节水灌溉技术在现代农田水利建设中的应用与发展

作者: 钟义海 戢鹤嵩

节水灌溉技术在现代农田水利建设中的应用与发展0

农业作为国民经济的基础,其发展状况直接关系到国家的粮食安全和社会稳定,然而,水资源的短缺已成为制约农业可持续发展的主要因素之一,尤其是在农田水利建设中,如何高效利用有限的水资源,提高灌溉效率,成为当前亟待解决的问题,节水灌溉技术的出现和推广,为缓解水资源短缺、提高农业生产效率提供了有效途径。本文将详细探讨节水灌溉技术的概述、现代农田水利建设中常用的节水灌溉技术,以及节水灌溉技术的发展趋势,以期为农田水利建设提供参考。

一、节水灌溉技术概述

节水灌溉技术是指在灌溉过程中,通过科学管理和技术手段,最大限度地减少水资源浪费,提高灌溉效率和水资源利用率的一系列方法和技术。节水灌溉技术不仅能够有效缓解水资源短缺问题,还能提高农作物的产量和品质,促进农业可持续发展。节水灌溉技术的核心在于精准控制灌溉水量和时间,使水资源能够精准地输送到作物根部,减少水分蒸发和渗漏损失,节水灌溉技术的发展经历了从简单到复杂、从粗放到精细的过程,早期的节水灌溉技术主要以渠道防渗和管道输水为主,通过减少输水过程中的渗漏损失来提高水资源利用率,随着科技的进步,喷灌、微灌等先进灌溉技术逐渐得到应用,这些技术能够实现水资源的精准控制和高效利用,进一步提高灌溉效率。

二、现代农田水利建设中常用的节水灌溉技术

1、节水管道输水技术

节水管道输水技术,作为一种创新的灌溉方式,其核心在于利用封闭式管道系统替代传统的开放式明渠,以实现水资源的有效输送,此技术旨在将水源,如河流、湖泊或地下水,高效且安全地输送至存储设施,如水库、水井及池塘,既保障了水资源的蓄积,又显著降低了外界环境对灌溉系统的潜在干扰。构建节水管道输水系统的关键环节,在于设计一个完善的输水与配水网络,这一网络由多样化的管道组件、专门的保护装置以及精密的分水设施共同构成,确保了整个系统的稳定运行与高效管理,管道材料的选择至关重要,既要考虑其耐用性、抗腐蚀能力,也要兼顾经济成本,常见的材质包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等塑料管道,以及钢管或铸铁管,这些材料均能有效抵御外界压力,减少渗漏风险。在管道布局上,需依据地形地貌、农田分布及水源位置进行科学合理的设计,力求缩短输水距离,减少弯头与接头,以降低水流阻力,提升输水效率,同时,安装必要的阀门、压力表及流量计等控制元件,便于对水流进行精确调控,满足不同区域的灌溉需求,保护装置的设置同样不容忽视,它们能有效防止管道因自然因素(如冻胀、风化)或人为活动而受损,例如,在易冻区域采用保温材料包裹管道,或在易受外力冲击地段加装防护栏,都是保障管道安全的有效措施。分水设施作为连接输水管网与农田灌溉的桥梁,其设计的合理性直接关系到灌溉的均匀性与效率,通过精准配置分水口与调节装置,可以确保水资源按需分配,避免浪费,实现节水灌溉的目标。

2、节水喷灌技术

节水喷灌技术,作为灌溉领域一项历史悠久且高度成熟的技术,伴随着节水灌溉技术的整体进步,不断吸纳新元素,持续创新,其核心亮点之一在于节能,这成为当前技术发展的重点方向。该技术通过管道系统精确地将水输送到农田,并利用压力装置以均匀细腻的水雾形态喷洒至作物表面,从而实现高效灌溉。节水喷灌技术的显著优势在于其灌溉的均匀性。该技术能够确保每一株作物都能获得适量的水分,既避免了过量灌溉导致的资源浪费,也提高了水资源的利用效率,据统计,节水喷灌技术在农田灌溉中的均匀度可达90%,水资源利用率高达85%,相较于传统的漫灌方式,节水效果可达50%之多。在技术实现上,节水喷灌系统配备了先进的压力设备,这些设备不仅性能可靠,而且对控制精度的要求相对较低,降低了操作难度,同时也减轻了工作人员的劳动强度,随着自动化技术和计算机控制技术的融入,节水喷灌系统进一步减少了对人力的依赖,实现了更高效的灌溉管理和更显著的节能效果,此外,节水喷灌技术还注重系统的灵活性和可扩展性。根据不同的农田布局和作物需求,可以灵活调整喷头的布局和喷洒参数,确保灌溉效果的最佳化,同时,系统还可以根据实际需要轻松扩展,满足更大面积农田的灌溉需求。在维护方面,节水喷灌系统也表现出色,由于采用了高质量的管道和压力设备,系统的故障率较低,维护成本也相对较低,此外,定期的维护和检查还可以进一步延长系统的使用寿命,提高灌溉效率。

