摘要：隨著智能化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)更加科學(xué)化，灌溉技術(shù)更加自動(dòng)化、智能化，一方面滿足農(nóng)業(yè)用水的需求，另一方面實(shí)現(xiàn)了節(jié)約水資源的規(guī)劃。為確保水利灌溉工程設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，需要做好前期預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)工作，規(guī)劃預(yù)測(cè)農(nóng)田的規(guī)模前景、引水量、灌溉能力、取水方法等內(nèi)容。選擇灌溉技術(shù)適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)，灌溉合適的水量，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。基于此，本文將系統(tǒng)性論述農(nóng)田水利灌溉工程預(yù)測(cè)規(guī)劃工作，并介紹地面灌溉、低壓管道、加壓噴灌等灌溉技術(shù)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利；灌溉；工程；規(guī)劃

DOI：10.12433/zgkjtz.20232129

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)水資源，而我國(guó)又是淡水資源嚴(yán)重不足的國(guó)家之一，應(yīng)通過(guò)農(nóng)田水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與灌溉技術(shù)分析，提高農(nóng)田灌溉過(guò)程水資源利用率，緩解水資源緊缺的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效、穩(wěn)定發(fā)展與保護(hù)自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

一、農(nóng)田水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)

（一）規(guī)模前景預(yù)測(cè)規(guī)劃

農(nóng)田水利灌溉工程建設(shè)是鞏固和提高糧食生產(chǎn)能力、保障國(guó)家糧食安全、節(jié)約用水資源的關(guān)鍵舉措。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，我國(guó)采用高效節(jié)水灌溉面積達(dá)4.24億畝，有效利用農(nóng)田灌水系數(shù)達(dá)0.574，最大限度地提升水資源的利用率，解決農(nóng)業(yè)用水短缺問(wèn)題，保證農(nóng)作物的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)種植作物、灌溉區(qū)域面積、氣象特點(diǎn)等均有差異。因此，在設(shè)計(jì)水利灌溉工程時(shí)，要結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)規(guī)劃全面分析，做好規(guī)劃區(qū)域的節(jié)水工程建設(shè)，確定種植面積及灌溉區(qū)域面積，整體規(guī)劃并設(shè)計(jì)農(nóng)田水利灌溉工程，了解當(dāng)?shù)馗鲿r(shí)期氣候狀況及水的徑流量，科學(xué)做好灌溉規(guī)劃，保證規(guī)劃符合實(shí)際需求，加大灌溉區(qū)的投資力度，改造并配備高質(zhì)量灌溉設(shè)備，優(yōu)先建設(shè)大中型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。

農(nóng)田灌溉主要的水資源來(lái)源于泉水、雨水、地表水源及河水，在冬春灌溉嚴(yán)重缺乏水資源而夏秋水資源又嚴(yán)重過(guò)剩的情況下，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適宜的灌溉方式，考慮水資源實(shí)際情況，做好儲(chǔ)水和防災(zāi)規(guī)劃。在修建灌溉工程時(shí)，全面分析灌溉區(qū)域的潛力，結(jié)合地形條件，做好合理規(guī)劃，利用地勢(shì)差距做好渠道布置工作，最大限度地提升灌溉面積。充分考慮自然環(huán)境因素，保證規(guī)劃安全可行，合理設(shè)計(jì)避免在高填方或深挖方路段作業(yè)，避免遇到河流或風(fēng)化巖，減輕山洪等影響，在地質(zhì)較好的環(huán)境開(kāi)展作業(yè)。在規(guī)劃時(shí)要充分考慮到未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)需求，保證規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠隨著生活和生產(chǎn)的需求進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整。

