基于生态理念的农田水利工程规划与可持续发展研究

作者: 梁连

0 引言

农田水利工程是农业生产的重要基础设施,其核心作用在于优化水资源配置、保障粮食安全与生态平衡。然而,传统水利工程往往注重单一功能目标,忽视了生态环境保护和可持续发展。随着全球气候变化加剧和自然资源紧缺,生态理念逐渐成为农田水利工程规划的重要指导思想。生态理念强调在工程建设中融入自然调节机制,实现资源高效利用与生态环境保护的统一。这种理念不仅为农业生产注入了绿色内涵,还为区域水资源管理提供了新的技术支持和实践方向。

1生态理念融入农田水利工程的意义

1.1提高水资源利用效率

生态理念融入农田水利工程,强调通过科学规划优化水资源的空间和时间分配,减少因供需失衡导致的浪费,如采用分区灌溉和精准调配技术,提升水资源利用效率。大力推广滴灌、喷灌等节水灌溉技术,既减少蒸发损失,又满足作物需求,避免土壤盐渍化[。通过渠道防渗和设施改造,降低无效径流和渗漏,实现高效环保的用水管理。生态理念还注重水资源循环利用,如雨水收集和地下水合理开发,从多层次提升水资源综合利用效率,为农业可持续发展提供支持。

1.2恢复农田生态系统健康

生态理念融人农田水利工程,就要通过科学调控灌溉和排水,避免土壤板结、盐渍化等问题,同时补充有机质和优化水土保持,改善土壤结构和肥力,为作物提供健康环境。构建生态化灌排系统与湿地修复工程,促进生物多样性恢复,增强生态系统适应性和抗逆性。通过净化排水系统减少氮、磷污染物流失,保护周边水体生态。生态设计,如建设坡地梯田和人工湿地,实现水土资源循环,维持区域生态平衡并降低系统脆弱性,从而显著提升农田生态系统的健康水平,促进人与自然和谐共生。

1.3提升农业生产的可持续性

生态理念融入农田水利工程,就要通过科学设计减少水土流失和土壤退化,延长农田使用寿命,同时构建防护林和水土保持工程,保障土壤肥力。智慧灌溉系统可实现精准供水,优化农业水资源管理,降低资源浪费和环境负担。利用太阳能水泵等绿色技术推动低碳农业发展,减少碳排放,提升农业生态友好性。通过多功能设计增强农田气候适应性,降低干旱与洪涝影响,实现农业经济与生态效益双赢,推动农业产业链绿色化转型,为农业可持续发展提供保障。

2基于生态理念的农田水利工程规划关键技术

2.1 水资源优化配置技术

2.1.1基于多目标优化的灌溉用水规划模型

水资源优化配置的核心是建立科学的灌溉用水规划模型,实现资源高效利用和生态效益的最大化[2]。模型使用多目标优化方法,以综合权衡经济、生态和社会效益:

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式(1)中,Z表示综合目标函数, 基于生态理念的农田水利工程规划与可持续发展研究1 是第 i 个目标的权重 基于生态理念的农田水利工程规划与可持续发展研究2 是相应的目标函数(如灌溉效率、农业产量、生态保护)。约束条件包括区域水资源总量限制(如地下水和地表水的供应量)农作物需水规律、灌溉时间窗口等。模型通过历史水资源数据的动态分析和参数调整,为不同时间节点的灌溉需求提供精准的用水策略。

2.1.2 智能灌溉系统设计

智能灌溉系统通过传感器、数据采集器和自动控制系统,实现灌溉过程的自动化与精准化。系统利用传感器实时监测土壤湿度、空气温湿度、作物需水量等关键参数,结合区域气象预报,计算最优灌溉时间和水量。灌溉设备包括自动滴灌系统、微喷灌系统和地下渗灌设施,均由中央控制系统实时调节。智能灌溉的优势在于避免传统灌溉方法造成的水资源浪费,尤其适用于水资源紧张和气候变化显著的地区。

