农田水利节水技术分析

摘要：随着全球水资源日益紧张，农业用水的效率和可持续性成为亟待解决的问题，农田水利节水技术的研究与应用变得尤为重要。为促进农田水利节水技术的应用，本文首先深入分析了农田水利技术的应用价值，并分析了农田水利技术应用中存在的问题；针对具体存在的问题，结合农田水利实际应用，提出了一系列针对性措施，实现了对农田水利节水技术问题的有效解决；这不仅有利于提高灌溉效率和作物产量，也确保了水资源的可持续利用，以此为相关人员提供实践参考，并有助于推动农业生产向更加节水化、高效化发展。

关键词：农田水利；节水技术；灌溉

随着全球气候变化的加剧以及人口的持续增长，农业水资源的稳定供应面临前所未有的挑战，而农田水利作为保障粮食安全和促进农业可持续发展的关键因素，其节水技术的研究与应用成为当前的重要研究课题。在这一背景下，探讨高效节水技术不仅是响应环境变化的需要，也是提高农业生产效率、实现农业绿色发展的必由之路。传统的灌溉方法如地面渠道灌溉、喷灌等虽然在历史上发挥了重要作用，但由于水分利用率低下、蒸发量大等缺点逐渐显现，迫切需要更加高效、节约的灌溉技术来替代。微灌、滴灌等现代节水灌溉技术因其较高的水分利用效率和适应性而成为研究焦点，通过对此类技术应用中存在问题的深入分析，可促进农田水利节水技术的应用，增强其节水效果，提高农户经济效益。

1 农田水利节水技术的价值

1.1 促进可持续农业发展

随着我国的人口增长和经济发展，人们对食物的需求也日益增加，农业水利是农业生产的基础，而农业用水量占全球淡水抽取量的大部分，因此优化水资源的使用并实施节水技术成为节约自然资源的关键；利用节水技术，可减少水分损失，提高灌溉效率，确保有限的水资源可以满足更广泛的农田需求；其中滴灌和微灌等节水灌溉技术能显著提高用水的准确性和效率，减少水的浪费和地下水的过度开采，使得农业发展更为可持续。农田水利节水技术的应用也有助于提高作物产量和质量，减少水的浪费意味着可以将有限的水资源用于生产更多的农作物，从而提高单位面积的产出效率，而且采用适当的节水技术还能保持土壤的适宜湿度和结构，避免了因灌溉不当造成的土壤板结和盐碱化，有利于作物的健康成长[1]。

1.2 保护生态环境

在传统的农田灌溉中，因灌溉效率低，大量的肥药随着农田径流流入湖泊、河流，不但造成了水资源的浪费，还会引发水体富营养化等一系列环境问题，而利用精确灌溉和合理施肥技术，可将水和肥直接输送到作物根部，大幅度减少了化肥和农药流失量，进而减轻了对地表水和地下水的污染，不仅有利于维护地方生态平衡，而且减缓了面广水量大的水体污染和地下水位下降的趋势。在大自然的水循环中，水分的蒸发和转换在一定程度上依赖于地表水体的存在，当节水技术被广泛应用后，地表水和地下水的水位可以被保持在相对稳定的状态，这有利于维护自然界中水的循环和平衡，比如节水灌溉可以减少农作物蒸发量，提高水的循环利用率[2]。

1.3 增进经济效益

对于农业生产而言，节水技术的实施可直接减少农业生产的成本，而且在节约水资源的同时还节约了能源和其他农业投入品。对于农民而言，可在保证甚至提高产量的前提下，显著降低生产成本，提高农业生产的经济效益，而且还带来了附加效应，比如增加就业机会、提升农产品竞争力、促进农村经济发展等。从市场需求的角度出发，农田水利节水技术不仅提高了农业生产的可靠性，还促进了农产品产量的提升，随着灌溉效率的提高，农产品的供应更趋稳定，有助于保障食品供应安全，平抑市场价格波动，使人们可获取到质优价廉的农产品[3]。

2 农田水利节水技术应用中存在的问题

2.1 灌溉非均匀性

尽管喷灌、滴灌等现代节水灌溉技术在提高水资源利用效率方面取得了显著成果，但在实际应用过程中，由于多种原因，仍然存在灌溉非均匀性问题，不仅降低了灌溉效率，也影响了农田的可持续发展。对于喷灌系统而言，如果喷头的布局设计不合理，比如喷头间距太远或者排列方式不适宜，将无法保证田间每个区域得到均匀的水分供给。在滴灌系统中，滴头的出水量如果不能精确控制或因安装位置偏差导致出水不均，则同样会引起灌区内部分地块水分过多或过少，从而影响作物的正常生长[4]。

