蓄水池滴灌設(shè)計(jì)優(yōu)化研究及其經(jīng)濟(jì)效益分析

摘要：我國(guó)的水資源分布不均勻，在缺水的背景下，如何有效利用水資源，成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要課題。在當(dāng)前推動(dòng)我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)可持續(xù)、綠色發(fā)展的過(guò)程中，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田和實(shí)施滴灌高效節(jié)水技術(shù)已成為當(dāng)前高效節(jié)水的主流，但從近年來(lái)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田滴灌技術(shù)應(yīng)用中還存在實(shí)施滴灌不夠科學(xué)、滴灌不夠精準(zhǔn)，未達(dá)到滴灌高效節(jié)水與增產(chǎn)增收的效果的情況。如何從灌區(qū)氣候條件、土壤情況等實(shí)際出發(fā)，在保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的前提下，達(dá)到滴灌節(jié)水更科學(xué)、更精準(zhǔn)、更高效是一個(gè)值得深入思考與研究的問(wèn)題。本文根據(jù)甘肅省昌馬灌區(qū)的實(shí)際情況，討論了灌區(qū)的蓄水池滴灌節(jié)水技術(shù)應(yīng)用中設(shè)計(jì)灌溉制度的優(yōu)化及其經(jīng)濟(jì)效益。

甘肅省疏勒河流域位于河西走廊西端，流域面積4.13萬(wàn)平方公里，年降水量47～63毫米，年蒸發(fā)量2 897～3 042毫米，年平均氣溫6.9～8.8攝氏度，屬典型的內(nèi)陸干旱氣候。昌馬灌區(qū)為疏勒河流域三大灌區(qū)之一，總灌溉面積69.68萬(wàn)畝（1畝≈666.67平方米），多年平均氣溫5.2攝氏度。年內(nèi)氣溫以7月最高，月平均18.3攝氏度，以一月最低，月平均-9.3攝氏度。年平均無(wú)霜期130天，最長(zhǎng)151天，最短109天，最大凍土深為1.5米，最大風(fēng)速24米每秒。昌馬灌區(qū)橫跨玉門市、瓜州縣，處于緩傾斜細(xì)土平原地帶，表層為亞砂土、亞粘土夾砂，顆粒較細(xì)，有弱凍脹性，厚度1～2米，為良好的耕作層，適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)，但農(nóng)作物受無(wú)霜期短、有效積溫等季節(jié)因素影響，基本上為一年一熟制。糧食作物主要有玉米、小麥等；經(jīng)濟(jì)作物主要有食葵、枸杞等；飼草作物有紫花苜蓿等。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化程度，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)正在如火如荼地開展。在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)過(guò)程中，蓄水池滴灌技術(shù)的應(yīng)用和推廣就顯得十分重要。我們選取昌馬灌區(qū)飲馬農(nóng)場(chǎng)，對(duì)其2017年建成的2 765畝蓄水池滴灌項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)灌溉制度優(yōu)化及其效益進(jìn)行研究分析，以便推廣應(yīng)用。

滴灌節(jié)水技術(shù)應(yīng)用背景

多年來(lái)，疏勒河昌馬灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉均采用大田漫灌等傳統(tǒng)灌溉模式進(jìn)行，節(jié)水措施多為提高斗農(nóng)渠襯砌率、大地改小、激光平地等常規(guī)節(jié)水措施，約有40%左右的水量損失于輸用水過(guò)程中，水資源生產(chǎn)率低，節(jié)水效益不明顯。近年來(lái)，隨著區(qū)域水資源緊缺，以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛增長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度加大，縣鄉(xiāng)城鎮(zhèn)化水平不斷提高，工農(nóng)業(yè)、生態(tài)、生活需水量逐年增加，供需水矛盾日益突出，迫切需要實(shí)施高效節(jié)水灌溉，減少田間輸水損失，提高渠系水和田間水利用率，實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不減產(chǎn)的同時(shí)，把結(jié)余的水量通過(guò)水權(quán)交易轉(zhuǎn)移用途，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和人民生活，緩解區(qū)域供用水矛盾，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化程度，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)正在如火如荼地開展，滴灌技術(shù)也就成為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的重要灌溉方式。

蓄水池滴灌工程建設(shè)概況

工程概況

本蓄水池滴灌項(xiàng)目位于疏勒河流域昌馬灌區(qū)飲馬農(nóng)場(chǎng)七支渠，涉及地表水灌溉面積共2 765畝，地塊集中連片，按照一個(gè)蓄水池滴灌灌溉系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，修建蓄水沉沙池1座，從飲馬七支渠引入疏勒河水，經(jīng)蓄水沉沙后，通過(guò)首部管理房的輸配水設(shè)備進(jìn)入灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)。由于利用原地面灌溉渠道供水，水質(zhì)符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可用于滴灌，但是渠水中含有泥沙和少量有機(jī)雜質(zhì)，需設(shè)置沉砂池進(jìn)行初級(jí)處理去除殘留少量泥沙后方可從沉砂池中進(jìn)入管道進(jìn)行灌溉。

