中宁县农田水利节水灌溉技术探究

中宁县灌溉面积约为1万hm2，由于西部常年干旱少雨，水资源短缺，这已经成为制约当地农业发展的重要瓶颈，水资源供需矛盾越来越大。因此，需要大力发展节水灌溉、节水农业，节水灌溉技术在当地的推广也变得越来越迫切。我国常见的节水灌溉有渠道灌溉、管道灌溉、滴灌、喷灌等，都可以对不同农作物从不同程度上起到节水的效果。固海扬水管理处工作人员探讨中宁县节水灌溉技术、发展趋势及存在的相关问题，并提出相应的对策与建议。

一、中宁县农田水利建设现状

中宁县位于宁夏回族自治区中部、宁夏平原南端，属于常年干旱地带。每年年均降雨量为202.1 mm，其中，降雨量多集中在6—8月，占全年总降雨量的61%；每年有1 947.1 mm蒸发量，是总降雨量的9.6倍。中宁县整体灌区位置由西向东、由南向北倾斜，境内海拔1100～2955 m，分为黄河以南老灌区、黄河以北灌区和长山头扬灌区3个部分。为加强农田水利基本建设，强化农业综合开发、国土整治改良、田间设施配套，新建高标准农田0.63万hm2，小农水示范县项目、世行贷款节水滴灌项目等全面完工，渠道砌护率达到42%。种植农作物主要有枸杞、红枣、蔬菜、硒砂瓜、玉米、决明子等经济作物。固海灌区三大系统设计灌溉面积11.38万hm2（其中，基本农田灌溉面积6.82万hm2，生态移民灌溉面积0.62万hm2，设施农业灌溉面积3.94万hm2），加上灌区作物种植结构不合理和工业、人饮、生态等用水，灌溉形势异常严峻。进入6月以来，灌区旱象日益突出，灌溉用水总量不断攀升，供用水矛盾日益加剧。中宁县灌区灌溉以渠道灌溉为主，其中浪费量很大，因此，有必要对节水灌溉进行一定的研究。田培旭研究发现，利用滴灌工程技术可以有效降低干旱地区水资源浪费，使其能充分发挥资源的合理分配，对干旱地区农作物发展有良好帮助。张勇研究发现，节水灌溉技术能够降低农业灌溉对水资源的损耗，提高农业生产经济效益，实现农业可持续发展。李玉鹏提出，高效节水灌溉技术在农田水利灌溉中具有重要的应用价值，可以实现节水增产，最大限度地提高水资源利用效率。王文娟提出，节水灌溉技术在农业生产中的应用具有显著的节水效果和经济效益，加强节水灌溉管理、控制农田灌溉量、选择适宜灌溉方式和应用信息化技术可进一步提高我国农业节水灌溉水平。

中宁县处于戈壁沙漠包围中，人均灌溉面积大，亩均占有水量小，人均灌溉面积高出全国一倍以上。中宁县以系统整治、综合施策，夯实农业生产基础，打造示范引领样板，农田水利基本建设实现跨越发展。目前，全县灌溉以渠道灌溉为主，每年渗水损失量较大。为了控制渗流量，全县每年需要完成沟道清淤，工作量大。2023年清淤共计2263条1433 km、渠道清淤3910条2707 km，砌护各级渠道298条378 km，新建和维修配套建筑物3579座，改善灌溉面积2.67万hm2，节水2000万m3，农田灌溉水利用率达到0.534%。

二、节水灌溉原理

（一）农田土壤分布情况

中宁县地下水位较浅，地表灌溉后位置变化较大，按照同期观测数据可知，变化区域在0.6～2.7 m，黏性土分布在含水层上部，沙卵砾石在下，中间还有粉质黏土与粉壤土，地表可见沙砾颗粒。

