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甘肃地区高效节水灌溉技术应用情况及存在问题

2023-07-11 127 上传者：管理员

摘要：结合甘肃地区的实际情况，从环境气候特点和节水农业现状入手，分析高效节水灌溉技术的应用情况及存在的问题，指出节水农业中滴灌技术的实施要点。实践证实，发展节水灌溉技术满足甘肃地区的农业生产实际需求，只有因地制宜合理选择节水灌溉技术，才能提高节水效果，推动农业经济健康发展。

关键词：
技术要点
水利工程
甘肃地区
节水农业现状
节水灌溉
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根据2021年《中国水资源公报》，我国水资源总量为29 638.2亿m3，全国用水总量为5 920.2亿m3，其中农业用水量为3 644.3亿m3，占比达61.5%。可见，农业在发展过程中对水资源的需求比较大，为了解决水资源时空分布不均匀的问题，建设农田水利工程是有效方法[1]。在水资源紧缺地区，采用工程和技术措施发展高效节水灌溉项目，以提高水资源的利用效率，目前高效节水灌溉技术得到了大力推广。甘肃地区缺水干旱现象较为严重，人均水资源占有量严重不足，干旱荒漠区光照时间长，地表水蒸发量大，再加上工业用水和生活用水量增加，这些因素叠加在一起，进一步加剧了水资源短缺问题。在此背景下，引入高效节水灌溉技术势在必行，以下结合实践进行探讨。

1、甘肃地区的环境气候特点和节水农业现状

1.1地理环境特点

甘肃位于我国西北地区，总面积42.58万km2，下辖12个地级市、2个自治州。甘肃地形狭长，地貌复杂多样，包括陇南山地、祁连山地、陇东中黄土高原、甘南高原、河西走廊等，山脉纵横交错，海拔相差悬殊。在气候方面，甘肃气候类型多样，包括亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性干旱气候、高原高寒气候四种类型，年平均气温0～15℃，年均降水量在36.6～734.9mm。在水资源上，2021年甘肃水资源总量为277.3亿m3，人均水资源量1 114 m3，比2020年下降32.2%。综合来看，在特殊的地理环境和气候条件下，甘肃地区水资源缺乏，这对于农业发展而言是一个挑战。

1.2节水农业现状

发达国家的实践证实，即使在干旱的沙漠地区，采用高效节水灌溉技术，也能解决农作物的用水问题，从而推动农业生产的变革[2]。甘肃省经过多年探索，提出“3J”农田节水技术，包括灌区节水、旱区集水、高寒阴湿区截水。具体来看，灌区节水是采用垄膜沟灌、垄作沟灌、膜下滴灌、水肥一体化等技术，提高水资源利用率，促进产业发展。旱区集水是采用全膜双垄集雨沟播、集雨补灌等技术，解决降雨少、时空分布不均问题。高寒阴湿区截水是采用注水补灌、移动滴灌、软体水窖等技术，兼顾经济效益和生态效益。“3J”农田节水技术的应用，实现了节地、节药、节肥、节水、省工的目标，推动传统农业向现代农业转变。

2、甘肃地区高效节水灌溉技术应用情况及存在问题

2015年国家出台《全国农业可持续发展规划》，重点解决水资源紧缺问题，提出在西北地区积极推进喷灌、管灌、微灌、滴灌等节水工程。结合甘肃地区实际情况，对喷灌、微灌、低压管灌等技术的应用进行介绍，并且提出存在的问题。

2.1喷灌技术

喷灌是使用专业设备，将压力水输送至目标地点，经喷射形成水滴滋润农作物。与地面灌溉相比，喷灌技术的优势包括：第一，灌溉均匀，保土保肥，不会造成径流和渗漏，节水率达到30%～50%；第二，适用范围广，包括粮食作物、经济作物、苗圃、蔬菜、果树等，占地面积小，可节省土地7%～13%，用工量也有一定程度减少；第三，具有良好的增产效果，其中粮食作物增产率达到10%～20%，经济作物增产率达到20%～30%；第四，对于盐碱化土壤，采用喷灌技术是土壤改良的一种有效方式，不仅脱盐效果好，而且能缩短治理周期。

依据《2020甘肃水利发展统计公报》（以下简称《公报》），2020年全省喷灌面积4.05万hm2，占比3.74%，其中本年新增喷灌面积370 hm2，占比0.85%。甘肃省喷灌技术的应用，受到地域、资金、设备等因素的制约，存在的问题有：第一，现有的喷灌形式单一，喷灌面积较小；第二，用于喷灌的设备性能有待提升，随着使用年限增长老化较快，故障发生率提高，维修成本提高；第三，自动化管理程度低，尤其是计算机、智能化、3S等技术的应用不到位，尚不满足精准灌溉的要求。