設(shè)計(jì)灌溉制度

本蓄水池工程項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目區(qū)控制面積確定了設(shè)計(jì)灌溉制度，設(shè)計(jì)灌溉制度按以下方式確定。

①土壤濕潤(rùn)比P

Pw—土壤濕潤(rùn)比；

NP—每棵作物的滴頭數(shù)，0.8；

Se—滴頭沿毛管的間距，0.3米；

w—濕潤(rùn)寬度，由灌水器流量為2.0升每小時(shí)，查得0.6米；

Sp—作物株距，0.3米；

Sr—作物行距，0.7米；

由上式計(jì)算得Pw=78.6%

②最大凈灌水定額

式中：—土壤容重，取1.40克每立方米；

—計(jì)劃土壤濕潤(rùn)層深度，取40厘米；

—計(jì)劃土壤濕潤(rùn)比，取78.6％；

，—土壤適宜含水率的上下限（占干土重量的百分比），分別取田間持水率的90％、64％。

經(jīng)計(jì)算得，m=33.47毫米，即22.33立方米每畝。

③設(shè)計(jì)灌水周期

由《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）式4.0.11-2計(jì)算如下：

計(jì)算得T=6.6天，即為灌水高峰期灌水周期，取T=6天。

因此，設(shè)計(jì)凈灌水定額md及設(shè)計(jì)毛灌水定額m′依據(jù)下式計(jì)算

md=T×Ia

其中T=6天，Ia=5毫米每天，η=0.9，代入計(jì)算得md=30毫米 ，m′=33.33毫米（22.22立方米每畝），此值為作物高峰期毛灌水定額。

④一次灌水延續(xù)時(shí)間

由《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）式4.0.12-2和式4.0.13-1計(jì)算如下：

式中：t—一次灌水時(shí)間，小時(shí)；

m—凈灌水定額，30毫米；

Se—灌水器間距，0.3米；Sl—毛管間距，0.7米；

q—滴頭流量，q＝2.0升每小時(shí)；

η—灌溉水利用系數(shù)，0.9。

以玉米作物為例說(shuō)明設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，由上式計(jì)算得t=3.5小時(shí)，取3.5小時(shí)。

對(duì)蓄水池滴灌設(shè)計(jì)灌溉制度優(yōu)化的技術(shù)措施及其經(jīng)濟(jì)效益分析

技術(shù)措施

蓄水池滴灌工程建成后，經(jīng)過(guò)多年的總結(jié)，根據(jù)水泵和各級(jí)管道供水能力，結(jié)合灌區(qū)降水量少、蒸發(fā)強(qiáng)烈和土壤沙性較大的特點(diǎn)和農(nóng)作物實(shí)際需水要求，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)農(nóng)作物品種、灌溉的時(shí)間、灌水量、灌水頻次等進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，形成了一整套優(yōu)良的田間管理措施。將單一的食葵種植發(fā)展成包括瓜果、玉米等多品種的種植規(guī)模，是對(duì)蓄水池滴灌工程灌溉制度的完善和補(bǔ)充。

一是干播濕出補(bǔ)墑水。在掌握好最佳播種期內(nèi)，通過(guò)干播濕出及時(shí)進(jìn)行滴水補(bǔ)墑。力爭(zhēng)在3-5天內(nèi)完成低墑水的滴水補(bǔ)墑工作，根據(jù)土壤質(zhì)地滴水量控制在20～25立方米每畝以內(nèi)，滿足種子發(fā)芽需要，嚴(yán)禁過(guò)量滴水造成地溫降低，導(dǎo)致種子霉?fàn)€，影響正常出苗。

二是膜下滴灌種植模式。膜下滴灌種植模式的選擇遵循節(jié)本、優(yōu)質(zhì)、高效、因地制宜的原則。以70厘米窄膜為例，膜下鋪設(shè)一根滴灌帶，選擇滴頭流量規(guī)格為2.0升每小時(shí)的滴灌帶，滴頭向上鋪設(shè)在地膜中間。要求鋪膜規(guī)格：膜幅寬度1.1～1.2米，膜面寬達(dá)到50厘米，膜間距達(dá)到60～70厘米的寬窄行種植帶。播種規(guī)格：行距達(dá)到30厘米與膜間距達(dá)到70厘米，形成寬窄行種植帶。膜面平整筆直，覆土一致，地膜中間壓一行土，防止地膜被風(fēng)刮起。