（二）引水量預(yù)測(cè)規(guī)劃

在規(guī)劃設(shè)計(jì)灌溉工程時(shí)，需提前計(jì)算預(yù)測(cè)灌溉引水量，根據(jù)引水量進(jìn)行供需平衡計(jì)算，當(dāng)供水不能滿足實(shí)際需求時(shí)，需采取適宜的措施。農(nóng)業(yè)灌水量與多種因素密切相關(guān)，氣候狀況、農(nóng)作物品種、水資源條件、耕種措施、種植結(jié)構(gòu)等均影響水量的需求，因此在計(jì)算引水量時(shí)需調(diào)查統(tǒng)計(jì)，了解以上因素對(duì)引水量的影響，將實(shí)踐資料與理論計(jì)算相結(jié)合，進(jìn)而確定灌溉所需的引水量。水資源較為充裕的區(qū)域可充分灌溉，滿足農(nóng)作物高產(chǎn)的需求。水資源較為緊缺的區(qū)域無(wú)需充分灌溉，結(jié)合農(nóng)作物生長(zhǎng)需求計(jì)算經(jīng)濟(jì)灌溉定額結(jié)果，綜合確定灌水量。

降水量是影響灌溉引水量的重要因素，降水越大，土壤的含水量及空氣濕度均發(fā)生變化，蒸發(fā)量也會(huì)發(fā)生改變，對(duì)于大多數(shù)農(nóng)作物而言，生長(zhǎng)時(shí)期降水量越大農(nóng)作物的需水量則越低。當(dāng)降雨豐沛時(shí)，則不需要補(bǔ)充過(guò)多的水分。土壤中的含水量、地下水深度及土質(zhì)和結(jié)構(gòu)均會(huì)影響農(nóng)作物的需水量。在計(jì)算灌溉用水量時(shí)，需選擇代表年，計(jì)算灌水率，繪制灌水率圖，進(jìn)而計(jì)算灌溉實(shí)際用水量。灌水率為灌溉區(qū)域單位面積需要的灌水流量，是設(shè)計(jì)灌溉渠道流量及渠首引水流量的基礎(chǔ)。代表年則為在規(guī)劃設(shè)計(jì)中選擇的最為接近灌溉設(shè)計(jì)保證率的用水量年份，以其作為確定引水量的依據(jù)，按地區(qū)的差異將代表年分為中等干旱、干旱。若灌溉區(qū)域水源較為充足則將干旱年作為設(shè)計(jì)的代表年，反之，則選取中等干旱年或干旱年。下一步的計(jì)算工作則需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況，綜合上述影響因素，利用公式開(kāi)展引水量的具體數(shù)值計(jì)算。

（三）灌溉能力預(yù)測(cè)規(guī)劃

預(yù)測(cè)水利灌溉能力是反映水利建設(shè)的重要指標(biāo)，是我國(guó)各地區(qū)制定發(fā)展規(guī)劃的重要指標(biāo)之一。能夠?yàn)槲磥?lái)農(nóng)村水利建設(shè)提供有效的參考信息，為相關(guān)部門(mén)制定發(fā)展規(guī)劃提供理論支撐。預(yù)測(cè)灌溉能力受多方因素的影響，如中央、地方財(cái)政的投入及農(nóng)民收入等。此類因素將以耦合的非線性的方式影響灌溉面積的變化。預(yù)測(cè)灌溉能力一般采取結(jié)構(gòu)式預(yù)測(cè)方式及數(shù)據(jù)序列預(yù)測(cè)法，前者采用一定方案將涉及的主要因素與灌溉面積建立關(guān)系，根據(jù)未來(lái)因素的變化預(yù)測(cè)灌溉的能力。后者是將各年度農(nóng)田灌溉面積相應(yīng)數(shù)值作為時(shí)間序列，認(rèn)為灌溉面積的規(guī)律蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)序列中，采取適宜的方式預(yù)測(cè)未來(lái)的數(shù)值。

第一種方案需要準(zhǔn)確確定影響因素，預(yù)測(cè)未來(lái)相關(guān)因素的變化趨勢(shì)，并確定各因素對(duì)灌溉能力的影響，是一系列較為復(fù)雜且困難的工作。第二種方案需建立預(yù)測(cè)模型，然后求取未來(lái)的輸入值便可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)。因此，第二種方案更好實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)據(jù)序列預(yù)測(cè)方案，一般會(huì)采用支持向量機(jī)法和神經(jīng)網(wǎng)路法，這兩種方案更加適用于非線性預(yù)測(cè)問(wèn)題。相比這兩種方案，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易確定且收斂速度較慢的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不確定將導(dǎo)致沒(méi)有準(zhǔn)確的依據(jù)能夠遵循。因此，采取向量機(jī)預(yù)測(cè)與實(shí)際值更為接近，誤差更小。預(yù)測(cè)近幾年內(nèi)的當(dāng)?shù)赜行Ч喔让娣e的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立預(yù)測(cè)模型，將數(shù)值進(jìn)行反歸一化處理，得出所需年份的灌溉能力的預(yù)測(cè)數(shù)值。

