丝路沿线干旱区高效节水灌溉工程优化设计要点分析

2021-03-31王舜奇

居业 2021年6期

王舜奇

(甘肃省张掖市临泽县农业技术推广中心，甘肃张掖 734000)

1 高效节水灌溉工程概述

高效节水灌溉工程是指按照《节水灌溉工程技术规范》(GB/T50363-2006)、《喷灌工程技术规范》(GB/T50085-2007)、《微喷工程技术规范》(GB/T50485-2009)、《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》(GB/T20203-2006)相关的规范，在高效节水灌溉项目区域位置根据灌溉面积、水资源状况、地形情况、土壤类型、作物种类、灌溉方式等建设的节水灌溉设施及系统，并采用高效管理的方式促进节水灌溉系统的运营。因各区域的地理条件的差异，一般各地区采用的高效节水灌溉方式不同。最常见的有滴灌、喷灌、微喷灌、管道输水等技术[1]。

2 丝路沿线干旱区高效节水灌溉工程的常见技术及发展现状

2.1 甘肃沿线

甘肃丝路沿线温湿度A<0.33和A>0.33的区域存在交叉性分布的特征，因此部分地区采用滴灌或管道运输管带，部分地区采用喷灌。目前，有效灌溉面积已经超过了1300千公顷，高效节水灌溉面积超过600千公顷，高效节水灌溉面积约占有效灌溉面积的48%，部分地区的高效节水灌溉面积达到55%。其中有一部分干旱区采用膜下滴灌技术，为甘肃季度干旱区粮食带来一倍的增产效果，促进了丝路沿线干旱区农业经济的发展。

2.2 新疆沿线

新疆丝路沿线大部分区域的温湿度A<0.33，再结合新疆地区气候特征、土壤条件等，新疆丝路沿线多采用地面滴灌、地下滴灌、微灌、管道输水节水灌溉技术等设计高效节水灌溉工程。其中吐鲁番地区、塔里木盆地、准格尔盆地和天山南北坡等地多采用微灌、滴灌或地下滴灌技术，准格尔西北部、博尔塔拉河上游、伊犁河上游、塔额盆地、昭苏和巴里坤盆地等地采用喷灌技术。目前，有效灌溉面积已经超过了3600千公顷，高效节水灌溉面积超过1700千公顷，高效节水灌溉面积约占有效灌溉面积的48%，部分地区的高效节水灌溉面积达到50%[3]。

3 不同高效节水灌溉工程的设计要点

不同高效节水灌溉工程设计的关键在于计算工程量，根据工程实际情况和农田水利灌溉需求选择水源灌溉输送管、灌溉系统的形式及规格、管道布置的形式及结构、灌溉技术的确定、灌溉设备的选择等。滴灌节水灌溉工程设计的重点在于灌溉定额的确定。喷灌节水灌溉工程设计重点在于喷灌方式的选择。微喷灌节水灌溉工程设计重点在于支管管网的设计、管材的选择、喷头的选择以及水质的净化。管道输水节水灌溉工程设计重点在于确定输水管道的流量、直径、压力计算等。确保不同节水灌溉技术设计要点的合理化是提高节水效果、降低灌溉系统运营管理成本和延长灌溉系统寿命的关键。

4 现代化农业高效发展的需求

以节水灌溉工程为例，传统的节水灌溉工程的目标设定为节约水资源、高效利用水资源，而现代化农业节水灌溉工程面向的是绿色、高效、环保的农业生产。这些变化对节水灌溉设备及其技术提出了更高的要求。它需要节水灌溉设备在半自动化或自动化的基础上满足节能减排、综合管理、高效利用的功能。此外，还需要设备具备通讯联网的功能，拥有多个系统接口，以便于接入灌溉系统，来实现系统化的管理。在系统设计上，要求节水灌溉工程具备互网互通的功能，以方便各区域之间的信息传输与大数据分析管理，并针对大数据分析的结果来实施针对性的管理，由总机调控各区域的设备，实现标准化的节水灌溉管理，降低运营管理成本。

