农田水利中高效节水灌溉技术的具体应用实施探索

陈先锋

农田水利是指为了保障农业生产需要而建设的水利工程系统。在我国，农田水利对于农业生产的重要性不言而喻。然而，由于气候变化和人类活动等因素的影响，我国部分地区的水资源短缺、水质下降等问题日益突出。因此，在保障农业生产的同时，也需要合理利用水资源，提高水资源利用效率。高效节水灌溉技术的应用是解决这一问题的关键所在。目前，我国已经取得了许多在高效节水灌溉技术方面的成果，如滴灌、微喷、智能节水系统等。这些技术的应用可以大幅度降低灌溉用水量、提高灌溉效率，从而达到节水的目的。基于此，本文便基于黄河流域农田水利情况，分别说明滴灌技术、微喷灌技术、智能化节水灌溉系统的应用措施。

一、滴灌技术的应用

1、技术原理

滴灌技术是一种通过管道将水输送到作物根部的高效节水灌溉技术。其基本原理是通过在管道上安装滴头，在灌溉过程中使水以微小的流量、压力和速度滴落到作物根部，实现精准供水，从而提高用水效率，促进作物生长发育。滴灌系统主要由滴灌管、滴头、滤网、水肥控制器等组成。滴头是滴灌系统的关键部件，可以分为流式滴头和涡流式滴头两种形式。流式滴头是利用小孔和通道将水分散均匀滴入土壤中。涡流式滴头则是利用旋转运动将水喷洒到作物根部。在滴灌过程中，水经过滤网进行初步过滤，然后流入滴灌管道内，通过水肥控制器调配水肥比例，最后通过滴头滴落到作物根部。

2、设计滴灌系统

在设计滴灌系统时需要考虑到以下因素：作物需水量、土壤类型、土层深度、坡度、降雨量等。根据不同的情况，设计出最适合的滴灌系统，才能达到良好的灌溉效果和节水效果。在滴灌系统的设计中需要明确滴灌总流量和单点流量，以及滴头间距和管道长度等参数。这些参数的选择需要根据作物的需水量和土壤渗透性来进行调整，以保证作物得到充足的水分，并避免积水或缺水导致的不良影响。在滴灌系统的设计中需要注意滴头和滴灌管的选择。通常使用的滴头有按流量自调节滴头和标准滴头两种，其中按流量自调节滴头可以根据灌溉压力自动调节出合适的滴水量，具有节水效果。

3、安装滴头，布设管道

安装滴头需要注意以下几点：①滴头的安装位置应该根据作物的需水量来确定。一般来说，滴头距离植株要适当远离叶子，避免因水滴挂在叶子上而导致减产。②滴头应该固定在地面上，并且尽可能保持与地面平行，不要倾斜，以防止滴水过快或者堵塞。③在滴头安装完成后，需要进行调试工作，包括调整滴头水流大小、调整滴头数量以及调整滴头均匀度等。这样才能确保每一个滴头的水量和均匀程度都能够达到预期的效果。

布设管道也是滴灌系统安装的重要步骤。正确的管道布设可以保证滴头的水分传输和控制，从而有效地减少水分的浪费。管道应该按照不同地块的需求进行布设，以保证每一块地的需要得到满足。管道选择时，应根据所处地形、土壤类型、作物种类等因素来进行调整。在管道安装之前，需要对土壤光滑度进行检查，并清理杂草、大碎石等物质。如果有突出物需要削平，以便更好的进行管道安装。管道的布设要遵循一定的规则，如绕行育苗床、固定在地面上、避开其他灌溉系统等。同时，管道的连接处要尽可能地密封，避免漏水现象。

4、铺设滴灌带

在铺设滴灌带时，需要根据土地形态、灌溉需求及作物类型设计合理的滴头间距、流量及布置方案。考虑根系分布范围，按照作物生长特点和土壤水分的需求，制定不同的滴头密度和滴头流量，以保证作物得到充足的水分。应将滴灌带沿着作物行列方向铺设，保证滴头与植株的距离适宜，并且不要出现断头或断尾现象。对于较大的农田，可以采用多段滴灌带互相结合的方式进行铺设，以便更好地控制流量，确保灌溉精度。为了使滴灌带固定不动，避免在使用过程中发生错位或打结等问题，应该在滴灌带两端固定牢固。有些地区也会选择使用专门的卡扣来固定滴灌带，这样不仅方便操作，而且可以提高使用寿命和使用效果。在滴灌带铺设完成后，还需要定期检查和维护滴灌系统。包括清理滴头、排除滴头堵塞、调节滴头流量等工作，以确保滴灌带的正常运转和使用效果。

5、连接水源和控制器

连接水源需要考虑以下几个因素：①水质问题：滴灌系统对水质要求比较高，因此需要对水源的水质进行检测。如果水质不达标，需要进行处理，以避免滴头被堵塞或者滴管老化等问题。②水压问题：滴灌系统需要一定的水壓才能正常工作。因此，在连接水源时需要注意水压是否满足滴灌系统的需求。如果水压太低，可以采用增压泵等方式来提高水压，以保证滴灌系统的正常运行。③连接方式：连接水源可以采用多种方式，包括开挖井口、吸水泵引水、直接接入自来水管道等方式。需要根据实际情况选择合适的连接方式。

