农田水利工程建设中节水灌溉技术优化和高效运用的探讨
作者: 王志刚
本文的核心在于系统阐述节水灌溉技术在农田水利工程中的核心应用要点,特别是聚焦于输水系统节水技术与田间节水技术的创新实践案例。基于这些实践,本文提出了一系列关键性建议:强化节水灌溉管理体系的构建,精确控制农田灌溉的用水量及时间分配,并依据具体条件合理选择灌溉方式,旨在推动节水灌溉技术在农田水利工程中的不断深化与广泛应用,从而实现水资源的优化配置与高效利用目标。在深入探讨农业可持续发展与水资源管理策略这一宏观议题时,农田水利工程中节水灌溉技术的引入与应用显得尤为关键且影响深远。
一、农田水利工程中节水灌溉技术应用的意义
在探索农业灌溉策略的改进途径时,我们专注于提高水资源的使用效率。传统的灌溉方法由于其固有的水资源浪费和不均匀灌溉的问题,不仅直接加速了水资源的枯竭,还间接干扰了农作物的健康生长周期。为了解决这些问题,引入节水灌溉技术变得至关重要。先进的滴灌和喷灌技术通过精确控制水量和灌溉时间,实现了水分直接输送到作物根部的高效路径,从而显著减少了水分的无效蒸发和流失,确保了水资源的最高效利用。
从保护和改善土壤环境质量的角度来看,传统的地面灌溉常常伴随着过量灌溉和表土流失的问题。当灌溉量超过土壤的自然吸收能力时,不仅会引发地表径流和深层渗漏,导致宝贵水资源的进一步浪费,还会加剧土壤表层的冲刷侵蚀,破坏土壤结构的稳定性。节水灌溉技术的应用通过精细管理水量和灌溉频率,有效抑制了水分流失和土壤侵蚀的趋势,为土壤环境的持续改善提供了有力支持。
从农业生产成本的经济角度分析,随着灌溉用水量的减少,直接降低了灌溉成本。此外,这项技术还能精确满足作物生长的水分需求,避免了因水分供给不足或过剩导致的生长障碍,从而促进了农作物产量和品质的双重提升,为农业生产的可持续发展奠定了坚实的基础。
二、农田水利工程中节水灌溉技术的应用要点
1、输水系统节水技术
(1)渠道防渗技术
渠道防渗技术,作为一种创新的加固与防护策略,特别针对传统土渠的局限性而设计。其主要目标是显著减少渠道的渗漏问题,有效抑制水资源的无端流失,并大幅提升水资源的利用效率。该技术的核心在于运用混凝土、塑料薄膜等高性能材料对土渠进行加固和全面覆盖,形成一道坚固的防渗屏障,确保水资源在输送过程中的完整性和有效性。与传统土渠相比,防渗渠道展现了多方面的显著优势。①其结构设计的优化显著减少了水流阻力,从而加快了水流速度,这一改进直接提升了农田灌溉的效率,为农业生产的节水增效提供了坚实保障。②渠道防渗技术极大地增强了渠道的整体稳定性,通过加固处理有效减少了渠道塌陷的风险,确保了输水过程的安全与稳定,进而保障了灌溉作业的连续性和可靠性。
(2)低压管道灌溉技术
低压管道灌溉技术作为一种创新的灌溉解决方案,其核心在于利用精心设计的管道系统来高效输送灌溉用水。该技术依赖于低压环境下的管道运输机制,将水直接且高效地引导至农田之中,从而显著降低了水资源在传输过程中的损耗。相较于传统的土渠灌溉方式,低压管道灌溉展现出了诸多优势。土渠灌溉因非密封性,在输水过程中常伴随有大量的水渗漏现象,导致水资源浪费严重。相反,低压管道灌溉系统采用了严格的密封设计,有效遏制了水分的无端流失,确保了水资源能够近乎无损地抵达田间,为农作物的生长提供了稳定且充足的水源保障。此外,低压管道灌溉技术还在节约能源方面展现出优势。不同于传统土渠灌溉可能依赖自然坡度以维持水流速度,低压管道灌溉系统则利用了重力流动的原理,或借助辅助泵站进行,从而大幅度降低了输水过程中的能源消耗。这种能源效率的提升,不仅有助于减轻农田水利工程的运营成本负担,还积极响应了当前社会对节能减排的迫切需求,为农业的可持续发展注入了新的活力。
