薛良儒，魏 峰

(江苏省新沂市水利局，江苏新沂221400)

在“十一·五”和“十二·五”期间，新沂市的农业生产结构得到了大幅度的调整，截至2012年底，全市苗圃面积已达2万hm2(30万亩)，成为农业灌溉用水的大户。新沂市位于鲁南丘陵和苏北平原过渡带，全县的山丘、平原、圩洼地约各占1/3。由于当地自然条件限制，新沂市在供水结构上难以实现统一供给和调配。因此，有效挖掘水资源利用潜力、优化供水结构、提高水资源利用率显得尤为重要。该文结合新沂市水资源现状，依据天然水循环的基本原理，研究出适用于新沂市山丘、平原、圩洼3种地势条件下小流域尺度的供水结构优化系统。对于缓解供水压力、满足当地的需水要求、促进区域生态环境及社会经济的协调发展都有重要意义。

1 滴灌系统典型田块规划设计

1.1 典型田块基本情况 典型田块位于新沂市瓦窑镇现代化农业推广示范园，田块的面积为10 hm2(150亩)，水源为农用机井。选取此园的苗圃种植园对该技术进行了推广，配套了滴灌系统灌溉设施。经过实地调查证明，运用该滴灌系统进行灌溉不仅解决了漏水、漏肥等问题，而且在节水、节地、节能等方面实现了新的突破，滴灌系统工程达到了规划设计的预期效果。

根据对该地区地下水资源的评估分析可知，苗圃园现有机井出水量可达到40 m3/h，该苗圃园一次灌溉的需水要求为200 m3/h，因灌溉分为6组轮灌，故该机井可以满足轮灌的流量要求，不需新增其他水源。

1.2 滴灌系统田间灌水系统的组成 田间灌水系统由支管道、毛管道、微管道以及渗水沟4部分组成。鉴于该园区苗圃较大、株距较长等特点，渗水沟绕树挖筑，直径标准以树冠的2/3计，这样渗水沟可更加有效地将灌水器流出的水均匀入渗到苗圃根系土壤中。支、毛、微管采用PE塑料管，除微管灌水器露出地面10 cm左右以外，滴灌系统管道均埋于地下。

1.3 滴灌系统参数设计 新沂市地区属暖温带半温润季风气候，春季多风少雨，多年平均降水量为724.2 mm，汛期降雨占全年的80%左右，多年水面平均蒸发量为1 106.4 mm。研究区域内的土壤以砂性土壤为主，干土平均厚度为1.0 m，干容重为1.4 g/cm3，田间持水率占土体25%，苗圃株距为4.0 m，行距为5.0 m。园区无地表水流，水源主要依靠机井抽取地面18 m以下含水层的水。

入春后该地气温回升较快，苗圃生长需水量较大，而这期间该地区降雨量很少，需灌水补充，结合当地实际情况，该区规划设计参数如下:

(1)土壤湿润度大于等于25%;

(2)日耗水强度等于2.5 mm/d;

(3)灌溉水利用系数等于0.95;

(4)灌水均匀度等于95%。

1.4 灌溉制度的确定

1.4.1 灌水定额。灌水定额为

式中:γ土、γ水—分别为土壤和水的容重，γ土取 1.4 g/cm3;H—计划湿润土层深度，取100 cm;β—土壤湿润比，取25%;βmax—田间持水率上限(以干土重计)，所以βmax=17.9%;βmin—田间持水率下限βmin=0.7×βmax=12.5%。

参数代入(1)式即得

灌水定额m=10×100×25% ×(17.9%-12.5%)×1.4/1.0=18.9(mm)。

1.4.2 轮灌周期。轮灌周期为

式中:m—灌水定额，18.9 mm;Ea—灌溉时石榴最大日耗水强度，2.5 mm/d;η—灌溉水利用系数。

参数代入(2)式，得轮灌周期

1.4.3 一次连续灌水时间。一次连续灌水时间为

式中:m为灌水定额，取18.9 mm;Sr—苗圃株距，取4 m;St—苗圃行距，取5 m;η水—灌溉水利用系数，取0.95;n—单株苗圃下安装的灌水器，取1;q—灌水器输水流量40 L/h。

参数代入(3)式得，一次连续灌水时间

1.4.4 工作制度。该研究区滴灌系统的工作制度采用轮灌的方式，其中，轮灌组的数目设为N，有:

