6 h）；T为灌溉周期（4～15 d）；N为轮灌的组数。

本文以甲高效节水灌溉示范区为例来论述分组轮灌设计。

该示范区有一片区域主要种植的是郁金香，灌溉面积是32 km2，附近的干渠是灌溉水来源，在灌溉之前会进行加压处理，其管网由分干管、毛管、干管、支管组成，根据郁金香的生长需要，灌水周期是3 d，每天3次，1次持续灌溉6 h，由公式（1）可知轮灌的组数不超过9，根据管网的具体情况，本着厉行节约、方便管理的原则，示范区被划分为8个轮灌组，每个轮灌组均由一个支管控制，第一天灌2个组，接下来每天各灌3个组。值得注意的是，应尽量确保每个轮灌组所负责的面积是一致的，这样不仅有利于管径的统一和美观，还能进一步节省投资成本。此外，工程设计还应方便后期的管理，以减少管理成本支出，更大地发挥工程效益。

2.2 灌溉流量的设计

灌溉流量的设计可通过以下公式实现：

（2）

式中：ai为灌水高峰期第i种农作物的比例；Ti（d）灌水高峰期第i种农作物一次灌水的持续时间；t（h）为工作的时间；e为灌水高峰期内同时灌溉的农作物的种类；Q0（m3/h）为设计的流量值；δ为水利上使用的系数；mi（m3/hm2）为灌水高峰期第i种农作物的净灌水定额；A（hm2）为设计灌溉面积。

本文以甲高效节水灌溉示范区为例来论述灌溉流量的设计：该示范区有一片低压管罐区，种植的是金银花，灌溉面积是42 km2，附近的干渠是灌溉水来源，在灌溉之前会进行低压处理，其管网由分干管、干管、支管组成，支管每隔50 m设置一个灌桩，共180个。根据金银花的生长需要，灌溉周期是4 d，1次持续灌溉24 h，由公式①可知轮灌的组数不超过4，根据管网的具体情况，本着厉行节约、方便管理的原则，该示范区被划分为4个轮灌组，每天1组，这就有效避免传统灌溉要同时打开180个管桩造成管道流量增加、水资源浪费的现象。

2.3 管材的选择

管道是高效节水灌溉工程的基础设施，大运用到大量的管材，是灌溉工程成本的重要的组成部分。不同的管材，性能、价格不同，在管材的选择者应同时照顾到节省成本、满足灌溉需要的要求，不易盲目追求高性能的管材，这样不仅会增大成本支出，还会造成高性能管材的浪费；但也不能盲目节省成本，以性能不达标的管材进行施工，影响工程的使用寿命。无缝钢管、焊接钢管、球墨铁铸管、石英玻璃钢管、镀锌钢管等是常见的输水管道，在我国的灌溉工程均有所使用。各种输水管道均有优劣，对管材的清晰认识有助于正确地选择管材[3]。钢管的优势是坚固、承载能力较强；缺点是容易腐蚀、价格昂贵、运输不便、消耗大量的钢材，大口径的钢管更是如此。塑料管道的优势是运输方便、安装方便、不会生锈、具有一定的弹性；缺点是容易断裂，时间久了会老化。由于大多数输水管都敷设于地下，很少会发生受到外力折断的情况，对其承载能力要求并不高，所以可选择硬聚氯乙烯、聚氯乙烯等塑料管道。聚氯乙烯管有耐高温、无毒耐磨、强度大、抗腐蚀等优势，非常适用于灌溉工程。硬聚氯乙烯管有运输方便、施工方便、化学性质稳定性、质量轻、价格低廉、耐腐蚀的优势，但缺点是韧性差。两者相比，硬聚氯乙烯管的优势最为明显，两者均能满足灌溉需要，贾管径相同的硬聚氯乙烯管的价格更低，约是聚氯乙烯管的1/2，所以高效节水灌溉工程管材应以硬聚氯乙烯管为主，满足使用需要，节省投资。

3 结语

作为一个农业大国，高效节水灌溉工程在我国具有广阔的发展前景，是未来我国水利建设的重点。当然，高效节水灌溉工程也有自己的局限性，如投资成本大、效果不显著等，这阻碍了高效节水灌溉工程的推广和普及，但随着技术的进步、新材料的出现以及人们观念的发展，高效节水灌溉工程会迎来一个新的发展机遇。

参考文献

[1]李中华，王树鹏，张云峰.高效节水灌溉工程优化设计要点[J].中国农村水利水电，2012（12）：23-25.

[2]季春根.高效节水灌溉工程优化设计要点分析[J].广东科技，2014（18）.

[3]翁爱民.农田水利工程高效节水灌溉发展思路初探[J].中小企业管理与科技，2013（9）：179-180.

（责任编辑：刘昀）