民乐县高标准农田地表水滴灌工程优化布局模式探讨及应用

韩欣宇

(民乐县水务局，甘肃 民乐 734500)

沿山灌区耕地起伏变化大，地块不规则，农业生产效率低下，加之群众渠水漫灌思想牢固，致使有限的水资源得不到充分利用。建设高标准农田，走高效节水发展之路，提高农田灌溉的保证程度，确保农田适时适量灌溉、科学施肥，实现旱涝保收，是提高作物产量最直接有效的举措。通过实践探索出一条适宜当地地表水滴灌工程的布局模式尤为重要，要让群众看得见、摸得着，消除思想顾虑，促进群众积极参与到工程建设中来，积极投身到运行管理中去，使滴灌工程长期发挥效益，成为“三农”发展的好帮手。

1 基本情况

高标准农田建设是保障国家粮食安全，实施“藏粮于地、藏粮于技”战略的重要举措[1]。民乐县计划自2019年至2022年建设高标准农田50万亩，占全县耕地面积的43%，现已建成30万亩。高标准农田建设主要包括土地平整、田间道路、灌溉与排水、防护林带、土壤改良、农电设施等内容，其中灌溉设施布局主要以高效节水地表水滴灌工程为主。大面积实施滴灌工程在民乐县尚属首次，由于群众长期以来大水漫灌的传统思想一时难以改变，对高效节水灌溉持怀疑态度，未科学认识灌溉能够节水、节肥、增产、增效从而提高收益，对此瞻前顾后、顾虑重重。因此，滴灌设施布局的好坏直接成为高标准农田建设成败的关键所在。为了打消群众顾虑，顺利进行高标准农田建设，将高效节水滴灌工程变为提高水资源利用率、提高农田收益和群众喜闻乐见的灌溉方式，从根本上解决问题，提高农田灌溉质量，使其长期发挥农田效益，必须探讨出一条适宜的滴灌工程布局模式，被群众接受认可。结合民乐县情，在建设之初，先对高标准农田建设积极，并对高效节水滴灌方式认识高的个别村进行试点。全方位精心设计、优化布局，历经一年的努力探索，打造出适合当地的地表水滴灌工程的布局模式。该模式节水、节肥、节力、增产效果明显、管理方便、群众乐于接受，在后续的高标准农田建设中，掀起了村村竞争列项建设的热潮，为民乐县“三农”发展、助力乡村振兴起到了积极的推动作用。

2 滴灌工程优化布局模式

以平整好的田地为载体，以通达的田间道路为参照，以现状的高标准支渠或斗渠为引水条件，按照系统简单、取水方便、运行高效的原则，根据工艺顺序，从蓄水池位置选择、池内取水方式布置、灌溉分片设置、水泵过滤器布置、地埋管道布置、管径选择、地面给水设施布置以及支管和滴灌带选择等方面进行了优化布局。

2.1 蓄水池位置按统一原则优化布置

地表水滴灌必须以连续供水为前置条件，蓄水池是实现连续供水的必要设施。通过多方案比选，蓄水池布置在控制灌溉农田的上端和现状衬砌引水渠道上游的交叉处最为合理。这一原则布置，可最大限度地使农田处在蓄水池的下游，可使自流灌溉的农田面积最大化，为节省运行费用创造了条件。

2.2 将坝顶取水优化布置为坝底取水

常规的蓄水池由于位置选择不佳，常常做成坝顶取水，完全丧失了自流灌溉的途径。一旦取水受阻，来不及维修设施，农田将得不到适时适量灌溉，将造成较大的损失。优化采用坝底埋管取水，并将离心水泵安装在与埋管同高程的管端位置，通过节制阀门控制可使水泵进水管始终处于满水状态，频繁启动水泵安全快捷，免去了每次启动水泵前先向其进水管长时间充水的操作程序，为运行管理带来了极大的便利，提高了系统运行效率。同时在水泵进水管前安装旁通管与过滤器下游的系统主管连接，形成下游区自流灌溉(见图1)。

图1 坝底取水管布置示意图

2.3 将整片灌溉优化布置为多个分片灌溉

传统的灌溉采用一个灌水系统整片按序依次灌溉，系统流量大，对各方面要求高，管理不够灵活，一旦管道出现问题，势必导致整个系统停运维修，影响作物的最佳灌溉时间。现优化该模式为多个灌片独立灌溉，每个灌片面积控制在1000亩左右。每个灌片可以单独进行灌溉，不但规避了停运维修带来的风险，还便于作物倒茬和分类施肥。此模式对于南北长且落差大、东西窄的项目区还有另外一个好处，就是在项目区合适位置划分灌片，充分利用上下游自然落差实现系统自压滴灌，节省了水泵加压运行费用,从而可以节约运行成本，提高收益。

