农业水利灌溉工程中的节水措施_张继伟

农 机 使 用 与 维 修

0 引言

根据相关数据统计预测，我国人口在 2030 年将 达到 16 亿，年粮食需求将增加到 6. 4 亿 ~ 7. 3 亿 t， 根据我国农业发展要求，为了满足粮食需求，农业 灌溉面积应发展至 6 000 万 hm2 左右，根据现有的 农业灌溉用水量，预计在 2030 年农业灌溉用水量将 达到 6 500 亿 m3 。 因此，为解决耕地面积有限、灌溉 用水紧缺的局面，发展节水灌溉技术是实现农业可 持续发展的必经之路。

目前，农业应用较为广泛的节水灌溉措施主要 包括渠道防渗技术、滴管技术、水肥一体化技术，还 涌现出一批节水灌溉新技术，如加气灌溉技术及再 生水灌溉技术等，为农业节水灌溉技术的发展提供 新的发展思路与需求。

1 农业节水灌溉技术研究现状

1. 1 节水灌溉含义

我国《节水灌溉工程技术规范》中对节水灌溉 的定义为 : 根据不同作物不同生育时期需水规律及 地区水资源条件，对降水及农业灌溉水进行高效利

作者简介 : 张继伟 ( 1980—) ，男，黑龙江龙江人，大专，工程 师，研究方向为农业工程。

用，是保证农业生产效益最大化的主要措施。

1. 2 节水灌溉技术体系分类

节水灌溉体系主要包括工程技术类节水、管理 类节水及政策类节水灌溉措施。

1. 2. 1 工程技术类节水灌溉措施

1) 水资源合理开发利用技术 。主要是指利用 相关工程 技 术 措 施，对 天 然水资源进行合理的调 控、分配与开采，为农业发展提供必要的水资源，主 要开发技术包括雨水蓄集利用技术、坑塘截流调控 地下水技术、深沟河网蓄水技术、机井改造技术及

再生水灌溉回收利用技术等。

2) 渠道防渗技术 。是指为了减少输水渠道渗 漏损失而采取的工程技术措施，是目前应用广泛的 节水灌溉技术之一 。采用该技术可以将水资源利 用系数从 0. 24 提高到 0. 56 左右，减少水资源输送

损失。

3) 低压管道输水灌溉 ( 管灌) 。是指采用低压 管道代替传统明水渠输水灌溉的几种措施，低压管 道输水可以减少输水过程中的渗漏和水分蒸发损 失，提高输水效率。

1. 2. 2 管理类节水灌溉措施

管理类节水灌溉措施主要是进行实时节水灌 溉制度，制定土壤墒情监测预警技术、农业灌溉区 域配水技术及现代化管理技术等。

1. 2. 3 政策类节水灌溉措施

政策类节水灌溉技术措施主要是指根据当地 农业发展现状建立节水灌溉技术服务体系，改进水 资源管理体系，改变水价收费等方法，进而制定可 持续发展节水灌溉政策等。

2 地面灌溉节水技术

地面灌溉节水技术是我国主要的灌溉技术之 一，占我国农业灌溉总面积的 95% 以上，提高地面 灌溉节水技术利用效率是提高农田水资源利用效

率，从根本上缓解我国水资源短缺的主要实施途径。

2. 1 地面灌溉技术主要类型

2. 1. 1 畦灌

畦灌是指将农业生产试验区划分成多个狭长 的小地块，灌溉水从毛渠放入畦中以薄层水流动，

流动过程中逐渐渗透湿润土壤，主要包括顺畦和横 畦两种灌溉方式，如图 1 ( a) 、( b) 所示 。 畦灌适合 用于小麦、谷物及花生等窄行距、种植密度大的作

物，在使用过程中主要受到供水情况、土壤质地及 土地平整度的影响。

图 1 畦灌主要类型示意图

2. 1. 2 沟灌

沟灌主要是在作物种植行间开挖灌水沟，灌溉 水进入灌水沟后在流动过程中借助土壤毛细管的 作用从灌水沟壁逐渐渗透，采用此方法进行作物灌 溉有利于保持土壤结构，减少灌溉水的蒸发损失， 但是由于需要挖沟，劳动强度较大。

2. 1. 3 膜上灌溉技术

膜上灌溉是指在地膜覆盖的基础上，将膜侧灌 水改为膜上灌溉，将灌溉水通过放苗孔进行局部灌 溉，可以改善土壤水分供应条件，提高地温，解决水 土流失等问题，而且膜上灌溉可以保持土壤良好的 通气性，保证土壤的疏松不板结。

2. 2 地面灌溉质量评价体系

2. 2. 1 节水增产率

节水增产率是指在同样农业生产条件及气候 自然条件下，与传统灌溉技术相比，其单位面积产 量增加百分数，计算公式如式( 1) 所示。

Y1 － Y2

式中 Fy —节水增产率，% ;

