灌区渠系水利用效率提升的关键技术分析

引言

水资源短缺是全球面临的严峻挑战，农业作为用水大户，灌区渠系水利用效率的提升迫在眉睫。低效的水利用不仅造成水资源浪费，还制约农业生产与生态环境改善。深入研究提升灌区渠系水利用效率的关键技术，对缓解水资源紧张、保障农业用水需求、推动农业可持续发展意义重大。如何通过技术手段，打破灌区水利用效率瓶颈，成为亟待解决的问题。

一、优化工程设施技术

渠道防渗作为输水环节的核心技术，其重要性如同为输水通道披上“防水铠甲”。传统土渠在长期使用中，由于土壤结构疏松且缺乏有效防护，水流与渠床长时间接触，致使大量水分渗入地下。就像海绵吸水一样，土渠每输送一次水，都有相当比例的水资源悄然流失。混凝土衬砌技术通过在渠床表面浇筑一层坚固的混凝土，形成一道密实的屏障。这层屏障不仅光滑平整，减少了水流的摩擦阻力，让水流更顺畅地通过，还如同给渠床穿上一层坚硬的 “外壳”，从物理层面隔绝水分下渗。无论是严寒还是酷暑，混凝土衬砌都能保持稳定的结构，持续发挥防渗作用。

土工膜则以其独特的柔韧性和强大的防渗性能，在渠道防渗领域占据重要地位。它就像一层超薄却坚韧的 “防水布”，能够紧密贴合不同形状的渠床。无论是地形起伏较大的山区渠道，还是地势平坦的平原渠道，土工膜都能完美适应。在施工过程中，无需复杂的设备和大量人力，只需将土工膜铺设并固定好，就能快速形成防渗层。而且，相比其他防渗材料，土工膜的成本相对较低，对于资金有限的灌区来说，是一种性价比极高的选择。除了混凝土衬砌和土工膜，沥青混凝土防渗具有良好的耐水性和抗老化性能，浆砌石防渗则坚固耐用，适用于石料丰富的地区。

管道输水技术的应用，彻底改变了传统明渠输水的模式，堪称一场输水革命。明渠输水时，水流完全暴露在空气中，在阳光的照射下，水分不断蒸发，就像阳光下的水珠慢慢消失一样。明渠底部和侧壁也会发生渗漏，导致水资源白白浪费。而低压管道输水系统就像一条条 “隐形的输水动脉”，将水密封在管道内部输送。管道就像一个严密的容器，几乎不会发生蒸发和渗漏现象。在地形复杂的地区，管道输水的优势更加明显。它可以像灵活的 “水龙” 一样，根据地形走势和灌溉需求，自由穿梭于田间地头，无需像明渠那样修建大量的渡槽、涵洞等建筑物。这不仅减少了工程建设成本，还降低了后期的维护难度。当与智能控制技术相结合时，管道输水系统更是如虎添翼。

二、创新管理调度模式

建立科学的优化调度模型，是实现灌区水资源合理调配的核心所在，其重要性堪比指挥交通的信号灯系统。在灌区这个复杂的 “水网世界”里，不同区域的作物种植结构各不相同，水稻需要大量的水来维持生长，而耐旱的玉米则对水分需求相对较少。作物在不同生长阶段的需水规律也有所差异，就像人在不同成长阶段对食物的需求不同一样。水源的来水情况也受到季节、气候等多种因素影响，时而充沛，时而稀缺。面对如此复杂的情况，传统的配水方式往往难以满足需求。数学模型的引入，为灌区水资源调配提供了科学的解决方案。动态规划模型就像一位 “智慧的调度师”，它会根据不同时段的用水需求，综合考虑各种因素，制定出最优的水资源分配方案。在灌溉初期，优先保证种子发芽所需的水分；在作物生长旺盛期，合理分配水资源，确保每一株作物都能 “喝饱水”。而遗传算法、粒子群优化算法等智能算法，则如同 “高效的计算助手”，能够快速处理大量数据，在复杂的配水方案中找到最优解，大大提高了模型求解的效率和精度。

