生态型水利节水灌溉关键技术探析

关文茜

（甘肃建投生态建设集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

生态型水利节水灌溉系统由于环境友好、农业友好等特征而成为现代农业水利设施的首选。在生态型水利灌溉系统的建设中，输水管道的建设、水肥一体化以及作物调亏技术等是其功能得以实现与发挥的关键核心，理清关键技术的要点与实现方式有助于进一步提升农业现代化水平，实现农业产业的二次升级。

1 生态型水利工程特征与优势

1.1 生态型水利工程特征

生态型水利是兼顾水资源高效利用和生态系统保护的一种水利工程。相比传统水利工程，生态型水利更加注重生态保护，核心主旨分为3 个方面。一是通过提高水资源的利用效率，实现对有限水资源的保护。生态型水利工程可以通过优化水资源调配和管理，提高水资源利用效率，降低水资源浪费，同时通过合理配置和管理水资源，减少污染。二是减少对生态系统的破坏，促进生态系统恢复。与传统水利工程相比，生态型水利工程强调对生态系统的保护和恢复，减少对自然生态的破坏。并在水资源合理配置和管理措施下，促进河流生态系统的恢复和保护，提高生态系统的服务功能。三是显著增强自然环境对社会发展的效益贡献。生态型水利工程的建设可以提高人民群众的生活质量，降低洪涝灾害的风险，提高抗洪涝灾害的能力，促进社会和谐发展。

1.2 生态型水利工程的类型与生态贡献

从现有的发展现状看，生态型水利按照功能的主要构成与建设目标，大致可以分为4 种基本类型，即自然性、多样性、稳定性和可持续性生态水利工程。

1） 自然性生态型水利。充分考虑自然规律，模仿自然水文循环，减少对自然生态的破坏。在设计和建设生态型水利工程时，需要遵循自然规律，尽量减少对自然环境的改变和破坏。具体措施包括：保护天然植被、减少土地征收、优化水资源调配、采用生态友好型的建筑材料等。这些措施可以减少对自然生态的破坏，保护生物多样性，维护河流生态系统的平衡。

2） 多样性生态型水利。注重保护河流生态系统的多样性，包括生物多样性、形态多样性和基因多样性等。在生态型水利工程中，需要保护各种生物的生存环境，促进生物多样性的发展。具体措施包括：保护河流两岸的湿地、增加植被覆盖率、优化水生生物的种苗投放等。这些措施可以促进生物多样性的发展，极大地提高生态系统的稳定性和抗干扰能力。

3） 稳定性生态型水利。强调生态系统的稳定性，包括抗干扰能力、恢复力和自我调节能力等。在生态型水利工程中，需要加强生态系统的稳定性，提高其抗干扰能力和恢复力。具体措施包括：加强河流两岸的植被保护、加强水资源管理、增加湿地保护等。这些措施可以提高生态系统的稳定性和抗干扰能力，减少自然灾害的发生，同时提高生态系统的自我调节能力，使其更加健康和稳定。

4） 可持续性生态型水利。旨在实现水资源的高效利用和生态保护的可持续发展。在生态型水利工程中，需要注重水资源的节约和高效合理利用，同时实现生态保护的可持续发展。具体措施包括：优化水资源调配、推广节水技术、加强水质保护等。这些措施可以提高水资源的利用效率，减少水资源的浪费和污染，保障水资源的可持续利用，同时促进经济、社会和环境的协调发展，实现可持续发展的目标。

2 生态系统水利节水灌溉的关键技术

利用生态型水利系统进行作物灌溉具有诸多的优势，不仅能够提高灌溉的效能，进而达到对成本、自然资源的节约目的，更能够提高农业生产的科技水平与农业经济产出。在生态型水利节水灌溉系统构建的过程中，输水管道建设、精准灌溉、水肥一体化以及作物调亏4 项技术较为关键。