式中:N—轮灌组数目;C—每天灌水时间，取12 h;T—灌水周期，取7 d;t—一次连续灌水时间，取10 h。

参数代入(4)式得轮灌组数目

所以，按照每条干管向一条支管供水，分6组轮灌。

2 滴灌系统关键技术要求

毛管直径与允许长度的选择是滴灌系统灌溉系统不可或缺的。所以，在田间管网用材中，毛管直径和长度的确定至关重要，且对灌溉系统的费用和灌溉质量也有直接的影响［1］。在该系统设计中，支管与毛管的用材量高达90%以上，其中毛管的用材量占55%左右。在推广该技术中，毛管直径主要采用15 mm双向控制，每根毛管控制长度在32 m左右，控制苗圃灌溉在8棵左右。根据相关资料和经验，对该系统作出以下技术要求:

(1)在技术允许范围内，为减少滴灌系统的年费用，则需要尽最大可能地减少材料的耗用量，这就要将支管口的工作水头作适当提高;

(2)滴灌系统中的管道沟槽的开挖要求比较严格，开挖时必须保证作业面平直，并且作业面要求在耕作层、冻土层以下。首先要平整沟槽，夯实槽底，最后铺设管道，管道之间的连接均采用加热承插连接，管道转弯及阀门接头处设置墩座，有固定的作用;

(3)管道铺设完成后，则回填沟槽，用细土回填且分层捣实，待沟槽填至一半时再进行冲洗。该系统设计为压力管网，故在进行完全填充前，必须安装压力表并控制阀门进行试压;

(4)微管灌水器形式多样，在该系统设计中选用一个稳流器与微管相连，再将其插入毛管，其优点是对微管的长度要求不严格，只要满足相关技术要求即可。但是，一个灌水器的流量只有40 L/h，所以可以根据树种不同或苗圃大小增设多个灌水器;

(5)为达到沿沟水量分布均匀的效果，开灌后水流流封渗沟的速度应当快速，在设计中，采用人工开挖，将渗沟梯形断面开挖成深窄型效果比较好，根据树种根系要求，调整渗沟的直径。

3 效益分析

滴灌系统的经济效益主要包含节水效益和节能效益、增收效益和节地效益等方面，具体指标如下［2］:

(1)节水效益，2 700 m3/hm2;

(2)节能效益，450 kWh/hm2;

(3)增收效益，2 250元/hm2;

(4)节地效益，占灌溉面积的2%;

(5)省工效益，75个工日/hm2;

(6)投资为6 750元/hm2;

(6)效益费用比1.85。

节水灌溉试验证明滴灌达到了上述要求，有效地实现了农业增产，降低了农业生产成本。据统计，平均增产15%左右，单方水生产粮食达1.8 kg左右，实现了农业增产、农民增收;同时，节省了劳动力，降低了农业生产成本，激发了农民科学种田、合理灌溉的积极性，并减少了水资源的开采压力，水资源自身循环得到了保障。除此之外，在良好的水环境状态下，生态环境也逐步得以改善，实现经济效益、社会效益、生态效益的协调发展。

4 现有节水工程及节水发展中存在的问题

近些年我国节水灌溉工程取得了显著成效，但仍然存在着许多问题，影响着节水工程的效益发挥与下一步节水工程的发展，主要有:

(1)土地使用制度与节水灌溉的发展存在矛盾。农民作为土地的经营者，对土地的使用有自主权，导致区域内土地种植作物种类差别较大。但小范围内不可能发展太多的灌溉形式，导致灌溉模式与不同种类的作物生长习性之间存在矛盾，农民中间也存在异议。现有的土地使用制度与节水工程发展难以统一，对于下一步节水灌溉的发展存在一定程度的束缚。

(2)农民对节水灌溉认识不足。多数农民对于缺水的严重后果及水危机认识不够，节水意识不强，并认为农田灌溉是灌水越多越好，节水工程往往得不到很好地利用。建立节水农业不仅是一项技术工程，更是一项社会工程，积极做好节水灌溉的宣传工作，建立有偿用水制度，建立节水社会、扭转农民的灌溉落后意识十分重要。更要向农民示范节水灌溉操作，展现节水工程的各方面效益，使其从根本上认识发展节水灌溉的迫切性、重要性。

(3)节水工程的多元投资机制尚未形成。现有节水工程处于示范发展阶段，投资方式一般为“三三制”，即国家、地方财政、群众自筹各1/3。现有节水灌溉面积不及总耕地面积的20%，发展节水灌溉有巨大的潜力。但根据目前国情与地方财政情况来看，完全由国家或地方财政投资节水工程不可能，全部由农民投资也不现实。可以按照商品价值规律，适当地提高水价，将部分收费用于节水工程的发展;同时制定节水灌溉工程投入政策，调动社会各方面的财力，来有效推动节水工程的大规模发展。

