乡镇田间灌溉方案及对策研究

张瑞山

（大禹节水集团股份有限公司，甘肃 酒泉 735000）

世界上的水资源和能源愈来愈短缺，从长远来看，应用节水、节能的灌水方法已经成为全球范围内灌溉技术发展的总体趋势。加强农业节水设施的建设，转变农业用水方式，提高农业节水管理水平刻不容缓[1]。因此推广节水灌溉也就成为世界各国为缓解水资源危机和实现农业现代化的必然选择[2]。Dandy 和Hassanli[3]研究了复杂滴灌系统的最优控制和设计程序。Elmaloglou 等[4]采用圆柱湿润体模型为基础，研究了间歇点源入渗的水分动力特性，建立了点源滴灌滴头流量的数学模型。Badr 等[5]通过实验对马铃薯进行了地表滴灌和地下滴灌研究，认为地下滴灌比地表滴灌时水分利用效率更高。在我国常规滴灌系统常常采用人工控制球阀进行灌溉，受传统长期沟灌思维影响，种植户往往不能严格按照设计进行灌溉，经常人为延长灌溉时间和轮灌周期，最终造成滴灌系统运行异常，很难达到预期的节水增产目的[6]。自动化滴灌系统是世界先进国家发展高效农业节水的重要举措，由于减少了大量的劳动力，同时减少了因人工管理不当而造成的水资源浪费[7-8]。近几年来许多学者[9-11]对自动化技术在膜下滴灌的应用做了研究，阐明了生产中存在问题。朱俊峰等[12]提出根据主管压力控制不同位置的喷灌带工作条数和时间来确保喷灌稳定均匀的方法。张林[13]对小流量微压滴灌技术应用进行了基础研究，建立了微压滴灌灌水小区的设计方法。可大多都偏于理论为主，缺少用实时数据验证的案例。

本文以现有的节水灌溉技术为依托，结合金昌市六坝乡下七坝村地形、水源和种植作物等实际情况，设计适合该区高效节水灌溉方案。研究结果将对今后金昌市科学编制农田水利建设规划、提高农业抗灾和综合生产能力等提供决策的参考依据，为建设和谐金昌提供支撑。又能促进农业和农村经济的发展，提高农民的人均可支配收入，使农民增收脱贫，从而创造良好的社会发展环境，促进传统农业向现代农业转变，实现可持续发展。

1 研究区域概况

本研究区域地点位于金昌市六坝乡下七坝村（如图1 所示）。六坝乡地处“丝路古道”河西走廊东端、祁连山北麓，东与武威市青林乡接壤，西距永昌县城19km，北以风门山与河西堡镇为界。地势南高北低较为平缓，平均海拔1670m，属大陆性气候，全年日照时数为2884h，年平均气温4.8℃，年降水量140mm 左右，无霜期140d，具有适宜农作物生长的自然条件。下七坝发展河水滴灌面积9367 亩，其设计毛灌水定额为16.675m3/亩。根据项目区自然地形条件，将下七坝分为两个大的片区，1 号片区3857 亩，2 号片区5510 亩。因此需在下七坝修建蓄水池2 座，根据上下游高程衔接关系选址布置，结合实地可占用土地范围，将两个蓄水池容积分别定为6.5 万m3和9.5 万m3（见表1）。

表1 工程项目区分布情况表

图1 研究区域分布图

2 下七坝村田间工程设计

项目区主要种植作物规划为蔬菜，灌溉方式为离心泵加压灌溉。下七坝村规划种植面积为9367亩，可分为九个独立的系统进行灌溉。其中，系统一1108 亩，系统二978 亩，系统三740 亩，系统四1031 亩，系统五1156 亩，系统六1097 亩，系统七960亩，系统八1184亩，系统九1113亩。

2.1 方案规划设计

滴灌输水灌溉系统设计为固定式，由首部枢纽、各级管道、给水栓以及附属设备组成。为了防止由于车辆穿过，田间耕作，冻胀而造成破坏，同时为减少由于挖方对耕地土层的破坏，根据近几年已建项目运行状况，设计管道埋深为管顶以1.2m（做好排水）即可安全运行。管网布置根据实际地形，尽量沿“三边”（路边、渠边、地边）走，尽量减少破坏耕地土壤层，尽量减少横穿路、渠、林带，尽量不遗漏小地块，因地制宜地优化管道，布置出水口。