（四）取水方法規(guī)劃設(shè)計(jì)

取水方法是水利灌溉工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，工作人員需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況對(duì)灌溉水源科學(xué)合理規(guī)劃。目前，灌溉取水的主要方式為自流式灌溉取水與人工灌溉取水。在設(shè)計(jì)水利灌溉工程時(shí)一般圍繞這兩種取水方式展開(kāi)實(shí)際設(shè)計(jì)，結(jié)合規(guī)劃區(qū)域地理環(huán)境及地質(zhì)狀況，選取一種或?qū)⒍呓Y(jié)合設(shè)計(jì)取水方式。地下水源成本較高且資源較為稀缺，因此灌溉農(nóng)田的水源一般來(lái)源于河流或湖泊，河流運(yùn)用較多的水源一般采取無(wú)壩提取河水或攔壩提取河水，按灌溉取水地域及流量的差異。

以無(wú)壩提取河水為例，可以將其設(shè)計(jì)為建閘和不建閘兩種。其中，無(wú)壩有閘的設(shè)計(jì)能夠科學(xué)合理規(guī)劃調(diào)整河流的流量，起到保護(hù)農(nóng)作物和灌溉設(shè)施的作用，減少因洪澇損害農(nóng)田的狀況，水利灌溉工程可以實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)。而有壩取水需在河流上建設(shè)大壩攔截流水，此種方式能夠提高水位，增加灌渠的容量，儲(chǔ)存充足的水資源保證滿足灌水的需求，克服地勢(shì)及水量等因素的影響不能滿足灌溉需求的情況，但建設(shè)大壩需要的資金較高，灌溉區(qū)域較小的農(nóng)田不適宜選擇此種取水方式。在設(shè)計(jì)攔壩工程時(shí)，溢流壩能夠起到提高水位及泄洪防汛的功能。設(shè)計(jì)進(jìn)水閘能夠控制灌水量，減少泥沙的滲入，確保灌水水流正常和水質(zhì)良好，保護(hù)農(nóng)田、周邊房屋、交通道路免受洪水侵害。對(duì)于河流水源較為豐富，但種植區(qū)域較大時(shí)，修建自流引水工程不夠經(jīng)濟(jì)，可以采取抽水取水的方式，滿足灌溉取水需求。而當(dāng)河流流量及水位均不滿足灌溉需求時(shí)，可以在適宜的位置修建水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流，采取水庫(kù)取水。

二、農(nóng)田水利灌溉工程灌溉技術(shù)

作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)每年糧產(chǎn)6億多噸，穩(wěn)居世界第一，農(nóng)業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，提升農(nóng)業(yè)質(zhì)量及產(chǎn)量是重點(diǎn)工作之一。目前，我國(guó)水資源較為緊缺，已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，因此國(guó)家大力推行建設(shè)農(nóng)田水利灌溉工程，提高水資源的利用效率，推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。建設(shè)農(nóng)田灌溉水利工程結(jié)合當(dāng)?shù)氐貏?shì)情況、農(nóng)作物生長(zhǎng)的需求、氣候季節(jié)、資金狀況等多方面因素綜合考量，選擇適宜的灌溉技術(shù)，以達(dá)到提升水資源利用率，節(jié)約人力成本，提升農(nóng)作物產(chǎn)量的目標(biāo)，下面將介紹四種較常見(jiàn)的灌溉技術(shù)。

（一）地面灌溉技術(shù)

地面灌溉技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的灌溉技術(shù)，將灌溉水引入農(nóng)田后，在毛細(xì)管和重力的作用下逐漸滲透入土壤中，此種方式施工難度不大，所需設(shè)施較為簡(jiǎn)單，能源消耗小，但易導(dǎo)致表層土壤板結(jié)且水的利用率較低，灌水均勻度較差人力成本消耗較高。以水滲入土壤的方式不同分類，可分為畦灌、溝灌、田格灌溉及漫灌。

