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10 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）智慧灌区节水灌溉技术综合水效率评价研究邓 鹏（安顺市西秀区水务局，贵州 安顺 561000）摘 要：文章主要以型江河中型灌区为例，提出将蒸散率与农田灌溉可利用率一起做为评估灌溉工程农业节水灌溉功效指标。并结合文献调研分析、知识管理系统构建，从技术实力、社会经济发展、生态保护 3 个层面，构建了精量性、合理性、智能性、生态性、低碳性 5 个方面的农业节水灌溉综合性水高效率评价体系。在实际论证中，得到如下所示结论：型江河中型灌区农田灌溉可利用率与蒸散率呈负相关关系，随着浇灌引水流量的日益减少，灌溉工程农田灌溉利用率逐渐增大，而蒸散率逐渐减少；在评定干旱气候灌溉工程农业节水灌溉实际效果时，应考虑潜在水面蒸发的改变所产生的影响，从而避免高估农业节水灌溉实际效果。灌溉工程现代化建立从源头到田间整个过程的综合效率评价指标体系，提升灌溉工程智能化检测、控制、精准性生产调度水平，是提高灌溉工程综合性水效率的主要因素。关键词：智慧罐区；节水灌溉技术；综合水效率；评价研究中图分类号：S274文献标识码：B0 引 言智慧灌区工程智能化农业节水灌溉体系建设，是集计算机电子信息技术、传感器技术、网络自动化系统等技术为一体，促进现代化农业发展趋势的重要途径，其不但可以提升水资源循环利用效率，提高粮食作物和关键农业产品自来水提供保障能力，还能按农作物需求精准、实时的进行自动灌溉，降低了传统式人力浇灌的劳动效率，切实有效推进了农业科技化过程。型江河重点中型灌区坐落于贵州省安顺市西秀区境内，以邢江河为主要灌溉水源，设计方案打水总流量为 7.18m3/s，设计方案灌溉面积 2300hm2，获益人口数量 21 余万人。为进一步提高灌溉工程农业节水灌溉和经营管理能力，依照“科学规范、技术行得通、经济发展”等标准执行浇灌工业自动化系统更新改造，建设智慧管理综合管理平台，对喷灌设备和水源开展自动化技术、精细化管理配水与优化调度，推动灌溉工程的长期稳定发展1。1 灌区概况型江河重点中型灌区位于贵州省安顺市西秀区境内，灌区规划涉及西秀区七眼桥镇、大西桥镇、旧州镇、刘官乡及黄腊乡，规划设计灌溉面积 3413hm2，现状有效灌溉面积 1560hm2，有效灌面占比 45.66%。型江河灌区规划设计干支渠沟管道 238km，实际长度为 135.5km，实有率达到56.93%；灌区建筑物规划设计 154 座，实有 5 座，实有率 3.25%。型江河灌区是西秀区主要产粮区，是贵州省中型灌区节水配套改造“十三五”规划中的 118 处中型灌区之一，是贵州省 42 个重点中型灌区之一，亦是全国 1575 处重点中型灌区之一。同时，西秀区是纳入全国新增千亿斤粮食文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-05-16作者简介 邓鹏（1980-）男，贵州安顺人，工程师，研究方向为水利水电工程建设与管理。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.043 11 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）生产能力规划的 800 个粮食生产重点县之一。型江河重点中型灌区骨干工程大多兴建于七十至八十年代，曾对当地经济发展起到极为重要的作用，但因年代久远及诸多因素，工程效益逐年下降，有效灌面仅达原设计的 40%50%，少量工程甚至仅达25%30%，严重影响了西秀区农业生产效益。本次选择项目点在充分结合上述要求的原则下，确定为刘官乡周官村、刘官社区、嘉惠村、金土村；旧州镇刑江村、坪寨村、苏吕村、茶坡村、横水村、新寨村、羊保村、浪塘村、高坡村；大西桥镇河桥村，共计 3 个乡镇的 13 个村及 1 个社区作为本次实施范围。本次实施项目点中，刘官乡周官村、嘉惠村、金土村；旧州镇新寨村、高坡村；大西桥镇河桥村共 6 村为贫困村。本次拟实施项目点中刘官乡周官村、刘官社区、嘉惠村、金土村；旧州镇刑江村、高坡村；大西桥镇河桥村，为西秀区核定的 33.33hm2坝区范围，共涉及 33.33hm2坝区 7 个。西秀区共有省级 33.33hm2坝区 30 个，本次实施范围中 33.33hm2坝区效益面积为 470hm2，占项目总效益面积 936.4hm2的 50.19%。