蓄水池滴灌设计优化研究及其经济效益分析

摘要：我国的水资源分布不均匀，在缺水的背景下，如何有效利用水资源，成为当前农业发展的一个重要课题。在当前推动我国农田水利建设可持续、绿色发展的过程中，建设高标准农田和实施滴灌高效节水技术已成为当前高效节水的主流，但从近年来高标准农田滴灌技术应用中还存在实施滴灌不够科学、滴灌不够精准，未达到滴灌高效节水与增产增收的效果的情况。如何从灌区气候条件、土壤情况等实际出发，在保证农业增产增收的前提下，达到滴灌节水更科学、更精准、更高效是一个值得深入思考与研究的问题。本文根据甘肃省昌马灌区的实际情况，讨论了灌区的蓄水池滴灌节水技术应用中设计灌溉制度的优化及其经济效益。

甘肃省疏勒河流域位于河西走廊西端，流域面积4.13万平方公里，年降水量47～63毫米，年蒸发量2 897～3 042毫米，年平均气温6.9～8.8摄氏度，属典型的内陆干旱气候。昌马灌区为疏勒河流域三大灌区之一，总灌溉面积69.68万亩（1亩≈666.67平方米），多年平均气温5.2摄氏度。年内气温以7月最高，月平均18.3摄氏度，以一月最低，月平均-9.3摄氏度。年平均无霜期130天，最长151天，最短109天，最大冻土深为1.5米，最大风速24米每秒。昌马灌区横跨玉门市、瓜州县，处于缓倾斜细土平原地带，表层为亚砂土、亚粘土夹砂，颗粒较细，有弱冻胀性，厚度1～2米，为良好的耕作层，适宜多种农作物生长，但农作物受无霜期短、有效积温等季节因素影响，基本上为一年一熟制。粮食作物主要有玉米、小麦等；经济作物主要有食葵、枸杞等；饲草作物有紫花苜蓿等。近年来，农业高质量发展需要不断提高农业生产集约化程度，高标准农田建设正在如火如荼地开展。在高标准农田的建设过程中，蓄水池滴灌技术的应用和推广就显得十分重要。我们选取昌马灌区饮马农场，对其2017年建成的2 765亩蓄水池滴灌项目工程设计灌溉制度优化及其效益进行研究分析，以便推广应用。

滴灌节水技术应用背景

多年来，疏勒河昌马灌区农业灌溉均采用大田漫灌等传统灌溉模式进行，节水措施多为提高斗农渠衬砌率、大地改小、激光平地等常规节水措施，约有40%左右的水量损失于输用水过程中，水资源生产率低，节水效益不明显。近年来，随着区域水资源紧缺，以及工业经济迅猛增长，生态环境建设力度加大，县乡城镇化水平不断提高，工农业、生态、生活需水量逐年增加，供需水矛盾日益突出，迫切需要实施高效节水灌溉，减少田间输水损失，提高渠系水和田间水利用率，实现科学灌溉，保障农业生产不减产的同时，把结余的水量通过水权交易转移用途，用于工农业生产、生态环境建设和人民生活，缓解区域供用水矛盾，促进区域社会经济高质量发展。农业高质量发展需要不断提高农业生产集约化程度，高标准农田建设正在如火如荼地开展，滴灌技术也就成为高标准农田的重要灌溉方式。

蓄水池滴灌工程建设概况

工程概况

本蓄水池滴灌项目位于疏勒河流域昌马灌区饮马农场七支渠，涉及地表水灌溉面积共2 765亩，地块集中连片，按照一个蓄水池滴灌灌溉系统进行设计，修建蓄水沉沙池1座，从饮马七支渠引入疏勒河水，经蓄水沉沙后，通过首部管理房的输配水设备进入灌溉管网系统。由于利用原地面灌溉渠道供水，水质符合农田灌溉水质标准，可用于滴灌，但是渠水中含有泥沙和少量有机杂质，需设置沉砂池进行初级处理去除残留少量泥沙后方可从沉砂池中进入管道进行灌溉。

设计灌溉制度

本蓄水池工程项目根据项目区控制面积确定了设计灌溉制度，设计灌溉制度按以下方式确定。

①土壤湿润比P

Pw—土壤湿润比；

NP—每棵作物的滴头数，0.8；

Se—滴头沿毛管的间距，0.3米；

w—湿润宽度，由灌水器流量为2.0升每小时，查得0.6米；

Sp—作物株距，0.3米；

Sr—作物行距，0.7米；

由上式计算得Pw=78.6%

②最大净灌水定额

式中：—土壤容重，取1.40克每立方米；

—计划土壤湿润层深度，取40厘米；

—计划土壤湿润比，取78.6％；

，—土壤适宜含水率的上下限（占干土重量的百分比），分别取田间持水率的90％、64％。

经计算得，m=33.47毫米，即22.33立方米每亩。

③设计灌水周期

由《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）式4.0.11-2计算如下：

计算得T=6.6天，即为灌水高峰期灌水周期，取T=6天。

因此，设计净灌水定额md及设计毛灌水定额m′依据下式计算

md=T×Ia

其中T=6天，Ia=5毫米每天，η=0.9，代入计算得md=30毫米 ，m′=33.33毫米（22.22立方米每亩），此值为作物高峰期毛灌水定额。

④一次灌水延续时间

由《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）式4.0.12-2和式4.0.13-1计算如下：

式中：t—一次灌水时间，小时；

m—净灌水定额，30毫米；

Se—灌水器间距，0.3米；Sl—毛管间距，0.7米；

q—滴头流量，q＝2.0升每小时；

η—灌溉水利用系数，0.9。

以玉米作物为例说明设计参数的选择，由上式计算得t=3.5小时，取3.5小时。

对蓄水池滴灌设计灌溉制度优化的技术措施及其经济效益分析

技术措施

蓄水池滴灌工程建成后，经过多年的总结，根据水泵和各级管道供水能力，结合灌区降水量少、蒸发强烈和土壤沙性较大的特点和农作物实际需水要求，对场区内农作物品种、灌溉的时间、灌水量、灌水频次等进行了优化调整，形成了一整套优良的田间管理措施。将单一的食葵种植发展成包括瓜果、玉米等多品种的种植规模，是对蓄水池滴灌工程灌溉制度的完善和补充。