5 高效节水灌溉工程提出优化设计策略

5.1 分组轮灌设计

分组轮灌设计指将根据农业种植的类型对农业灌溉区域分为若干轮灌组数，根据不同农作物的管带需求设置灌溉管网、毛管、支管等，设计与农作物生长期水的需求量向适应的灌溉次数、灌溉流量、灌溉时间等，从而实现精准化的节水灌溉，提高节水灌溉的效果。轮灌组数的设计要经过严格的计算确定。以滴灌系统为例，轮灌组数的确定参考如下

N≦CT/t

其中C表示灌溉系统一天的运行时间，t表示一次灌溉水的持续时间，T表示灌溉周期，N表示轮灌组数。C一般控制在12～22h之间，t一般控制在6h以内，T一般控制在4～15d。按照式1计算出轮灌组数，在结合管网的实际情况划分轮灌组，以实现对轮灌组灌溉的精准管控，提高农业灌溉的效率。基于轮灌设计的节水灌溉系统有利于后期精细化管理，将节水灌溉工程的价值发挥到最大。

5.2 灌溉流量设计

灌溉流量的设计同样是为了实现对农作物灌溉的精准管控。正常的流量设计适应灌溉高峰期渠道通过的流量，部分地区需要扩大灌溉面积，或地区干旱情况较为严重，需要加大输水量、增大流量，就需要在正常流量的基础上计算出增大流量的设计，确定百分比，在根据增大流量的百分比设计各渠段渠道的深度、宽度，确保各段渠道的断面水位能够实现最优的衔接，为节水灌溉创造条件。以喷灌为例，喷灌系统在不同的坡度下需要的水源动力、水泵、管道系统、喷头等设施不同。经过灌溉流量的设计，确定最佳的流量，有助于自流灌溉下实现喷灌系统节能和高效灌溉，降低灌溉运营管理的和维护的成本。

5.3 管材选择

设计高效节水灌溉工程中，管材的选择也影响着灌溉效率和建设成本。管道性能在符合规定的高效节水灌溉要求下建议选择成本最低的。盲目的选择高性能的管材会造成管材的浪费，而选择性能较差的管材则会造成灌溉系统寿命缩短，增加后期维护成本，还会影响灌溉效果。在高效节水灌溉系统中，常用的输水灌溉管材包括无缝钢管、石英玻璃钢管、球墨铸铁管、镀锌钢管、焊接钢管等。设计高效节水灌溉工程时，要根据地区气候特点、高效灌溉节水工程设计的要求及具体的灌溉需求选择管道管材。其中承压性要求较高的灌溉工程可采用钢管管材，对承压性要求较低时可选择运输方便、韧性较好的塑料管材。管材口径规格根据灌溉系统设计的流量、流速等参数选择，确保灌溉系统管道能够满足高效节水灌溉工程的安全、高效、防腐等各项需求。

5.4 结构布局设计

随着农业现代化的建设，集约化的农业生产为丝路沿线干旱区农业种植提供了新的发展方向。为适应集约化农业种植，丝路沿线建立起越来越多的小型农田水利系统工程。小型农田水利系统工程在结构设计上采用分段分布式结构设计。整体框架上根据各区域农田水利灌溉的特点进行分段，在根据分段灌溉设计详细的输水管网及灌溉设施设备的布局。分段农田水利灌溉系统的设计要充分体现因地制宜、因水源制宜、因作物制宜、因种植方式制宜的原则。设计者要将先进的灌溉技术与现代管理技术相结合，提高节水灌溉的技术水平和管理水平。

5.5 系统管理设计

为实现高效节水灌溉工程的信息化管理，在设计上要增加智能终端监控设备，管理系统结构采用分布式结构设计，将同一区域的农田灌溉工程全部接入灌溉管理系统。对于生产节水灌溉设备的厂家而言，应设置设备管理系统，实现对丝路沿线干旱区域推广的设备的动态化追踪服务，根据设备远端监控的数据及时的对设备进行维护，预测设备可能存在的故障和隐患，以提高灌溉设备的使用效果。生产厂家还可以根据“互通互通”的通讯服务，对灌溉系统进行远端优化升级，以适应小型农田水利工程的系统更新及信息化管理。