自压滴灌节水技术在灌区农田水利工程中的应用

张怀斌

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，乌鲁木齐 830000)

1 概 述

我国幅员辽阔，对淡水资源的需求量十分巨大。但对于干旱地区而言，水资源匮乏，农业发展受到极大的阻碍，这是解决农业用水和提高水资源利用效率需要攻克的一个难题。我国既是人口大国，又是农业大国，灌溉所需的用水量在我国总供水量中占比高达62%。但在农业灌溉中，国内农田用水的利用率和水生产效率相对较低，农业用水存在浪费现象，而且目前国内地下水已严重开采过度[1]。因此，推广高效率、低成本的灌溉技术是十分必要的，能为国内农业的发展提供重要保证。

自压滴灌灌溉系统是一种利用天然地形的高差，将管道高度不同产生的重力差当作水资源的动力，经过滤后传输至农田各处，并且能够做到均匀分配水资源，是一种高效、便捷、成本较低的灌溉方式，这种灌溉方式为干旱地区、丘陵山地的水资源高效利用提供了保证[2-3]。目前，自压滴灌灌溉系统已在国内多地得到应用，积累了很多宝贵的经验，并取得不错的效果[4]。

2 自压滴灌节水技术的特点

2.1 增加水肥的利用率

在开展农业灌溉工作时，自压滴灌技术能大大提高灌溉效率。在水源和农田之间都铺设上管道，通过管道来进行灌溉，这种技术手段与传统的地面水渠灌溉方式相比，大大减少了水分在输送过程中的蒸发量和渗漏量，提高了农业用水的利用率，防止了水资源不必要的浪费，达到节约用水的目的。

表1为农田不同种类灌溉方式对水资源利用系数的比较。

表1 农田不同灌溉方式水资源利用系数

从表1中可以看出，对于传统的地面灌水，其水资源利用效率是最低的，也比较容易受到蒸发和渗漏的影响，灌溉效率不佳。而对于自压滴灌技术来说，其水资源利用系数最高，大部分都达到98%，说明该种技术在保证灌溉的前提下，能有较好的节水率，达到节约用水的目的。

2.2 改善生态环境、节约电能

自压滴灌系统不仅能提高农业用水的利用率，还能起到节约电能的作用。因为自压滴灌系统可以提供较高的水头压力，不仅可以对管壁起到清洁作用，同时压力还能将水资源从源头输送到农田，这个过程不需要消耗电能。所以，这种灌溉方式能够大大减少水分运输过程中能量的消耗，提高能量的利用率，有助于克服集中灌溉时，节水灌溉因电力供应不足而受到影响的问题，使农业灌溉得到保障，减少运营成本，同时有助于生态环境的改善。在国内，多处地区都采用了这种灌溉系统，大大减少了水泵加压而带来的电能消耗，节省了很多电力成本[5]。自压滴灌系统可以将地表水充分利用起来，减少地表水浪费，做到尽量避免开采地下水，防止因过度使用地下水而出现地基塌陷等问题。滴灌也可以根据用水量，达到对农药的精准使用，提高农药的利用率，避免对地下水和农田造成污染，还能在较大程度上防止土体中的残留化肥和农药流到水库与河流中，防止水环境受到农业生产的影响，避免破坏食物链，达到保护生态环境的作用。同时，滴灌在水土保持、改良荒漠环境、防止沙漠化等方面也能起到较好的作用[6]。

2.3 优化人工，便于管理

自压滴灌系统的输水管道都是铺设在地下的，无需额外再修建毛渠，占用的耕地面积较小，大大提高了农田的耕种面积，增加了耕田的利用率，使农民的收入得到提升。使用期间稳定性比较高也是自压灌溉系统的一大优点，它能够减少后期的维护费用，同时减少农田里建筑物的面积，节约了渠道维修、开沟筑畦、平地、修渠的工程量和用工时间，与地面灌溉相比，用工量最高能节约40%～50%。流量计也可以安装在自压滴灌系统中使用，与施肥相配合，可以借助阀门来对浇水时长进行控制。管道输水灌溉在实现系统化、规范化的同时，也推动了农业自动化、机械化的发展，为其快速发展提供了动力[7]。由于管道能够快速将水输送到农田各部位，在水压下动力足，大大缩减了输水时间，减少了灌期。如果灌溉相同面积的农田，灌溉的速率可以达到渠灌的一倍以上，大大提高了灌溉效率。降低农田灌溉管理的工作量，安装和维护比较方便，技术操作难度不大，有助于提高流域水资源的利用率，减少了灌溉系统运行维护费用，有助于加速农村现代化和增加灌区的协调管理。