2、田间节水技术
(1)畦灌技术
畦灌技术作为一种高效的农田灌溉方法,其核心在于农田内部精心布局的输水垄沟与暗管系统。这一技术通过构建田间薄水层,并借助重力驱动的自然下渗机制,将灌溉水精准输送至农作物根部,从而充分满足作物生长的水分需求。具体而言,畦灌技术的实施首先将农田划分为若干独立的畦田单元,每个单元内均设有专门的输水垄沟与隐蔽的管道系统。通过精确调控输水垄沟中的水流量,能够在畦田表面形成一层均匀的薄水膜。这层薄水膜随后会顺应畦田的自然坡度,以自由流动的方式逐渐扩散,同时,在重力作用下,水分逐渐渗透入土壤,最终抵达农作物根部区域。此灌溉模式不仅确保了农田内水分分布的均衡性,还有效促进了水分对作物根系的直接供给,为农作物的健康生长和发育提供了坚实的水分基础。通过这种方式,畦灌技术不仅提高了灌溉效率,还有助于提升农作物的产量与品质,对于推动农业可持续发展具有重要意义。
(2)膜上灌技术
膜上灌技术作为一种创新的农田灌溉方式,其核心在于农田表层的薄膜铺设及通过薄膜预设孔洞实施精准灌溉,以此精准满足农作物的水分需求。这一技术的应用,经深入研究证实,相较于传统的沟灌技术,展现出显著的水资源节约效果。具体而言,在玉米田块,其节水效率更是提升至58%,这一成效对于缓解农业用水压力具有重要意义。此外,膜上灌技术还带来了农作物产量的提升,体现了其在促进农业生产效率方面的潜力。这一措施显著降低了土壤水分的无效蒸发,维持了较高的土壤湿度水平,为农作物的健康生长提供了更为稳定的水分条件。在寒冷季节,薄膜的覆盖还起到了保温作用,提高了地温,为农作物提供了更加适宜的生长环境,进一步保障了作物的产量与质量。
(3)喷灌技术
喷灌技术,作为一种先进的农田灌溉手段,巧妙地借助了管道系统,将灌溉用水精准输送至农田的每一个角落。此技术通过喷头释放高压水流,使水流在空中细化为均匀分布的小水滴,进而全面覆盖农田区域,实现了灌溉的全方位与高效性。此技术的应用,显著地提升了农田灌溉的均匀性,确保每一寸土地都能获得适量的水分滋养。同时,喷灌技术极大地促进了水资源的有效利用,有效遏制了水资源的无谓浪费,对于水资源日益紧张的现状具有积极的意义。喷洒而出的细小水滴能够深入农作物的叶面与根部,为作物的生长提供充足的水分支持。进一步的研究数据表明,在农田水利工程中引入喷灌技术,水资源的利用率可高达90%。此外,喷灌技术还赋予了灌溉过程更高的可控性,使得灌溉用水量的调节变得既精确又灵活,有效避免了因灌溉量不当而对农作物生长造成的不利影响。
(4)微灌技术
微灌技术作为一种先进的灌溉手段,其核心在于利用压力系统高效地将灌溉用水输送至田间,随后通过精细的分流机制,实现水分以微小且均匀的流量直达农作物根部,从而达到精准且局部的灌溉效果。此过程确保了农作物根部获得适量的水分,满足了其生长发育的需求。该技术的显著优势在于其节水性能。通过精心设计的灌水器,能够实现对出口流道及流量的精确调控,不仅保证了水资源的高效利用,还避免了不必要的浪费。这种精准灌溉的策略,不仅促进了水资源的合理分配,还确保了农作物能够在最佳的水分条件下生长,提升了灌溉效果。
