农田节水灌溉技术的应用

郭 强

高台县红崖子水利管理所，甘肃高台 734300

随着全球人口的不断增加和水资源的日益紧缺，农田节水灌溉技术的应用显得十分重要。作为现代农业中的一项关键举措，农田节水灌溉技术主要是为了通过科学、合理地利用水资源，实现农田灌溉的高效、精准和节约，不仅能提高农作物的产量和质量，还能显著减少水资源浪费，降低灌溉成本，促进农业可持续发展[1]。

1 农田节水灌溉技术概述

作为现代农业可持续发展的重要组成部分，农田节水灌溉技术旨在最大限度地提高农田水资源的利用效率，降低灌溉过程中的水耗损，减轻农业对水资源的压力，实现农业生产的高效、节水、环保目标。这一领域涵盖了多种创新性的方法和技术，其综合应用可以显著改善农田的利用效率，促进农业的可持续发展[2]。

农田节水灌溉技术的核心在于优化灌溉方式和提高水资源的利用效率。其中，滴灌技术是一种高效节水的灌溉方式，通过滴水器将水直接输送到植物根系区，减少了水资源的蒸发和渗漏损失，从而实现精准灌溉。此外，喷灌技术主要是通过将水雾化成细小的水滴，均匀地喷洒在农田上，降低了表面蒸发和风吹损失，从而进一步提高水的利用效率。

2 节水灌溉技术内容

2.1 输水节约措施

我国历来是农业大国，对农田灌溉设施的需求较高。滴灌方式主要通过水渠将水资源输送到田地内，但在这一过程中却常常引发严重的水资源浪费问题，水分蒸发损耗的情况日益严重。经过调查分析，发现目前我国在农业生产灌溉领域，渠道的利用并未达到最佳化，在水资源传输方面存在着较为严重的浪费现象。因此，迫切需要制定科学、合理的输水方案，以实现节水的目标。

2.1.1 输水渠防渗确保输水渠道的防渗效果对农田灌溉至关重要。在设计过程中，应选择适合的防渗材料以满足各项功能要求，提高防渗效果。防渗方法的选择在输水渠道的设计中尤为重要，包括混凝土防渗、砌石防渗等不同方案。目前，在灌溉渠道的设计中，采用混凝土梯形渠道具有显著效果。通过混凝土的护面设计，可有效增强渠道的防渗效果，进而提升输水流量和质量，有效遏制水资源流失的问题[3]。

2.1.2 管道输水在输水过程中，不仅会发生输水渠道的渗漏现象，还会由于水面的蒸发、杂草的滋生等因素，导致水资源浪费较为严重，根据实际需求采用合理的管道输水方式是解决上述问题的有效方式，可以有效地提高节水效率，实现对水资源科学、合理的利用。管道输水的方式主要包括：

(1)按压力获取方式分类：①机压(水泵提水)输水系统。该方式主要包括水泵传输、蓄水池输送，当水源水位不能达到输水压力时，可以通过水泵加压的方式将水传输到相应的区域内，以达到理想的灌溉效果。②自压输水系统。在水源水位较高时，可以通过地势落差的压力将水资源灌输送到规定区域内。我国很多地区呈丘陵地貌，在进行灌溉设施设计的环节都会使用自压输水系统，从而满足输水压力的要求，增强灌溉效果。

(2)按管网形式分类：①树状管网。该类型的灌溉网络与树的形状较为相似，水资源可以通过树干直接传输到树枝，然后再进行汇流，从而达到灌溉效果(图1)。②环状管网。该管网主要是通过环状网的形式，结合不同区域的水资源分布状况进行水资源传输(图2)。目前，树状网往往应用于我国低压管道输水系统，环状网则是应用于一些特殊区域内。

图1 树状管网

图2 环状管网

(3)按固定方式分类：①移动式。除了水源，管道和分水设备均能根据实际情况进行移动，机泵也可以采用移动方式，管道采用软管，操作方便，安装、拆卸简单，在某些地区应用具有明显优势。但移动式固定的劳动强度较大，在拆卸和运输的过程中管道容易受损。②半固定式。此方式下，水源是固定的，将干管或支管埋设在地下，通过分水口连接移动软管，再输送至田地。这种工程投资较高，但相对移动式，劳动强度较低，因此在经济相对落后的地区较为常见。③固定式。该方式要求将管道和灌溉设备埋设在地下，保持固定状态，通过分水口将水资源输送至田地，无需软管连接。田地间使用的渠道较小，管道固定连接密度较大，标准较高。这种方式的初始投资较大，但运行管理较为方便，水分配较均匀。

