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摘要:文章結(jié)合聊城市位山灌區(qū)管理處的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水灌溉技術(shù)、噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、膜上灌技術(shù)等方面入手,闡述農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用,對(duì)農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究,提升農(nóng)田灌溉的高效性,緩解用水緊張的現(xiàn)狀。
關(guān)鍵詞:農(nóng)田水利工程;高效節(jié)水灌溉技術(shù);滴灌;膜上灌
農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要充足水資源給予支持?,F(xiàn)階段,我國(guó)范圍內(nèi)水資源處于相對(duì)匱乏的狀態(tài),水資源緊張問(wèn)題較為明顯。在這樣的背景下,為了確保可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供充足的水資源,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源消耗量,須將高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田水利工程中,減少在周邊環(huán)境中的引水量,保證農(nóng)業(yè)供水的高效性與充足性。1節(jié)水灌溉項(xiàng)目的背景與實(shí)踐情況簡(jiǎn)述山東省聊城市位山灌區(qū)位于魯西北黃泛平原,受黃河水資源緊張的影響,該灌區(qū)積極展開(kāi)了節(jié)水灌溉項(xiàng)目。為了解決供水問(wèn)題,保證農(nóng)村地區(qū)的糧食生產(chǎn)、區(qū)域內(nèi)居民的日常生活,在灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)田水利工程中引入高效節(jié)水灌溉技術(shù)。實(shí)踐中,針對(duì)灌區(qū)內(nèi)的骨干渠道展開(kāi)防滲處理,依托滴灌、噴灌等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)內(nèi)的灌溉。依托多種節(jié)水灌溉操作,該灌區(qū)的年引水量、年引沙量均呈現(xiàn)大幅下降的趨勢(shì),渠系水利用系數(shù)達(dá)到0.54,增加了8.3萬(wàn)hm2耕地的澆灌,推動(dòng)了灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。
2農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的具體應(yīng)用分析
2.1渠道防滲技術(shù)的應(yīng)用
在減少水資源消耗量的過(guò)程中,可從降低使用量、減少傳輸消耗兩方面入手。其中,渠道防滲是降低水資源傳輸消耗中一種較為有效的手段,可強(qiáng)化渠道的輸水效率。依托渠道將水資源運(yùn)輸至農(nóng)田灌溉區(qū)是我國(guó)農(nóng)田灌溉的主要輸水手段,此過(guò)程會(huì)在渠道底部、邊坡土壤孔隙滲漏大量的水,損失水量一般占輸水量的50%~60%,最高可達(dá)70%。因此,引入渠道防滲技術(shù)非常必要。在渠道防滲處理中,核心目標(biāo)在于避免水資源在渠道中出現(xiàn)下滲問(wèn)題,促使水資源可“足額、足量”傳遞至農(nóng)田灌溉區(qū)域內(nèi)。渠道防滲處理需要著重落實(shí)以下幾點(diǎn):依托水力計(jì)算完成對(duì)防滲渠道斷面尺寸的設(shè)定,若流量達(dá)到1m3/s,應(yīng)使用弧形坡腳或弧形底梯形斷面;若流量未達(dá)到1m3/s,可應(yīng)用U形斷面。大型灌區(qū),渠道防滲率不得小于40%;中型灌區(qū),渠道防滲率不得小于50%;小型灌區(qū),渠道防滲率不得小于70%;井灌區(qū)固定渠道,須全部實(shí)施防滲處理。在位山灌區(qū)的實(shí)踐中,在渠道中引入預(yù)制混凝土板,在下層敷設(shè)復(fù)合土工膜;在渠道底部加設(shè)塑料薄膜,將斷面設(shè)置為梯形,以完成對(duì)渠道的防滲處理。預(yù)制混凝土板的防滲效果明顯,使用年限更長(zhǎng)、強(qiáng)度更高,可在降低渠道斷面實(shí)際面積的同時(shí),達(dá)到增強(qiáng)渠道輸水能力的效果。在此基礎(chǔ)上,配合復(fù)合土工膜的應(yīng)用,減少了90%~95%的滲漏損失,達(dá)到了較為理想的渠道防滲、灌區(qū)節(jié)水效果。
2.2低壓管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用
通過(guò)應(yīng)用低壓管道輸水灌溉技術(shù),能夠在較低壓力的支持下將水資源直接傳遞至需要灌溉的農(nóng)田區(qū)域,達(dá)到提升水資源使用效率效果的目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中,需要構(gòu)建低壓環(huán)境及用于水運(yùn)輸?shù)墓艿?,該管道可以置入地下,此時(shí),水資源的蒸發(fā)量、流失率均呈現(xiàn)降低趨勢(shì),可實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約與高效節(jié)水灌溉。
2.3噴灌技術(shù)的應(yīng)用