2.1 输水管道建设技术

生态型水利工程的输水管道建设包括了水源的获取、管道的规划与建设等多个方面。在水源获取方面，生态型水利能够有效防止渗漏与蒸发，且农作物灌溉效率较高，进而使得相同种植规模下的需水量相对较少，这也为水源获取的多样性得到了显著的提高。传统农业灌溉一般需要采用湖库型水源作为来源，而在生态水利工程中通过挖掘、钻探、截流等方式均可以实现获取水资源。在选择水源地时，需要考虑水资源的质量、水量、稳定性等因素，确保水源符合国家相关标准，并且满足用水目的的需求。除了水源获取的便利性之外，在获取水源后，生态型水利能够在取水的同时实现对水源的保护，以确保水资源的可持续利用。保护水源的措施包括建设水源保护区、清理周边环境、限制工业污染等。

2.2 精准灌溉技术

在生态型水利灌溉中实现精准灌溉是达到节水目的的关键技术所在。精准灌溉技术可以实现局部精准灌溉，避免水资源浪费和过度灌溉。通过精准的土壤传感器和气象站数据，实时监测土壤湿度和气象数据，从而实现局部精准灌溉。同时，通过建立对应的智能化控制系统，实现精准灌溉下的统筹协调与智能化控制，例如单片机、PLC、DCS 等，可以实现自动化控制和远程监控。通过智能化控制技术，将实现对灌溉系统的全面掌控，提高管理效率。智能化技术的应用满足了各种不同农田和作物的精准灌溉，实现了因地制宜灌溉，而且根据相关灌溉系统运行参数的调整替代工程建设与人工管理，在实现高水平灌溉的同时降低运行成本与对自然资源的损耗。

2.3 水肥一体化技术

通过将肥料溶解在水体中进行灌溉的方式实现水肥一体化。首先，该技术能够避免施肥的不均匀，同时降低施肥操作的成本。其次，水肥一体化技术可以将灌溉和施肥有效结合，减少水资源的浪费和过度灌溉，从而提高水资源利用效率，并实现局部精准施肥，不仅减少肥料的用量，还能提高肥料利用效率。最后，水肥一体化能够保障农作物对肥料的利用效率，既满足了农作物的生长，也避免过量施肥对土壤环境造成的破坏。

在实际的水肥一体化过程中，按照生态型水利的构建方式差异，可以分为搅拌器法和浸泡法等两种。搅拌器法是将肥料和少量水混合在一起，然后用搅拌器搅拌均匀，形成水肥溶液。这种方法通常适用于小规模的施肥作业。如在果园施肥中，利用搅拌器预先将肥料和少量水混合在一起，搅拌均匀形成水肥溶液。通过生态型水利灌溉智能控制系统，通过测量土壤养分构成及其质量分数以及作物需求，自动计算出施肥量和浓度，并控制搅拌器进行灌溉出量。浸泡法则是指将肥料放在水中，让其自然溶解，形成水肥溶液。这种方法通常适用于大规模施肥作业。如在大田施肥中，可以前置水源后置水肥池，将肥料倒入池中，加入适量水，让其自然溶解。通过测量浸泡液的质量浓度和养分构成及其质量分数，可以精确控制施肥量和质量浓度。

3 生态型水利节水灌溉的应用分析

3.1 甘肃省临洮县灌溉环境简介

临洮县隶属于甘肃省定西市，因境内有洮河而得名。全县总面积2857 km2，属温带大陆性季风气候区，水资源总量为3.53 亿m3，其中地下水资源量为1.21 亿m3，地表水资源量为2.32 亿m3。全县实际可用于灌溉的水量（即灌溉水有效利用量） 为3.29 亿m3，其中农田灌溉用水量3.29 亿m3，占用水总量的88.6%；农村人畜饮水年用水量0.28 亿m3，占用水总量的7.6%。