2.1.3 雨洪资源利用技术

雨洪资源利用技术通过设计雨水收集系统,将降雨高效转化为可用水资源,显著提升水资源利用效率。常用方法包括地表径流收集、雨水调蓄池建设和雨水渗透系统布置。收集的雨水经过处理,可广泛用于农田灌溉和生态补水,有效缓解干旱时期的用水压力。同时,通过合理布局雨水分流与滞蓄设施,能够有效降低城市和农田的洪涝风险,减少径流对下游水生态的冲击,进一步维护生态系统的健康与稳定。

2.2 生态保护与修复技术

2.2.1 河湖连通性优化设计

农田水利工程需注重河湖连通性,以维护区域水文循环和生态平衡。优化设计包括疏通河道、建设分水堰、增设水闸和生态廊道等措施。河湖连通后,能有效缓解旱涝交替问题,同时改善农业灌溉条件。通过科学调控水流速率和分配水资源,可提升水体交换能力,避免因水体分割引起的生态退化问题。设计中还需重点考虑季节性干旱和降水分布不均对工程影响。

2.2.2 湿地修复及生态缓冲带构建

湿地被誉为“地球之肾”,具有储水、净化水质和调节气候的功能[3]。农田水利规划建设应注意恢复退化湿地,并增加湿地面积,以提升区域生态稳定性。生态缓冲带主要分为植被缓冲区和水体缓冲区。在植被缓冲区的建设中,通过栽种耐水植物,如芦苇和香蒲,有效拦截农业退水中的氮、磷等污染物,进而保护下游水质。构建缓冲带还能减缓地表径流速度,减少水土流失,为农田生态环境提供长期保护。

2.2.3 水生生物多样性保护技术

农田水利工程在改善灌溉条件的同时,需兼顾水生生态系统的完整性。工程规划应设计生物廊道或鱼类通道,确保河湖水系连通条件下鱼类的自由迁徙。人工种植水草和恢复自然栖息地,可有效提高水生生物的生存率和种群多样性。还需定期监测水质指标(如溶解氧、pH值)及生态健康状况,确保水环境维持良性循环,并根据监测结果及时调整工程管理措施,达到生态保护与工程功能的统一。



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2.3土壤水分管理技术

2.3.1 高效节水灌溉技术

土壤水分管理的首要任务是提高灌溉效率。高效节水灌溉技术包括滴灌、微喷灌和地下渗灌。这些技术通过精准控制水分供应,减少蒸发损失,保持作物根区水分充足。滴灌技术能够将水分直接送达作物根部,同时减少径流和深层渗漏。不同灌溉技术对土壤含水率和水分利用效率的影响显著,其中滴灌技术表现出明显的节水优势,如表1所示。

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表1土壤含水率与不同灌溉技术的关系

2.3.2土壤改良与保护措施

土壤改良旨在优化土壤结构,提高其保水性能和透气性,进而增强农田的生产能力。具体措施如下:增施有机肥料,如农家肥、绿肥等,提高土壤有机质含量;深翻土地,打破犁底层,改善土壤的通气性和水分渗透能力。同时,为了防止土壤退化,应推行轮作制度,通过多种作物的交替,减轻单一作物对土壤的持续影响,从而保障土壤的长期肥力与可持续利用。

2.3.3水土流失监测与控制技术

水土流失是农田生态系统退化的主要威胁之一。监测技术采用无人机遥感、地表径流监测设备等手段,实时获取流失数据,预测水土流失趋势[4]。在水土流失严重地区,应用梯田建设、植被护坡和生态拦截设施可有效减少水土流失。土壤水分监测系统通过分布式传感器网络和数据分析技术,为农田灌溉提供科学依据,如图1所示。

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图1土壤水分监测系统示意

3基于生态理念的农田水利工程可持续发展策略

3.1政策支持与技术推广

3.1.1国家政策在规划与实施中的引导作用

在农田水利工程的可持续发展中,国家政策发挥着重要的引导和支持作用。国家应制定明确的法律法规和行业标准,规范农田水利工程的设计、施工和管理流程,同时注重生态保护要求的融入。财政补贴和专项资金支持可显著降低农田水利工程的建设与运营成本,鼓励更多地区采纳绿色技术,推动工程的生态化发展。