2.4 提高农产品效率和产出

自压滴灌系统不会受到水源距离、地理地貌等因素的影响，该系统在保证农作物得到充足水分的同时，还能做到水分的均匀分配，可以保证每棵农作物的健康成长，大大提高农作物的品质和产量。我国新疆多处城市使用了自压滴灌系统，农作物年收益提高了600万元，推动了当地农业的快速发展。并且该系统适用于各种作物和植物，如国内某地区利用该系统灌溉玉米、万寿菊以及长绒棉等，都取得了较大的丰收，体现了自压滴灌系统的强大功效[8]。

3 自压滴灌系统管径的优化

以某工程为案例，对该工程项目滴管系统的管径进行优化处理。管网的基本信息见表2，水源点的地面高程是1 085.8 m。在该滴灌系统中，所有管道均使用PE软管；干支管选取PE63级塑料，其压力等级为0.63 MPa；毛管的压力等级为0.4 MPa。管道尺寸和价格见表3。

表2 管网的基本信息

表3 管道尺寸和价格

在工程中，经济流速法是管径最常用的计算方法，公式如下：

(1)

式中：V为经济流速，其值根据经验所得，本次计算中取1.2 m/s。

干管道水头的损失量可以用下式计算：

(2)

式中：hg为干管头的损失量，m；L为干管长度，m；d为管径，mm；Q为流量，m3/h；其余各系数依据PE管材而定。

用经济流速法对管道进行优化计算，结果见表4。

本文将从重力水头利用率、可靠度、管网投资等多个角度对管网优化方法进行评价，分析其可行性。重力水头利用率是指在自压滴灌系统中，由天然地理因素造成的重力水头被利用的程度。它的体现是借助总路径与管段这两个方面：管段的水头损失与该段首个节点与最后一个节点间的高程之差的比值，就是管段水头利用率，该比值越大，就代表该管段设计的越科学合理。重力水头在从水源流到某一个位置的总路径中的利用程度，就是指路径水头利用率。这个值越大，表明整个系统对地形地貌的利用率越高。表5为通过经济流速法计算得到的管径优化指标。

表4 管道优化结果

表5 经济流速法计算的管径优化指标

通过经济流速算法，优化得到建设管网需要的总资金为31 623元，按照T=20年、i=6%的年资金回收系数进行计算，得出管理年费为9 082元,管网的可靠度达到0.881，路径水头、管段的利用率分别是12.9%和12.35%，用这种方法来优化管径，快速简便。

4 结 论

通过对自压滴灌系统的特点和应用现状的分析与总结可以得出，自压滴灌系统有着非常大的优势。与其他种类灌溉方式相比，自压滴灌系

统水资源的利用系数最高，大部分都达到98%，表明该技术在保证灌溉的前提下，有较好的节水率，可达到节约用水的目的。这种灌溉方式能够大大减少水分运输过程中能量的消耗，提高能量的利用率，有助于克服集中灌溉时，节水灌溉因电力供应不足而受到影响的问题，使农业灌溉得到保障，可减少运营成本，有助于生态环境的改善。还可以提高人们节约用水的意识，能够减少后期的维护费用，使农田里建筑物的面积大大减少，节约了渠道维修、开沟筑畦、平地、修渠的工程量和用工时间。管道输水灌溉在实现系统化、规范化的同时，也推动了农业自动化、机械化的发展，为其快速发展提供了动力。另外，本文还对自压滴灌系统的管道进行了优化处理。