相较于传统的灌溉方式,微灌技术在节约水资源方面展现出了显著的优势。传统灌溉方法往往采用大面积漫灌,不仅耗水量大,且易造成水资源的低效利用。而微灌技术则通过精确控制灌溉过程,显著降低了用水量,进而减轻了农田水利工程的运营负担,实现了经济效益与环境效益的双重提升。因此,微灌技术在现代农业的发展中具有重要的推广价值和应用前景。
三、节水灌溉技术在农田水利工程中的应用建议
1、加强节水灌溉管理
(1)科学规划设计农田灌溉工程
在探讨农田灌溉工程的设计与实施策略时,①综合考量农田的地理位置特异性、土壤类型多样性、气候条件复杂性以及农作物独特的需水特性,从而量身定制科学合理的灌溉方案。这一过程要求深入细致的现场调研与数据分析,旨在确保灌溉系统能够精准匹配农作物的水分需求,有效促进其生长,同时保证了水资源利用率的最大化,减少不必要的浪费。②保障水源的稳定供应与可持续性,是灌溉工程设计中不可忽视的一环。针对不同地理区域的水资源分布情况,应灵活采取策略,如合理开发利用地下水、水库蓄水和河流引水等多种水源,以确保灌溉水源的充足与可靠。这一措施不仅关乎当前灌溉需求的满足,更是对未来农业用水安全的重要保障。③提升农田水利工程的自动化水平,是现代农业发展的必然趋势。通过引入先进的现代技术与智能控制系统,如自动化灌溉设备、智能监测传感器等,能够显著提升灌溉作业的精确性与效率,实现水资源的精准调配与利用。这不仅能够进一步降低水资源的消耗,还能优化作物生长环境,提高农产品的产量与质量。
(2)落实节水灌溉管理工作
为实现节水灌溉管理的有效实施,农田水利工程领域的相关管理工作显得尤为关键。①构建并完善一套健全的管理制度体系。此过程需农田水利管理部门与农民、农业合作社及各方利益相关者紧密协作,结合地方实际,共同策划并推行一系列节水灌溉政策。这些政策应涵盖财政激励、技术培训及补贴措施等多个方面,旨在激发农民群体积极采纳节水灌溉技术,促进水资源的高效利用。②加强技术培训是不可或缺的一环。农民及农田水利管理人员需深入了解节水灌溉系统的操作原理与维护技巧。为此,可定期举办专业培训课程与工作坊,向参与者传授必要的专业知识与实操技能,从而确保灌溉系统的稳定运行,并有效减少因操作不当导致的系统故障。③实施严格的监测与评估机制同样重要。通过对灌区水资源利用状况、灌溉效率及农作物生长态势的持续监控,能够及时发现潜在问题并迅速采取相应纠正措施。同时,对节水灌溉技术的效益进行科学评估,不仅能为后续决策提供坚实的数据支持,还能促进技术应用的持续优化与调整。④鼓励科研与技术创新是推动节水灌溉技术持续发展的动力源泉。农田水利工程领域需不断探索新技术、新方法,以适应不同地区及农作物的个性化需求。为此,政府、农业科研机构及农业企业应携手合作,加大资源投入力度,共同推动节水灌溉技术的研发与应用,以期实现农田水利工程效率与可持续性的双重提升。
2、控制农田灌溉用水量和灌溉时间
(1)考虑农作物生长需水期