2.4 将单一的“一泵一器”供水优化为多个“一泵一器”供水

所谓“一泵一器”供水是指无论灌片面积大小均采用一台水泵配套一套过滤器向田间管网系统供水。该供水模式系统流量大，控制灌溉面积大，多种作物共用一套系统供水，不同作物施加不同的肥料时不能方便控制，存在不同作物之间串肥混淆的弊端，给管理带来极大的困难。运行中水泵或者过滤器出现故障时,若不能及时维修将影响整片灌溉。针对“一泵一器”供水模式的弊端，将其优化为多个“一泵一器”供水模式，即根据划分的灌片采用每个分片配一套“一泵一器”供水施肥。优化后的供水模式系统流量小，控制灌溉面积小，可以实现多个灌片同时供水且灌溉时间和周期互不影响，从而实现一村一片地可种植多种作物独立灌溉和独立施肥，使水肥一体化设备充分发挥效益。同时也解决了一村耕地不能被多人流转，发展不同作物种植的弊端。

2.5 将管道系统布置优化为“干草叉”形式布置

常规的滴灌系统地埋管道布置形式有树枝形、丰字形、梳子形等。树枝形布置适用于非标准条田，安装管件多，管理不便；丰字形和梳子形布置适用于标准条田，管道顺直，安装便捷。根据平整的标准条田或“一马平川”大块田形式，将地埋管道优化统一布置为“干草叉”形(见图2)，即与首部系统连接的独管垂直于分片地上端的横向田埂布置，在其下游侧平行于横向田埂布置一根横管，垂直横管等间距布置竖管。若将地埋管道分为总管、干管、分干管三级，则总管垂直于分片地上端的横向田埂，干管与总管倒“T”形连接，分干管垂直于干管呈梳子形布置。其分干管间距规定为120m不变，每路分干管控制左右两侧标准距离均为60m。此种布置形式简单明了，连接均为正向连接，便于管与管之间连接，质量易于保证。

图2 地埋管道布置形式

2.6 将地埋管道优化为两种管径布置

按照分片面积1000亩作为一个灌水系统进行典型设计，选取高耗水作物马铃薯进行相关的参数计算，确定灌水定额为18m3/亩,灌水周期为5天，每次灌水延续时间为4h，灌溉水利用系数取0.9,按每天工作20h计算,系统流量为222m3/h，确定地埋管道总管和干管管径为250mm，分干管管径为160mm。按照条田和“一马平川”形式的不同，并考虑条田秋泡保墒或倒茬作物漫灌的要求，总管和干管管径统一为315mm。为了便于管理，将总管和干管合并称为主管，使整个地埋管道固定为两级，即主管和分干管(见图2)。

2.7 将给水栓由单一的滴灌出水优化为滴灌+管灌出水

给水栓均安装在与分干管垂直连接的出地管上。常规的滴灌给水栓出水口较小，其口径一般为75mm，材质为化学建材，采用模具注塑成型。该种给水栓虽然美观，但耐久性较差，更换频次高、不经济，且条田泡地或小畦漫灌时出水量小，不适宜节水灌溉。优化给水栓为既能滴灌又能管灌的多功能给水栓(见图3)，采用钢质材料由人工加工制作而成。栓身采用DN160无缝钢管，垂直栓身单侧平行布置两个出水口，上口与栓身同径，下口为DN90无缝钢管，栓顶设置手柄用丝杆连接栓内装置启闭上口，下口采用直螺纹连接同径球阀供水和闭水。关闭上口打开下口即可启动滴灌系统小流量供水，关闭下口打开上口连接轻质软管即可启动管灌系统满管流量供水，从而实现了一栓两用，既实现了群众期盼的管灌+滴灌方式的灌溉，又使倒茬适宜管灌的作物得到了供水保证，达到了灌溉方便，节约成本的目的。

图3 多功能给水栓

2.8 优化地面支管平行于地埋分干管布置

地面支管采用同径球阀与给水栓连接，垂直于条田横向田埂布置，同一档条田上支管的位置在平面上与地埋分干管的位置重合，在立面上相互平行(见图4)。每个给水栓连接一条支管，布置为双侧连接滴灌带供水，标准长度等于给水栓之间的距离，当条田宽度为25～35m时采用管径为75mm的PE软管供水，当条田宽度为35～42m时采用管径为90mm的PE软管供水，承压能力均不小于0.63MPa。

