农业水利灌溉工程中的节水措施研究

马权清

引言

农业水利是指为了满足农业生产用水需求而建设的水利工程项目，其中灌溉作为农业水利工程的重要作用之一，人们需要采取配套的节水措施，来增强水利工程运行效果，因此，工作者应深入分析节水灌溉技术，合理设计农业水利灌溉模式，推动农业生产力的发展。

1 在农业水利工程灌溉中节水措施的重要性

在水资源方面，国内河川年径流量大概在2.6万亿m3左右，地下水流量约为7 000亿m3，水资源总量可达28 000亿m3，位列世界第四，但我国人均水资源持有量仅为2 300m3，只能达到世界平均水平的1/4，且水资源分布极不平衡。就目前来看，耕地面积仅占全国36%的长江流域及以南地区，持有水资源量可达全国总量的80%，而淮、黄、海三大流域地区的耕地面积占全国40%，但水资源持有量却仅为8%，因此，为了持续推动农业的发展，国家采取了兴修农业水利工程的措施，以平衡各地的水资源供给，保障农业生产的正常进行。但水利工程具有规模大、成本高、建设周期长等特点，导致其难以及时满足缺水地区的农业灌溉需求。为此，需要全面推广节水灌溉技术，合理降低农业灌溉用水量，使现有的农业水利工程得以满足更多地区的农业灌溉需求，以保证农业生产水平，由此可见，节水措施在农业水利工程灌溉中发挥着重要的作用。

2 渗灌节水措施

2.1 渗灌技术原理

渗灌技术作为继喷灌、滴灌之后的又一节水灌溉技术，其在本质上属于一种地下灌溉形式，主要是借助地下管道，将水输入位于田地地面以下的渗水管或鼠洞中，然后利用毛细原理，使土壤湿润，实现节水灌溉。在此过程中，工作者要根据作物的需水规律，借助埋设在作物根系位置的灌水器，进行定时、定量的渗灌，由于这些灌溉用水，均通过管道流入土壤中，未暴露在地表，所以不存在蒸发损耗，使农业灌溉得以顺利达到节水效果。根据专业统计资料，渗灌的灌溉水利用率可达95%，相对于传统的漫灌可节约75%的水资源用量，比常规的喷灌节水25%。但在实际灌溉中，工作者应注意，必须将土壤湿润层的含水率，保持在饱和含水率以下，以免损害作物根部，影响渗灌效果。此外，因为渗灌系统的管道设施都被埋设在地下，所以该系统基本不会占据田地面积，且在灌溉的同时，不干扰其他农事活动的进行。

2.2 技术的具体应用

基于上述的技术原理可以看出，该项节水措施从整体上来看，比较适用于地下水较深、湿润土层透水性良好的地区，但由于渗灌措施所用的管道大多较薄，所以该措施不宜应用于地下害虫猖獗的区域，以免害虫咬坏渗灌管道，造成大面积漏水问题。而就目前来看，渗灌技术常见于大田作物栽培、温室大棚种植、果树种植这三个方面。在大田作物栽培中，种植户需为每垄土开挖一个10-15cm宽的沟，然后将渗灌管埋设在沟中，再进行播种，以实现渗灌技术的应用。对于北方干旱地区，这种灌溉方式，仅需漫灌的1/3-1/4用水量即可保苗。在温室大棚种植中，种植户要为渗灌系统加设一个离地1m高的水箱，以便于实现重力渗灌，而由于在该技术下，灌溉水不暴露在地表，所以能够减少棚膜在冬季常见的水滴、结露问题，增强光照效果。在果树种植中，种植户仅需将渗灌系统埋入地下，即可多年使用，且无须维护，降低了种植成本。

