高效节水灌溉技术在农田水利建设中的应用
作者: 赵一军高效节水灌溉技术是当前农田水利建设的主要发展方向。本文以甘肃省民勤县为例,从微喷灌、滴灌、移动喷灌、地下灌溉和膜下滴灌5种主要的节水灌溉技术出发,介绍了节水灌溉技术在民勤县的具体实施过程和应用效果。通过科学规划、精细设计,引入先进实用的节水灌溉技术等措施,可以有效提高民勤县高效节水灌溉技术的应用效果。同时,要重视系统的运行管理和维护,强化科技支撑和人才培养,优化服务体系,鼓励社会资本投入,完善政策环境。
一、民勤县的水资源状况
(一)水资源的地理分布
民勤县的水资源主要来源是地下水和天然降水。地下水资源主要集中在县城及一些大的乡镇,这些深层含水层的地下水资源质量较好,符合农田灌溉和居民生活用水的要求。然而,由于地处内陆干旱地区,民勤县的年降水量总体偏少,且分布不均,主要集中在夏季,局部地区甚至出现长期无有效降水的情况。
(二)水资源利用现状
民勤县的水资源主要用于农业灌溉,占全部用水量的大部分,居民生活用水和工业用水次之。近年,通过积极开发地下水资源和建设小型水库,民勤县在一定程度上缓解了水资源的供应压力,但受年降水量的持续减少以及地下水资源的过度开采的影响,导致水资源短缺的问题依然十分严重。
(三)水资源存在的问题
1.受气候变化影响,年降水量持续减少,导致水资源总量有所下降。
2.由于农业灌溉技术和设备的落后,灌溉效率不高,大量水资源在运输和使用过程中被浪费,进一步加剧了水资源的短缺。
3.随着工业化和城市化的发展,居民生活和工业生产对水资源的需求持续增加,使水资源的供需矛盾日益突出。
因此,改善和优化民勤县的水资源利用,对民勤县来说显得尤为紧迫和重要。高效节水灌溉技术的研究和推广,可以在保障农业生产和居民生活用水安全的同时,显著提高水资源利用效率,对改善民勤县的水资源状况具有重大的现实意义和深远的发展价值。
二、高效节水灌溉技术概述
水资源的有效利用和保护是农业持续健康发展的重要支撑。在干旱和半干旱地区,如何通过技术手段提高灌溉效率、减少水资源浪费、实现节水灌溉,是农业领域长期以来探索的重要课题。高效节水灌溉技术的发展和应用,为解决这一问题提供了有效的技术措施。
(一)高效节水灌溉技术的定义与特点
1.高效节水灌溉技术的定义。高效节水灌溉技术指的是可显著提高农田灌溉水利用效率,减少水资源浪费的现代灌溉方式。这种技术能够将水直接准确地输送到作物需要的部位,从而提高水分利用率,节约水资源,提高农作物的产量和质量。
2.高效节水灌溉技术的特点。第一,该技术可准确控制灌溉水量,避免因过度灌溉而造成的水资源浪费。第二,该技术可以使水分更直接、更有效地送到作物需要的部位,从而提高作物的生长效率。第三,该技术可以通过灵活调整灌溉方式和时间,适应各种气候和土壤条件,使农田灌溉更加科学、合理。
(二)高效节水灌溉技术的种类
1.微喷灌技术。微喷灌是一种利用压力将水喷射到空中,形成微小水滴,通过空气传播到作物上的灌溉方式。微喷灌可以准确控制灌溉水量,避免过度灌溉和水分蒸发损失,适用于各种土壤和作物。
2.滴灌技术。滴灌是将水通过管道系统直接输送到农作物的根部或土壤表面的灌溉方式。滴灌可以使水分和肥料更直接、更有效地送到作物需要的部位,提高水分利用率,节约水资源,提高作物的产量和质量。
3.移动喷灌技术。移动喷灌是利用移动设备,将水以喷雾的形式均匀喷洒到田地的灌溉方式。移动喷灌设备可以根据田地的形状和大小,灵活地进行灌溉,降低灌溉成本,提高灌溉效率。
4.地下灌溉技术。地下灌溉是通过在地下铺设管道,将水分输送到农作物根部的灌溉方式。地下灌溉可以减少水分在地面的蒸发损失,使水分更有效地被作物吸收,适合在旱地农业中应用。
5.膜下滴灌技术。膜下滴灌是将滴灌与地膜覆盖相结合的灌溉方式,可以显著提高水分利用效率,减少水分蒸发,同时,对土壤温度有一定的调控作用,有利于作物生长。
三、高效节水灌溉技术在民勤县的应用措施
(一)微喷灌技术在民勤县的应用