3.2 生态型水利节水灌溉系统的总体设计

生态型水利节水灌溉系统的建设不仅要从项目规划上做好基于目的的系统改造，更要从智能化、自动化等技术层面上形成有效的突破。要想从真正意义上发挥水利工程的生态功能与节水目的，就需要利用互联网或物联网对诸多水利单元进行整合，从而实现精准控制、科学决策的目的。

在总体设计方面，除了基础的水利工程要素及工程措施外，可以利用互联网技术实现与土壤传感器、气象站、智能化控制系统进行联动，具体建设示意图见图1。

图1 生态型水利系统智慧体系建设示意图

由图1 可见，一个全功能的生态型水利系统需要依托于互联网而建立，包括了水利工程管理、水环境管理、防灾患管理等子系统。在实际的施工过程中可以按照需要进行适当的选择。以农田灌溉的小型指挥水利工程为例，其现场建设一方面要构建土壤传感器系统。土壤传感器是精准灌溉技术中的关键设备之一，它可以实时监测土壤湿度和温度等参数。通过土壤传感器，可以实现对土壤水分的精准监测和调控。一方面，要进行区域气象站的建设。气象站是精准灌溉技术中的另一个关键设备，它可以实时监测气象数据，例如降雨量、温度、风速等。通过气象站，可以实现对气象数据的精准监测和调控。另一方面，需要将综合数据统筹到智能化控制系统之中并替代人工进行精准决策。智能化控制系统是精准灌溉技术中的核心部分，可以实现自动化控制和远程监控。在实现该过程中要通过前端收集的数据进行灌溉决策，并向动作端（如闸口、阀门、喷灌系统等） 提供指令，实现灌溉系统的智能化、自动化运行。

3.3 生态型水利节水灌溉建设的注意事项

在灌溉系统的具体建设中要重点从防渗、水肥管理一体化两个方面加以注意，以实现生态型水利节水灌溉系统的最佳效能。

在防渗建设方面的现场施工管理中，管道防渗漏技术尤为关键。一方面要合理选择管道施工的材料，所用的管道应符合国家相关标准和规范的要求，如工作压力、材料强度等级、耐腐蚀性等；另一方面，在管道深埋之前管道外部要进行防渗涂料的涂装，涂料应具有良好的防水性、耐腐蚀性和附着力，根据具体实际情况选择合适的涂料。具体的主要施工材料要求参数见表1。

表1 管道建设主要涂料参数一览表

在水肥一体化建设方面，需要注意5 个方面。一是，需要选择合适的肥料和质量浓度，并考虑肥料的溶解性和稳定性等因素，以便将其溶解在水中，形成水肥溶液，同时保障设备与后续应用之间的匹配性，如管道的管径选用等。二是，建立完善的现场管理制度。制定现场管理规程，明确水肥一体化技术的操作流程和要求，确保工作人员能够规范操作。三是，建立责任制度，明确每个人的职责和工作范围，确保工作有序进行。通过强化培训与技术指导等方式对工作人员进行水肥一体化技术的培训和指导，使他们掌握正确的操作方法和设备使用技巧，能够处理常见问题和故障。四是，安装过程中要做好设备维护和保养。水肥一体化设备需要定期进行维护和保养，包括清洗灌溉管道、检查阀门和接头是否漏水、检查施肥器的工作状态等，确保设备正常运行，提高使用寿命。五是，加强现场安全管理。水肥一体化技术涉及的设备和管道需要安全可靠地连接和安装，避免出现泄漏、破裂等问题，并定期检查设备的安全性能，确保工作人员的安全。

4 结束语

本文在系统分析了生态型水利工程的特征、类型及节水灌溉功能的生态贡献基础上，重点探讨构建生态型水利节水灌溉系统的关键性技术。研究发现，以水源获取丰富性和管道输水节水等为核心的管道建设技术、以水肥一体化及环境监控为核心的作物调亏技术等应用是其节水特征的多重保障。只有通过对精准灌溉技术的应用并进一步加强节水效能的管理，才能更好地促进提高产量、保护环境、避免水资源浪费等多方目标的协同发展。