农田水利灌溉中滴灌设计分析

张 兵

（社旗县水利局，河南 社旗473300）

在农田水利灌溉工程建设中，采用滴管设计，能提高灌溉便利性、减少水资源浪费、降低成本投入、控制农业生产温湿度、增加农作物产量，并实现对原生土壤结构的保护，整体提升农业生产效率，最大化发挥农田水利灌溉工程的经济效益、社会效益、生态效益［1］。

1 农田水利灌溉中的滴灌设计概述

1.1 技术原理

滴灌是将具有一定压力的水过滤后经管网和出水管道（滴灌带）或滴头，以水滴的形式缓慢、均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法。与其他灌水技术相比，滴灌具有许多不同的特点，其系统组成和其他灌水方法也不同。滴灌系统由水源工程、首部枢纽（包括水泵、动力机、过滤器、肥液注入装置、测量控制仪表等）、各级输配水管道和滴头四部分组成。

滴管系统的主要组成部分有动力及加压设备（包括水泵、电动机或柴油机及其他动力机械）、水质净化设备或设施有沉沙（淀）池、初级拦污栅、旋流分沙分流器、筛网过滤器和介质过滤器等、灌水器、化肥及农药注入装置和容器（包括压差式施肥器、文丘里注入器、隔膜式或活塞式注入泵，化肥或农药溶液储存罐等）、控制和量测设备（包括水表和压力表，各种手动、机械操作或电动操作的闸阀，如水力自动控制阀、流量调节器等）、安全保护设备（减压阀、进排气阀、逆止阀、泄排水阀等）。

1.2 技术优势

在滴灌条件下，灌溉水湿润部分土壤表面，可有效减少土壤水分的无效蒸发。同时，由于滴灌仅湿润作物根部附近土壤，其他区域土壤水分含量较低，因此，可防止杂草生长。滴灌系统不产生地面径流，且易掌握精确的施水深度，非常省水。由于滴灌是缓慢、匀速、低流量进行的，所以不会破坏土壤结构，可以保持土壤通风和透气条件良好。通过滴灌施肥，可以为植物提供充足的养分，并且使土壤水分始终稳定处于低张力状态，便于肥水的吸收利用，可以在提高农作物产量的同时，提高和改善农产品的品质，使保护地的农产品商品率大大提高，从而提高经济效益。滴灌技术能够有效降低土壤湿润度，可以减少许多病虫害的发生，并可以减少农药用量并提高农药使用效果。由于滴头能在较大的工作压力范围内工作，且滴头出流均匀，所以滴灌适用于地形有起伏的地块和不同种类的土壤。同时，滴灌可减少中耕除草次数，也不会造成地面土壤板结。

2 农田水利灌溉中的滴灌设计要点

在现代滴灌设计实践中，形成了系统性设计与配套性设计相结合的基本思路。

2.1 系统性设计要点

在农田水利灌溉工程的系统性滴灌设计中，主要应用产业化思维，形成针对滴灌设计项目的设计环节及材料环节、生产建设环节、订单处理环节、市场营销环节、售后服务环节。因此，在系统性设计实践中，逐渐形成了内容相对完整、分工环节清晰明确的产业化运营模式［2］。在系统性设计条件的限定下，滴灌设计环节实质上决定了后续滴灌项目产品的使用方式、应用效果和综合效益。另外，在系统性滴灌设计中，需要考虑村级单位、村级联合单位条件下的枢纽中心设计、主管道设计，进而配合主管道，做好相应的管网连接点分布与设置。值得注意的是，在系统性滴灌设计环节，要做好滴灌项目产品整个产业链的资源分布调研，完成整体上的施工材料选择、施工工艺确定、施工技术限定及施工方案设计，确保施工流程标准化，进而达到对后续施工质量与施工安全的有效管理和控制，提高整体施工水平。

2.2 配套性设计要点

配套性设计侧重于专项设计，包括管网设置、输配水道设计、枢纽设计、水泵设计以及与之密切相关的滴灌效益控制等。

2.2.1 管网设置要点。首先，设计滴灌项目产品时，要先做好对轮灌区的合理划分与科学布局。例如，首部枢纽系统的设计基本上决定了管网的具体设置，因而可以根据具体的规范条例与管理机制，将行政区划与滴灌管网路线选择等对应起来，避免后续因行政区划、管理权限等造成矛盾及利益纠纷。

其次，管网设置要与农作物的实际生长情况相一致。具体而言，应先进行农田水利资源分析，包括农田面积、农田分布、水利工程条件、水利工程线路等，再结合实际的种植方向、种植作物，合理地调整管网中主管道、次管道、分支管道分布与占比。例如，需要将管网埋设于地下，以规避参差不齐问题［3］。同时，应结合当地气候条件等，保障管道所处环境的温度与湿度适宜，避免出现阳光直射与冰冻损坏等问题。