西秀区于2018 年 9 月脱贫出列，现处于脱贫巩固提升阶段，本次选择项目点与 33.33hm2以上坝区相结合、与脱贫攻坚相结合，是确保西秀区脱贫巩固提升的有力措施。2 灌区节水灌溉关键技术2.1 畦田灌溉技术在灌区工程的一期规划中，要灌溉的土地通过建立堤岸被划分成方形农田，称为灌溉畦田。在浇灌环节中，灌溉用水通过管道传输至田中，在畦田上面产生一层很薄的隔水层，并顺着畦长匀称流动。在重力作用下，以垂直运动的形式慢慢湿润土壤层，实现浇灌目的；此外还有一种畦灌注水方法，其核心是控制灌溉时间来达到农业节水灌溉的目的，其原理是在畦田注水环节中，当薄隔水层流动到畦长的 4/5 时关掉水源，但薄隔水层还会继续流动直至把整个田地潮湿，并让整个畦田湿润土实现定额灌水，确保植物根系土壤得到充分的灌溉。畦田浇灌是当前非常高效的注水方式之一，景电工程项目一期就采用此方式开展浇灌，并把大块田地缩小成小块，改变传统的大水漫灌方法，现阶段灌溉工程范围内的畦灌灌溉面积为 780hm2。2.2 沟灌灌溉技术浇灌水渠的类型是依据地貌坡度来划分的，灌溉工程中有两种浇灌水渠，即顺坡沟和横坡沟。在灌溉工程一期工程中选用横坡沟类型，该水渠上宽30cm，下宽 25cm，沟深 25cm。注水的尾端用坚固的土埂塞住，当农田灌溉水流斜着排出时，水流会渗入两边的土壤层中。当水流停止流动后，在水渠中仍然会有一部分水流量贮存，渐渐地渗入土壤中。现阶段，灌溉工程水渠的灌溉定额大约为 1200m3/hm2，相较于传统大水漫灌，该节水技术可以节省约18%的成本。2.3 喷灌技术喷灌技术是运用驱动力充压农机设备，把水从管道系统传至喷头以细微水滴方式喷撒出来的一种灌溉技术。该方法喷撒的水珠通过毛细管力或作用力渗入土中，减小水份损失，同时还可以节约人工成本和物力资源成本，有益于维持土壤有机质。重要的是，喷灌技术还有利于完成机械化更新改造，在产业化农业中运用十分普遍。但喷灌技术也存在一定局限，尤其是在西边地区，应用喷灌技术需要一定的专业设备，能源消耗也较高，对能源应用具有一定的要求。2.4 渗灌技术渗透式浇灌，指通过特殊地下设备将水引进土地的耕作层，利用毛细作用从下向上浇灌土壤层和植物。渗透式浇灌技术主要有以下优势：渗透式浇灌运用地下排水管把水引入土壤层下某个深度的渗水管路或是鼠洞，再通过毛细作用浇灌土壤层。浇灌粮食作物后，土壤层会呈现出松散的状态，对农作物极为有益，较好的土地质量为粮食作物带来了高质量的自然环境。此外，把浇灌设备的管路埋在土壤层下，不但降低了地面输水管道对交通和农业产生的影响，还可以提高农田生产率，促使田地耕种与渗灌灌溉技术同步进行，不会互相影响。并且，渗灌技术的水流量小，能够显著降低能耗，达到节约资源的目的2-3。2.5 微灌技术微灌技术是运用农机车设备为农田灌溉给予低压动力，或利用滴灌系统产生固有工作压力，过滤后传至专业浇灌设备所开展的浇灌技术。该技术将小流量的水与融解在水中的化肥融合，匀称、缓慢 12 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）地浇灌到作物根区附近土壤层表面。在此过程中，水分能够通过毛细作用对粮食作物附近土壤层进行渗透至根部，因而又被称为局部灌溉法。灌溉可划分为滴灌、微喷灌和涌泉灌法等，具体类别取决于水从浇灌设备中流出的方式。2.6 地膜覆盖节水灌溉技术地膜覆盖节水灌溉技术，指的是在灌溉区界面上铺装塑料薄膜，在塑料薄膜下种植农作物。灌溉畦田时水从塑料薄膜中注入，通过人工制造的灌浆孔或塑料薄膜间隙渗入土壤层。这种灌溉方式具有土地沉降少，隔热保温固土，浇灌匀称度好，农田灌溉利用率高等优势。3 评估方法一般来讲，农田灌溉利用系数是农业节水灌溉效率的关键评价指标之一，该标准主要是考虑到粮食作物具体耗费的浇灌需水量与总浇灌需水量的比，即：IE=ETcrop/（I+P）100%式中：IE 为灌溉水利用效率，%；ET crop 为农区蒸发量，m3；I 为灌溉引水量，m3；P 为降雨补给量，m3。高效节水灌溉项目的应用，必定会导致灌溉工程引水量受限，而引水量的改变肯定会造成水面蒸发量的改变。在农牧区蒸发相同条件下，蒸散发需求量的改变必定会导致粮食作物生长发育状况发生变化，进而对灌溉工程的节水灌溉效果造成一定影响。