2.2 灌溉设备堵塞

农田水利节水技术的应用，尽管大幅提高了灌溉效率和水资源的合理利用，但在实际操作过程中，灌溉设备堵塞问题频发，严重影响了灌溉系统的正常运行和灌溉效果。多数灌溉设备的堵塞主要是由于水质问题引起，农田灌溉水源可能含有各种悬浮物、沉淀物以及生物藻类等杂质，此类物质随着灌溉水进入灌溉系统，容易在管道、滤网、喷头等部件上积累，最终造成堵塞，尤其微灌系统如滴灌和喷雾灌，其出水口径小，更容易被微小颗粒或者沙粒堵塞。而且水中溶解的矿物质，在一定条件下会发生化学反应，形成不溶解的沉淀。例如，高浓度的钙、镁离子遇到碳酸根会产生碳酸钙和碳酸镁沉淀，铁离子在氧化作用下形成的铁锈也可引起堵塞，此类化学沉积物逐渐在设备内壁或出口处累积，减少了水流通道面积，增加了系统工作压力。

2.3 土壤水分监测困难

农业生产中，由于土壤类型、土壤结构以及含水量的空间变异性极大，导致实际的土壤水分状况很难被准确捕捉，此种空间异质性意味着即便在相对较小的农田内，不同位置的土壤水分状况也可能差异巨大，所以监测结果可能无法真实反映整个田块中作物根部的实际水分条件，影响灌溉决策的准确性。同时，温度、湿度、风速等环境参数会影响传感器的性能和测量结果，在极端气候条件下，高温或低温都可能干扰传感器正常工作，造成数据失真，而且强风和雨后土壤快速干燥或积水情况也会使得监测数据出现偏差。最后，由于土壤水分监测设备在长时间暴露于户外环境中易受到损坏或老化，需要农户定期进行检查、维护或更换；但在实际操作过程中，由于资源或知识限制，维护工作可能无法得到充分执行，导致设备故障增多、寿命缩短，并最终影响整个系统的监测效率和数据质量。

2.4 灌溉水源不稳定

在农田水利节水技术的应用过程中，气候变化带来的降水量波动是导致灌溉水源不稳定的主要原因之一。随着全球气候变暖，许多地区出现了降雨模式的显著变化，包括降水量的减少、降水季节的改变以及极端天气事件的增加，此类变化使得依赖天然降水作为主要灌溉水源的农田面临供水不足或供水时间不匹配的风险，从而影响作物正常生长周期和产量。而且在很多农业发展较快的地区，为了满足日益增长的灌溉需求，过度抽取地下水和地表水已经成为普遍现象，此种无节制的资源开发导致了水资源枯竭，水位下降，乃至于河流干涸，严重时甚至会引发生态环境问题如土地沉降、湿地消失等，进一步恶化了灌溉水源的稳定性。

3 农田水利节水技术应用的有效措施

3.1 精密的系统设计和校准，提升灌溉均匀性

为提升农田水利技术应用中的均匀性，应进行精密的系统设计和校准，保证水分均匀地分配到作物的每一部分，从而提高水资源的利用效率，减少水资源的浪费。实际应用中，可精确测量农田的面积、形状以及地形，了解土壤类型、作物种类及其水分需求，结合上述数据，设计出最适合特定农田条件的灌溉系统；使用地形匹配的灌溉系统在地势不平的地区能够保证水流的均匀性，避免在低洼处水分过多而在高地不足。在系统安装后，必须进行严格的流量和压力测试，确保每个喷头或滴管释放的水量一致。在测试流量时，应在灌溉系统的不同点使用流量计，通过调节水阀或是更改喷头来确保整个系统的出水量相同，同时考虑到水压的变化对灌溉均匀性的影响，可以安装压力调节器来保持稳定的压力水平，从而确保水分的均匀分配。

3.2 加强水质管理设计过滤系统，避免管道堵塞

农田水利技术应用中，由于多种原因如水源中的悬浮物质、沉积物或生物膜等可能导致灌溉设备的管道和喷头发生堵塞，为避免管道堵塞，影响灌溉效果，应加强水质管理和设计有效的过滤系统，保障灌溉系统高效稳定运行。为此，可对灌溉用水进行全面的水质分析，识别主要污染物及其浓度水平，可以为选择合适的过滤技术提供依据，如果水源中含有较高浓度的悬浮固体，则需要使用能有效去除这些颗粒的过滤器。再根据不同的污染类型选择合适的过滤系统，对于大颗粒物质，可以首选网格过滤器或者砂滤池作为初级处理；而对于细微颗粒和其他较小物质，碟片过滤器或膜技术可能更加适用；对于特殊污染物如铁和锰等金属离子，采用专门的化学处理设施进行预处理以防止它们在灌溉系统内沉积。考虑到即使是最高效的过滤系统也会随着时间积累污垢和杂质而效率降低，所以应建立定期检查、清洗和更换过滤元件的维护计划，在每个灌溉季节开始前后彻底清理过滤器，并根据压力差异监测数据及安排额外的清洁周期。

