农业水利灌溉模式与节水技术措施的优势分析

李学明　张瑞臣　鲍长树

农业生产依赖于水资源，但水资源有限，坚持发展和应用农业水利灌溉节水模式非常重要。当前农业水利灌溉中有较多节水技术与模式，发挥着重要作用，尤其是喷灌、微灌、滴灌有良好的发展与应用。文章一方面是分析当前的农业水利灌溉模式，包括喷灌、微灌、滴灌、渠道灌溉这四种模式，另一方面是论述发展农业水利工程高效节水灌溉技术的策略措施，重点是介绍节水科技设备、节水灌溉系统，主要是节水灌溉智能控制系统、灌区水情信息测报平台、智能灌溉施肥机、机井灌溉管理系统。通过分析论述指出一点，即农业水利灌溉节水成为必然要求和必然趋势，必须给予高度的重视，持续性发展农业水利灌溉节水模式，切实发挥好诸多节水技术的优势。

现代农业的种植与发展均需要农业水利灌溉，且当前已经有效实现科学用水与合理灌溉，在灌溉节水中取得良好成效和积累较多成熟经验做法。新时代以来，国家对农业水利灌溉节水提出了更高的要求，要求全方位提高灌溉水的利用效率，确保充分利用水资源，也正是因为如此，当前在农业水利灌溉模式和节水技术研究大下功夫，且已经形成农业水利灌溉节水新模式和技术手段，值得肯定。即便如此，应意识到农业水利工程高效节水灌溉的专业性和所存在的问题尖锐，非常有必要继续进行探究。

一、农业水利灌溉模式

1、喷灌模式

喷灌也被称之为喷洒灌溉，在多种设备技术的支持下可以将水送至田间，主要是利用管道、动力机、水泵、水的自然落差。通过应用喷洒器，可以将水资源喷射至空中，然后分散成细小的水滴，最后可以均匀散布在田间。目前来看，喷灌系统主要是分为三种，一是移动式，二是半固定式，三是固定式，通常是由动力机、水源工程、控制设备、喷头、各种管道及水泵所组成。以移动式喷灌系统为例，所用的喷头、水泵、管道、动力机都可以移动，再以固定式喷灌系统为例，组成部分通常不能移动，或者是喷头可以移动。

喷灌模式的优势集中体现在四个方面，一是灌水有良好的均匀性，通常可以达到80%—90%，自然可以提高水资源的利用率，目前可以将水资源的利用率控制在60%—85%；二是喷灌模式的应用过程中可以实现“适时适量”，便于随时调节土壤的水分；三是喷灌模式对土地或田间的平整性没有过高的要求，适用于多种地形；四是喷灌模式有很高的机械化程度，可因此减少农业水利灌溉作业的劳动强度。喷灌模式既有优势，也存在不足之处，主要有三点不足。第一，喷灌模式应用过程中易受到风的影响，风力较大可导致灌溉喷洒无法有效进行，降低水资源的利用率。第二，喷灌模式对所用的设备、材料、技术均有较高的要求，所以需要投入较多的资金。第三，喷灌过程中需要较高的压力，这一过程中会产生较大的功耗。

2、微灌模式

微灌模式应用时，需要特制的设备，或者是要给自然水头加压，在此基础上，水资源可以从孔口直接输送至农作物的根部周围，或者是叶子表面。目前来看，微灌模式中有三种常用技术，即微喷灌、涌泉灌、滴灌，如果是用微喷灌，则关键做法是借助微喷头将压力水喷洒至土壤，微喷头的流量可以达到20—250l/h。微灌模式的优势较为明显，即可以节约水资源和节约劳动量，微灌的节水效果能够達到喷灌的50%。在缺点这一方面，微灌模式在长时间的应用过程中易出现灌水器堵塞这一情况，所以需要进行认真且仔细的检查与维护。

3、滴灌模式

滴灌模式多是应用在干旱缺水地区，当前在应用过程中的水资源利用率可以达到95%。在经济作物、果树、温室大棚、蔬菜的灌溉作业中，都可以考虑应用滴灌模式，能够起到节水增产的效果。应用滴灌模式时，主要是借用塑料管道，可因此将水资源通过直径约10mm毛管上的孔口送至作物根部，主要有地面固定式、手动控制、地下固定式、全自动控制、半自动控制这五种类型。

滴灌模式的应用过程中，既有优点也有缺点，应该客观看待这一节水灌溉模式。在优点这一方面，滴灌模式可以节水、节肥及省工，且因为有全管道输水这一特性，所以不会存在外围水浪费或损失的情况，对提高水资源的利用率有十分大的裨益。与此同时，滴灌模式的应用可以减少农药施用量和水肥用量，有助于提高农产品的品质及产量。但缺点是，滴灌模式应用过程中易出现堵塞问题，主要是灌水器的堵塞，甚至是导致整个滴灌系统报废。除此之外，滴灌模式的造价较高，推广应用时易受到资金的限制。