因而，为了能对农业节水灌溉实际效果开展精确评定，一定要考虑蒸散发需求量的变化，故文中提出蒸散率指标值 C 与农田灌溉利用系数 IE，一起作为评估灌溉工程农业节水灌溉功效的综合指数，即:C=ETcrop/ET0100%式中：C 为蒸散率，%；ET0 为参考农作物蒸发量，m3。4 效果评估与分析4.1 灌区灌溉参数变化对近 30a 来灌溉工程浇灌引水量和降水补给量（I+P）、参照粮食作物水面蒸发（ET0）及水面蒸发（ET）3 个参数的变化趋势进行统计分析，如图 1 所示。图 1 灌区近 30a 灌溉参数年际变化特征从图1中可知，浇灌引水量和降水补给量（I+P）呈先增加后减少的趋势，而参照粮食作物水面蒸发量（ET0）则呈现相反的趋势，转折出现在 21 世纪初期，主要是因为当 I+P 发生变化后，灌溉工程供水也随之发生变化。依据干旱地区蒸散发互补原理，当地面供水产生变化后，粮食作物水面蒸发量（ET0）便会展现与此相反的趋势；灌溉工程水面蒸发量则呈现先增大后相对稳定的特点，尤其是进入到 21 世纪后，灌溉工程地区的水面蒸发量约为550mm。4.2 灌溉水利用效率变化根据灌区工程近 30a 灌溉参数的年际变化量，计算得到灌区工程农田灌溉利用率如图 2 所示。图 2 灌区近 30a 灌溉水利用效率变化趋势从图 2 中可以看出，近 30a 以来，灌区工程的农田灌溉利用率总体上呈先减小后增大的变化特点，尤其是进入 21 世纪之后，灌区工程农田灌溉利用率增长率较大，由 2001 年的 19%上升至 2021年的 54%，上涨了 35，不难看出，灌区工程的（下转第 24 页）24 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）4 结 语文章以大河水库坝为研究对象，结合高拱坝工程仓面浇筑相关信息，将虚拟原型的思想与工程建设相融合，利用现代化技术，实现施工整体过程三维可视化展示，为相关人员在施工之前就对整体过程有更为深入了解提供支持。基于三维建模技术、虚拟现实技术、反正技术等支持，构建了虚拟原型分析模型。通过文章研究探讨，为我国同类型工程施工提供更多借鉴。参考文献：1 朱涛，武帅.智能温控技术在严寒地区高拱坝混凝土浇筑中的应用J.中国水利，2021，66(20):54-57.2 王飞，刘金飞，等.高拱坝智能进度仿真理论与关键技术J.清华大学学报：自然科学版，2021，61(07):756-767.3 陈萌，黄建文，等.基于系统动力学的高拱坝混凝土施工进度风险演化模型J.水电能源科学，2021，39(02):59-63，68.农田灌溉利用率在逐步提高，也得益于近年来灌区工程加强了对设备的日常维护，与此同时积极推行农业节水灌溉政策。4.3 蒸散率变化根据近 30 年灌溉参数年际变化量，测算获得灌溉工程蒸散率如图 3 所示。图 3 灌区近 30 年蒸散率变化趋势从图 3 中可知，灌区工程蒸散率呈先增大后减小，与农田灌溉利用率趋势相反，说明蒸散率与农田灌溉利用率二者呈成反比；1992-2000 年，灌区工程扩张，因此 IE 减少而 C 扩大，2001-2021 年，灌区工程逐渐推行农业节水灌溉现行政策，随着浇灌政策及措施的逐步推进，IE 增大而 C 逐渐减少。2000 年是灌区工程浇灌范围扩张的最后一年，因而亦是整个灌区工程浇灌效果发生转折点的关键年份，灌区工程蒸散率从 2001 年的 72.5%下降到2021 年 55.5%，降幅达到 17。5 结 论笔者在研究分析型江河重点中型灌区灌溉水源和水利水电工程现状、农业生产情况、农民经济条件、生产技术实力等因素前提下，对比常见的农业节水灌溉技术特征和评价标准，提出了一种适宜于型江河重点中型灌区全面推广的灌溉技术。综上，通过以上分析可知，灌区在选择灌溉方式时，应依据该灌区的自然条件、水源情况、农牧业灌溉工程条件和社会经济发展等因素，考虑各种滴灌技术的特征，从节约用水、提高产量、绿色生态、环境保护等多个方面出发，对滴灌技术的综合应用效率进行评价。由于目该智慧灌溉项目绩效评估工作尚处于探索阶段，因此文章对其他地区的节水灌溉改造技术的应用及综合效益的评价具有一定的借鉴意义。参考文献：1 索滢，孟彤彤，马海峰，等.水联网智慧灌区节水灌溉技术综合水效率评价研究 J.灌溉排水学报，2021，40(07):138-144.2 谭剑波，宋亮，王立青.智慧灌区智能节水灌溉系统设计与应用 J.吉林水利，2022(10):7-10.3 孟昺.位山灌区强化工程管理的经验做法 J.山东水利，2022(02):58-59，66.（上接第 12 页）