Y1，Y2 —两种灌水方法或两项灌水技术的平 均单位面积产量，kg ·hm－2 。

2. 2. 2 节水率

节水率是节水灌溉技术体系下重要的评价指 标之一，计算公式如式(3) 所示。

W1 － W2

式中 ηa —节水率，% ;

W1，W2 —两种灌 溉 方 法 单位面积上灌溉用 水 量 ，通 常 可 用 实 际 的 灌 水 定 额 计 算，m3 · ( 667 m2 ) －1 。

3 微灌工程技术

3. 1 滴灌技术

滴灌主要分为地表滴灌技术及地下滴灌技术 两种发展模式，是目前农业生产中最节水的灌溉技 术之一 。 由于滴灌技术需要投入相应的管道及设 备，最初只应用在经济作物的生产中，随着后续技 术的逐渐完善，经济效益的逐渐显现，开始广泛应 用于大田作物，是目前应用最为广泛的节水灌溉技 术之一 。滴灌技术可以实现精准灌溉，灌溉水只湿 润作物生长部分，可以减少灌溉水的投入，减少水 分的无效蒸发，还可以防止杂草生长，且不易产生 地表径流。

3. 2 水肥一体化技术

水肥一体化技术是在滴灌技术上发展起来的

一种新型农业灌溉方式，通过注入水中的肥料，可 以提供足够的水分和养分，实现水肥精准灌溉，提 高肥料利用效率，减少化肥、农药由于地表径流造 成的农田环境污染 。 由于滴灌能够及时适量供水、 供肥，因此，水肥一体化技术可以在提高农作物产 量的同时，提高和改善农产品的品质。

3. 3 加气灌溉技术

地下滴灌技术是目前应用最为广泛的田间节 水灌溉技术，可以显著提高水分、养分利用效率，实 现精准灌溉与施肥，但是，灌溉水分入渗会驱替土 壤孔隙中的空气，导致土壤出现周期性滞水，造成 土壤通气性下降，土壤氧气含量降低，限制土壤呼 吸，进而造成根系对水分和营养物质的吸收下降， 作物地上部分则表现为叶片萎缩，作物鲜重和干重 显著下降，最终导致作物产量和品质的下降，成为 农作物高产、稳产的主要限制条件 。加气灌溉技术 是在地下滴灌的基础上，利用空气泵或者罗茨风机 等通风装置向作物根部土壤增加空气，进而达到提 高灌溉水中 O2 含量的目的，为作物根系生长提供 一个良好的水、气环境，可以有效促进农作物植株 的生长，达到作物提质增产的目的。

4 农业节水灌溉技术发展趋势

4. 1 发展精细化灌溉技术

目前，我国已经基本实现了农业低压管道输水 技术，未来应继续发展大型渠道灌溉管道化，并逐 渐加强管道管材的生产研发 。另一方面，加强地面 平整是提高地面灌溉效率的重要前提，因此，应配 合激光平地技术、水平灌溉技术及土壤墒情自动监 测技术等改进地面灌溉效率，逐渐实现农业生产水 资源适时适量的精细灌溉发展。

4. 2 推广非充分灌溉技术

非充分灌溉技术是将生物技术、信息技术与灌 溉技术相互连接与支持，创建一种新型灌溉理论技

术体系，例如减少灌溉次数等提高灌水利用效率， 目前仍然处于研究阶段。

4. 3 “3S”技术在节水灌溉中的应用

“3S”技术主要包括遥感技术 ( RS) 、地理信

息管理技术 ( GIS) 和全球定位系统技术 ( GPS) ， 利用 “3S”对农业生产空间信息进行采集 、处理、 管理及分析 ， 能保证农业灌溉技术更加规范 、科 学与合理。

4. 4 发展其他新型节水灌溉技术

4. 4. 1 污水灌溉技术

污水灌溉技术是指利用污水进行农业灌溉，利

用泥土、微生物及作物等分解污水中的一些物质。 首先对污水进行积淀、过滤，去除固体污染物或加 入杀菌剂等，保证污水处理后符合灌溉水标准，但 是该技术需在专家指导下进行田间应用。

4. 4. 2 利用空气水分进行灌溉

主要是利用相关措施收集空气中的水分，直接 供给作物或者汇聚后再进行灌溉，对于沙漠地区及 缺少淡水资源的农业生产区域是一种可行办法，但 是目前水分收集设备十分昂贵，在今后的发展中， 如何降低生产成本是重点解决的问题。

4. 4. 3 光伏提水技术

光伏提水技术主要由太阳能板、控制室及水泵 等组成( 图 2 ) ，可 以 实 现 节 电、节 水、节 约 能 源 的 目的。

图 2 光伏提水系统示意图

5 结论

农业灌溉资源短缺、灌溉利用效率低是限制我 国农业可持续发展的主要因素，因此，开展节水灌 溉技术的研究对于稳定我国农业可持续发展具有 重要意义 。本研究系统阐述了目前应用最为广泛 的节水灌溉技术发展模式，并系统分析了节水灌溉 技术下水稻节水灌溉理论依据及发展模式，研究结 果对于推动我国农业可持续发展，保证我国粮食安 全具有重要意义。

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