高效节水灌溉工程的优化设计要点分析

蔺 彦

（永登县引大灌区田间工程建设管理处，甘肃 兰州 730300）

1 引言

甘肃省是一个以农业为主的省，农业是国民经济的重要组成部分，而农田水利的建设又是其中的一个重要方面，在农业发展和社会稳定发展中，具有举足轻重的地位。现代农业高速发展，传统的节水灌溉技术已经无法适应现代农业的发展，必须不断地优化、创新和设计。

2 永登县农业节灌发展现状

永登县总耕地面积92 000 hm2，灌溉面积35 140 hm2。农业节水灌溉工程始于1992年，特别是在1994年引大灌区建成通水后以来，各级政府非常重视农业节水灌溉工作，截至目前已建成常规渠道防渗节水灌溉面积14 173 hm2，占有效灌溉面积40%，实施高效节灌面积5 867 hm2，占有效灌溉面积16.5%。按照国家水利发展规划，将全国节水灌溉工程面积占有效灌溉面积的比例提高到60%以上，将高效节水灌溉面积占有效灌溉面积的比例提高到30%以上，纯井灌区管道输水节水灌溉面积要达到80%以上，农田灌溉水有效利用系数达到0.55以上。因此，永登县在发展节水灌溉面积，特别是高效节灌面积任务还十分繁重。

3 发展高效节水灌溉有利条件

3.1 政策机遇

近年来国家十分重视节水灌溉工作，提出“把节水灌溉作为一项革命性措施来抓”，连续11个中央1号文件都要求把节水灌溉作为重大战略举措。节水优先，空间均衡，系统治理，两手发力的新时期治水思路，是做好水利工作的科学指南。

3.2 投资机遇

国家从2011年起划分出节水灌溉“四大战役”区，根据不同区域特点及所取得的目的，对不同区域实施不同方案。其中：西北节水增效计划是2014～2018年在新疆、甘肃、宁夏、陕西、青海、内蒙古以及新疆兵团发展高效节水灌溉面积1 900 000 hm2。其中微灌1 433 333 hm2，约占26%。为此，甘肃省抢抓机遇，于2012年着手规划。经水利部批准，启动实施了《河西走廊国家级高效节水灌溉项目》，项目分两期，2013～2016年为一期，2017～2018为二期，累计发展高效节水灌溉面积666 667 hm2，总投资91.7亿元。

3.3 成效明显

近年来，在永登委、县政府安排部署下，开展了为期三年的高效节水灌溉工程建设，已完成高效节水灌溉面积4 240 hm2，其中：大田滴灌1 993 hm2，设施滴灌360 hm2、喷灌33 hm2，管灌1 853 hm2。

4 高效节水灌溉工程存在的问题

4.1 规划设计存在着不合理的现象

在高效节水灌溉项目中，往往存在着对现有数据的过度依赖，对实地考察时不重视，从而造成了一些不合理的设计。比如，在高效节水灌溉工程项目中，缺乏细致的种植结构、准确的土壤分析、有效节水灌溉水源、土地归属情况等方面的研究。许多设计者在进行设计时仅凭经验，往往不能对现场的具体情况做出正确的判断，从而造成不合理的规划。因此，项目策划、设计者要到现场进行实地考察，对影响高效节水灌溉项目的各项因素进行细致的分析，以获得准确的第一手数据。只有如此，有效的节水灌溉方案才能更好地适应于实际，并能在今后的应用中发挥其应有的功能。

4.2 重视建设过程轻视使用管理的现象

高效节水灌溉工程技术要求较高，往往在设计和施工中受到高度关注。在这个时候，当地的领导和专业的设计师们都表现出了很强的热情，当地的领导和设计师们也都会亲自去现场指导。然而，在高效节水灌溉项目建成并投入运行后，往往存在很长一段时间无人管理，有些项目从建成之日起便无人关注，无人管理、缺乏维护，导致高效率节水灌溉项目不能正常运行。这主要是因为高效节水灌溉项目的产权不明确，缺少有效的经营手段和资金支持。要想解决这一问题，就需要政府对高效节水灌溉项目进行产权界定，并制定行之有效的管理措施，拨付相应的资金，并对其进行专门的管理，以确保节水灌溉项目的正常运行。