精准配水技术的推行，将灌溉用水的精准度提升到了一个新的高度，就像给灌溉用水装上了 “导航系统”。传统的灌溉方式往往是 “大水漫灌”，不管作物实际需水量是多少，一股脑地将水输送到田间，这样不仅造成了水资源的极大浪费，还可能导致土壤板结等问题。而精准配水技术借助先进的量水设备，如超声波流量计和电磁流量计，能够像 “精准的计量员” 一样，实时监测渠道中的流量，让管理人员随时掌握输水情况。这些设备就像渠道上的 “眼睛”，不放过任何一滴水的流动信息。结合土壤墒情监测和气象预报等信息，精准配水技术能够深入了解作物的实际需水状况。就像医生根据病人的身体状况开药方一样，根据不同作物在不同生长阶段的需水特点，以及天气变化可能带来的影响，制定出精确的配水计划。在作物生长的关键期，比如小麦的拔节期和灌浆期，精准控制灌溉水量，既满足了作物对水分的迫切需求，又避免了因水量过多导致的根系缺氧等问题。采用轮灌、间歇灌等科学的灌溉制度，进一步提高了田间水利用效率。

三、完善监测反馈机制

构建实时监测系统，是保障灌区渠系正常运行的 “千里眼” 和 “顺风耳”，它如同人体的神经系统，时刻感知着灌区的每一处变化。在渠道的关键节点，如渠道转弯处、分水口、陡坡段等容易出现问题的地方，安装水位、流量、水质等各类传感器。这些传感器就像分布在灌区各个角落的 “哨兵”，时刻保持警惕，实时采集着渠道运行的各种数据。水位传感器监测着水位的高低变化，流量传感器记录着水流的大小，水质传感器则检测着水的质量状况。借助物联网技术，这些传感器采集到的数据能够像快递一样快速、准确地传输至监控中心。就像信息高速公路一样，数据在网络中迅速传递，确保管理人员能够在第一时间获取最新信息。通过实时监测，一旦渠道出现渗漏，传感器就会及时捕捉到水位下降、流量异常等信号，并将这些信息反馈给监控中心。管理人员就可以像消防员接到火警一样，迅速采取措施进行维修养护。

强化数据分析与反馈，是持续提升灌区渠系水利用效率的 “智慧引擎”，它如同一位经验丰富的 “分析师”，深入挖掘数据背后的价值。在灌区运行过程中，实时监测系统会积累大量的数据，这些数据就像一座蕴含丰富宝藏的矿山。大数据分析技术就像 “采矿工具”，能够对这些海量数据进行深入挖掘和分析。通过分析不同时段、不同区域的水利用效率数据，就像对比不同班级的考试成绩一样，找出影响水利用效率的关键因素。是某个区域的防渗措施效果不佳导致输水损失大？还是某种灌溉制度不合理造成水资源浪费？通过对比分析，能够清晰地评估各项技术措施和管理策略的实施效果。就像医生根据检查结果调整治疗方案一样，管理人员可以根据数据分析结果，及时调整管理调度方案。如果发现某个时段水资源分配不合理，就重新优化调度模型；如果某项工程设施运行效率不高，就对其进行改造升级。

结语：

提升灌区渠系水利用效率，通过优化工程设施、创新管理调度、完善监测反馈，已取得显著成效。未来，应持续研发新型防渗材料与智能输水设备，深化大数据、人工智能在管理调度中的应用，构建更精准高效的监测反馈体系。加强技术集成与推广，促进各灌区交流合作，推动灌区渠系水利用效率进一步提升，实现水资源高效利用与农业可持续发展。

参考文献：

[1]李小明.灌区渠道防渗技术的应用与优化[J].水利科技与经济，2023，29（5）：45-49.

[2]王强.基于智能算法的灌区优化调度模型研究[J].节水灌溉，2024，（8）：78-83.

[3]张芳.物联网技术在灌区实时监测系统中的应用[J].农业工程学报，2022，38（14）：110-116.