畦灌是使用土埂將農(nóng)田進(jìn)行分隔，分隔為長(zhǎng)條形畦田，將水從畦首引入，在重力作用下沿一定坡度向前推進(jìn)，逐步滲入土壤中，此種方式一般用于蔬菜、小麥、谷子等種植較密的農(nóng)作物。畦灌需保證灌水均勻不沖刷土壤，對(duì)土壤深層的滲漏損失較小，畦塊越小工程越多，人力成本越高，但能滿足上述要求。溝灌是在農(nóng)作物之間開(kāi)溝，水流在溝內(nèi)流動(dòng)，向下及兩邊同時(shí)滲入，溝灌一般用于甘蔗、棉花等寬行距農(nóng)作物，溝間距一般等同于作物行距，不會(huì)超過(guò)1m。若作物間距小于50cm且土壤滲透性好，則采取隔溝灌即兩行一溝，溝深一般在100m左右。田格灌是將水引入田格，建立一定深度水層，一般用于洗鹽灌溉和水稻灌溉中，需精細(xì)平整田格，確保田面水層均勻。漫灌較為簡(jiǎn)單粗放，一般用于草場(chǎng)或引洪淤灌，將水直接引入至田間或坡地，讓其自行滲入土地，漫灌較為浪費(fèi)水資源且灌水質(zhì)量較差。

（二）低壓管道灌溉技術(shù)

低壓管道灌溉技術(shù)從田間灌水技術(shù)而言，仍為地面灌水類其以管道的形式代替明渠灌水，在使用時(shí)需要較低的壓力，通過(guò)管道系統(tǒng)將水輸送至田間灌溉農(nóng)田。目前，低壓管道灌水技術(shù)主要應(yīng)用于輸配水系統(tǒng)層次較少的小型灌溉區(qū)，相較噴灌和微灌其壓力較低。一般情況下低壓管道系統(tǒng)的壓力不超過(guò)0.2MPa，管道最遠(yuǎn)處的出口壓力控制在0.002MPa左右，受管材承壓的限制有時(shí)還會(huì)適當(dāng)降低管道的輸水壓力。一般管道由機(jī)井、輸水管道、給配水裝置、安全保護(hù)設(shè)施、田間灌溉設(shè)施等部分組成。低壓管道灌溉技術(shù)能夠有效降低蒸發(fā)量及滲漏的水資源損失，提高水資源的利用率。

經(jīng)實(shí)踐表明，一般比水渠節(jié)約30%左右水量，是較為有效的節(jié)水灌溉技術(shù)。此種方式比傳統(tǒng)的土渠輸水流速大，供水更為及時(shí)，能夠適時(shí)供水提升灌水效率，在一定程度上降低灌水的人力成本。低壓管道灌溉技術(shù)較土渠減少2%的井灌區(qū)，由于我國(guó)土地資源較為緊缺，從某種角度而言，此種技術(shù)具有很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。低壓管道技術(shù)在減少水量損失的同時(shí)可以縮短輪灌周期，改善田間灌水條件，滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需水量，從而達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。另外，采用管道輸水更為便于管理及機(jī)耕。

（三）加壓噴灌技術(shù)

加壓噴灌技術(shù)是使用專業(yè)的設(shè)備或借助地勢(shì)差，加大水的壓力使水通過(guò)噴射設(shè)備以雨點(diǎn)的形式灑落至農(nóng)田，形成降雨濕潤(rùn)土壤樣式。噴灌適用于大部分的旱作物，如谷物、藥材、蔬菜等，一般不受地形限制既適用于山丘地段也適用于平原。無(wú)論土壤透水性如何均可適用噴灌技術(shù)。除了適用于農(nóng)作物灌溉外還適用于草地園林或花卉的灌溉，還可以噴灑肥料及農(nóng)藥，最大限度節(jié)約人工成本。噴灌技術(shù)灌水更為均勻且水資源的損失較小，相較地面灌水節(jié)約40%左右的水量，對(duì)于保水能力差且透水性強(qiáng)的地質(zhì)而言節(jié)水效果更為明顯。此種方式較為靈活可變，根據(jù)土壤地質(zhì)狀況及透水性強(qiáng)度調(diào)節(jié)水量，既能夠保持土壤疏松又能保證水分全部滲入土層內(nèi)，提高農(nóng)田的機(jī)械化程度，降低灌溉勞動(dòng)強(qiáng)度。