4、渠道灌溉模式

渠道灌溉是农业水利灌溉的常用模式，在一段时间内发挥着十分重要的作用，但存在水资源渗漏的严重问题。针对于此，当前所用的渠道灌溉模式具有一个显著优势，即防渗，当渠道防渗技术的“防渗”优势得以发挥，可以提高水资源的利用率。目前来看，为达到理想的渠道防渗效果，主要使用四种防渗材料，即塑料薄膜、混凝土、沥青、土料，其中的塑料薄膜防渗、混凝土衬砌防渗、沥青护面防渗均有广泛的应用。长时间应用渠道防渗技术的过程中发现，其可以最大程度减少渠道输水中的水资源流失或浪费，渠道的水利用系数、安全保证率均值得肯定，应注重推广应用。

二、农业水利灌溉模式中应用节水技术的意义

节水技术在现代农业和节水农业的发展过程中可以发挥出重要作用，产生较多的积极影响，目前来看，农业水利灌溉模式在节水技术的支持下，已经具备良好的科学性、适用性及实用性。总的而言，农业水利灌溉模式中应用节水技术，有四个方面的显著意义。首先，农业水利节水灌溉模式的本质要求是高效且节水，必须科学控制水资源的用量，避免浪费，而节水技术可以在节约用水方面发挥出显著作用。当前通过应用高效节水灌溉技术，水资源的利用效率和效益均得以提高，节水率可以达到20%—50%。其次，现代农业的发展过程中有一些要求，强调农业生产模式的转型升级，这一过程中的关键是灌溉。通过应用喷灌、微灌、滴灌这些灌溉模式，可以彻底转变传统灌溉模式及理念，可因此促进农业结构的转型升级。与此同时，当前较广泛应用机井灌溉管理系统、灌区水情信息测报平台，借助现代信息技术和自动化技术可以控制农业水利灌溉，不会出现水资源浪费情况。再次，高效节水灌溉技术及模式同时实现了节水灌溉、灌溉的精准性。从灌溉的精准性这一方面而言，在喷灌、微灌、滴灌这些技术的支持下，水资源可以直接被输送至农作物的根部或叶面，真正意义上实现灌溉作业的精准性及精细化，便于农作物获得所需要的水分。如果科学应用高效节水灌溉技术及模式，则通常情况下农作物的增产可以达到10%—40%，这对现代农业实现“增产提质”有十分大的裨益。最后，现代农业和节水农业的发展过程中面临着农药污染、水资源短缺这些尖锐问题，且这些问题愈演愈烈，如何发展农业水利灌溉模式显得至关重要。在应用高效节水灌溉技术的过程中，不单单是达到节约用水的效果，而且提高了肥和药的利用率，能够实现水肥一体化，可助推现代农业的绿色发展。总之，农业水利灌溉模式中应非常注重节水技术的应用，持续性发展农业水利灌溉节水模式。

三、发展农业水利工程高效节水灌溉技术的策略措施

1、发挥节水科技设备的优势

节水科技设备能够有效服务现代农业灌溉，且当前有较多成熟的节水科技设备，已经经过实践验证，主要是渠道量控一体化闸门、精量喷滴灌系列产品、灌区水情信息测报平台、智能灌溉施肥机、灌区用水调控分析仿真平台。

渠道量控一体化闸门应用过程中，闸门开度可以根据流量水位监测而实现，所以灌溉输配水量能够实现得到精准控制。目前所用的闸门主要是由四部分所组成，即供电系统、测流箱体、启闭结构、采集控制模块，渠道流量的监测主要是依赖超声波矩阵测流技术。在多种技术的支持下，闸门顺利获取到水位信息、渠道流量这些主要信息，且因为有无线技术手段的支持，所以能够尽快将重要信息传输给灌区用水管理信息系统，为后续的灌溉提供依据。有一点值得肯定，即流态系数动态调整方法、闸门矩阵测流流量算法均可以集成为手机APP，便于借助手机对水位、流量加以控制，更易达到闸门启闭要求和理想效果。

在精量喷滴灌系列产品中，其中之一是大型喷灌机变量灌溉系统，主要是由电磁阀脉冲周期发挥作用，能够提高灌水控制精度。与此同时，通过应用大型喷灌机变量灌溉系统，可确定出土壤水分时间稳定性，继而对土壤水分传感器的布局加以优化。除此之外，低压压力调节器、低压高均匀灌水器、自动冲洗阀、地下滴灌抗堵塞灌水器也是较为成熟的精量喷滴灌系列产品，对农业水利灌溉节水模式的健康发展有重要作用。

灌区水情信息测报平台中搭载智能云平台、智能决策系统、数据一体化处理技术、水情测报系统，也因此具备良好的自动化、实用化、模块化及标准化。目前来看，灌区水情信息测报平台能够有效监测旱情，并具备智能灌溉的功能，便于监测每日气象条件和获取高分辨率卫星遥感影像，并且能够对多源信息数据实施综合处理。除此之外，灌区水情信息测报平台的实时监测水平不断提高，适用于灌溉面积、地表温度、土壤水分、植被指数、作物分布的实时监测。

