高标准灌区农田灌溉节水工程方案研究

2023-08-18褚忠亮

南方农机 2023年12期

褚忠亮

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃白银 730400）

目前，我国在农业生产过程中需要大量的水资源来灌溉农田，导致水资源短缺问题加剧。为进一步提高用水效率，促进水资源的可持续利用，需要采取有效的农田用水方式，加强农田节水设施建设，不断探索提高用水效率的新途径，最大限度地提高灌溉用水效益。同时，发展农业节水灌溉对未来农业生产的发展具有重要意义，因为农业生产可以更有效地节水，提高用水效率，使农业真正走上可持续发展之路。

1 高标准灌区农田灌溉节水工程的建设意义

水资源短缺严重制约农业发展，现有水资源已不能满足农业发展的需要。农业节水灌溉是我国水资源相对稀缺地区的有效手段，优化利用有限水资源，提高用水效率，实现作物高产。可以根据农业发展的需要进行灌溉，使每一滴水都在合理的范围内得到利用，从而以最少的水资源获得最大的效益[1]。

农业灌溉节水工程不仅节约水资源，还节约化肥等资源，从而提高农作物产量，改善农作物品质，减轻我国缺水负担，有利于提高作物收入和单位面积产量。在某些情况下，由于水利项目在高灌溉率地区灌溉农田，从而解决水资源短缺问题，这引起人们的关注。农业作为我国重要产业，在国民经济发展中发挥着极其重要的作用，特别是在正在进行的新农村建设中，要加快推进高效用水灌溉设施建设。为充分发挥农业建设和灌溉优势，必须在节水灌溉技术方面下功夫，研究各种灌溉技术及相关技术措施，进一步降低农业生产成本，确保水资源合理配置，保护环境，完善管理机制，有效促进我国农业高质量发展[2]。

2 高标准灌区农田灌溉节水工程的核心技术

2.1 喷灌节水技术

所谓喷灌技术，主要是指利用动力机械、水泵、管道等特殊灌溉方式，充分实施灌溉。农田灌溉系统一般有三种模式：1）固定式：构成农田灌溉的设备部件，固定式灌溉系统占地小，操作方便，易于自动化，生产效率高。2）移动式：构成农田灌溉系统的移动式喷雾器、泵、电机、管道等部件。移动式灌溉系统灵活、结构简单，设备利用率高，资金需求大。3）半固定式：组成农田灌溉系统的设备不变，但带有喷嘴的管道和喷嘴可以在一定范围内移动，主灌溉和供水管线连接到短管消火栓上。半固定农田灌溉具有流动系统和固定系统的特点。田间喷洒技术和设备可以在耕地保护、降低劳动力成本、降低土壤质量要求、节约用水、提高作物产量和更均匀灌溉方面体现出明显的优势，被广泛应用于农作物、园林和草地等领域。与传统灌溉农田的方法相比，可有效节水40%左右，粮食作物增产15%~25%，经济作物增产15%~30%，蔬菜增产近一倍[3]。

2.2 渠道防渗技术

在我国传统的农田灌溉方式中，人们主要采用漫灌，主要是利用农业渠道进行田间灌溉。然而，渗漏的运河很常见，它们用于洪水灌溉导致巨大的水损失。因此，有必要尽快加强对灌溉技术的研究，或者在保持原有农业灌溉方式的同时，消除灌渠渗漏，这对于扩大农田灌溉用水具有重要意义。渠道过滤防渗技术一方面对改善输水渠道有积极作用，另一方面可以提高渠道抵抗水流冲刷的能力，从而提高渠道的整体性能[4]。目前，根据我国渠道防渗技术的不同，渠道防渗材料的种类分为三类：1）土压防渗方式；2）防止过滤的方法；3）防止沥青水过滤的方法。

3 高标准灌区农田灌溉节水工程的方案设计

3.1 工程概况

某高标准农田灌溉节水工程所在灌区地势平坦，总面积2 567.67 hm2，建筑面积2 102.0 hm2，高标准农田面积2 097.31 hm2，工程面积2 097.31 hm2，有效节水面积2 097.31 hm2。

3.2 前期准备

施工前应充分考虑因地制宜，对灌溉水源地进行实地调查，这将直接影响到今后的工作。有关人员应当对灌区水文情况进行实地调查，制定相关供水灌溉工程实施方案。可以采取适当措施降低成本，实现最佳效率，提高灌溉效率。研究灌区的气候和地理条件，了解影响区域灌溉的不利因素，仔细研究当地降雨量和地形，选择适合该地区的灌溉方法，确保该领域相关项目的顺利进行。需要进行实地研究以确保灌溉工作的成功，高质量的研究将有助于确保项目的质量。例如：若工程所在地风力较大，不可贸然应用喷灌技术，因喷灌技术主要通过管道喷洒水资源，但在风力较大时，很可能对灌溉效果造成不良影响，还可能导致水资源大量浪费，所以应适当选择其他技术。此外，需要对当地作物进行调查，以充分了解它们的种植方式以及灌溉用水量，这将有助于确保及时灌溉。对于一些吸水性较强的叶片，采用灌溉方式，可有效提高作物的吸水效率，减少水分流失，促进作物生长，提高作物产量[5]。

3.3 测量放样

为保证桩测点的正确使用，工程监理人员和设计人员应现场交接控制点和测线点，提供书面资料并办理验收手续。桩交接后，立即加强对输电线控制点和水准杆的保护，设置标志，标明“注意保护桩”，并及时组织重复测量。