三是滴灌作物水肥一體化技術(shù)。 滴水和追肥水肥一體化技術(shù)應(yīng)用上，總體上遵循“少量多次、少食多餐、淺澆勤灌、滴水均勻”的十六字要求。根據(jù)土壤特性和作物需水規(guī)律因地制宜，根據(jù)田間實(shí)地監(jiān)測(cè)滴水情況，滴水面積根據(jù)管道壓力控制在合適的范圍內(nèi)，靈活調(diào)節(jié)，滿足作物需水。確保田間壓力在適宜的范圍內(nèi)，防止滴漏跑冒造成浪費(fèi)，達(dá)到田間滴水均勻。底肥（基肥）施肥時(shí)間達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)家肥在秋季犁地前或春季耙地時(shí)均勻撒施，商品有機(jī)肥、化肥在鋪膜前完成條施或結(jié)合鋪膜工作一次性完成，施肥行要錯(cuò)開播種行。

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)灌溉制度可以看出，在種植作物食葵、玉米、白瓜子播種前進(jìn)行了春灌泡地（100立方米每畝），而采用干播濕出種植技術(shù)補(bǔ)墑水畝均節(jié)水60立方米每畝；采用膜下滴灌種植技術(shù)針對(duì)不同作物均可不同程度的減少灌水輪次，節(jié)水效果顯著。

效益分析

1.節(jié)水效益

食葵、玉米、白瓜子在不同灌溉制度下灌溉定額分析（見(jiàn)下表）。

從以上表格數(shù)據(jù)可以看出，項(xiàng)目區(qū)2 765畝耕地種植的作物在項(xiàng)目設(shè)計(jì)灌溉制度下灌溉定額均為340立方米每畝；項(xiàng)目區(qū)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)優(yōu)化后，食葵、玉米、白瓜子實(shí)際畝均灌溉定額分別為190立方米每畝、245立方米每畝、240立方米每畝，優(yōu)化后的灌溉定額分別比設(shè)計(jì)灌溉定額減少150、90、100立方米每畝。

食葵、玉米、白瓜子相比通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)優(yōu)化的灌溉制度相比設(shè)計(jì)灌溉制度節(jié)水率分別為44.1%、26.5%、29.4%，節(jié)水幅度仍有提高空間?，F(xiàn)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)2 765畝耕地在設(shè)計(jì)滴灌、實(shí)際滴灌不同灌溉制度下對(duì)其節(jié)水經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析可以看出項(xiàng)目實(shí)施前項(xiàng)目區(qū)2 765畝各類作物設(shè)計(jì)滴灌用水總量為940 100立方米，優(yōu)化設(shè)計(jì)灌溉制度后實(shí)際滴灌用水總量為602 600立方米。實(shí)際滴灌相比設(shè)計(jì)滴灌節(jié)水337 500立方米，畝均節(jié)水122.06立方米；節(jié)省水費(fèi)54 675元，畝均節(jié)約水費(fèi)19.77元。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)優(yōu)化灌溉制度后的實(shí)際滴灌取得了進(jìn)一步節(jié)水和節(jié)省水費(fèi)的效果。

節(jié)肥效益

通過(guò)滴灌與大田漫灌對(duì)比發(fā)現(xiàn)，滴灌用肥相比大田漫灌用肥少，但增產(chǎn)效益明顯。在滴灌水肥一體化模式下，達(dá)到同樣肥效的情況下，蓄水池滴灌設(shè)計(jì)灌溉制度優(yōu)化后，滴灌更加精準(zhǔn)、用水量更少，施肥更加精準(zhǔn)、肥料用量更少。

蓄水池滴灌節(jié)水工程實(shí)際節(jié)水效果效益和農(nóng)田增產(chǎn)增收明顯，已成為當(dāng)前已經(jīng)建設(shè)和正在建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的主要節(jié)水灌溉技術(shù)措施，蓄水池滴灌設(shè)計(jì)灌溉制度的優(yōu)化對(duì)灌區(qū)群眾堅(jiān)定實(shí)施應(yīng)用農(nóng)田滴灌高效節(jié)水技術(shù)具有十分重要的意義。昌馬灌區(qū)飲馬農(nóng)場(chǎng)通過(guò)實(shí)施蓄水池滴灌節(jié)水工程，并實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)灌溉制度，相比設(shè)計(jì)灌溉制度下340立方米的用水定額，畝均實(shí)際用水217.9立方米，畝均實(shí)現(xiàn)節(jié)水122.06立方米，節(jié)水效果效益十分明顯。同時(shí)，在滴灌水肥一體化模式下，滴灌的精準(zhǔn)保證了施肥的精準(zhǔn)，肥料用量更少?？傊?，在蓄水池滴灌工程實(shí)施后，根據(jù)氣候土壤條件，通過(guò)采取干播濕出補(bǔ)墑水、膜下灌溉模式、水肥一體化模式等技術(shù)措施優(yōu)化滴灌設(shè)計(jì)灌溉制度，灌溉施肥更加精準(zhǔn)，節(jié)水節(jié)肥效益更加明顯。

2023年甘肅省水利科學(xué)試驗(yàn)研究及技術(shù)推廣項(xiàng)目“蓄水池滴灌節(jié)水應(yīng)用研究及推廣”（編號(hào)：23GSLK019）。

（作者單位：甘肅省疏勒河流域水資源利用中心）