新型农田水利工程技术在节水灌溉中的应用研究

引言

在全球水资源短缺与农业用水需求持续增长的双重压力下，我国农业灌溉面临严峻挑战。农业用水占全国总用水量的 60% 以上，但灌溉水有效利用系数仅约0.57，远低于发达国家水平。传统灌溉方式如漫灌、畦灌，因水资源浪费严重、灌溉精准度低，已难以满足现代农业高效、绿色发展的需求。新型农田水利工程技术融合智能控制、材料科学、信息技术等多领域成果，为节水灌溉提供了创新解决方案。研究其在节水灌溉中的应用，对保障国家粮食安全、实现水资源可持续利用具有重要战略意义。

一、新型农田水利工程节水灌溉核心技术类型

（一）智能滴灌技术

智能滴灌技术是传统滴灌的升级形态，以“传感器 + 物联网 + 云平台”为核心架构。土壤墒情传感器实时监测耕作层土壤含水量，当数据低于预设阈值时，PLC 控制器自动启动滴灌设备，通过压力补偿式滴头以 1.5-2.3L/ 小时的流量精准供水。与传统滴灌相比，智能滴灌系统可使水资源利用率提升 37% -45% 。其技术优势体现在三方面：一是采用抗堵塞滴头设计，通过流道优化将堵塞概率降低至 0.3% 以下；二是集成气象站数据，结合作物蒸发蒸腾量（ET）模型预测需水量，实现动态精准灌溉；三是支持手机 APP 远程控制，实时查看灌溉数据并调整策略，显著提升管理效率。

（二）渠道防渗新材料技术

传统混凝土渠道存在裂缝渗漏、冻胀破坏等问题，新型防渗技术通过材料创新实现突破。复合土工膜防渗技术采用两布一膜结构，PE 膜厚度 0.3-0.5mm ，与土体接触面铺设非织造布，防渗系数达 1×10^-11cm/s ，较传统混凝土渠道渗漏量减少 92% 以上。喷涂式聚脲防水层则以液态施工，可适应复杂渠坡地形，固化后形成连续弹性膜，耐候性达 -40% 至 80% ，抗拉伸强度 ⩾15MPa ，有效解决西北地区渠道冻胀开裂难题。与传统砌石防渗相比，聚脲防渗技术施工效率提高3 倍，使用寿命延长至20 年以上。

（三）智能泵站系统技术

泵站作为灌溉输水动力核心，能耗占农田水利系统总能耗的 45%-60% 。新型智能泵站采用“变频调速 + 永磁电机 + 智能调度”集成方案，通过压力传感器反馈实时调整水泵转速，使装置效率提升至 85% 以上。该系统应用永磁同步电机，较传统异步电机效率提高12-15 个百分点；开发泵站群联合调度算法，根据灌区需水优先级动态分配流量；集成振动监测与故障预警系统，通过加速度传感器采集设备运行数据，提前识别轴承磨损、叶轮气蚀等故障，使泵站故障率降低 60% 。

二、新型技术在节水灌溉中的应用现状与问题

（一）应用现状

目前，新型农田水利工程技术在我国节水灌溉中已取得一定成效。智能滴灌技术在新疆棉花种植区广泛应用，实现每亩年节水量 210-280 立方米，增产12%-18% ；渠道防渗新材料技术在甘肃河西走廊灌区应用后，干渠水利用系数从 0.68 提升至 0.95，年节水量达 380 万立方米；智能泵站系统在江苏太湖流域泵站改造项目中，使每亩灌溉能耗从 2.8kWh 降至 1.3kWh，年节电率达 。然而，技术应用仍存在区域发展不均衡问题，在经济发达地区和水资源短缺严重区域推广力度较大，而在经济欠发达和水资源相对丰富地区应用范围有限。

（二）现存问题​

初期投入与性价比矛盾：智能滴灌系统每亩建设成本约 1200-1800 元，是传统喷灌的2-3 倍，即使政府补贴 30%-50% ，农户仍面临较大资金压力。渠道防渗工程中，复合土工膜每平方米造价 28-35 元，较土渠开挖成本增加 200% -300% ，财政薄弱地区难以大规模应用。

技术适配性与管理要求高：西北地区砂壤土保水能力差，智能滴灌湿润半径控制难度大；南方丘陵地区地形复杂，渠道防渗工程边坡稳定性要求高，新型材料施工易出现技术问题。此外，智能系统需专业技术人员维护，农村地区农技人才匮乏，设备故障后常因缺乏维修知识导致停用。

区域水资源管理协同不足：新型技术节水效益需与区域水资源规划协同。华北平原地下水超采区，即使采用高效节水技术，仍受灌溉用水指标限制；长江中下游灌区存在“重建轻管”现象，泵站智能系统建成后因缺乏统一调度平台，设备利用率不足 40% ，技术节水潜力难以充分释放。

三、新型农田水利工程技术应用的优化策略

（一）技术创新与成本控制

加大研发投入，鼓励企业开发低成本智能滴灌设备，采用国产传感器与控制器，使系统成本降低 30-40% ；开发可拆卸式滴灌组件，将毛管和滴头设计为可重复使用部件，降低每亩年摊销成本。在渠道防渗方面，推广预制混凝土U 型槽与复合土工膜组合工艺，在满足防渗要求的同时降低造价 25%-30% 。智能泵站采用“分步改造”策略，先实施电机变频改造，再逐步加装智能控制系统，缓解初期投入压力。

（二）建立适应性技术体系

针对不同区域特点开发专用技术方案：在西北干旱区，推广“滴灌 + 地膜覆盖”组合技术，提升水分利用率至 85% 以上；在南方丘陵区，采用“阶梯式渠道 + 生态护坡”结构，结合聚脲防渗与植草护坡。编制《农田水利新技术应用指南》，按区域、作物类型提供技术选型建议，如华北小麦种植区推荐低压管道输水 + 地面灌溉模式，控制每亩投资在500-800 元。

（三）完善政策支持与服务体系

加大财政补贴力度，将智能滴灌补贴比例提高至 50%-70% ，对连片推广500 亩以上项目给予额外奖励。建立“技术 + 金融”服务模式，农业发展银行提供专项贴息贷款，期限延长至 5-8 年。培育专业服务组织，如新疆生产建设兵团的“节水技术服务中心”，为农户提供设计、安装到维护的全流程服务，降低系统故障率。

（四）强化数字化管理协同

构建区域水资源智能管理平台，整合灌区泵站、渠道、田间工程数据，实现“水源- 输水- 用水”全链条监控。在黄河流域推广“总量控制 + 定额管理”模式，将新型技术节水指标纳入用水权交易体系。建立跨部门协调机制，水利、农业、气象等部门共享数据，根据天气预报提前调整灌溉计划，实现水资源动态优化配置。

四、结论

新型农田水利工程技术为节水灌溉提供了高效解决方案，但在推广应用中面临成本、适配性、管理等多重挑战。通过技术创新降低成本、建立适应性技术体系、完善政策服务支持、强化数字化管理协同等措施，可有效提升技术应用效果。未来，随着技术持续创新与政策体系完善，新型农田水利工程技术将在提高农业水资源利用效率、推动农业可持续发展中发挥更大作用。

参考文献：

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