2.1.1 输配水管网布置

根据项目区地形，按照“管路短、控制面积大”的布置原则，按“山”字形和“丰”字形布置干管和分干管，管沟尽量走向靠近路边一侧。管沟抄平后，在干管、分干管最低处设置排水阀门，主干管与分干管交叉处设置检查井，便于灌溉控制。支管铺设于地面，每条支管均有一阀门控制，便于对轮灌组的管理和分化；毛管垂直于支管并沿农作物耕作垄平行铺设。为便于冲洗管道和冬季到来之前排干管中的积水，在干管及分干管的末端布置排水井；毛管平均铺设间距0.7m，由地面支管及阀门控制灌溉。

2.1.2 首部枢纽

为便于运行管理，首部枢纽位置定于蓄水池旁边。首部设备拟采用管道离心泵、“砂石+叠片自动反冲洗过滤器”、压差式施肥罐，同时在首部安装压力表、空气阀、闸阀、水表等设备和仪表。

2.1.3 灌水器

本工程采用侧翼迷宫式滴灌带，直径16mm，滴头间距0.3m，滴头流量2.0L/h，壁厚0.2mm，公称压力0.25MPa，工作压力0.1MPa。

2.2 灌溉制度的确定

滴灌工程实施后，项目区灌溉制度发生了变化。根据《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009），结合项目区气候条件以及当地灌水实践，参照周边地区已实施的高效节水滴灌项目，拟定了项目区玉米滴灌灌溉制度。

2.2.1 最大净灌水定额

式中：γ 为土壤容重，取1.35g/cm3；z 为灌水湿润深度，蔬菜0.4m；p 为土壤湿润比，70%；θmax、θmin为适宜土壤含水率上下限，分别取田间最大持水率25%、90%和65%；计算结果见表2。

表2 最大净灌水定额计算表

2.2.2 设计灌水周期

式中：Tmax为最大灌水周期（d），T 为设计灌水周期（d）；则计算得蔬菜的最大灌水周期为5.83d，则蔬菜的设计灌水周期取为5d；Ia为日耗水强度，由公式Ia=Ea-P0计算，Ea 为设计日耗水强度，P0为有效降雨量，鉴于永昌地区降雨集中在7～9 月，蒸发量是降水量的将近3 倍，设计灌溉系统为全额灌溉的特点，取P0=0 mm，则蔬菜Ia=Ea-P0=4.5mm/d。

则根据下式计算设计净灌水定额

计算结果见表3。

表3 灌水周期计算表

2.2.3 一次灌水延续时间

式中：Sl为毛管间距，取0.7m；qd滴头流量（L/h）；Se 滴头间距（m）；n 为系统滴头数量。计算结果见表4。

表4 灌水延续时间计算表

2.2.4 灌溉制度

在保证作物正常需水的情况下，减少系统的流量，降低工程投资，本系统采用轮灌工作制度。

式中：Nmax为系统最大轮灌组数（组）；N 为系统实际轮灌组数（组）；n总为系统滴头总数（个）；C 为系统日工作时间，22h；Q 为流量（m3/s）；计算结果如见表5：

表5 轮灌组计算表

滴灌系统采用轮灌方式运行，由干管轮流向支管供水，支管向毛管供水。玉米滴灌灌溉制度见表6。灌溉制度的制定不仅节约了用水量，而且对植物的最优生长有促进作用。

表6 玉米滴灌灌溉制度

2.3 乡镇田间农田水利工程保障对策研究

永昌县下七坝村农业基础条件差，生态环境脆弱，抵御自然灾害的能力较低等方面因素的制约，乡村两级经济基础相对薄弱，农业水利不能跟上农业农村现代化快速发展的步伐，严重制约农业特色产业的发展和质量效益的提高。项目区农业灌溉用水仍大量沿用习惯的大水漫灌灌水方法，致使水的利用率较低，渗漏损失严重，有效保灌质量不高，造成水资源浪费较严重。农户各自的经营理念不同，种植很难统一，灌水难以协调，形成农业种植结构布局没有明显的规模效益，且难以适应现代化农业对高效节水、机械耕种、集约经营等发展理念的要求，导致高效节水技术规模化发展受到制约。针对以上问题，提出项目建设实施运行管理策略如下：