最后，在具体的埋设深度设计方面，应将其控制在1.0 m以内。对于加压泵设备的设计，则应按照主干管道、次干管道或分支管道之间的直接输水需求，使加压泵设备的设计能满足二者具体输水时的压力需求。例如，应用滴灌系统时，需要按照一定的时间间隔将输送管道中的水滴入农作物根部区域，合理确定管道线路长度、滴灌节点数量、压力等数据。另外，将滴灌系统布置为鱼骨形时，应将主干管道的埋设位置设计在0.8 m以内，并将次干管道或分支管道设置于地面位置。由于鱼骨形布置方法应用相对普遍，应用频率相对较高，设计经验相对丰富，建议具体设计时针对各类同类型管网设置方案进行比较分析，从而提升管网设置的科学性［4］。从管材选择方面来看，聚乙烯塑料（PE）管的应用效果较好，可以选择直接插入的方法，一般要求其壁厚不小于0.5 mm。

2.2.2 输配水道设计要点。首先，当前我国水利工程升级改造工作正在快速推进，已实现农业、水利、资本、技术等各方面的资源优化配置。尤其是农村地区推行“政府+企业合作模式”“企业+农户股份合模式”及独立的企业与农户市场化交易模式，扩增了乡村区域范围内的市场要素配置资源功能。因此，在输配水道设计实践中，设计者需要充分做好资源调研工作，将输配水道的设计指标细化并趋于完善。

其次，需要明确节水需求，将滴灌输配水道设计与“节能减排”政策结合起来，从而实现滴灌方式下的水资源节能目标。一方面，对水道位置、水道流量及其变化、输配方式、水道安全等设计内容进行全要素分析，确保每个环节要素的完整性，并制作针对输配水道的要素清单。设计人员可以根据要素清单，复核自身设置的设计提标、控制标准是否与实际的要素构成相一致，从而有效提高每个输配水道的安全控制水平。另一方面，为有效提高滴灌设计方案的应用效果，设计输配水道时应充分考虑材料的选择。例如，在前期滴灌技术的应用中，多采用聚氯乙烯（PVC）材料，这种材料易老化且存在一定的污染，浪费严重。现阶段，可选择应用效果相对较好的聚乙烯材料来解决此类问题。同时，对于滴灌系统的压力控制，尤其是对于管道规格的标准设置，应采用均匀分配方式，既有利于避免设计中的计算不便，也能提高后期的施工效率以及合理控制流量。

2.2.3 枢纽设计要点。在枢纽设计方面，需要强调首部枢纽的重要性。从以往的滴灌设计经验来看，在首部枢纽设计过程中，需要对过滤结构进行功能分析，提高过滤结构设计水平。例如，灌溉水应选用清洁的水资源，因为杂物的存在，如藻类、泥沙等，不仅会对滴灌系统造成堵塞，而且会使滴灌管头受到侵蚀与损害，因此，需要做好过滤结构设计。另外，建议对各类型的过滤器进行性能分析，选择合适的过滤器。例如，介质过滤器适用于漂浮物相对较多的水源，网式过滤器适用于水质相对较好的水源，离心力过滤器适用于含沙量较大的水源。在实际设计过程中，需要始终贯彻“调查为先”“因地制宜”的基本原则［5］。

2.2.4 水泵设计要点。在滴灌设计中，动力来源于水泵。然而，在不同的滴灌设计方案下，水泵设计存在较大差异，需要从流量、扬程、规格、能耗等方面进行综合分析。现阶段，各地已建立内容相对完善的信息管理系统，因此，设计人员可以根据设计项目所在地的实际情况，通过信息管理系统查询相关历史数据，结合市场调研结果，对比历史数据与市场调研数据之间的差异，通过水利数据实验方法、工程质量检测方法，对相关水泵进行基本原理方面的简易模拟试验，或者利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）先建立可视化的数据模型，再进行参数计算等，以选择与整个滴灌项目相匹配的水泵。

2.2.5 滴灌效益要点。除以上配套性的专项设计之外，在实际的滴灌设计实践中，一方面需要做好设计成本控制，另一方面需要在设计环节做好对滴灌效益的合理预期。因此，应打破“效益集于一隅”的固化思维与偏见，根据实际建设需求和管网、管道、管线分布情况，设计多套方案，通过比较其综合效益，选择较优方案［6］。

3 结语

在农田水利灌溉工程建设中，节水十分关键。滴灌作为当前使用频率高、推广范围相对较广的技术，形成了以产业化为主导的发展模式。在滴灌设计过程中，一方面应注重总体设计方面的系统性；另一方面应对滴灌设计的各环节做好质量控制。因此，建议结合实际的滴灌需求，加强系统性设计与配套性设计，为后续农田水利灌溉工程建设提供有效支持。