3 滴灌节水措施

3.1 内镶片式滴灌带

在农业灌溉中，常见的滴灌节水技术最早来源于以色列，其中内镶片式滴灌带作为该灌溉系统的核心组成部分，人们普遍采用了来自以色列的专业设备和技术，而该技术最大的特点就是滴灌带中的超薄管道壁。一般来说，管道壁厚度越小，滴灌效果就越好。现阶段，国家标准的滴灌带管道壁厚度为0.2cm，而从技术层面上来看，内镶片式滴灌带的管道壁厚度已经能够达到0.15cm。但在实际应用上，由于内镶片式滴灌带的管道壁较薄，所以在系统运行中，浪涌、压力瞬变、夹带空气等常见情况，很容易对管道造成损坏，影响滴灌效果。为此，可以将内镶片式滴灌带设置配套的控制阀门、空气阀等设施，以消除浪涌、压力瞬变等情况所带来的破坏力，增强内镶片式滴灌带的可靠性，提升滴灌节水措施的应用水平。此外，在实际应用中，还要注意把控好安装环节，并尽量选取合适的管材，以保证滴灌带建设用管质量的可靠性，有效落实该项节水措施。

3.2 膜下滴灌

膜下滴灌技术主要是指一种将地膜栽培技术与滴灌带相结合而形成的新型滴灌措施。在常规的滴灌技术下，虽然用水量得以减少，但是仍无法避免土壤水分蒸发问题，而工作者通过膜下滴灌技术，可以借助地膜的覆盖，使地温得到提高，且大幅度减少土壤水分蒸发量，增强滴灌技术的节水效果。根据专业试验结果显示，膜下滴灌的需水量仅为传统灌溉方式的12%、常规喷灌的50%、常规滴灌的70%，因此，将其应用在农业灌溉中，有助于提高水利工程的利用率，缓解干旱地区的农业灌溉问题。此外，种植户还可以利用滴灌，将易溶肥料随着灌溉水，以滴灌的方式，施用到作物根系处的土壤中，来提高肥料的利用率。通常情况下，采用膜下滴灌施肥，肥料的利用率会从常规施肥方式下的30%-40%，上升至50%-60%，能够预防肥料施用过量，造成的环境污染问题。

4 痕量灌溉措施

4.1 技术原理

现阶段，在农业灌溉中常用的喷灌、滴灌、渗灌等节水技术，主要是通过人为控制灌溉时机、灌溉量，来实现节水灌溉，因此，其都可以被归属在“被动式”灌溉模式下。而痕量灌溉技术在技术原理上，是基于微量元素与痕量元素概念，其中，痕量元素为小于等于1 000×10exp-6的元素，微量元素为在植物中含量低于0.01%-0.005%的元素，创新性地将控水设计与膜材料技术相结合，构建出了一个特殊的出水末端结构，当植物需水时，其根系的水分吸取行为，就会对土壤施加一定的毛细力，然后该出水末端结构中的毛细管会立刻对毛细力产生反应，并以10-200ml/h的速率灌溉，使植物能够不断地吸取水分，以满足其生长需要，因此，痕量灌溉既不会存在灌溉水渗漏问题，也不会受到土壤水分蒸发的影响，提升了农业节水灌溉水平。此外，从技术原理的层面上来说，痕量灌溉技术的研发，将被动式的农业水利节水灌溉模式，从理论上转化为了作物主动取水模式。不过，就目前来看，该技术依然处于研发状态，对动力驱动系统存在一定的依赖性，需要进一步发展，才能真正达到理论水平。

4.2 技术适用性分析

从实际应用上来说，由于痕量灌溉技术应用的控水头结构比较特殊，所以其抗堵能力更强，而且其灌水量主要取决于作物需求，不受土壤蒸发、渗漏等情况的影响，使其具备更强的节水能力，因此，其在实际应用中呈现出了良好的节水性能，有助于节水灌溉技术水平的发展。此外，痕量喷灌技术所用的毛细管的极限铺设长度在600m左右，而滴灌带的铺设长度通常仅能达到50-100m，所以，该技术在远程的供水上也具有较强的优势，有助于扩大农业水利工程的灌溉水资源供给范围。在经济适用性方面，痕量灌溉设施可以在无须维护的情况下，适用5-10年，且在当前自动化程度不断提高的背景下，可以预测到灌溉用管的价格在未来也会有较大的下降空间。