2.2微灌技术

微灌是结合作物的生长需求，利用管道系统和灌水器，将水和养分以小流量的方式均匀、准确输送到作物根部，是水肥耦合的一项重要措施。其中，膜下滴灌是目前主推的一种微灌技术，它将局部浸润滴灌、作物覆膜栽培两种技术的优点结合起来。一方面能节水增产，减少地表水渗漏；另一方面能增墒保温，避免水分无效蒸发。相关数据显示，与地面灌溉、喷灌、普通滴灌技术相比，膜下滴灌分别节水80%、50%和30%[3]。而且，采用膜下滴灌技术，田间局部小气候得以改善，能发挥出水、肥、气、热的协同作用；降低作物根部土壤的盐分浓度，防止土壤发生次生盐碱化。

《公报》数据显示，2020年甘肃全省微灌面积30.05万hm2，占比27.75%，其中本年新增微灌面积28 550 hm2，占比65.72%。甘肃省微灌技术应用存在的问题主要有：第一，水肥耦合效应的研究不足，虽然可防止土壤次生盐碱化，但盐分并没有排出土体，没有从根本上消除盐分积累问题；第二，作物种植需要覆膜，生产过程中有不少地膜残留在土壤中，会破坏土壤结构，影响土壤中微生物的活性，甚至引发环境污染。

2.3低压管灌技术

低压管灌是在田间铺设低压管道，来代替明渠输水，显著减少了输水过程中的渗漏和蒸发量，输水效率提高至95%以上。相较于土渠、石渠、混凝土衬砌渠输水，低压管灌技术分别节水30%、15%和7%[4]。总结低压管灌技术优点，包括：第一，以管代渠，减小了输水渠道占地面积，土地利用率相应提高；第二，在低压管道内部输水，省时省工，输水速度快，且方便现场维护管理；第三，与喷灌、微灌技术相比，低压管灌工程的一次性投资成本低，尤其适用于新建的井灌区，具有较高的推广价值。

《公报》数据显示，2020年甘肃全省低压管灌面积24.79万hm2，占比22.89%，其中本年新增低压管灌面积12 530 hm2，占比28.84%。该技术在实际运用中，存在的问题主要有：第一，工程建设标准化程度不高，尤其是配套设施不完善，低压管灌系统的设计、施工和运维管理缺少完善的、严格的规范标准，尤其存在盲目施工现象，导致低压管道与电力、管井、水泵等系统不协调，没有完全发挥出节水效益；第二，由于管理制度缺乏，存在重建设、轻管理的问题，农户的节水意识不强，并没有参与到低压管灌的设计与运行管理中，导致后续使用中容易出现人为破坏等问题；第三，部分地区依然采用沟灌、畦灌方法，低压管道的使用不足，虽然具有一定节水效果，但节水效益比较低。

2.4其他技术

除了喷灌、微灌、低压管灌等节水技术，其他常见的节水灌溉技术还有微润灌、痕灌、分根交替灌溉等技术。以分根交替灌溉为例，它是利用作物自身的生长特性，通过气孔调节来适应水分盈缺。分根交替灌溉时，作物的一部分根系得到充分灌溉，保证作物生长需水量；另一部分根系则处于缺水情况，产生水分胁迫的根源信号，调节植物气孔开合度，在不影响光合作用下，减小水分蒸腾损耗。有学者在棉花田间进行试验，结果显示：采用隔垄交替灌溉的方法，灌水量减小30%的情况下，棉花产量仅仅降低了3%～5%；且棉花枝叶生长受到一定抑制，导致双纤花增加，棉花品格提高，总体来看产值几乎没有变化[5]。

《公报》数据显示，2020年甘肃全省节水灌溉其他工程面积49.40万hm2，占比45.61%，其中本年新增面积1 990 hm2，占比4.58%。这些技术在推广应用中，也存在一些问题。其中，微润灌、痕灌技术属于新型节水技术，尚未开展大面积田间实践，技术本身还有一些问题需要解决，例如灌水量小能否满足作物的实际需要，灌水器是否容易堵塞等。而分根交替灌溉技术，则需要解决以下问题：第一，针对不同土壤类型，所采取的分根交替灌溉方法也不同；第二，分根交替灌溉时，如何明确作物用气孔调节水分的最优需水值。第三，分根交替灌溉与肥料使用、盐分控制等技术相结合，进一步改善土壤性能。

3、节水农业中滴灌技术的实施要点

以甘肃省某地为例，该地区水资源较为丰富，但是分布不均匀。灌溉水源主要是河流湖泊，因水体周围有丰富的植被，水中的含沙量很低，水质良好。然而，该地缺少大型水利工程，导致蓄水、调水功能不足，限制了高效节水灌溉技术的推广应用。对此，通过分析当地实际情况，农作物以茶叶、甘蔗等经济作物为主，对作物的品质要求高，对比不同节水灌溉技术的优缺点，最终选择滴灌技术方案，实施要点介绍如下。