2.2 配水节约措施

在进行农田节水灌溉的过程中，通常会选择使用田间配水的方式。水进入农作物根部时，分配方式有着一定的差异，所带来的效果也会不同。目前，节水灌溉主要包括以下几种方式：

2.2.1 微灌在现代农业生产中，作为一种高效节水的灌溉方法，微灌技术主要包括滴灌、微喷雾、脉冲灌溉等多种方式，并结合不同的设备和系统进行应用，其中常压和重力微灌等是常见的方式。微灌技术在农业生产中的优势显而易见。第一，微灌技术能够精准控制水量，将水资源直接送达作物根系区域，最大限度地减少水分的蒸发和渗漏损失，有效节约水资源。第二，微灌系统内设有控制、过滤和管道等多个关键部件，可以确保灌溉水的质量和稳定性，减轻杂质和污染物对作物的影响。第三，微灌技术还可以根据作物不同的需水量和生长阶段灵活调整灌溉量，有利于提高农产品产量和品质[4]。

值得强调的是，微灌技术的应用可以有效满足现代农田灌溉的需求。通过微灌系统的精确控制，可以在不同的土壤类型和地理环境下实现高效的水分利用，提高农田水资源利用效率。在农田生产中，合理的灌溉管理也能够缓解土壤盐碱化、土壤侵蚀等问题，保护土壤生态环境，有助于实现农业的可持续发展。

2.2.2 喷灌在农业生产中，喷灌技术的应用需要配合特定的设备，主要是动力机械。有时也可以利用水的自身重力，通过喷嘴将水雾化喷射到田地内，以实现灌溉效果。喷灌系统的设计需要保证整个系统的完整性，确保农田的每个位置都能够获得充足的水分，且能够适用于不同农作物的灌溉需求，具备广泛的应用价值和适用性。

相对传统的地面灌溉方式，喷灌技术的水资源损耗率可以降低15%～20%[5]。这意味着喷灌方式在灌溉中表现出明显的节水效果，能够更有效地将水分输送到作物的根部，减少水分的蒸发和渗漏损失，提高水资源的利用率。这种高效的水分利用方式可以降低农田灌溉的水耗量，减轻水资源的损耗，有助于实现农业的可持续发展。

通过喷灌系统的精确控制，可以根据不同作物的需水量和生长阶段进行调整输水量，实现不同种类、阶段农作物的个性化灌溉，有利于提高农产品产量，提升农产品质量。此外，喷灌系统可以灵活地适应不同地理环境和土壤条件，使得农田灌溉具有更大的灵活性和适应性。因此，喷灌技术在不同农业生产模式中都能够发挥重要作用，可以为农业生产提供有效的保障。

2.2.3 灌溉渠道防渗灌溉渠道防渗可用于减少水渠渗漏、浪费。在农田灌溉系统中，灌溉水经过渠道输送到田地，但由于渠道的材质、结构以及水压等因素，常常会发生水分从渠道中渗漏或渗透到地下的情况，造成水资源的浪费。为了解决这一问题，灌溉渠道防渗技术被广泛应用于农业生产中。灌溉渠道防渗技术的主要目标是减少水渠的渗漏和损失，提高水资源的利用率和农田的灌溉效果。这可以通过多种方法实现，包括选择适当的渠道材料、改善渠道结构、采用密封材料进行修补和维护等[6]。

灌溉渠道防渗技术包括以下4种：(1)混凝土衬砌。在水渠内部表面衬砌一层混凝土，形成光滑、坚固的渠道结构，从而减少渗漏和水分损失。(2)薄膜覆盖。在水渠内部覆盖一层防渗薄膜，阻止水分通过渠道壁渗漏，提高渠道的密封性。(3)聚合物材料。使用高分子聚合物材料涂覆渠道内壁，形成防渗层，减少渗漏和浪费。(4)地下渠道。将部分或全部渠道埋设在地下，减少水分蒸发和渗漏的可能性，提高渠道的密闭性。