在农业实践中,不同农作物的生长周期展现出各异的水分需求特性,这一关键要素对灌溉管理策略的制定至关重要。一般而言,农作物的生长历程可划分为苗期、拔节期、灌浆期及成熟期等几个关键阶段,每阶段均伴随着对水分需求的显著差异。因此,科学合理的灌溉实践应紧密围绕农作物的生长阶段特性进行,以确保灌溉时间和用水量的精准调控。具体而言,在农作物的苗期与灌浆期,这两个阶段因其对水分的高度依赖性而成为灌溉管理的重点。苗期作为植物生长的初始阶段,其根系尚未发达,对水分的吸收能力有限,而充足的水分供应对于促进幼苗生长、提高成活率至关重要。同样,灌浆期作为籽粒充实的关键时期,水分的充足与否直接影响到作物的产量与品质,故需相应增加灌溉次数与水量,以满足作物对水分的迫切需求。相反,在拔节期与成熟期,随着农作物生长进程的推进,其生理机能逐渐成熟,对水分的敏感度与需求量也相应降低。拔节期作为植株快速生长的过渡期,虽仍需一定水分支持,但相较于前期已有所减少;而进入成熟期后,作物对水分的依赖进一步减弱,此时应适时调整灌溉策略,减少灌溉频率与水量,以避免不必要的资源浪费,同时也有助于促进作物根系的健康发育与土壤结构的保持。
(2)灵活调整灌溉时间
在农业水资源管理中,通过深度整合土壤类型与农作物分布的特异性,实施分区灌溉策略显得尤为关键。此策略旨在根据不同区域的土壤特性与作物生长需求,灵活调整灌溉水量的分配与灌溉时机的选择,进而实现灌溉资源的高效与优化配置。分区灌溉技术的应用能够确保每一片农田都能获得其生长发育所需的最适水量,既避免了水资源的浪费,也促进了作物产量的提升与品质的改善。此外,鉴于降雨作为自然灌溉的重要补充,灌溉计划的制定还需紧密结合降雨量的实时监测数据。在降雨充沛的时段,应当相应减少或暂停人工灌溉,以防过度灌溉导致的水资源浪费及潜在的土壤盐渍化、作物根系病害等问题。这一动态调整机制要求建立高效的信息监测与反馈系统,确保能够即时捕捉降雨变化,并据此迅速调整灌溉计划,从而在保证作物正常生长需求的同时,最大化农田水资源的利用效率与可持续性。
3、合理选择灌溉方式
在优化水资源利用效率的背景下,针对不同地区独特的环境特征与条件,采取因地制宜的策略来选定灌溉方式显得尤为关键。这一原则的核心在于精准匹配地理、气候条件与水资源管理实践,旨在实现资源的最大化利用。
(1)坚持因地制宜的核心理念,是提升灌溉效率与水资源管理效能的基石。具体而言,在降雨量充沛的区域,应充分利用自然资源优势,通过收集并利用自然降雨进行农田灌溉,既满足了农作物的水分需求,又减轻了人工灌溉的负担及能源消耗。相反,在干旱或降水稀缺的地区,则需强化人工灌溉措施,确保农作物生长所需水分的稳定供给,维持农业生产活动的持续进行。
(2)土壤类型作为决定灌溉方式选择的重要因素,其保水与透水性能直接影响灌溉效果与水资源利用效率。对于黏土质土壤而言,其卓越的保水能力要求灌溉方式需注重精准控制,以避免过度灌溉导致的水分流失与浪费。因此,滴灌与喷灌等现代化灌溉技术成为优选,它们能够精确地将水分送达作物根部,减少地表径流与深层渗漏,提高水分利用效率。而在沙质土壤区域,鉴于其良好的透水性能,传统的沟灌与畦灌方式可能更为适宜,这些方式能确保水分迅速渗透至土壤深层,直达作物根系,促进作物生长。
综上所述,节水灌溉技术在农田水利工程中的应用,对于促进农业可持续发展、保障水资源有效利用具有不可估量的价值。未来,我们应当继续加大科研投入,深化技术研究,同时加强技术推广与示范,为实现农业绿色、高效、可持续的发展目标贡献力量。
(作者单位:122500辽宁省凌源市水务事务服务中心)