大中型农业滴灌设计现存问题及改进建议

景俊生

（甘肃酒钢集团宏源新实业有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

1 大中型农业滴灌设计概述

滴灌系统由引水部件、首部控制枢纽、配水管网以及灌水器几部分共同组成（见图1）。在滴灌系统中，最大的能量损失是由管道水头损失和灌水器内部复杂流道对水能消耗造成的，这使灌水器受工作压力变化的影响较小，出水量小而稳定；系统中对造价影响最大的因素是水头即工作压力，其中系统首部、管网、过滤设施、灌水器等的价格均与工作压力成正比，即造价随压力增大而提升。

图1 滴灌系统装置示意图Fig.1 The schematic diagram of drip irrigation system

当前，大中型农业滴灌系统常用的灌水器及毛管工作压力为10 m，在确保灌水均匀度的基础上，滴灌系统的工作压力均可降低。从整体来看，我国大中型农业滴灌设计主要存在以下几个难点：第一，我国大中型农业滴灌设计通常使用较高工作水头，系统中滴头平均工作水头是滴灌系统设计及运行中最为重要技术参数之一。其中，滴头工作压力越高，则水泵扬程越高，所需能耗费用就越高。第二，设计中大多使用较大管径的贴片式滴灌带。此类滴灌带虽能够实现节水灌溉，但造价较高，制约了滴灌技术的推广应用。滴头的工作压力越大，则毛管、支管和干管要承受的水压力越高，使用的管道壁厚混合耗材量也会增加，这使得投资费用大大提升。第三，就远离居民点或者村庄的农田而言，系统电源供应也是设计中存在的重要问题之一。

2 大中型农业滴灌设计现存问题

由于滴灌技术在许多地区尚处试验、摸索阶段，因此在大中型农业滴灌设计中存在许多问题。

2.1 滴灌运维成本较高

滴灌技术在运维成本中投入相对较高，对农业生产而言，是一笔不小的支出。首先，日常维护中人工费过高。同时，滴灌带、连接滴灌带的地面铺管及滴灌带配件在使用过程中需定期更换，由于购买厂家不同，且系统中许多精细零配件难以重复利用，造成每年支出居高不下。最后，由于滴灌带的质量参差不齐，重新购买和运维的成本加大。

2.2 滴灌带质量难以达标

滴灌带质量参差不齐也是阻碍滴灌发展的重要因素之一。当前在市场上的滴灌带质量和规格标准难以达标，管道选径偏小，如换种其他作物，现有地埋供水管道无法利用，需重新设计铺设管道。

2.3 滴灌接头容易堵塞

滴灌系统庞大且结构复杂，且由灌水器、过滤器、施肥灌等所组成，为了降低成本，管径均选用较小的管道，加大了维修难度和投入成本。当前大中型农业滴灌大多采取井水灌溉的方式，其中存在大量泥沙，造成滴灌堵塞且不易解决，因此，会存在接头易堵塞、盐蚀松动漏水等故障，大大制约了滴灌技术的使用和推广。

2.4 配套设施尚未完善

由于之前自动化远程控制技术不太成熟，一般是用水压控制阀门，为了运行操作方便和有效控制阀门，阀门基本是集中安装。使灌溉时间、制度难以进行统一实施，造成灌溉不均匀。难以根据不同农作物实际生长需求进行供水，不仅有碍农作物的生长，同时也制约了农业生产的经济效益[1]。

3 大中型农业滴灌设计改进建议

3.1 大中型农业滴灌设计建议

系统滴灌设计，见图2。首先要考虑水源设计，该设计包括系统水泵、净化过滤器、在灌溉同时进行施肥及防治虫害物质添加的肥料罐、水源流量控制器等，在此过程中，可通过取消二级首部过滤设备，在设计时泵房过滤器精度一次性达标。借助设备的综合利用，实现滴灌设计的自动化控制，进一步提升灌溉效率，降低灌溉难度。对于滴灌系统的管道设计而言，管道设计是最重要的环节之一，管道除输水主干管道外，还有支管、毛管等多种类型，因此，可利用现在较成熟的智能化远程控制技术装备进行管道设计，管径大，以便更换作物后能够利用。同时，将阀门分散到田间，降低管道铺设用量，借助在多个部位安装压力器和阀门等方式，使水源能够输送到滴灌管道中的各个部位，进而发挥更好的效果；滴头作为水流经过对农作物进行灌溉的重要部分，要确保其位于土壤的表面或土壤浅表土层，不仅能够保护滴头，也可确保滴灌效果[2]。还可通过建立集控中心，通过电脑或手机app进行远程控制启停和灌水单元的开关。

图2 滴灌系统优化设计图Fig.2 The optimal design of drip irrigation system

3.2 大中型农业滴灌设计要点分析

对于滴灌系统的过滤器设计而言，在滴灌系统设计过程中，过滤器的重要性不言而喻[3]。考虑到滴灌系统中滴头孔洞较小，若难以借助过滤器将水源中较大杂质过滤清除，则易导致滴头堵塞，进而严重影响滴灌系统的运行和灌溉效果，甚至还可能导致爆管。对于滴灌系统的管道分布设计而言，考虑到管道分布是否合理的问题，有如下两点建议：一方面，若管道分布过密，则滴灌过程中水分消耗会增加，这就造成了水资源浪费问题，影响滴灌系统节水效果；另一方面，若管道分布过于分散，造成某些区域灌溉不到，使灌溉效果大打折扣，从而制约农作物质量和生长，不利于农业生产的发展；对于滴灌系统的压力设计而言，要充分考虑合理、有效的设计输水压力。基于此可借助安装压力仪表和控制仪表的方式控制输水压力，对此一是要防止输水压力不足，造成水源难以达到远处滴灌管道的滴头，二是避免由于压力过大造成滴灌系统的管道损坏，形成水资源浪费，进而影响滴灌的效果和农作物的生长。

除上述内容外，针对滴灌带毛管与主管衔接接头处毛管容易滑丝脱开、毛管质量差，造成的管身喷水、规格不达标等一系列问题，还需要进一步研究完善滴灌技术，升级滴灌配套设施结构和材料，进一步完善滴灌滴头设计，可采用新材料或接头螺旋丝嵌入和铆钉环扣等方式，实现优化升级。与此同时，还有必要因地制宜，按照作物的种类进行集中或分散供水、净化处理、液肥施肥等技术，这一方面可以实现蔬菜类经济作物与粮食作物在时间和水量上的异样要求，还可进一步保障滴灌技术配套标准化、规范化的开展，进一步提升农业生产的经济效益[4]。

4 结论

大中型农业滴灌技术对农业生产健康发展具有重要的促进意义，基于此进一步优化完善相关设计，有助于农作物的生长，确保其质量稳步提升。面对未来，在大中型农业滴灌设计时，要在充分掌握其理论和要点的基础上，结合实际情况合理设计，进而满足农业生产的发展需要，促进和农业灌溉技术持续进步。