2.2.4 步行式灌溉步行式灌溉是一种传统的农田灌溉方式，也被称为人工步行灌溉。在这种灌溉方法中，农民或工人手持水桶、水壶等容器，沿着田地的行间或行列，逐一将水均匀地浇灌到作物的根部。这种简单而古老的灌溉方式通常用于小块农田，特别是在山区或没有机械化设备的地区。

步行式灌溉虽然操作烦琐，但也具有一些优点。第一，这种方式不需要复杂的设备和大量的水资源，适用于资源有限的地区。第二，由于操作人员可以亲自观察和控制水的流量和分配，因此可以更加精确地满足不同作物的水需求。第三，步行式灌溉有助于农民与土地直接接触，使其更好地了解土壤和植物的状况，从而调整灌溉的方式和水量，有利于提高农作物产量，提升农作物品质[7]。

3 农田水利工程节水灌溉技术的实施要点

3.1 设计灌溉方案

在进行农田水利灌溉方案设计时，根据农田需水要求，确定合理的水资源定额。例如，在净灌水定额计算中，按照(1)式计算分析。

3.2 管径方案设计与管网布设方案

当前，在农田水利工程设计和运行的过程中，相关部门必须充分考虑现实情况，强化管网设计，以全面提升灌溉效果和水质。目前，我国农田节水灌溉具有覆盖范围广泛的特点，然而受多方面因素的影响，部分地区农田的灌溉效果难以达到预期要求，水资源浪费问题仍然较为突出。为了确保灌溉作业的合理性和有效性，需要在灌溉设计中采取一系列策略，以不同灌溉地块为单位，以中心水库为源头，明确灌溉水源，按规定的时间周期进行灌溉操作。

以喷灌技术为例，一旦系统管网连接完成，通常会将输水管软管与喷灌机管道和支管相连接。然而，尽管喷灌等现代化灌溉方式在提高灌溉效率方面具有巨大潜力，但在实际应用中仍然面临一系列挑战。我国农田水利领域现状多样而复杂，不同区域的气候、土壤和作物种类各异，因此灌溉系统的设计必须因地制宜。在设计管道直径时，需要通过公式进行计算：

(1)当计划水流量Q＜120 m3/h的情况下，管道半径D的计算方法为：

(2)当计划水流量Q≥120 m3/h时，管道半径D的计算方法为：

根据某灌溉工程进行分析，确定管道直径设计参数(表1)。

表1 管道管径设计表

在进行系统管网设计时，必须充分考虑当地的地形条件。以某地区的农田地块为例，其尺寸为400 m×250 m，每个单井能够控制的灌溉面积达到10 hm2。在灌溉管网的设计过程中，主要采取如下方案：首先，设置1条主要的管道，其长度为325 m，垂直于地势的走向进行布设。支管道遵循地势的起伏，在垅向上顺势布置，每根支管道的设计长度为200 m。为了保障灌溉的均匀性，管道之间的间隔距离被设定为100 m，以确保每块农田都能够得到充分覆盖。在每根支管道上，安装5个出水口，这些出水口之间的间隔为50 m。这样的设计有助于在灌溉过程中实现水分的均匀分配，保证每块农田都能够获得足够的水源供应。此外，出水口的数量和间隔距离的设置应根据当地的实际情况进行微调，以达到最佳的灌溉效果。

4 结束语

农田节水灌溉技术的发展和应用，为实现农业的绿色、可持续发展提供了有力支撑。通过合理的系统设计、灌溉管网布置以及现代化的灌溉设备，相关部门可以实现水资源的最大化利用，最大限度地满足农作物的水需求，从而提高农田产量，提升农作物品质。同时，农田节水灌溉技术的推广能够减少水资源浪费，改善农田生态环境，为农业可持续发展开辟新的道路。在今后工作开展中，需要不断创新和完善农田节水灌溉技术，进一步提升其效益和可行性，为农业的繁荣和社会的可持续发展作出更大的贡献。