4.3 种植结构不尽合理

高效节水灌溉工程的终极目标在于提高经济效益，增加农民收入。然而，受传统的耕作观念和耕作方法的制约，许多高效节水灌溉工程地区的主体结构并未发生根本改变，就算有少量的高效农业，其覆盖范围也很小，这就造成了水利设施的高效节水灌溉不能起到增产、增效的效果，也不能改善整个区域的经济效益。在高效节水灌溉工程区域，要加强对农户的宣传和动员，使其转变观念，切实投入到农业生产的调整中去。只有如此，有效的节水灌溉项目才能真正发挥其功能，从而使广大农村地区的农民增收。

5 高效节水灌溉技术的分类及其作用分析

高效节水灌溉技术是将传统的地面灌溉和沟渠灌溉改为直灌，这种技术在现代农业中得到了广泛的应用，其包括喷灌、微喷灌、滴灌、管灌等技术，该技术的实施，节约了大量的水资源和土地，有效避免了水分的蒸发和浪费，从根本上改善了作物的生产。

5.1 喷灌技术

喷灌是由喷嘴来完成的，分为低压、中压、高压三种，实际中采用的是中压摇杆式喷头。适合丘陵、低矮作物、露天平地等。这种喷嘴的适用范围比较广，使用的喷嘴数目也比较少，而且费用也比较低廉。在技术改造中，采用了部分塑料喷嘴，从而达到了节省费用的目的。

5.2 微喷灌技术

微型喷灌是将喷嘴转化为折射式和旋转式的结合，既能进行点喷，又能进行多种喷灌，从而达到节水效果。微喷灌的单位时间喷射量较少，喷射距离较短，喷雾均匀度较好。在水资源短缺的地方，采用微喷射技术，在每一排的树上插一根毛导管，并按等高线排列，以达到与果树相同的高度，达到6 m。在两个果树间放置一个与果树间距相同的微型喷嘴，用微型喷嘴和毛管相连，并用插棒将微型喷嘴固定在地上，可以取得较好的效果。

5.3 滴灌技术

滴灌是目前最常用的滴灌方法。滴管技术是利用塑料管道，将水通过毛管上的孔口或者滴头送到作物根部进行局部灌溉。滴灌比喷灌具有更高的节水增产效果，与其他的灌溉方法相比，一般可以增产15%～40%。同时还可以结合施肥，提高肥效一倍以上。其灌水器可分为内嵌式和压力补偿式两种，在山区和平原地带使用较多。内置滴灌系统无需大量的水压，但由于没有调节压强的作用而不能对滴水的尺寸进行调节，因此需要进一步的研究。

5.4 管灌技术

管灌技术是以管道输水代替明渠输水的一种地面灌溉工程技术，节水、省时、省工、输水快，降低灌溉成本，保证大面积均衡增产。管灌输水灌溉系统由首部工程（泵房、水泵机组、控制柜）、管网系统（各级管道、管件）、附属设施（给水栓、出水池、泄水闸等）3部分组成。

6 高效节水灌溉工程优化设计要点

6.1 有效开展田间管道项目的设计

在进行高效节水灌溉工程的规划时，应注意对农田管线的设计。野外管线的设计，通常可以分成两类：分支式和干式两种，在设计时应着重考虑输水流量。在进行干管流量的设计时，必须参照不同的种植结构、灌溉制度、面积和调度方式，以确保设计的科学性，然后再对管线的直径和额定压力进行详细分析，并进行水力的计算，然后再根据这一点来确定输水的流量。

在进行管线布局时，要根据水源、灌溉部位的不同情况，进行管线布局。在保证干管的设计质量后，再进行分支管的设计。每条支管必须有50 m的水柱，分支管道间距为85～110 m。如果需要采用双向灌溉技术来灌溉农田，管道必须采用直线形式，以避免管线的波动系数过大，以确保双向灌溉的效果。

