水利工程规划设计中的灌溉技术分析

李永强

(枣庄市水利勘测设计院，山东 枣庄 277800)

灌溉技术作为水利工程规划的重点内容，直接影响规划设计方向和结果，对我国水利工程建设的发展具有重要意义。由于传统漫灌技术具有水资源浪费现象严重、耗时长等缺点，不适应现代水利工程建设的发展[1]，为此提出水利工程规划设计中的灌溉技术分析。本文从三个方面分析了灌溉技术的设计指标，采用气象因子间接计算灌溉保证率，进而计算灌溉技术的抗旱天数，以选择合理的取水方式进行灌溉工程；针对灌溉技术设计标准的特点，分析现阶段我国灌溉技术的主要形式，包括喷灌、微灌和滴灌三种，并对其优缺点分别进行分析；为保证灌溉技术的合理性，对其经济、技术、生态环境指标进行评估，评估结果表明，滴灌技术具备合理性，有利于水利工程规划设计的发展。

1 灌溉技术设计标准分析

水利工程规划中灌溉技术的设计主要以农田灌溉保证率、抗旱天数和灌溉工程的取水方式为指标，其指标分类如图1所示。

图1 灌溉技术的指标分类

1.1 灌溉保证率设计

灌溉保证率综合反映灌区用水和水源供水两方面情况，可以较好地表达灌溉工程的设计标准。在水利工程规划设计阶段，灌溉工程保证率的计算需要结合作物的需水量、当地的水文条件进行分析。当地自然降水量越多，则灌溉保证率越高；作物在生长时期的需水量是由种植作物的土壤水分和肥力决定的，作物的需水量越低，则灌溉保证率越高。

作物需水量采用气象因子间接计算参考作物的蒸发量[2]，计算公式如下：

ETm=KcET0

(1)

式中，ETm—作物在生长时期的需水量，mm；ET0—参考作物的蒸发量，mm；Kc—常数，作物的生长系数。

根据式(1)，计算作物的灌溉供水量为：

M=ETm-βL

(2)

式中，M—作物在生长时期的灌溉供水量，mm；L—这一时期的自然降水量，mm；β—常数，作物的降水利用系数。

灌溉保证率是指在作物生长期间，灌溉水量能够满足作物用水需求量的比率，公式如下：

(3)

式中，P—灌溉保证率；N—满足作物生长需求的灌溉水量，mm。

经过上述计算，可以分析出近年来我国某地区不同灌溉保证率下的灌溉用水供应量，见表1。

表1 不同灌溉保证率下的灌溉供水量

对表1数据分析可知，在农作物需水量一定的情况下，灌溉保证率越高，灌溉供水量就会越多；相反灌溉保证率越低，灌溉供水量就会越少。因此在水利工程规划设计过程中，要首先考虑当地自然降水量的变化，再根据灌溉供水量准确计算该地区作物的灌溉保证率。

1.2 抗旱天数设计

抗旱天数是水利工程规划中灌溉技术设计的指标之一[3]，是指在作物生长时期内，遇到干旱的自然条件时，灌溉工程进行一次人工浇灌行为后作物所保持的用水天数。由于无自然降水持续时间无法精确统计，加之不便于与其他用水部门的灌溉保证率进行比较[4]，因此抗旱天数的实际计算值也比较难实现，故在大中型灌溉工程中较少采用。

假设无自然降水的持续时间为n天，这一干旱时期内的灌溉保证率为P，则进行一次灌溉工程的作物的抗旱天数为：

(4)

式中，T—抗旱天数；JP—进行一次人工浇灌行为后的作物灌溉保证率。

通过对作物抗旱天数的分析可知，根据灌区内作物储水能力的不同、自然降水量多少的不同，其抗旱天数也有所不同的[5]。通常情况下，我国灌溉技术在以抗旱天数为指标进行设计时，都将作物的抗旱天数保持在30～50d，灌溉时选取这一抗旱天数内所需的水量进行灌溉。

1.3 取水方式设计

灌溉工程取水方式的选择，主要根据作物所处区域的水量、水位及可利用水资源类型而确定。若利用地表径流进行引水灌溉，则可以直接在水库内抽取所需灌溉水，建立引水坝，通过引水坝实现灌溉。若利用地下水进行灌溉时，首先需要打井，建立引水渠，使灌溉水从水渠内到达灌溉区。