导线穿入点和水平应按相应水平精度要求反复检查。线材检测点采用全站仪和自动水平仪，便于观察和及时处理现场测量结果。现场勘察记录作为初步技术资料，由项目主管存档，并妥善保存。勘察中如果发现问题，及时联系控制工程师和设计人员协商解决。控制点和线路等级应根据现场建设需要进行加密。加密线点和线起点尽量排列成等边三角形，选择有利的观察时间，避免或减少不利因素对测量精度的影响。测量角度时均方根误差为±6°，距离均方根误差为15 mm，边界长度相对误差为0.000 1 m，设置加密级别，并在附近永久性建筑物上设置清晰标志，便于观察。加密的初始条件必须由两个以上的已知控制参数封闭[6]。

遍历点和基准将根据测量结果按比例显示。导线起点、基准点、加密导线点和加密水平点应采用不同的代码和颜色标识，并在图纸中注明相关数据。遍历源点、检查点、加密遍历点和加密检查点仅在验证正确性后使用。布线点和支点必须定期复查，避免施工过程中因改变桩位而出错。结构应按结构图中规定的坐标进行设计。打桩采用坐标法进行，并采用不同的导线点进行修正。安装好线路后，检查垂直和水平方向是否正确。在进行施工测量时，要严格遵循不同方法、不同人员观察、不同类别人员计算的测量验证制度。

3.4 灌溉方式

随着项目区社会经济的不断发展，粗放灌溉和定期节水已不能适应水资源管理社会的发展。项目区降水分布不均、寒春早旱、季节性缺水、技术性缺水，这些因素已成为制约高标准灌区农田灌溉节水工程开展的主要因素。节水高效灌溉是一种灌溉工程模式，旨在提高用水效率和生产力，以最少的水量获得尽可能高的作物产量。根据采取的主要节水措施，高效节水灌溉工程可分为管道灌溉工程、灌溉工程和微灌工程。每种设计形式都有其优缺点和适应条件。因此，因地制宜选择灌溉方式，必须根据该地区的自然条件、经济条件、种植结构、生产力发展水平和投资情况来确定[7]。

3.5 灌区设计

灌溉面积388亩，分为1区和2区，灌溉面积为圆形。1区配备DYP125圆形喷头，喷洒半径125 m，灌溉面积74亩。2区配备DYP243圆形喷头，喷雾半径258 m，灌溉面积314亩。

3.5.1系统布置

根据DDIP灌溉工程的力学特点和范围，灌区设计为两个灌区。1区主干长1 810 m，2区主干长2 560 m。两个喷雾器连接在一起。

3.5.2系统参数

DYP喷嘴是设备的一部分，安装在阵列的中心，机身与发动机和轮胎相连，并围绕中心旋转。水从中心流过机身，沙子均匀地分布在地表上。1区DYP125圆形喷头主要技术参数为：柱跨度124 m，喷雾半径125 m，半径2×50 m+25 m，灌溉面积74亩，最大流量40 m3/h，降水量5.2 mm/h~52 mm/h，最长工作时间为4.2 h/周。2区DYP243圆形喷头的主要技术参数为：塔身位于243 m处，间距为3×61 m+25 m+1×50 m+10 m+喷枪，喷洒半径258 m，灌溉面积314亩，最大流量80 m3/h~100 m3/h，降水量5.2 mm/h~52 mm/h，最长作业时间9.5 h/周。根据上述技术参数，根据流域土壤缺水情况，按种植需水量灌溉农作物，通过DYP循环灌溉设备释放农药、化肥、除草剂[8]。

3.6 信息化建设

建设高标准灌区农田，需要在田间灌溉中引入水情信息系统，将信息系统与高效、经济的灌溉方式有机结合，实现农田管理的标准化、自动化和优化。水情信息系统包括计算机、服务器、智能灌溉控制器、水电两表、无线传输网络、流量计和ICC（集成电路磁卡）。该系统具有广泛的控制能力，可以准确地控制和调节精度。现场建立的水资源状况信息系统，通过无线技术实现远程通信，可对用水量和灌溉情况进行远程调查、分析和调整。具体来说，项目区每台水泵可配备两台水电镜智能灌溉控制器，每名农户发放电脑灌溉地图，为每名农户分配一台水泵。在农业生产和灌溉过程中，系统的每个智能设备都会读取每个控制器的数据，包括每个泵站的总能耗、总取水量和年取水量。智能设备接收到这些关键数据后，会将所有数据通过无线GPRS传输到控制中心。控制中心会根据各种数据，适当调整泵站的灌溉方案和供水情况，使农业灌溉更加科学。此外，在信息系统的支持下，区内农民也可以申请ICC。农民在抽水灌溉时必须刷卡，系统会自动扣除相应的水费金额并记录取水量，杜绝偷水、浪费水的问题[9]。

除了对田间灌溉活动进行地图管理外，还可以通过软件，利用智能平台、灌溉控制系统、视频监控系统、电能计量系统等实现田间灌溉的标准化。例如，在农田灌溉过程中，利用“智能信息”软件实时采集灌溉时间、灌溉频率、灌溉时长、区域灌溉水量等数据，然后根据实际情况进行分析处理。在此基础上，应根据实际需要适时适当调整灌溉方案，使其更加科学有效。信息系统和相应的用户数据处理软件也可用于进一步规范农田灌溉管理。例如，可以使用数据处理软件实时记录用户的灌溉时间和灌溉时长。一方面，方便用户查阅和应用其数据，让用户对灌溉数据有更深入的了解；另一方面，可为控制中心的灌溉控制提供有效的参考数据[10]。