连接控制器需要考虑以下几个因素：①控制器的选型：根据农田灌溉区域和灌溉水量等因素，选择适当的控制器型号和规格。一般来说，控制器的输入电压应该与当地的电源电压相匹配。②控制器的安装位置：控制器应该安装在干燥通风、防水防潮的地方，并且距离水源和滴灌系统较近。需要注意的是，控制器的安装位置不要过高或者过低，以便于操作和维护。③连接方式：连接方式包括有线连接和无线连接两种方式。一般来说，有线连接比较稳定可靠，但是需要铺设线缆。无线连接则不需要铺设线缆，但是信号可能会受到干扰影响。

二、微喷灌技术的应用

1、技术原理

微喷灌技术是一种通过微小的水流将水喷洒到地面上进行灌溉的节水技术。其基本原理是利用喷嘴或者喷头进行微喷，使得水以微小的颗粒在空气中飘散，从而实现均匀的灌溉效果。微喷灌系统主要由水源、主管道、支管道、微喷头、过滤器、减压阀等组成。微喷头是微喷灌系统中的关键部件，可以根据需要调整出水量和喷射角度，从而保证作物能够得到合适的供水和养分。由于喷灌系统的基础设施与滴灌系统基本相同，所以下文便仅分析喷头角度、减压阀连接两点。

2、调整喷头角度

在调整喷头角度时，首先需要考虑气候条件。不同的气候条件下，喷头角度的大小对灌溉效果有着直接的影响。在干燥的气候条件下，应该将喷头角度调小，以减少水分的蒸发。而在湿润的气候条件下，可以适当调大喷头角度，从而提高灌溉效果。喷头角度的大小直接关系到喷雾范围的大小。如果喷头角度太小，会导致喷雾范围不足，不能达到良好的灌溉效果。而如果喷头角度太大，则会造成水分浪费和土壤流失。因此，在调整喷头角度时需要根据作物类型、土壤类型和气候条件等因素来确定合适的喷头角度。通常情况下，喷头角度应该根据作物的生长情况来进行适当调整，以确保喷雾覆盖范围能够满足作物生长的需求。作物在不同的生长阶段对水分的需求也不同。在早期生长阶段，应该将喷头角度调大，以便于覆盖整个作物，提高灌溉效果。而在后期生长阶段，应该将喷头角度调小，以避免喷洒到作物叶片上，影响作物的生长和产量。因此，在调整喷头角度时需要结合作物的生长情况进行适当调整。喷头间距和流量也会影响喷头角度的大小。如果喷头间距太大或者流量不足，则需要将喷头角度调大，以确保喷头之间的喷雾可以完全重叠。而如果喷头间距太小或者流量过大，则需要将喷头角度调小，以避免水分过多，导致土壤流失和水分浪费。

3、连接减压阀

在选择连接减压阀时需要考虑管道的材质。管道材质不同，连接方式也会有所不同。例如，对于塑料管道，可以采用热熔法兰连接或者承插式连接等方式。而对于铸铁管道，则可以采用螺纹连接或者法兰连接等方式。因此，在选择连接减压阀时需要首先了解管道的材质和连接方式。减压阀的口径与管道的直径应该相匹配。如果减压阀的口径过小，则会影响微喷灌系统的灌溉效果。而如果减压阀的口径过大，则会浪费水资源。因此，在连接减压阀时需要确定减压阀的口径大小。

安装减压阀需要注意以下几个问题：①减压阀应该安装在离微喷灌系统较近的位置，并且应该放置在干燥、通风和防水防潮的地方。②减压阀的安装高度：减压阀的安装高度应该根据管道的情况来确定，一般情况下要求减压阀的高度低于微喷灌系统的高度。③连接方式：连接减压阀可以采用螺纹连接或者法兰连接等方式。需要根据实际情况选择合适的连接方式。

在连接减压阀之后，需要进行减压阀的调节。调节减压阀可以通过手动旋转减压阀的调节螺母来实现。需要根据实际情况，逐渐增加或减少减压阀的阀门开度，直到达到合适的水压值为止。在连接减压阀之后，需要检查减压阀是否正常工作。可以通过检查减压阀的压力表来判断减压阀是否正常工作。如果压力表指示的水压超过了设定值，则需要进一步调整减压阀的阀门开度。