1.微喷灌技术在民勤县的实施过程。第一,制订灌溉方案。基于该地的气候条件、土壤类型、作物需求以及水资源情况,需要设计一份详细且精准的灌溉方案,包括确定微喷灌系统的配置。例如,选择合适的喷头类型和大小,以便达到最优的灌溉效果。同时,还需要确定灌溉时间和水量,以满足作物的需求,避免水分的浪费。第二,安装设备。在设计完成灌溉方案后,需要安装微喷灌系统。这包括选择合适的地点安装水泵,连接管道,并在农田中布置喷头。在这一过程中,需要确保所有设备的正确安装和连接,以保证灌溉系统的完整性和有效性。第三,调试系统。安装完毕后,需要对微喷灌系统进行调试。这包括检查水泵的运行状态,确保管道无漏水现象以及验证喷头能够均匀且精确地分散水流。调试阶段至关重要,因为只有当所有元素都正常运行时,灌溉系统才可达到预期的效果。第四,操作和维护。在调试完成后,微喷灌系统即可投入使用。因此,为了确保其持续、高效地运行,需要定期进行系统的操作和维护。这包括根据天气变化和作物生长阶段,适时调整灌溉时间和水量以及定期清洗喷头,防止堵塞。同时,还需要定期对水泵和管道进行检查,一旦发现问题应立即修复,以防止水资源的浪费。
2.微喷灌技术在民勤县的应用效果。微喷灌技术在民勤县的应用,取得了显著的节水效果。由于微喷灌可以将水精确地送到作物需要的部位,大幅提高了水分利用效率,减少了因过度灌溉和蒸发造成的水资源浪费。同时,微喷灌技术还有助于提高农作物的产量和质量。微喷灌提供了更均匀的水分,有利于作物的生长,能够提高作物的产量。另外,由于微喷灌能够减少农田表面的水分蒸发,有助于防止病虫害的发生,进一步提高了农作物的质量。
(二)滴灌技术在民勤县的应用
1.滴灌技术在民勤县的实施过程。在民勤县,滴灌技术的实施过程具有严谨、精准的特性,主要包括以下步骤:第一,制订滴灌方案。根据民勤县的土壤类型(主要为轻壤土和沙壤土)、气候条件(年均降水量在116~169.2 mm,年均蒸发量在2500~2700 mm)和作物种植结构(主要为玉米、葵花、瓜果、蔬菜)制订滴灌方案。一般情况下,玉米和葵花的滴灌带间距设置为0.5~0.6 m,瓜类根据不同作物情况设置在1~1.5 m。灌溉频率和水量会根据不同作物的生长阶段进行调整,通常情况下,幼苗期和结果期的灌溉频率较高,水量较大。第二,安装滴灌系统。滴灌系统的主要组成部分包括水源、主管、分管和滴头。其中,水源通常选择地下水,主管和分管选用直径为110~315 mm的PVC管材,滴头的流量控制在1.8~3.2 L·h-1。在安装过程中,需要考虑地形和作物种植结构,以保证滴灌系统的覆盖效果。第三,调试滴灌系统。通过开启系统,检查每一段滴灌带和滴灌管是否能均匀流水,流量是否达到设计要求。同时,需要检查主管和分管的连接是否密实,滴头是否工作正常。第四,运行和维护滴灌系统。在运行过程中,需要根据作物的生长状况和气候变化,实时调整灌溉频率和水量。例如,在高温干旱期,需要每天灌溉1~2次,每次灌溉2~3 h。同时,每周至少进行1次系统检查,清理滴头和管道中的杂质,保证系统正常运行。
2.滴灌技术在民勤县的应用效果。滴灌技术在民勤县的应用,实现了显著的节水和增产效果。从节水方面看,滴灌技术将水直接输送到作物的根部,极大地减少了灌溉过程中的蒸发和渗漏,节水效率明显提高;从增产方面看,滴灌技术提供了作物生长所需的均衡、稳定的水分供应,避免了过度灌溉或水分不足带来的影响,有利于作物的生长和产量的提高。因此,滴灌技术在民勤县的应用,对于改善当地的水资源状况、提高水资源利用效率、保障农业生产具有重要的意义。
(三)移动喷灌技术在民勤县的应用
1.移动喷灌技术在民勤县的实施过程。移动喷灌技术的实施过程在民勤县具有其独特性,主要包括以下步骤。第一,制订移动喷灌方案。根据民勤县的地形地貌、土壤特性、气候条件及作物种植情况制订合适的移动喷灌方案。在方案制定过程中,需要确定喷灌机的选型(例如移动式喷灌机,中距离喷头等),喷灌机的移动路径和速度以及灌溉的频率和水量。第二,安装移动喷灌设备。移动喷灌设备主要包括水源、供水管道、喷灌机及其配套的移动设备。在安装过程中,需要将喷灌机安装在预定的位置,连接好供水管道,并调试好移动设备。第三,对移动喷灌系统进行调试和测试。开启系统,检查喷灌机是否能够按照预定的路径和速度进行移动,喷洒的水雾是否均匀,覆盖范围是否符合设计要求。第四,系统的运行和维护。在运行过程中,根据作物的生长状况和气候变化,实时调整灌溉的频率和水量。同时,定期进行系统的检查和维护,防止喷头堵塞,保证系统正常运行。
2.移动喷灌技术在民勤县的应用效果。在民勤县,移动喷灌技术的应用效果显著。第一,通过灵活移动喷灌,可提高灌溉效率和灌溉均匀度,减少了灌溉过程中的水资源浪费。第二,通过精确的灌溉控制,可根据作物的生长需求和气候条件,提供适量的水分,从而提高了作物的质量和产量。第三,由于移动喷灌技术的灵活性和自动化程度较高,有效降低了人工操作的强度和复杂性,减轻了农民的劳动负担。