在合理配置高效节水灌溉管线时，必须包括一级和二级分支管，并且必须将主干管与一级支管直接相连，并按不同的分区配置二级支管。在大多数工程中，一级分支和二级分支管道都是采用正交连接的。

在设计时，要注意节约用水的器具，以确保节约能源。就像使用微型喷灌和滴灌。在我国节水灌溉工程中，采用了大量的微喷灌，它可以针对不同作物的不同需要进行灌溉。采用滴灌方法节约能源，通常可以达到95%以上。目前国内市场上普遍采用的是带贴片和迷宫的滴灌方式。

6.2 管道灌溉流量的设计要点

在高效节水灌溉工程的设计中，还应重视管线的流量设计。在选择该工况时，必须综合考虑出水口和出水后的灌溉状况。在设计的时候，需要采用水管，如果采用人工灌溉，可以持续10 h，但因为人数有限，很难保证每一处都有专人值守，因此必须根据水口的位置，合理安排田区和出水口，实现自流式灌溉。

6.3 完善高效节水灌溉工程的工作制度

为了减少工程造价，需要对灌溉系统进行优化，同时还可以方便、灵活地进行灌溉作业。在采用灌水作业系统时，往往采用小组轮灌的方式。在对轮灌组进行分区时，必须保证在每一次灌水期间，对不同地区的作物进行两次灌水，同时，在1 d之内，尽可能多才能更好地灌水。

6.4 科学的选择管材

在进行高效节水灌溉时，管道的选用是非常关键的。这是因为在地面上铺设了大量的管道，是高效节水灌溉工程中必不可少的基础设施。由于市场上的管材种类繁多，各种材质的价格、性能都有很大差别，因此，在选择管材时，必须综合考虑灌溉要求和灌溉费用。不要过分关注产品的品质和性能，这样会造成钢管的浪费和生产成本的提高，但是，也不要过于注重购买钢管的成本，忽视其品质，否则会导致管材的使用寿命减少。目前应用最广泛的有PE管、石英玻璃管、无缝钢管、球墨铁管等。

7 高效节水灌溉工程设计问题的解决措施

7.1 正确理解高效节水灌溉工程的内涵

高效节水灌溉工程是以灌溉和雨水综合利用为目标，以达到农业生产的最佳效果。要全面、准确地认识高效节水灌溉的内涵，就必须进行有效的工程设计。

7.2 重视工程设计前期工作

在有效的节水灌溉项目中，对项目的设计和施工具有重要意义。做好前期工作，对项目进行详细的基础数据采集，是有效的节水灌溉工程的先决条件。这就要求设计者要对工程领域的具体情况有全面地认识。同时，项目建设的前期工作也要向建设后的管理延伸，科学、合理的运营管理方案是保证项目良好运转的前提。

7.3 严格执行高效节水灌溉工程技术规范

在设计中，对于高效节水灌溉项目的工程规范存在着一定的不确定性，不仅会给项目的宏观决策造成一定的难度，也会对项目的投资和效益产生直接的影响。要保证新建成或改造的高效节水灌溉项目，必须加大对其技术标准的宣传力度。在工程建设中，要严格按照工程技术规范进行有效的节水灌溉工程，以保证工程的用水指标、工程指标、效益指标满足规范的要求。

7.4 加强设计人员的技术培训

随着高效节水灌溉的不断发展，政府、行业主管部门对水利设施的管理日益规范化，对工程设计的要求也越来越高，因此，要保证工程设计的质量，必须有大量的水利设计公司和设计人才。

7.5 设计与管理应紧密结合

高效节水灌溉工程是一个系统工程，其效益的好坏取决于项目的后期管理。一项好的水利项目必须与设计和管理紧密结合，只有真正做到规划、设计、安装、管理、技术培训，才能确保高效节水灌溉项目的建设质量和效益的长期发挥。

8 结束语

目前，水利水电工程的设计重点是采用高效节水灌溉技术，并对其进行优化设计、完善设计，目的是为了更好地利用水资源，从而保证甘肃省农业的持续、稳步发展。在进行高效节水灌溉方案的设计中，将分批次轮灌、灌溉流量、管材选择三种方案有机结合起来，综合分析了节水灌溉工程。