三、智能化节水灌溉系统的应用

1、传感器安装

在智能化节水灌溉系统中，常用的传感器包括土壤水分传感器、气象站和流量计等。这些传感器可以提供土壤水分、空气温度、湿度、风速、降雨量以及灌溉水的流量等数据。根据具体的灌溉需求，需要选择合适的传感器类型。需要选择合适的传感器数量。传感器数量的多少直接影响到智能化节水灌溉系统的精确度和效率。如果传感器数量过少，则会导致数据不准确，影响灌溉效果。而如果传感器数量过多，则会增加设备成本和维护难度。因此，在选择传感器数量时需要权衡各个因素，确定合适的传感器数量。传感器的安装位置和方式也是智能化节水灌溉系统中非常重要的一环。土壤水分传感器的安装位置应该在作物根系范围内，以获取准确的土壤水分数据。气象站的安装位置应该在开放的区域内，避免被树木或建筑物等遮挡影响数据采集。流量计应该安装在主管道上，以便于实时监测灌溉水流量。在安装传感器时需要注意保护传感器的防水性能，并且需要进行固定以防止受到风吹雨淋等外力干扰。

2、数据采集处理

智能化节水灌溉系统中的数据处理是实现灌溉管理的关键。在数据处理前，需要先对采集到的数据进行预处理，包括数据校正、缺失值填充等。可以通过建立土壤水分和气象等因素的预测模型来实现自动化灌溉。例如，可以根据传感器采集到的数据，建立一个土壤水分变化预测模型，并根据预测结果进行灌溉管理。可以采用智能算法对数据进行处理，例如采用神经网络、遗传算法等算法进行数据分析和预测。可以根据传感器采集到的数据，利用优化算法对灌溉策略进行优化，以实现更加精细化的灌溉管理。

为了方便农田水利工作者对智能化节水灌溉系统中的数据进行监控和管理，需要将数据进行可视化处理。可以通过软件或者Web界面等方式将数据展示给用户，包括土壤水分、气象数据、流量计数据等。这些数据可以帮助用户更好地了解农田灌溉情况，从而优化管理和决策。

3、控制器、执行器调试

控制器是智能化节水灌溉系统的核心设备之一，它可以控制执行器的开关状态并根据传感器数据进行灌溉控制。在调试控制器时，需要注意以下几点：①需要设置合适的参数。控制器通常会有多个参数需要设置，例如灌溉时间、间隔时间等。这些参数需要根据实际情况进行调整，以确保灌溉效果最佳。②需要检查控制器与传感器的连接是否正常。如果连接不良，将导致数据异常或控制指令无法正确执行。③需要进行模拟测试。在实际使用前，应该进行模拟测试，确保控制器可以正常工作，并对可能出现的问题进行预判和排除。

执行器是智能化节水灌溉系统的另一个重要组成部分，它们根据控制器发送的开关指令来控制水流的流向。调试时，需要检查执行器是否安装正确。如果执行器安装不当，将导致水流无法正确控制或者漏水。需要检查执行器与控制器的连线是否正确。如果连接不良，将导致指令无法正确传递，从而影响灌溉效果。

最后还需要进行手动测试，确保执行器可以正常开关，并对可能出现的问题进行预判和排除。

4、远程监测

远程监测方法通常包括无线网络、有线网络以及GPRS等。不同的监测方法具有不同的特点，需要根据实际情况选择合适的远程监测方法。在进行远程监测之前，需要先将智能化节水灌溉系统连接至互联网。如果使用有线网络，则需要将智能化节水灌溉系统与路由器相连；如果使用无线网络，则需要使用无线网卡或者WiFi模块将智能化节水灌溉系统连接至无线网络。在完成连接后，可以通过以下几种方式进行远程监测：①使用手机APP：通过安装相关的手机APP，可以实现对智能化节水灌溉系统进行远程监测和控制。②使用电脑软件：通过安装相关的电脑软件，可以实现对智能化节水灌溉系统进行远程监测和控制。③使用Web界面：在连接至互联网后，可以通过输入智能化节水灌溉系统的IP地址进入Web界面，从而实现对智能化节水灌溉系统进行远程监测和控制。除了进行远程监测外，还可以通过远程诊断和维护功能，对智能化节水灌溉系统进行故障排查和维护。例如，可以通过远程访问智能化节水灌溉系统的日志文件，来查找故障原因并进行修复。

综上所述，高效节水灌溉技术的应用是农田水利领域的重要研究方向。随着我国经济和人口的快速增长，水资源日益紧缺，环境污染也越来越严重。因此，采用高效节水灌溉技术不仅可以提高农业生产效率，还能够减少水资源的浪费和环境污染。目前，我国已经取得了一些在高效节水灌溉技术方面的研究成果，如滴灌、微喷灌等技术的广泛应用，以及智能化节水灌溉系统的开发。然而，在实际应用中，高效节水灌溉技术还存在一些问题和挑战，例如设备成本较高、技术难度大、示范推广不到位等。因此，今后的研究工作需要进一步深化对高效节水灌溉技术的探索和研究，加强技术创新和示范推广，大力推广应用高效节水灌溉技术，促进我国农业持续健康發展，为保障国家粮食安全和生态环境建设作出更大的贡献。

（作者单位：274200山东省成武县南鲁集镇人民政府（成武县南鲁集镇农业农村服务中心））