3.1.2技术推广与培训体系的建立

技术推广与人员培训是实现生态水利技术广泛应用的关键环节。政府和科研机构需联合开展示范项目,通过典型案例展示生态理念下水利工程的成效。同时,建立多层次培训体系,为基层技术人员提供水资源优化配置、生态修复和智能灌溉系统操作等技术培训,提高基层技术队伍的专业水平。政府关部部门应通过政策和技术的结合,确保新技术能够真正应用到工程实践中,推动生态理念的深入实施。

3.2生态理念与区域发展协同

3.2.1不同地区的水利工程规划策略差异化分析

不同地区由于气候、地形和水资源条件不同,对水利工程的需求和规划策略存在显著差异。在干旱地区,应重点推广高效节水技术,如滴灌和微喷灌,最大限度地提高水资源利用效率;在多雨地区,应注重雨洪资源利用与排涝系统的完善。另外,应结合区域自然环境和生态敏感点的特征设计个性化的规划方案。例如,在河湖密集地区加强河湖连通性优化设计,在土壤贫瘠的区域实施土壤改良与生态缓冲带构建。这种差异化的规划策略能够有效协调区域水利发展与生态保护[5]。不同地区水利工程规划与生态保护措施对比,见表2。

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表2不同地区水利工程规划与生态保护措施对比

3.2.2促进农业生态经济与社会效益共赢

在水利工程中融入生态理念,不仅能优化农业生产条件,还能带动区域生态经济发展。大力保护水土资源、提升土壤肥力和改善生态环境,不仅提升了农田生产效率,还减少了对自然资源的过度消耗。通过湿地修复和生物多样性保护措施,不仅增加了生态旅游和绿色产业发展的潜力,还促进了社会就业。将生态保护与经济效益相结合,有助于实现农田水利工程可持续发展的长远目标。

3.3长效管理机制的构建

3.3.1农田水利工程后期管理与维护技术

水利工程的可持续发展需要完善的后期管理与维护技术支持。工程竣工后,应定期开展设备检测和维护,尤其是灌溉管网、排水系统和调蓄设施等关键部件的检查,确保其运行的稳定性和高效性。采用耐用材料和生态材料,可以延长工程寿命,同时降低对环境的影响。在管理中引入生态缓冲设施,如植被覆盖区和生态护坡,可进一步提升工程的稳定性和生态功能,减少自然灾害对设施的破坏。

3.3.2 基于大数据的动态监控与评估

运用大数据技术对农田水利工程进行动态监控与评估,是现代化管理的核心手段之一[6]。通过传感器网络和遥感技术,实时采集水资源使用、土壤湿度、气象数据和工程运行状况等信息,并将数据整合到统一的管理平台中。利用数据分析模型,可以预测区域用水需求和工程可能出现的问题,为管理决策提供科学依据。例如,通过分析农田的灌溉效率,优化灌溉计划;通过水资源利用效率的历史数据,调整后期工程策略。动态监控与评估的优势在于能够快速响应突发状况,实现精准管理。

4结束语

生态理念在农田水利工程中的应用是实现农业可持续发展的必由之路。研究系统探讨了水资源优化配置、生态保护与修复、土壤水分管理等关键技术,并提出了基于生态理念的农田水利工程可持续发展策略。研究表明,基于生态理念的水利工程能够显著提高资源利用效率、改善生态系统健康,促进农业经济效益与生态效益双赢。未来需进一步强化大数据、智能化技术的应用,加强政策引导和公众参与,为农田水利工程的绿色转型和高质量发展提供坚实保障。

参考文献:

[1]韩祥国.农田水利灌溉工程规划设计与灌溉技术分析[J].当代农机,2024(5):80,82.

[2]李月彬.农田水利灌溉工程规划设计与灌溉技术分析[J」.数字农业与智能农机,2024(5):68-70.

[3]曾彦祖.农田水利工程规划设计与灌溉技术的探讨[J].棉花科学,2024,46(2):106-108.

[4]胡少南.生态理念下的农田水利工程规划多功能设计分析[J].中国水运(下半月),2021,21(2):87-88.

[5]吴志良.基于生态理念下农田水利工程规划多功能设计的研究[J].珠江水运,2020(9):88-89.

[6]赵英中.农田水利工程规划多功能设计中生态理念的实际应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2019(12):73-74.

(栏目编辑:王亦梁)



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