噴灌技術(shù)的應(yīng)用中需要壓力水(水泵加壓或自然落差形成),在壓力管道的支持下,壓力水被運(yùn)輸至農(nóng)田灌溉區(qū),依托噴頭噴射至空中,以小水滴的形式落入農(nóng)田土壤內(nèi),以此為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供足量水分。相比傳統(tǒng)的灌溉模式,在大田作物種植中引入噴灌技術(shù),一般可以節(jié)約30%~40%的水資源,且能夠同時(shí)獲取10%~30%的作物增產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上,促進(jìn)農(nóng)田灌溉逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘霗C(jī)械化、機(jī)械化、自動(dòng)化,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化建設(shè)提供支持。在位山灌區(qū)的實(shí)踐中,針對(duì)不同的農(nóng)作物栽植區(qū)域引入了差異性的噴灌設(shè)備。例如,在小麥栽植區(qū),使用了高5m、長(zhǎng)60m大田指針式噴灌機(jī),在麥田里旋轉(zhuǎn)噴水,一次可澆灌1200畝地;在玉米栽植區(qū),使用大田卷盤(pán)式噴灌機(jī),與傳統(tǒng)的人工大水漫灌相比,灌溉效率提高了十幾倍,用水量只有以往的2/3;在蔬菜栽植區(qū),使用移動(dòng)式噴灌車(chē),實(shí)現(xiàn)出水量低于2.51m3/h的微噴灌,該噴灌車(chē)的節(jié)水量達(dá)到40%以上,水利用率可達(dá)到90%以上。
2.4滴灌技術(shù)的應(yīng)用
滴灌技術(shù)的應(yīng)用中需要具有一定壓力水的支持,經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理后,依托管網(wǎng)、出水管道的分配、運(yùn)輸,在滴頭的作用下以水滴的形式均勻、緩慢滲入農(nóng)作物根系附近的土壤中,以此為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供足量水分。目前的滴灌系統(tǒng)一般包含三個(gè)主要結(jié)構(gòu),即首部樞紐、管路及滴灌帶。首部樞紐由主要由水泵、過(guò)濾裝置、施肥裝置、控制與測(cè)量裝置組成,承擔(dān)在水源中提取水分、加壓、加入肥料、在過(guò)濾后按時(shí)足量傳遞至管路中的任務(wù);管路主要由干管、支管、毛管、壓力表及流量調(diào)節(jié)器等調(diào)節(jié)設(shè)備構(gòu)成,承擔(dān)將加壓水均勻分配至地灌帶的任務(wù);滴灌帶主要承擔(dān)將水流轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)滴的形式,并滴入制定區(qū)域的任務(wù)[1]。依托滴灌技術(shù),灌溉時(shí)存在于農(nóng)作物葉面等有效濕潤(rùn)面積外區(qū)域的水資源更少,因此,蒸發(fā)的水量大幅度降低,減少了產(chǎn)生土壤深層滲漏、地表徑流問(wèn)題的發(fā)生概率。相比傳統(tǒng)的灌溉模式,滴灌可以節(jié)約35%~75%的水資源,在滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)需水量的同時(shí),灌溉耗水量明顯下降,可緩解水資源浪費(fèi)問(wèn)題,灌區(qū)的節(jié)水灌溉效果更好。2.5膜上灌技術(shù)的應(yīng)用膜上灌技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)為灌區(qū)內(nèi)使用地膜覆蓋栽培模式,在實(shí)際應(yīng)用中,將原先設(shè)置于地膜附近的灌水轉(zhuǎn)變?yōu)槟ど狭魉哪J?,沿放苗孔、?zhuān)門(mén)打在膜上的滲水孔或膜縫滲下,浸潤(rùn)土壤的方法滿(mǎn)足作物需水??蓾M(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的需水要求,達(dá)到較好的節(jié)水效果。當(dāng)灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物為地膜栽培條件下的棉花、玉米、花生、豆類(lèi)、瓜類(lèi)、糧棉套種(小麥+棉花)、糧油套種(小麥+花生)等,即可應(yīng)用膜上灌技術(shù)[2]。相比以往地膜覆蓋栽培中的溝灌水模式,膜上灌技術(shù)的節(jié)水效果更強(qiáng)、水資源利用率更高。實(shí)踐結(jié)果表明,膜上灌比溝灌節(jié)水25%~30%,水資源的利用率能夠增長(zhǎng)至80%以上;若在水資源相對(duì)匱乏的灌區(qū)引入膜上灌技術(shù),節(jié)水率可以提升至40%~50%;若將膜上灌技術(shù)與管道輸水灌溉結(jié)合使用,水資源的綜合利用率最高可達(dá)到90%。
3農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探究
第一,農(nóng)業(yè)田間灌溉工程配套建設(shè)。在輸配水過(guò)程中,渠道防滲及管道輸水是主要節(jié)水策略,應(yīng)在保留、維護(hù)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)上,結(jié)合灌區(qū)實(shí)際選定更為合理的輸配水節(jié)水策略,結(jié)合農(nóng)田節(jié)水工程的展開(kāi),促使農(nóng)業(yè)田間灌溉工程配套設(shè)施的建設(shè)升級(jí),徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的、落后的灌溉模式。應(yīng)發(fā)揮灌區(qū)內(nèi)已建骨干工程(如聊城位山灌區(qū)內(nèi)的“堂邑葫蘆小鎮(zhèn)三區(qū)聯(lián)建”項(xiàng)目)的作用,進(jìn)一步提升區(qū)域內(nèi)水資源的利用率,在保證農(nóng)田產(chǎn)量與農(nóng)作物質(zhì)量的基礎(chǔ)上,可降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源消耗量,推動(dòng)灌區(qū)內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。第二,農(nóng)業(yè)灌溉中的信息化管理。