1）建立机构，明确职责，加强领导和管理。小型农田水利设施项目建设是一项技术性强和群众性广的综合性工作，为了确保项目的顺利实施，必须建立相应的职能机构，实施协调机制，成立专门的领导小组，专人负责，充分发挥领导小组的职责，做好项目规划、组织协调和督查管理等工作，提高规划的组织实施，投入保障、技术保障、建设和建后运行管理等方面的政策，由相关部门围绕项目实施方案确定负责人员和技术指导人员，具体承担水利建设项目的实施工作，加强对工程建设的管理、监督、指导和领导，才能达到保质、按时、按量完成建设任务。

特别是各项目片区要将各项工作落到实处，要落实专人，明确职责实行目标管理，上级部门与各受益区相关单位和人员签订目标责任书，将任务层层分解、责任落实到单位和责任人，定任务、定工期、定质量、定地方配套资金的落实到位，并将工程建设纳入政府“三个文明”建设目标考核的重要内容。

2）建立制度，加强监管。小型农田水利设施项目建设，实施严格的质量措施，落实分级管理负责制，按规定全面推行项目评审论证制、项目法人负责制、工程招投标制、大宗材料物资政府采购制、工程监理制、项目公示制、建设资金县级报账制等十项管理制度，强化约束机制，加强监管，切实加强技术指导，严把质量关。从一开始就必须高度重视各个单位工程的验收工作，施工单位明确质量负责人，跟班检查，认真执行“三检”制度，初验由跟班作业人员负责，复检由各班组长负责，终检由工程质量负责人负责，严格每道施工工序，上一道工序完工验收合格后，方可进入下一道工序，对隐蔽工程和重要工序必须报请建设质检部门共同检查。业主在施工单位自检的基础上，对工程质量全面认真复检，凡发现不符合设计要求的，现场立即要求返工，一直达到设计规范要求。

3）加大投入，落实资金。为保证工程项目的顺利实施，各有关部门要互通信息，加强沟通，打破部门利益观念，搞好资金的使用管理，共同推进本次项目建设资金管理工作。财政部门应积极配合水利部门及时到位国家补贴资金，认真组织落实配套资金。

4）加强培训，提高素质。金昌市水务投资有限责任公司在工程实施建设中，及时组织参与工程施工和管理人员进行技术培训、经验交流，推广新技术、新工艺，吸收外地好的经验，提高施工人员和管理人员的整体素质及技术水平，更好地为我县水利工程建设服务。

5）加大宣传，提高认识。在项目实施中，采取召开不同规模、不同形式的现场会、电视台播放工程建设专题片等多种形式，广泛地宣传实施此次项目建设的重要意义和融资方式，深入贯彻党的方针、政策，大造兴水治水舆论，发动广大干部群众建设节水灌溉工程的积极性、主动性和创造性，营造兴建小型农田水利设施项目节水灌溉工程的良好氛围。

3 结论

本文通过对金昌市六坝乡下七坝村田间灌溉方案及对策研究，得到以下结论：

1）以金昌市六坝乡下七坝村为例，提出了适合当地地形、作物与种植方式的滴灌输水灌溉系统；明确滴灌系统采用运行方式—轮灌；制定项目区玉米滴灌灌溉制度。从而节约农业灌溉水量，促进了植物的生长。

2）乡镇农田水利工程建设对于促进农业发展具有重要的作用，当前乡镇农田水利工程建设存在诸多问题，发展困难。本文提出的几项措施能够有效促进乡镇小型农田水利工程的建设，更好的推动农村经济发展，具有良好的经济社会效益。