（二）农作物耗水机理

农田作物对于灌溉水的消耗主要是植物叶片表面的蒸发、植株与植株间隙水分的蒸发及土壤含水层的渗漏。植株通过根系吸水后，从植被导管输送至茎叶补水，一部分在叶面蒸腾，多余的水分通过透水层深层渗漏，从而保持田间灌溉水量保持平衡（见图1）。

三、主要节水灌溉技术

（一）常见的节水灌溉方式

目前，常见的节水灌溉方式包括喷灌、微灌、滴灌和渠道防渗等。喷灌是一种利用高压水泵将水通过喷头喷洒到空气中的灌溉方式，能够显著提高水分的利用率；微灌是一种利用微小管道将水直接输送到作物根部的灌溉方式，具有节水、节能、增产等优点；滴灌是一种通过滴头将水缓慢滴入作物根部的灌溉方式，能够有效减少水分的蒸发和渗漏；渠道防渗是一种在输水渠道底部涂刷防水材料，以减少水分渗漏的灌溉方式。

（二）存在的问题

第一，部分地区农民对于节水灌溉技术的认识不足，缺乏足够的重视；第二，目前的节水灌溉技术水平还有待提高，尤其是一些地区的农田水利基础设施相对薄弱，影响了节水灌溉技术的推广应用；第三，节水灌溉技术的投入成本较高，一些农民难以承担。

（三）采取对策

第一，加强宣传教育，提高农民对节水灌溉技术的认识和重视程度；第二，加大科技研发力度，提高节水灌溉技术水平和产品质量；第三，加强政府引导和支持，通过政策扶持和财政补贴等方式，降低农民投入成本，推动节水灌溉技术的普及和应用。

四、节水灌溉新技术

节水灌溉技术广泛应用于各种农作物。例如，在北方地区，由于水资源短缺，节水灌溉技术已经成为农业生产中不可或缺的一部分；在南方地区，受地势复杂、水源不足等因素的影响，节水灌溉技术的应用也逐渐得到推广。经过多年的发展，中国节水灌溉技术已经达到了一定水平。目前，中国在节水灌溉设备制造、灌溉系统设计、水资源管理等方面均有了较大的进步。同时，中国还积极引进和消化国外先进技术，如以色列的滴灌技术等，进一步提高了节水灌溉技术的水平。未来，中国节水灌溉技术将更加注重技术创新，加大对新技术的研发和应用力度。例如，智能灌溉系统、三维（3D）打印技术在节水灌溉领域的应用等，都将为节水灌溉技术的发展带来新的突破。随着信息化的发展，未来将实现灌溉过程的自动化、信息化和智能化，提高灌溉效率和水分利用效率。未来的节水灌溉技术将更加注重系统化和综合化。各种节水灌溉技术将不再是孤立的个体，而是通过优化组合和综合应用，实现更好的节水效果和更高的产量。同时，节水灌溉技术还将与农学、植物生理学、土壤学等多学科领域的知识进行融合，形成更加完善的综合化技术体系。

当作物在各个生长阶段所需的水分都得到充分满足，即作物生长发育处于最佳水分环境，配合相应的农业管理技术，使作物产量达到最高，这类灌溉称作充分灌溉。将节约用水或者花费成本最少称为非充分灌溉。应用的农田类型和条件不同，在实际中有许多提法，如在水资源短缺的半干旱地区，为解决有限水量在作物生育期的最优分配问题，根据作物需水关键期进行有限次数或有限量灌溉提出的有限灌溉制度或优化灌溉制度；为追求农产品质量或区域持续发展所提出的调亏灌溉，都是为了提高水分利用效率，实现节水增产、提高经济效益的目标。

农作物具有自身调节作用，在一定缺水限度内，产量降低并不明显。农作物在适当水分亏缺的程度下，对于有限缺水具有一定的适应性和抵抗效应，在一定时间内和适度水分紧缺的情况下，虽说对植株发育有一些负面的影响，但只要及时对农作物补水灌溉，之后植株又表现出快速生长，这是农作物表现出来的一种普遍的补偿生长现象。水分亏缺尽管对作物生理过程及产量造成一些不利影响，但适度的水分亏缺会有益于作物产量的提高和作物果实品质的改善。