3、节水微灌技术

节水微灌技术,尽管相较于喷灌技术而言问世时间较短,但在农田水利建设的持续进步中,已逐渐展现出其独特的优势并获得了广泛应用,该技术依据不同的技术特性,可细分为滴灌、渗灌等多种形式,用户可根据具体作物需求及环境条件,灵活选择并组合应用这些技术。节水微灌技术的核心优势在于其广泛的适用性、高度的灵活性以及极低的用水量需求,在作物灌溉实践中,该技术不仅能够覆盖农田地表,实现传统意义上的灌溉,更能够深入地表以下,直接作用于作物根系,为作物提供更加精准、高效的水分供给,这种灌溉方式不仅有助于作物更好地吸收水分,还能显著提升作物的生长速度与质量,同时缩短作物的生长周期,提高农业生产效率。在实施节水微灌技术时,压力设备是不可或缺的关键组件,通过精确调节压力设备的输出,可以根据作物的实际灌溉需求,灵活调整灌水量,从而实现更加精细化的水分管理,这种调节机制不仅有助于进一步提升节水效果,还能确保作物在不同生长阶段都能获得适宜的水分供应。与传统的漫灌技术相比,节水微灌技术的节水率可高达80%,同时显著降低了对劳动力的需求,减轻了农民的劳动强度。此外,节水微灌技术还具有促进作物废料利用、减少废料消耗的经济优势,由于该技术能够直接作用于作物根部,使得作物在吸收水分的同时,也能更加充分地利用土壤中的养分,从而提高了废料的利用率,这不仅有助于减少废料的消耗,降低农业生产成本,还能在一定程度上减轻对环境的压力,促进农业的可持续发展。在节水微灌系统的设计与应用中,还需要充分考虑作物的生长习性、土壤条件以及气候条件等多种因素,例如,在滴灌系统中,滴头的布局与间距应根据作物的根系分布和土壤渗透性进行合理设置,以确保水分能够均匀、高效地渗透到作物根部,系统的维护与管理也是保障节水微灌技术长期稳定运行的关键环节,定期检查管道、滴头及压力设备等组件的完好性,及时清理堵塞物并更换损坏部件,可以有效延长系统的使用寿命并提高灌溉效率。节水微灌技术以其广泛的适用性、高度的灵活性、极低的用水量需求以及显著的经济优势,在现代农田水利建设中发挥着越来越重要的作用,随着技术的不断进步和创新,节水微灌技术有望在未来实现更加广泛的应用和推广,为农业节水灌溉和可持续发展贡献更大的力量。

4、步行式节水灌溉技术

步行式节水灌溉技术,以其直观易操作的特点,显著简化了农田灌溉的复杂流程,该技术不仅使得各类灌溉设备的使用变得更为便捷,还极大地提升了灌溉作业的整体效率,在这一技术体系中,拖拉机作为核心组装设备,发挥着举足轻重的作用,通过巧妙地将拖拉机与灌溉设备相结合,不仅实现了灌溉作业的机械化,还大幅降低了农田灌溉的成本,使得灌溉过程更加经济高效。拖拉机的引入,为步行式节水灌溉技术带来了显著的便利,其强大的牵引力和灵活的移动性,使得灌溉设备能够轻松覆盖广阔的农田区域,在灌溉过程中,拖拉机可以稳定地拖动灌溉管道、水泵等重型设备,减少了人力搬运的麻烦,同时也提高了灌溉作业的精准度和均匀性,这种机械化的灌溉方式,不仅简化了操作流程,还降低了对劳动力的依赖,使得农田灌溉变得更加轻松高效。步行式节水灌溉技术的另一大优势,在于其对灌溉设备的精心设计与优化配置,为了最大化节水效果,该技术采用了多种高效节水的灌溉设备,如低压喷头、滴灌带、微喷带等,这些设备能够根据作物的实际需水量和土壤条件,精确控制灌溉水量和灌溉时间,从而避免了水资源的浪费。低压喷头通过降低喷射压力,减少了水雾的飘散,使水分更加集中地作用于作物根部;滴灌带则将水分以点滴形式直接输送到作物根部,减少了地表蒸发和深层渗漏;微喷带则结合了喷灌和滴灌的优点,以微小水滴的形式均匀喷洒在作物叶片和根部,既满足了作物的水分需求,又减少了水分的无效损失。此外,步行式节水灌溉技术还注重灌溉策略的科学制定,该技术会根据作物的生长周期、需水量以及土壤水分状况,灵活调整灌溉计划,通过实时监测土壤水分和作物生长状况,可以准确评估作物的需水量,并据此制定精确的灌溉策略,这种科学化的灌溉管理,不仅确保了作物在关键生长期获得充足的水分,还避免了过度灌溉导致的资源浪费,根据天气预报和土壤水分监测结果,该技术还能选择最佳的灌溉时机,避免在高温、大风等不利条件下进行灌溉,从而减少水分蒸发损失。