智能灌溉施肥机在经济作物的灌溉作业中发挥着重要作用，比如适用于果树、花卉、蔬菜，显著功能有四点，一是云服务，二是环境监控，三是故障诊断，四是水肥调控。当前通过应用智能灌溉施肥机，可以对精准调控灌溉施肥，可因此达到理想的节水灌溉效果。详细言之，在应用智能灌溉施肥机的过程中，一是结合实际情况调节水肥，并且可以动态监测电导率、酸碱度，在此基础上达到“适时适量”的灌溉效果，二是其中搭载的算法技术、云服务，可以促进水肥一体化的实现，同时实现智能化的注肥、灌溉。

灌区用水调控分析仿真平台基于流体力学、水动力方程组而获得发展，显著功能是有效模拟出农田灌溉、水源供水、沟网排水、渠系输配水的过程数据，闸控过程的模拟可以通过人机交互这一方式而实现。有一点值得肯定，即当前所用的灌区用水调控分析仿真平台中有GPU（图形处理）技术的支持，农田灌溉、灌区输配水的过程能够實时模拟，且各种重要信息可以全程可视化，便于及时发现农田及农作物的缺水情况，始终确保灌溉的科学性。

2、应用农业水利节水灌溉系统

除应用好节水科技设备，还应该重视农业水利节水灌溉系统的应用与发展，主要是节水灌溉智能控制系统、农业节水灌溉计控系统、机井灌溉管理系统。节水灌溉智能控制系统主要是依赖于两种技术，一是现代信息采集技术，二是现代信息传输技术，可实时监测灌溉区的多种指标，主要是气象指标、土壤指标、作物指标。待成功监测到信息数据之后，可以借助灌溉决策专家模型进行分析论证，及时发现所存在的问题，在此基础上制定出科学可行的灌溉方案，确保灌溉作业的“适时适量”。除此之外，通过应用节水灌溉智能控制系统，用户可以在移动端和互联网的支持下对灌溉管网的多种信息进行调节与控制，主要是压力、流量、阀门开关，且可以实现灌溉作业的自动化。

农业节水灌溉计控系统主要是由四部分所组成，即软件平台、控制设备、保护设备、计量设备，具备的功能有三个，一是进行灌溉用水的计量，二是有效传输灌溉用水，三是水泵远程启停。目前来看，农业节水灌溉计控系统的信息采集可以每小时进行1次，可因此确定出24小时的水采集和水灌溉信息，在数据库、操作系统、数据交换服务、数据存取服务的支持下可以确保灌溉的有效性。在计量模式这一方面，如果是农灌井，则采用的是一井多卡模式或一卡多井模式，如果是生活、养殖类，则采用一卡一井模式。

机井灌溉管理系统可以在农业水利灌溉中发挥出重要作用，自动控制灌溉机井取水量，避免水资源浪费。目前所用的机井灌溉管理系统有五方面的显著优势，即刷卡取水、信息传输、防盗报警、机井泵控制、保护功能。以机井泵控制这一功能为例，以单机系统控制模式最为常用，将用水量有效控制，或者是可以根据水费价格核收水费，很大程度避免了水资源浪费行为。

3、强化政策与资金的扶持力度

系统性发展农业水利灌溉节水模式是至关重要的，应该有技术、设备、资金、人才及制度的支撑。目前来看，农业水利灌溉节水模式发展过程中依然缺乏资金、政策的扶持，导致一些农业水利灌溉节水的技术和设备不能得到有效应用。针对于此，后续发展农业水利工程高效节水灌溉技术时，应坚持做好政策与资金的扶持。目前的农业节水工程投资主要有三种方式，一是国家补助，二是农民筹资，三是集体出资。农业节水工程的建设通常需要较大的投资，国家可以补助的资金较少，由农民筹资解决的情况较为常见，但农民朋友目前还不富裕，并不能拿出足够的资金建设农业节水工程。因此，各级政策要切实发挥好自身职能，应该将农业节水工程建设与投资纳入在重要议事日程之中，努力形成一种制度，真正意义上落实与之相关的政策扶持与资金扶持。

综上所述，农业水利灌溉朝着节水的方向获得良好发展，当前所应用推广的农业水利灌溉节水模式有多方面的显著优势，有助于促进现代农业、节水农业的健康发展。对于农业水利灌溉节水中的先进技术设备，后续应做好推广应用，尤其是应该推广智能灌溉施肥机、精量喷滴灌系列产品、节水灌溉智能控制系统，以求让农业水利灌溉节水模式逐渐实现现代化、自动化和智能化。与此同时，后续要进一步加大研究力度，坚持从人才优势、技术优势、设备优势、资金优势这些方面入手，努力将诸多优势有效整合起来，为农业水利灌溉节水提供更多的支持与服务。

（作者单位：024500内蒙古翁牛特旗水利局）