灌溉工程取水方式设计时，首先要对该地区水资源进行调查分析，了解该地区的年自然降水量变化、可利用水资源总量及可调动水资源总量，根据当地水资源的实际情况[6]，制定符合该地区发展的灌溉取水方案。其次，要合理选择引水坝、引水渠的位置，通常情况下，灌溉源头都取在水资源相对丰富、水位较高的位置，引水坝设置在源头偏下的位置，负责存水与引水工作，引水渠在搭建时，要在不影响其他引水系统正常进行的前提下进行搭建，保证灌溉工程能顺利进行。最后还要尽量保证取水时，不过多占用农业用地，不影响农业生产活动的正常进行，还要综合利用附近的水库、水渠、水塘等的可利用水资源，促进该地区水利工程建设的发展。

2 灌溉技术的主要形式

灌溉技术的基本要求是用少量的水达到最佳的灌溉效果，由于传统的漫灌技术水资源浪费现象严重，因此逐渐被淘汰，现阶段我国灌溉技术主要包括喷灌、微灌和滴灌三种，其各自的优势和不足见表2。

表2 三种灌溉形式的优缺点比较

2.1 喷灌

喷灌技术是最节水的灌溉方式之一，适用于有水压的灌溉地段[7]。喷灌技术是将灌溉水引入喷水管内，并以细小水滴的形式喷射到空中，均匀地散布到灌溉区域的各个角落。因为喷灌技术是采用小水滴的形式进行浇灌的，所以不会产生地表径流现象，降低水资源的浪费，还能够严格控制土壤的水分和肥力的保持能力，将地面湿度控制在合理范围内，据测量，喷灌技术保持的地面湿度平均可达0.8～0.9，综上所述，漫灌技术具有输水损耗低、耕地面积小、水土保持能力强等优点。

2.2 微灌

微灌技术是介于喷灌与滴灌之间的一种灌溉方式，适用于种植作物密集程度较高的地段，在这一灌区内采取微灌技术进行灌溉时，可达到全面喷洒灌溉的效果，保证每种作物都能够得到充足的水源。微灌技术适用于所有地形和土壤，特别是干旱缺水地区，使用微灌技术进行灌溉时，能够较好的改善土壤结构，对农作物的生长起到增产作用。微灌技术具有喷灌技术的所有优点[8]，同时还具有耗能低、投资小等喷灌技术不具备的优势，灌溉过程中，大大降低了灌溉难度，降低水资源的灌溉使用量，以实现用少量的水达到最佳灌溉效果的目标。

2.3 滴灌

滴灌技术是一种利用管网和灌水器进行引流灌溉的灌溉形式，主要分布在灌区的地表和地下，为了减少水资源在灌溉过程中的自然蒸发量，选择外漏的滴头和水带作为滴灌的传输介质，使水流在水带内形成滴状浇灌到土壤中。滴灌技术适用于人口密集、交通密集的城市绿化地段，滴灌过程中既不影响其他工程项目的正常进行，又能保证城市绿化的美观，且能够很好的保持该区域内的绿化作物的生长。滴灌技术作为现阶段我国新型的高效节水技术，具有节水节能、保持水土、协调植物生长环境等优势[9]，特别是在作物生长初期，使用滴灌技术进行灌溉，能够获得良好的灌溉效果。

3 灌溉技术的评估分析

为选出最适合水利工程建设的灌溉技术，从经济、技术和生态环境三个方面进行指标评估，对己经实行的灌溉工程进行总结，看最终的灌溉效果是否完成预计的灌溉目标，并针对灌溉工程进行过程中出现的问题进行总结，为我国水利工程建设的发展打下坚实的灌溉基础。

3.1 经济评估指标

经济指标评估的目的主要是分析灌溉技术对该地区经济的影响，不同的是，灌溉技术的经济指标评估要与其他工程的经济效益评估效果进行区分。由于灌溉技术对经济的影响不是阶段性的，而是持续性的，受部分因素的影响[10]，不能具体统计影响结果的定量指标，因此对灌溉技术的经济指标评估只做定性分析，主要从地价增值程度、对地区经济发展的作用和对就业情况的影响三个方面进行分析。