積極展開(kāi)信息化建設(shè),引入現(xiàn)代化、信息化、信息化技術(shù),提升灌溉管理系統(tǒng)反應(yīng)迅速性與靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中,可納入輸配水自動(dòng)量測(cè)與監(jiān)控技術(shù)及其設(shè)備,確保迅速、全面、真實(shí)掌握灌區(qū)內(nèi)的水資源情況,包括河流與渠道水位、流量、水泵運(yùn)行現(xiàn)狀信息等,依托無(wú)線(xiàn)網(wǎng)將采集的信息傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)展開(kāi),統(tǒng)一分析處理,為配水工作的科學(xué)化展開(kāi)提供決策支持。應(yīng)積極使用土壤墑情自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及其設(shè)備,形成更為科學(xué)合理的農(nóng)田灌溉規(guī)劃,以達(dá)到適時(shí)、適量的精細(xì)化灌溉的效果。第三,工程措施與農(nóng)業(yè)措施的綜合性應(yīng)用。持續(xù)發(fā)展、應(yīng)用農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合技術(shù),提升節(jié)水灌溉的質(zhì)量與效率。此時(shí),需要對(duì)不同農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的組合配套使用展開(kāi)探究與實(shí)踐,結(jié)合灌區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況,形成更具針對(duì)性、特色性的高效節(jié)水灌溉綜合技術(shù)。第四,節(jié)水管理技術(shù)的升級(jí)。在灌區(qū)內(nèi)搭建統(tǒng)一的水資源管理制度,逐步推行“總量控制、定額管理、配水到戶(hù)、公眾參與”的節(jié)水管理機(jī)制,強(qiáng)化對(duì)先進(jìn)節(jié)水管理措施的推廣與落實(shí)。農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),主要可分為三部分。第一,向智能化方向發(fā)展。從目前情況看,傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)具有較強(qiáng)的落后性、限制性,已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化農(nóng)田灌溉需要,未來(lái)節(jié)水技術(shù)需要不斷向智能化方向逐步推進(jìn)。通過(guò)構(gòu)建智能系統(tǒng),對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行全面了解,依靠大數(shù)據(jù)對(duì)作物的生長(zhǎng)情況、影響因素等進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì),其中包括溫度、濕度、水分和土質(zhì)等,將相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集、整理和分析,再儲(chǔ)存到智能系統(tǒng)中,可達(dá)到節(jié)水灌溉的目的。第二,向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù),對(duì)節(jié)水管理系統(tǒng)及控制軟件進(jìn)行優(yōu)化升級(jí),加強(qiáng)對(duì)節(jié)水設(shè)備的控制性能。為了避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、系統(tǒng)問(wèn)題等,需要設(shè)置專(zhuān)業(yè)人員對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)運(yùn)行步驟等進(jìn)行完善、優(yōu)化,有利于推進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展進(jìn)程。第三,向自動(dòng)化方向發(fā)展。通過(guò)在灌溉控制系統(tǒng)中安裝中央處理控制器,可有效實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳,對(duì)灌溉頻率、時(shí)間等進(jìn)行自動(dòng)控制,保障節(jié)水灌溉技術(shù)具有合理性、科學(xué)性和實(shí)效性。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述,為了確保可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供充足的水資源,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源消耗量,須將高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田水利工程中。在位山灌區(qū)的實(shí)踐中,通過(guò)應(yīng)用渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水灌溉技術(shù)、噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、膜上灌技術(shù),結(jié)合對(duì)灌區(qū)現(xiàn)有建筑物的持續(xù)性維修配套和改造,提升了水資源的節(jié)約效果及利用率,推動(dòng)了灌區(qū)農(nóng)業(yè)及水利事業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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作者:谷加平 單位:聊城市水利工程總公司