(四)地下灌溉技术在民勤县的应用
1.地下灌溉技术在民勤县的实施过程。实施地下灌溉技术的过程需要严密的计划和精细执行,涉及以下主要步骤:第一,进行综合的田间调研和系统设计。这涉及对土壤物理性质(如土壤类型、颗粒大小、孔隙度、渗透系数等)进行详细的测定,以及对作物需水量、生长阶段、根系分布等进行研究。在此基础上,确定灌溉管网的深度(通常在30~50 cm)、管道间距(一般在0.5~1.5 m),并根据土壤水力传导性能和作物需水量,设计灌溉频次和灌溉量(每次为5~20 m3·hm-2)。第二,安装地下灌溉系统。这包括挖掘深度为30~50 cm的沟渠,按设计间距布置并埋设滴水管(直径通常在16~20 mm),然后连接主供水管道(直径通常在63~110 mm)和配套的水泵(流量一般在10~50 m3·h-1)。这一过程需要保证管道连接处的密封性,防止泄漏,确保滴水孔(间距通常在30~50 cm)的位置准确,以保证灌溉均匀。第三,进行地下灌溉系统的调试和测试。这包括启动水泵,检查管道内的水流状态(压力通常控制在1~2 Pa,流速在1~2 m·s-1),观察滴水孔的滴水情况(滴水速度为每秒2~4滴),并对系统进行全面的泄漏检查。第四,进行地下灌溉系统的运行和维护。根据作物生长情况和气候条件,适时调整灌溉次数和灌溉量。同时,定期进行管道的清洗和检修,保证系统正常运行。
2.地下灌溉技术在民勤县的应用效果。地下灌溉技术在民勤县的应用效果十分显著。第一,由于地下灌溉可以直接将水分输送到作物的根部,其灌溉效率高,水分利用率得以提高,从而显著减少了灌溉用水量。第二,地下灌溉可以有效避免水分的蒸发损失,适应民勤县的干旱和半干旱气候条件。第三,地下灌溉对作物的生长环境影响小,有利于作物的健康生长,从而提高了农田品质。第四,地下灌溉系统的自动化程度高,降低了农民的劳动强度和管理难度。因此,地下灌溉技术在民勤县得到了广泛应用和推广。
四、提升民勤县高效节水灌溉技术应用效果的策略
(一)建设高效节水灌溉系统的基本思路
坚持科学规划,根据民勤县的气候条件、地形地貌、土壤类型和作物需水特性,制订科学合理的灌溉方案。尽可能采用先进、适用的节水灌溉技术。如滴灌、喷灌、膜下灌等技术,既要考虑技术的先进性,也要考虑其在实际条件下的适用性。重视系统的运行管理和维护。建立健全灌溉设施的运行维护制度,定期进行设备检查和维护,保证系统的稳定运行。增强农民的节水意识和技术水平。通过培训、演示等方式,使农民了解节水灌溉的重要性,掌握相关知识和技能,提高其节水灌溉的主观能动性。
(二)提升技术应用效果的具体策略
1.加强科技研发和技术创新。基于民勤县的地理、气候和作物种植特点,与研究机构或高校合作,深入研发和创新适用于当地的节水灌溉技术。这需要投入更多的科研资金,引进专业研发团队,开展有针对性的科技项目。
2.建立和完善人才培养机制。通过与专业教育机构合作,开展职业培训和教育,培养具有专业知识和技能的农田水利建设技术人员。此外,还应该建立奖学金或奖励机制,吸引和激励更多的人才加入农田水利建设的研究和实践。
3.优化服务体系。建立完善的农田水利服务体系,包括技术咨询、项目设计、施工安装和运行维护等服务。通过线上和线下的方式,提供方便快捷的服务,帮助农户解决实际问题。
4.鼓励社会资本投入。通过制定优惠政策,如减税、补贴和低息贷款等,鼓励和吸引社会资本投入农田节水灌溉设施的建设和改造中。通过公私合作伙伴关系(PPP模式),加快农田水利设施的建设和升级。
5.完善政策环境。政府应出台更多有利于节水灌溉技术推广应用的政策,包括提供资金支持、优化行政审批流程、加大执法力度等,以营造有利于高效节水灌溉技术发展的环境。
五、结语
高效节水灌溉技术在农田水利建设中的应用具有重要的理论和实际意义。民勤县的实践表明,这些技术在提高灌溉效率、节约水资源、促进作物增产、保护环境等方面发挥了积极作用。然而,如何进一步提高这些技术的应用效果,既需要不断提高科技创新能力,又需要完善相关的政策支持和服务体系。希望该研究可为民勤县乃至全国的农田水利建设提供有益的参考和启示,推动我国农田灌溉事业的健康发展,为实现国家粮食安全和农业可持续发展做出贡献。
作者简介:赵一军(1971—),男,甘肃民勤人,大专,工程师,主要从事水利运行管理工作。