灌溉技术的有效实行，有利于地区水利工程建设和园林绿化建设的发展，极大程度的改善了城市的居住环境，提高[11]人们的幸福指数，进而有更多的人选择在该城市定居，提高该地区地价。据统计，灌溉技术有效实行以来，某地区的平均地价相对涨幅高达21.3%，因此可以确定灌溉技术对低价增值具有积极的促进作用。

地区经济的发展除了以人均经济增长值的提高作为经济增长标准，城市绿化程度质量的提高也是地区经济发展的重要评价指标。灌溉技术的有效推行，可以提高城市的绿化质量，对该地区城市生产力的发展起到间接的促进作用，为人们生产生活的需要提供良好的绿色资源，对推动区域经济的发展有重要的作用。

灌溉技术可以保证水利工程建设的进一步发展，因此就会需要更多的技术人才，技术人才则可以根据自己所学专业的特点，确定就业选择方向，进而实现自身的就业目标。

3.2 技术评估指标

技术评估指标主要是对灌溉技术前期的投资费用和灌溉系统在工作时的具体参数进行评估，评估过程中，主要从技术的可靠性、可行性和灌溉的均匀程度进行分析。

灌溉技术的可靠性是指灌溉工程结束时，该地区作物能够保持的有效抗旱天数。作物的抗旱天数越长，说明灌溉技术的可靠性越强；反之作物的抗旱天数越短，灌溉技术的可靠性越弱。此外，灌溉过程中的安全性也是灌溉技术可靠性的评价标准之一，能够有效提高灌溉保证率、减少灌溉事故的发生频率以及能够使用新技术进行灌溉工程，是灌溉可靠性的具体表现。

灌溉技术的可行性是指该地区的土壤结构、土质状况及作物特点能够有效进行灌溉工程，且灌溉结束后，作物对灌溉水有一定的吸收储存作用，能够在旱期进行自我灌溉[12]。土壤的渗透能力也是灌溉可行性的评估标准之一，灌溉结束后，若土壤具备良好的渗透能力，则说明该地区灌溉技术的可行性越高。

灌溉均匀程度的高低主要以灌溉的覆盖面积和水资源的利用效率为标准，灌溉覆盖面积越大，灌溉技术的均匀程度越好；反之灌溉的覆盖面积越小，灌溉技术的均匀程度越差。水资源利用效率的评估标准是指能够用最少的水达到最理想的灌溉效果，水资源的利用效率越大，灌溉效果越好；反之水资源的利用效率越小，灌溉效果越差。

3.3 生态环境评估指标

生态环境的评估主要以作物的灌溉情况、土壤质量和环境质量为标准。不同的作物，对灌溉水的吸收能力也是不同的，因此灌溉工程前期，要对灌溉作物进行调查分析，选择适当的灌溉技术进行灌溉，以使作物能够最大限度的吸收利用灌溉水。土壤质量的改善主要由灌溉频率和灌溉水量决定，灌溉频率越高，土壤质量好；反正灌溉频率越低，土壤质量差。环境质量的好坏除了受灌溉技术的影响，还受城市人口活动、交通等的影响，因此，对环境质量的评估只做定性分析，在保证其他因素不变的前提下，灌溉效果越好，环境质量越高；反之，灌溉效果越差，环境质量越低。

分析灌溉技术对整个生态环境的影响时，由于在评估过程中受其他因素的影响，评估结果会有一定偏差。在进行评估时，对各项评估指标进行多次评估，以将评估误差控制在合理范围内。评估结果表明，灌溉技术的有效实行，有利于我国水利工程规划设计的合理性，为我国经济、技术的发展和生态环境的改善提供了重要的技术基础。

4 结语

本文对水利工程规划设计中灌溉技术的设计指标及灌溉方式进行分析，并对喷灌、微灌、滴灌三种灌溉技术进行指标评估，评估结果表明：滴灌技术适合现阶段水利工程建设的发展，能够提高地区经济、技术的发展，改善城市生态环境，为我国水利工程的规划与设计提供技术支持。本次研究的不足之处在于研究灌溉保证率时，由于受时间、技术等因素的影响，灌溉保证率的取值均为整数，希望下次研究时，可以将灌溉保证率的取值精确到百分位，以尽可能高的保证研究结果的准确性。希望本文的研究能够为我国水利工程的规划与设计提供理论依据和参考。