5、渠道防渗技术

渠道防渗技术,作为一种旨在提高灌溉效率与水资源利用率的关键措施,其核心在于通过加强渠道的维护与管理,确保灌溉过程中水资源的有效传输,从而最大限度地减少渗水与漏水现象,这一技术的应用,不仅关乎水资源的节约,更是提升农业灌溉整体效能的重要途径。在渠道防渗的具体实施中,首要任务是对现有渠道进行全面评估,识别潜在的渗漏点及高风险区域,这通常涉及对渠道材质的检查、土壤渗透性的分析以及历史渗漏数据的收集,为后续的防渗措施提供科学依据,针对不同类型的渠道,如土质渠道、石砌渠道或混凝土渠道,需采取差异化的防渗策略。土质渠道因其自身材质特性,易受水流冲刷和土壤侵蚀,导致渗漏,因此,采用土工膜铺设、黏土或水泥浆喷涂等表面处理技术,可有效增强渠道的防渗性能,结合植被覆盖和边坡加固,进一步减少水分渗透和土壤流失。对于石砌或混凝土渠道,重点在于修复裂缝、填补缝隙,以及加强接缝处的密封处理。采用高分子防水材料、环氧树脂注浆或水泥砂浆填缝等方法,能够显著提升渠道的整体密封性,减少渗漏风险,此外,定期清理渠道内的淤泥和杂物,保持渠道畅通,也是提高输水能力的重要一环。

三、农田水利建设中节水灌溉技术的发展趋势

1、智能化灌溉系统被大力推广

当前,随着互联网的深入渗透与信息技术的飞速发展,智能化灌溉系统正逐渐成为节水灌溉领域的一大发展趋势,这一系统依托于先进的物联网技术、大数据分析及人工智能算法,实现了灌溉管理的全面升级,在众多地区的节水灌溉实践中,传统的人工控制方式正逐步被智能化传感器所取代,这些传感器能够实时监测土壤湿度、作物需水量及环境气象条件,为灌溉决策提供精准数据支持。智能化灌溉系统不仅显著提高了灌溉作业的工作效率,还通过精确控制灌溉水量和时机,确保了水资源的合理分配与高效利用,此外,该系统的自动化土壤监测功能,能够及时发现土壤水分异常,避免过度灌溉或水分不足对作物生长造成的不利影响,综上所述,智能化灌溉系统的广泛应用,标志着节水灌溉工作正迈向一个更加智能、高效与可持续的新阶段。

2、通用型节水灌溉设备得到应用

当前,节水灌溉技术虽已取得显著进展,但其应用往往受限于特定的地形与作物条件,尤其是节水灌溉设备的适用性问题尤为突出,针对这一现状,未来的发展趋势将聚焦于通用型节水灌溉设备的研发与推广,相关部门预计将加大科研投入,致力于设计出能够适应多种地形、满足不同作物需求的节水灌溉设备。这些通用型设备将采用模块化设计,便于根据实际灌溉需求进行灵活组合与调整。同时,它们将集成先进的传感器与控制系统,实现灌溉过程的精准控制与自动化管理,此外,设备的材质与结构也将得到优化,以提高其耐用性与适应性,确保在复杂多变的灌溉环境中保持稳定的性能。

3、地下灌溉的广泛应用

当前,地下灌溉技术在我国虽面临研发挑战,其推广范围亦相对有限,但经过一系列深入的实践研究与探索,该技术已逐渐展现出广阔的发展前景,被视为一种极具潜力的节水灌溉方式,随着科技的不断进步,特别是传感器技术、智能控制技术及地下管网材料的创新,地下灌溉技术所遇到的难题将逐步得到解决。未来,地下灌溉系统将更加智能化,能够实时监测土壤水分、作物需水状况及地下水位,实现精准灌溉,避免水资源的浪费,同时,地下管网的设计与材料将得到优化,提高其耐久性与防渗性能,确保灌溉水的高效传输与利用,此外,地下灌溉技术还将与地面灌溉、滴灌、喷灌等其他灌溉方式相结合,形成综合灌溉系统,以适应不同地形、作物及气候条件的需求。

4、灌溉技术管理水平不断提高

伴随着互联网的持续演进,农业节水灌溉领域正经历着深刻的变革,计算机技术、模拟模型技术以及信息化控制技术的广泛应用,为灌溉技术的管理水平带来了显著提升,这些先进技术的融合,促进了灌溉技术管理系统的诞生与完善,使得农业灌溉工作迈向了更高的专业性与智能化水平。未来,灌溉技术管理系统将更加注重数据的实时采集与分析,通过集成各种传感器与监测设备,实现对灌溉过程的全面监控,系统将运用先进的算法与模型,对灌溉水量、时机及方式进行精准决策,以达到节水增效的目的,此外,随着云计算、大数据及人工智能技术的不断发展,灌溉技术管理系统将实现更高级别的自动化与智能化,为农业生产提供更为精准、高效的灌溉解决方案。

总之,农田水利建设中的节水灌溉技术是推动农业可持续发展的关键,通过不断创新和完善节水灌溉技术,如智能化灌溉系统、通用型节水灌溉设备、地下灌溉及提高灌溉技术管理水平,不仅能够有效缓解水资源短缺问题,还能提高农作物的产量和品质,促进农业生产的现代化与智能化。

(作者单位:132501吉林省蛟河市红星水库灌区管理中心;132525吉林省蛟河市庆丰水库灌区管理中心)

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