五、中宁县灌溉管道系统设计

（一）灌溉渠道的布置

1.灌溉渠道的主干渠应设置在最高的位置，按照地形勘测图应尽量让主渠道设置在等高线最高的位置，这样可以使灌溉水由高到低自流动，可以用最小的成本灌溉最大的面积（见图2）。

2.主干渠位置选线应尽量选在不透水层或土质坚硬的地区，这样可以保证土体边坡的稳定性，也可以减少土体的渗流，节约用水量。

3.主干渠位置应该距离各条灌渠都较近，方便直接使用水源。

4.为了保证渠道邻近建筑物的安全，在合理的位置设计退水闸，防止水位过高危害已有建筑物或者构筑物。

（二）支渠、斗渠的设计

1.为了便于农业机械化管理与使用，支渠、斗渠、农田尽量平整规则，方便机械化收种。

2.为了方便机械化生产，机械能够在田间地头掉头，田块的长度不得少于400 m，渠道的长度不得少于100 m。

（三）灌溉标准

灌溉管道系统设计时需要按照不同农作物确定其灌溉设计保证率。灌溉设计保证率需要按照中宁县常年的水文气象条件、农田土质情况、经济作物种植种类、灌区面积大小、灌溉形式及农作物经济效益等因素进行综合确定，具体数值见表1 。

（四）灌溉制度

主要内容为农作物生长周期内的灌溉次数、灌溉的时间节点、每次灌溉的定额标准等，中宁县主要经济作物的定额标准见表2。

（五）灌溉模数

灌溉模数：q=[αM8.64T]

M——灌溉定额（m³·hm-2）

α——单一经济作物占总农作物比例

T——灌溉时间

当灌溉面积较大的玉米灌区设计净灌溉模数：q=0.45～0.6；当灌溉面积相对较大的农田灌区的设计净灌溉模数：q=0.2～0.3；当既有水田，又有旱田的情况下，当取加权平均值；灌溉面积相对较小灌区灌溉模数q可适当加大一些。

（六）断面形状尺寸设计

1.渠道横断面尺寸设计（见图3）。以明渠标准流量计算：Q＝kC[Ri]。

2.渠道底比降值。对山区而言，比降值通常控制在1/1500～1/5500，如果均流量达不到1.0 m³/s时，比降值可适当放大一些；对平原地区而言，比降值通常控制在1/5500～1/11 000，支、斗渠通常可以设置在1/1000～1/3000。

3.灌渠不冲不淤流速设计。考虑到灌溉水在渠道中流动不冲毁干渠，也不发生渠道淤堵的情况，设计渠道流速V需要符合V不淤＜V设计＜V不冲。

（七）渠道纵断面设计

渠道纵断面设计主要考虑的内容有原地面等高线、渠道设计水位线、渠道位置线、渠道最低水位线、渠底标高、分水口位置、堤顶标高、扬水高度及水头损失等（见图5）。

六、结语

我国水资源不足、时空分布不均，旱涝灾害频繁。“重建轻管”一直是水利行业的顽症。为此，实施节水灌溉与节水型农业，管理占有重要作用。实践证明，灌溉节水50%的潜力是在管理上，管理节水具有巨大的潜力。我国自流灌区水的有效利用率仅为0.47，水的生产效率即每立方米水生产的粮食仅为0.8 kg。与国外先进国家相比，节水潜力仍很大。国内节水灌溉技术的研究和应用对于缓解水资源短缺、保障农业可持续发展具有重要意义。随着科技的不断进步和创新，相信未来的节水灌溉技术将为农业的发展带来更加可持续和绿色的未来。

作者简介：马佳东（1986—），男，宁夏吴忠人，本科，工程师，主要从事水利工程运行管理工作 。

基金项目：宁夏大学新华学院重点学科建设项目（ZDXK-2019-01）。