图4 地面支管与地埋分干管布置示意图

2.9 优化滴灌带为“五定”统一布置

滴灌带“五定”为定长度、定直径、定流量、定水头、定滴头。滴灌带垂直于支管呈梳子形定长等间距布置，单根定长为60m,间距根据作物窄行距确定,材质为PE，承压能力不小于0.25MPa，选定直径16mm，流量确定为2.1L/h，计算工作水头确定为9.0m，滴头选择为压力补偿式滴头，间距30cm。市场上滴灌带品种多，质量参差不一，农户购买时难辨好坏，存在铺设后滴水不畅的风险。滴灌带“五定”统一布置，标准统一，易于识别，避免了农户购买存在的使用不畅的风险。

3 应用效果

优化布局后的地表水滴灌工程模式在民乐县高标准农田建设中被广泛应用且运行良好，受到广大群众和流转大户的一致好评，最为突出的优点是管路布置简单明了，管理便捷高效，管理人员稍加培训便能掌握其操作运行技能。2019年至2021年民乐县实施高标准农田滴灌工程面积已达25.95万亩，在县域内的10个镇64个村分散实施，全部运行良好。该模式下的滴灌作物灌水便捷，产量明显提高。

3.1 打消了群众对滴灌“不行”的认识

通过对滴灌工程的优化布局，使群众经由田间地头的猜忌设障转变到管材设备布置的实物认识，工程监督管理的参与，交付使用后的自主运行管理，其思想上和行动上均发生了巨大变化。特别是同类作物在滴灌方式下的亩均产量与常规的大水漫灌方式下的亩均产量相比增产效果明显，增幅达到了30%。通过参与生产收获过程的体验，群众切身感受到了滴灌工程的高效性和灌溉的便捷性等诸多益处。简单的布局模式易于接受，取得的效益看得见、摸得着，广大群众越来越热衷于高标准农田建设。先前对滴灌方式认为“不行”的农民，其思想也发生了根本变化，从质疑到接受、从支持到参与，彻底打消了滴灌工程实施的思想障碍，使滴灌工程建设从先前的被动实施到了现在的争抢列项，形成了村村竞争的格局。

3.2 实现了运行管理的便捷化

“三分建七分管”，工程管理至关重要，管理不善造成跑冒滴漏，势必影响工程效益的正常发挥。优化布局后的滴灌工程布置模式简单明了[2-3]，从蓄水池坝底管分水口取水，通过水泵加压和过滤器运行及水肥注入，进入地埋主管通过闸阀控制水流到指定的地埋分干管和地面给水栓，采取球阀连接支管统一进入所连滴灌带滴入作物根部，水流流向清楚、管路走向简单易记，无须每次都照图管理。由于系统布置简单，运行过程中分水闸阀操作个数少，给水栓启闭便捷，每个给水栓连接一条支管，出现问题可以单个维修，不影响其他给水栓及支管的正常运行，只要对一般人员稍加培训即可掌握系统的操作要求，胜任系统的正常运行管理以及简单的维修和保养。

3.3 增强了土地流转的竞争性

优化后的滴灌工程布局模式使田间灌溉设施配套更加合理，操作简单易行，加之平整后的农田标准化程度高，农业机械作业效率提升，使农民对土地的珍惜爱护情结升温，思想发生了质的飞跃[4]。为了提高土地收益，农民认识到位，思想集中统一[5]，引进流转大户和企业积极参与耕地流转的竞争。通过耕地流转费报价和流转企业实力评估，确定流转户、签订流转合同，建立了长效机制，使土地的价值最大限度地得到了提高，农民的收益实现了最大化，每年流转费的提前发放成了农民看得见、摸得着的实惠。

3.4 满足了分片单独灌溉的需求

优化后的滴灌工程布局模式考虑田地地形、不动工程设施和平整后的地块、田间道路等，将一村一片地划分成亩数大致相等的多个分片，将每个分片布置为一个独立灌片，达到了一村多田、多户小量流转，多种作物倒茬轮作，适时适量灌溉，独立施肥的目的[6-7]，极大地契合了流转户或流转企业在一村一片地上进行多禾种植的思路，避免了单一品种作物种植带来的市场风险，在一定程度上提高了抵抗市场风险的能力，为流转户和流转企业确保种植效益提供了有力保障。

4 结 语

民乐县实施高标准农田建设的村组基本实现了“一村一片地，一户一块田”的农田格局，使得“三农”发展有了长足的后劲。利用灌区骨干渠道引水至蓄水池，水源保障程度高。利用规则的农田优化了滴灌工程的布局，形成了统一的灌溉模式，管路简单明了，操作简单易行，运行高效便捷，从根本上解决了农业生产基础设施配套不全、产出不高的问题，基本实现了水、地的高效利用和农田的高效产出，极大地促进了农民种地的积极性，增强了对土地的亲和力，为保障国家粮食安全，实施“藏粮于地、藏粮于技”战略提供了有力保障[8-11]。