根據(jù)設(shè)備種類的差異可分為管道式噴灌和機(jī)組式噴灌兩種；按管道安裝方式可分為半固定式噴灌及固定式噴灌和管道全移動(dòng)式噴灌。在選擇噴灌形式時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)田情況合理分析。對(duì)于耕地分散且水管理不統(tǒng)一的區(qū)域應(yīng)建設(shè)小型輕型的移動(dòng)式噴灌機(jī)組，對(duì)于干旱但土地相連且作物統(tǒng)一的區(qū)域，應(yīng)建設(shè)大型或中型噴灌機(jī)組；對(duì)于種植經(jīng)濟(jì)作物的區(qū)域可以建設(shè)固定式噴灌；對(duì)于經(jīng)濟(jì)水平一般的地區(qū)則建設(shè)半固定式噴灌。在噴灌使用時(shí)，要注意風(fēng)力、蒸發(fā)等因素的影響，風(fēng)力達(dá)3～4級(jí)時(shí)應(yīng)停止噴灌。

（四）地下灌溉技術(shù)

地下灌溉系統(tǒng)由微灌演變而來(lái)，微灌的有效率可達(dá)90%以上。此種方式備受各地青睞，地下灌溉技術(shù)是將水引入至田下，在通過(guò)土壤毛細(xì)血管的作用，滲透至作物內(nèi)部供作物生長(zhǎng)的需求，此種方式適用于上層土壤毛細(xì)管特征良好但下層土壤透水性較差的區(qū)域。與其他灌溉技術(shù)相比，地下灌溉技術(shù)輸水率、水利用率、灌水率更高且耗能少，但同時(shí)具有一定的限制，此種方式耗資高，設(shè)備耐久性差，技術(shù)要求高，灌水均勻性差，易出現(xiàn)堵塞。

地下灌溉技術(shù)在國(guó)外得到廣泛的應(yīng)用，一般能用于果蔬或其他產(chǎn)值較高的作物上，棉花或玉米等大田作物也有少量的應(yīng)用。相較地面滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)地下滴灌系統(tǒng)更為特殊，且檢修工作更為困難，在設(shè)計(jì)時(shí)需安全進(jìn)氣閥門(mén)以更好處理斷水過(guò)濾工作，定期沖洗系統(tǒng)管道，為保證供水的均勻性需使用帶有補(bǔ)償性能的滴頭或內(nèi)鑲式滴頭，為避免供水停止在管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓將管外土壤顆粒內(nèi)吸而造成滴頭堵塞的情況，需在系統(tǒng)上安全真空破壞裝置。此系統(tǒng)埋于地下，因此人們不能直觀地觀測(cè)設(shè)備使用狀態(tài)及灌水情況，當(dāng)設(shè)備需要檢修時(shí)需要投入大量的時(shí)間和精力，管理費(fèi)用較高，在某種情況下地下灌溉技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較低，需全面衡量考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德儒.農(nóng)田水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與灌溉技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2023，54（11）：174-176.

[2]聶瑛.農(nóng)田水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)研究[J].鄉(xiāng)村科技，2022，13（15）：153-155.

[3]劉國(guó)恒.農(nóng)田水利灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與灌溉技術(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2022，640（11）：56-59.

[4]屈鳳臣.山東鄆城縣中小型農(nóng)田水利灌溉工程設(shè)計(jì)及節(jié)水技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2022，42（11）：41-42.

[5]姜殿斌.中小型農(nóng)田水利灌溉工程設(shè)計(jì)及節(jié)水技術(shù)探析[J].水利科學(xué)與寒區(qū)工程，2022，5（02）：67-68.

作者簡(jiǎn)介： 劉星洋（1981），男，山東省臨沂市人，本科，工程師，研究方向?yàn)樗こ獭?/p>