5 微喷灌节水措施

5.1 常规的可远程微喷灌节水技术

该技术是指一种与无线通讯技术相结合的微喷灌溉技术，这种技术在节水的基础上，支持人为远程操作，推动了农业水利工程灌溉的智能化、精准化发展。该项技术最早由精准农业灌溉科技公司研发，旨在实现灌溉区域棋盘化管理、远程灌溉控制、灌溉设施易用不碍事、灌溉计划与控制的信息化。在该技术下，精准农业灌溉科技公司为微喷灌溉技术配备了灌溉信息系统，并在系统中，将整体的灌溉区域划分为微块，然后使工作者可以利用系统对每个微块的微喷灌溉进行单独控制，深入优化了微喷灌溉的精准性，同时，还将微喷设施原有的锂电池更换成了太阳能电池，实现了设备的少维护、零维护。此外，该公司还在微灌系统中设置了碳制节点传感器与制动器，使其微喷机制能够支持土壤湿度检测、水流监测、泄露检测等，以实现对水流的精准控制，而且碳制节点传感器与制动器能够与信息系统一同实现一周24h的待命，提高了农业水利工程灌溉的便利性[1]。

5.2 膜下微喷技术

在农业灌溉中，膜下微喷技术主要是指一种集成地膜技术与微喷技术的新型节水灌溉技术。其核心应用设施为薄壁多孔式微喷带，其管壁厚度可以达到0.5mm以下，与传统的厚管壁相比，其出水均匀度更高，且不易沉淀杂质，在实际应用中呈现出了良好的节水性能。而在微喷带结合地膜之后，喷出的水会经过地膜的反射，以水滴的形式落在土壤中，并扩散形成湿润带，使作物可以得到充分、有效的灌溉，同时，该技术在大棚种植中，也解决了棚内湿度调节问题，减少了棚膜水滴的附着，保障了作物的光照。就目前来看，该技术的应用成本大概在800元/亩左右，铺设一次可用3-5年，也就是说，每年投资200元/亩，即可有效落实该项技术，由此可见，膜下微喷技术具有较高的经济适用性[2]。在此过程中，该技术的工作压力在0.05-0.15Mpa，所用管材型号包括N33、N45、N50等，同时，工作者需要根据实际情况，合理调控膜与微喷带之间的距离，保证该技术的落实效果。

6 设施优化下的微灌节水措施

6.1 技术原理

在农业水利工程灌溉中，微灌技术是指滴灌、微喷、小管出流灌等技术，而本节所叙述的微灌溉技术为经过设施优化后的滴灌、喷灌等技术，其基础技术原理与常规的微灌技术相同，但在细部的技术应用原理方面，该技术应用了压力补偿微喷头、管上式滴头、雾化喷头等设施，使其在继承喷灌、滴灌等灌溉技术优势的同时，进一步减少了灌溉水用量，增强了该技术的应用效果。但从目前来看，微灌技术在原理上的鲜明特色，主要在于其对灌溉水的过滤的重视。在该技术下，为了减小灌溉水流，技术人员需要不断地缩小流道尺寸，使得流道更容易堵塞，因此，该技术吸纳了各项水过滤的概念、原理，以降低堵塞概率，使技术原理的核心从灌溉水传输，转移到了灌溉水处理[3]。

6.2 技术方案

在配套设施优化的条件下，滴灌、喷灌、微喷技术的灌溉水传输方案，都适用于微灌技术的部署。但该技术的真正落实，还需要工作者构建出一个与其应用流道尺寸相匹配的水过滤技术方案。在水过滤技术方案的建设中，工作者可以采用超细纤维技术，即利用单丝细度为0.44 dtex的纤维，作为过滤网，来去除灌溉水中的颗粒，防止管道堵塞。此外，还借助自动液压操作屏幕吸扫式过滤器，来进行灌溉水处理，这样能够最大限度地减轻人工劳动量，以提高灌溉水处理效率。在此过程中，微灌节水技术的应用设施并没有比较明确的标准，因此，在该技术的实际应用中，工作者可以根据自身的经济能力，来合理调配微灌节水方案，以保证该技术的实际效果[4]。

7 结论

综上所述，积极发展节水灌溉技术，能够提高农业水利工程的建设价值。在水利工程运行中，采取农业节水灌溉措施可以节约农业种植成本、提高水资源利用率、减轻人力劳动强度，从而增加农业水利工程的经济效益和社会效益。