3.1首部枢纽工程

滴灌技术的应用，首先要解决水源问题。本工程中采用提水泵站作为输水动力，保证滴灌用水的稳定性。提水泵站选址于附近的一处水库，水库容积为580万m3，经测算能满足实际滴灌用水需求。在泵站内，配置3台单级单吸立式离心泵，水泵流量为300 m3/h，最大扬程为55m。泵房抗洪标准为10年一遇，主要建筑物包括前处理池、进水池、主泵房、过滤器、施肥罐等。

3.2滴灌系统设计

提水泵站建设完成后，下一步关键是滴灌系统设计。第一，确定关键技术参数，以满足作物滴灌用水需求。结合当地实际情况，关键参数设置见表1。第二，灌水器选用单翼迷宫式滴灌带，管道内径为15 mm，滴头流量为2.6 L/h，滴头间隔30 cm设置。在田间布置时，宽行种植的作物设置2条滴灌带，窄行种植的作物则设置1条。第三，在运行制度上，因整片灌区面积较大，采用分组轮灌方式，单条滴灌带的一次灌水时间为4h，每天轮灌5组，最大运行时间20 h，可满足作物的灌溉用水需求。

表1滴灌系统的关键参数设置表

3.3施工技术要点

滴灌系统的施工建设工艺流程：测量放线→土方开挖→铺设管网→管道测试。每一个环节的施工技术要点如下。

第一，测量放线。本工程中的测量放线作业，联合使用GPS、全站仪和水准仪等设备，先确定每个灌区的边界，根据图纸确定主干管与分干管的位置、开挖深度与宽度，然后确定阀门等设备的位置，最后确定支管、毛管的位置。

第二，土方开挖。开挖作业以设计图纸和测量数据为准，按照主干管、分干管、支管、毛管的顺序进行开挖。开挖时采用机械加人工的方式，现场设置专人指挥监督；开挖完成后及时验收，确保开挖位置、深度、宽度等指标满足设计和规范要求[6]。

第三，铺设管网。主干管和分干管的流量大、管径大，选用PVC材质；支管和毛管的流量小、管径小，选用PE材质。结合本工程实际，主干管总长约3.5 km，共计1条，设置在提水泵站到农田，控制11条分干管。分干管总长约4.8 km，双向布设在坡地上侧。支管总长约120 m，直径为90 mm，管壁厚度为3 mm，间隔1.1 m设置1个分流孔。毛管总长约75 m，设计流量为6.5 L/h。

第四，管道测试。所有管道铺设完成后进行试压运行，因地形起伏大，采用分段试压方法。按照管道压力设计的上限值，保压时间为1 h，对出现漏水的部位进行处理，必要时重新安装，直至符合压力要求为止。

3.4管道保护措施

管道保护主要包括两个方面的内容。一是水锤保护。水锤现象的出现，会对阀门和管道造成损害，甚至威胁操作人员的安全。对此，采取的保护措施是：在管网重要节点处，安装超压泄压阀或调压塔；同时操作人员在开启阀门时，要缓慢开启。二是管网压力保护。该地区因地形高差较大，加之水泵流量和扬程的影响，不同支管的进水压力存在差异，影响灌溉均匀性。对此，采取的保护措施是：在支管或毛管的进水口处，安装减压阀调节进水口的压力，保持压力处于稳定状态。本工程中，最终选用定比式减压阀，一方面能调节静压和动压，不会影响水流量；另一方面密封性良好，不易出现渗漏现象。

4、结语

高效节水灌溉技术的应用，是发展现代化农业的必然趋势，也是解决干旱缺水地区农作物需水问题的有效途径。文章结合甘肃地区的实际情况，详细介绍了喷灌、微灌、低压管灌等技术的应用情况和存在的问题，结合实际案例总结了滴灌工程的施工技术要点。希望为类似工程项目的建设提供参考，提高水资源利用率，加快现代农业发展步伐。

参考文献：

[1]聂辉高效节水滢溉技术在农田水利工程中的运用研究[J]农家参谋, 2022(20):132-134.

[2]黄珍,牛最荣,薛媛,等农户采用高效节水灌溉技术影响因素分析:以甘肃省张掖市实证调查为例[J]中国水利,2019(1):59-61.

[3]王文娟.提高农田水利工程节水灌既技术应用效率的策略研究[J]智慧农业导刊, 2022.2(14):88-90.

[4]蔺宝军,张芮,高彦婷,等.西北地区高效节水灌溉技术发展现状及对策[J].水利规划与设计, 2019(3):29-33.

[5]邱晓东,王浠浠,刘骏,等新形势下我国高效节水灌溉技术应用对策探讨[J]江苏水利, 2022(6):52-55.

[6]张海涛河西走廊高效节水灌既技术推广应用中存在的问题及对策[J]农机使用与维修, 2021(11):21-23.

文章来源：马建华.高效节水灌溉技术应用与技术要点分析[J].现代农机,2023,(04):60-62.