一是干播湿出补墒水。在掌握好最佳播种期内，通过干播湿出及时进行滴水补墒。力争在3-5天内完成低墒水的滴水补墒工作，根据土壤质地滴水量控制在20～25立方米每亩以内，满足种子发芽需要，严禁过量滴水造成地温降低，导致种子霉烂，影响正常出苗。

二是膜下滴灌种植模式。膜下滴灌种植模式的选择遵循节本、优质、高效、因地制宜的原则。以70厘米窄膜为例，膜下铺设一根滴灌带，选择滴头流量规格为2.0升每小时的滴灌带，滴头向上铺设在地膜中间。要求铺膜规格：膜幅宽度1.1～1.2米，膜面宽达到50厘米，膜间距达到60～70厘米的宽窄行种植带。播种规格：行距达到30厘米与膜间距达到70厘米，形成宽窄行种植带。膜面平整笔直，覆土一致，地膜中间压一行土，防止地膜被风刮起。

三是滴灌作物水肥一体化技术。 滴水和追肥水肥一体化技术应用上，总体上遵循“少量多次、少食多餐、浅浇勤灌、滴水均匀”的十六字要求。根据土壤特性和作物需水规律因地制宜，根据田间实地监测滴水情况，滴水面积根据管道压力控制在合适的范围内，灵活调节，满足作物需水。确保田间压力在适宜的范围内，防止滴漏跑冒造成浪费，达到田间滴水均匀。底肥（基肥）施肥时间达到腐熟标准的农家肥在秋季犁地前或春季耙地时均匀撒施，商品有机肥、化肥在铺膜前完成条施或结合铺膜工作一次性完成，施肥行要错开播种行。

根据项目设计灌溉制度可以看出，在种植作物食葵、玉米、白瓜子播种前进行了春灌泡地（100立方米每亩），而采用干播湿出种植技术补墒水亩均节水60立方米每亩；采用膜下滴灌种植技术针对不同作物均可不同程度的减少灌水轮次，节水效果显著。

效益分析

1.节水效益

食葵、玉米、白瓜子在不同灌溉制度下灌溉定额分析（见下表）。

从以上表格数据可以看出，项目区2 765亩耕地种植的作物在项目设计灌溉制度下灌溉定额均为340立方米每亩；项目区通过标准化栽培技术优化后，食葵、玉米、白瓜子实际亩均灌溉定额分别为190立方米每亩、245立方米每亩、240立方米每亩，优化后的灌溉定额分别比设计灌溉定额减少150、90、100立方米每亩。

食葵、玉米、白瓜子相比通过标准化栽培技术优化的灌溉制度相比设计灌溉制度节水率分别为44.1%、26.5%、29.4%，节水幅度仍有提高空间。现根据项目区2 765亩耕地在设计滴灌、实际滴灌不同灌溉制度下对其节水经济效益进行分析可以看出项目实施前项目区2 765亩各类作物设计滴灌用水总量为940 100立方米，优化设计灌溉制度后实际滴灌用水总量为602 600立方米。实际滴灌相比设计滴灌节水337 500立方米，亩均节水122.06立方米；节省水费54 675元，亩均节约水费19.77元。通过标准化栽培技术优化灌溉制度后的实际滴灌取得了进一步节水和节省水费的效果。

节肥效益

通过滴灌与大田漫灌对比发现，滴灌用肥相比大田漫灌用肥少，但增产效益明显。在滴灌水肥一体化模式下，达到同样肥效的情况下，蓄水池滴灌设计灌溉制度优化后，滴灌更加精准、用水量更少，施肥更加精准、肥料用量更少。

蓄水池滴灌节水工程实际节水效果效益和农田增产增收明显，已成为当前已经建设和正在建设的高标准农田的主要节水灌溉技术措施，蓄水池滴灌设计灌溉制度的优化对灌区群众坚定实施应用农田滴灌高效节水技术具有十分重要的意义。昌马灌区饮马农场通过实施蓄水池滴灌节水工程，并实行标准化栽培技术优化设计灌溉制度，相比设计灌溉制度下340立方米的用水定额，亩均实际用水217.9立方米，亩均实现节水122.06立方米，节水效果效益十分明显。同时，在滴灌水肥一体化模式下，滴灌的精准保证了施肥的精准，肥料用量更少。总之，在蓄水池滴灌工程实施后，根据气候土壤条件，通过采取干播湿出补墒水、膜下灌溉模式、水肥一体化模式等技术措施优化滴灌设计灌溉制度，灌溉施肥更加精准，节水节肥效益更加明显。

2023年甘肃省水利科学试验研究及技术推广项目“蓄水池滴灌节水应用研究及推广”（编号：23GSLK019）。

（作者单位：甘肃省疏勒河流域水资源利用中心）