3.3 采用智能土壤水分传感技术，加强土壤水分监测

考虑到受多种因素影响使得土壤水分监测不足，影响了灌溉准确性，为此可在农田水利节水技术的应用中，采用智能土壤水分传感技术加强土壤水分监测，为农业灌溉提供准确的数据支持，帮助农户制定更为科学和精准的灌溉计划，提高水资源的使用效率。当前市场上有多种类型的土壤水分传感器，包括张力传感器、电容式传感器和时间域反射（TDR）传感器等。其中张力传感器适用于监测土壤中水分的吸附力；电容式传感器通过测量土壤介电常数变化来估算水分含量，适合多种土壤类型；时间域反射（TDR）传感器则通过测量电磁波在土壤中行进时间来确定土壤水分，精度较高但成本相对也较高；农户可根据农田的具体土壤类型和财务预算选择最适合的传感器类型。确定传感器类型后，将传感器安装在代表性区域并考虑到作物根系深度，可在不同深度安装多个传感器以捕获垂直方向上的水分剖面；同时，在同一田块内按照一定间距布置多个传感器，获取更广泛且准确的水分分布数据。再利用无线网络技术实现数据实时上传与远程监控，将土壤水分传感器与无线网络模块相连，构建无线传感网（WSN），实现实时数据收集和远程监控功能。结合智能土壤水分传感技术收集到的数据，智能灌溉系统可以自动调整灌溉计划和灌溉量，农户可设置预先定义好的土壤湿度阈值，当监测到的土壤水分低于下限时，系统会自动启动灌溉，当水分达到或超过上限时，则停止灌溉。

3.4 运用雨水收集与蓄水技术，提升水源稳定性

针对灌溉水源不稳定的问题，可选择适当的收集区域，比如屋顶、道路、农田防护林带以及其他合适的集水面，并采用坡度适中的屋顶或者硬化地面增加雨水的收集率，减少蒸发损失。以屋顶收集系统为例，可设置集水漏斗、排水管、初期雨水分流装置和过滤装置，将集水漏斗安装在屋顶边缘，以最大化接收降水，排水管则负责将收集到的雨水输送到储存设施。初期雨水分流装置可以排除首次降雨中可能带有的杂质，确保储存的水质量，过滤装置则用来去除收集过程中的颗粒物质，以防堵塞系统。基于上述收集设施，再构建合理的雨水储存设施，比如地下蓄水池、水塘或蓄水井；并根据地形、土地使用情况及需求量进行规划，其中地下蓄水池可以减少蒸发并节约地面空间，而开放水塘则可用于灌溉或养殖，蓄水井则适用于地下水位较低的区域；具体设计时必须保证蓄水设施的防水性、抗渗透能力和结构稳定性。此外，完成基础设施建设后，应定期清洗储存设施，去除沉积物，检查并修复防水层，确保储水设施的良好运行状态，并配备充足的过滤与消毒设备，保证雨水的适用性和安全性。

4 结语

综上所述，随着全球资源压力的增大与环境问题的日益突出，农田水利节水技术的开发与应用显得尤为重要，本文对现有节水技术进行了综合分析，指出了微灌、滴灌等先进技术的应用在提高水资源利用效率、促进农业可持续发展方面具有显著优势，分析了此类节水技术在实践应用中存在的灌溉非均匀性、设备堵塞、水分监测困难等问题，并就此指出对于此类问题，可通过系统设计、加强水质管理、应用传感器与雨水收集技术，以确保节水技术的应用效果。未来，技术人员应进一步探索更具成本效益和环境友好型的节水新技术，并结合精准农业、智能化管理系统等现代农业技术，形成系统完整的节水灌溉解决方案。

参考文献

[1] 郑彩萍.小型农田水利灌溉节水技术及具体发展思路探讨[J].科技资讯，2024，22（1）：152-154.

[2] 周建民.刍议农田水利工程高效节水灌溉技术的应用要点[J].黑龙江水利科技，2023，51（12）：126-128+142.

[3] 高卓慧.农田水利工程建设中节水灌溉技术的运用探讨[J].内蒙古水利，2023（12）：72-73.

[4] 毛洪霞，高宏云，李向春.农田水利工程中节水灌溉技术运用探析[J].黑龙江粮食，2023（12）：53-55.