(4)节水灌溉技术服务体系有待加强。建立、健全节水灌溉技术服务体系，是巩固和发展节水灌溉的重要环节。基层水利部门现有业务人员技术水平较低，对新兴的高效节水灌溉工程了解太少，不能完整准确地将节水灌溉技术传授给农民群众和合理指导灌溉，也不能对节水灌溉的效益向农民作解释，造成农民群众对节水灌溉工程的认识不全面，认为节水工程是形象工程、表面文章，这就使得节水灌溉工程的利用率低。所以，积极提高水利部门的业务水平和技术服务意识十分重要，基层水利部门的宣传和指导是农民正确认识并接受节水工程的重要渠道，节水灌溉工程的使用者、收益者是农民群众，而取得良好的群众基础是发展节水工程的先决条件。

5 滴灌系统的优点缺点

5.1 滴灌系统的优点

(1)节水效益突出。滴灌系统因地施灌，属局部灌溉，这样灌水量就能够得到较准确地控制。灌水器将水逐滴滴入蔬菜作物根系区的土壤中，借助毛管张力作用入渗和扩散，使紧靠蔬菜根系的土壤达到饱和状态，而其他部位土壤水分均处于非饱和状态，这样灌溉水利用率可达95%以上，而且不会造成土壤板结。滴灌大大减少了灌溉水的渗漏与蒸发，提高了水资源的利用率，并能够及时满足苗圃的需水要求。滴灌系统灌水器流道管径选用φ4PE塑料管，远大于滴灌灌水器流道断面(1.0 mm左右)，筛网式过滤器以70目左右布置，这样有效减少了管道堵塞的机会和水头损失，节约了能源，延长了冲洗周期。

(2)提高了灌水效率。滴灌系统对土壤、地形有很强的适应性，根据粘性土壤和沙质土壤的不同入渗率，控制调节相应的灌水速度或灌水时间，既保持根系土壤有适宜水分，又不至造成地面径流或深层渗漏。滴灌系统灌溉技术扩大了苗圃的有效灌溉面积，提高了灌水的均匀度，在总水量和灌溉面积相同的情况下，大大降低了农业灌溉成本，提高了灌水效率。

(3)改变了传统的施肥方式，提高了肥效。滴灌系统不仅有效解决了大水漫灌导致的漏肥现象，而且改变了传统的挖坑施肥模式，化肥经施肥器溶解后随灌溉水进入农作物根区土壤中，并随水入渗根系土壤。因为现有土地为家庭联产承包责任田，各家也可以在灌溉时将化肥随水撒入土壤并溶解，解决了其他灌溉不方便施有机肥的问题。

(4)建立合理收费体制，方便了工程管理。滴灌系统针对每株苗圃分别灌溉，在一定灌溉的时间内，每株苗圃的设计灌水量都是一样的，由当地水行政部门成立供水公司，按照每次灌水的时间，计算每个苗圃的供水量，向园区果农按方收取农业水费，公正合理。滴灌系统除微管灌水器外均埋在耕作层以下，大大减少了被人为破坏的机会，保证了工程使用寿命和效益的正常发挥。

5.2 缺点

(1)滴灌系统灌水器直径过小，极易引起堵塞。堵塞严重时影响系统的正常工作。造成这种现象的原因有很多，大都是由于泥沙、有机质以及微生物等物的堆积。因此滴灌系统对灌溉水质要求相当严格，即便是取自地下水，也应经过严格过滤才能进入滴灌系统，以确保滴灌系统长期发挥效益。因此，装备要求高，一次性投资较大。

(2)农作物根系生长均存在向水性，滴灌系统属正常局部灌溉，这样蔬菜根系集中向湿润土壤区生长，对根系的正常发展产生一定程度的抑制作用。

6 结语

新沂市水利建设借助国家农田水利建设重点县的机遇，发展了近两万亩的高效节水灌溉面积，从取得的经济效益可看出发展滴灌系统的可靠性、合理性。目前滴灌系统由菜农自行操作，工程的管理也放手交给农民，滴灌系统已成为现代化农业生产的必备“工具”，管理爱护滴灌工程将成为菜农的责任，用经济效益驱动菜农的投资热情，用滴灌的重要性增强菜农的管理的责任心，形成了“建、管、用”的良性循环，做到了建有投资、管有措施、用有效益。

［1］傅琳，董文楚，邓耀泉，等.微灌工程技术指南［M］.北京:水利电力出版社，1988:31-38.

［2］水利部农村水利司，中国灌溉排水技术开发培训中心.喷灌与微灌设备［M］.北京:中国水利电力出版社，1998:156-174.