新疆生产建设兵团节水灌溉技术应用与推广
胡卫东
（新疆生产建设兵团节水灌溉建设办公室 ）
一、基本情况
新疆是典型的大陆性干旱地区，是我国西部最干旱、最缺水的地区，新疆国土面积166.49万多平方公里，占国土面积的1/6。全疆的水资源总量为800多亿立方，排在全国的第十三位，单位面积拥有水资源不到全国平均水平的19%，仅有32立方/亩，排在全国的倒数第三位。可以说，水资源的严重匮乏已成为制约新疆国民经济发展、生态环境恶化的重要因素之一。在新疆，没有灌溉就没有农业。而兵团又是以农业生产为主，且兵团的大部分团场在河流下游，沙漠边缘，水资源严重匮乏。因此，解决水资源严重短缺问题的根本出路就是要充分利用有限的水资源，提高水的利用率；这是缓解水资源不足的有效途径。大力推广和应用节水灌溉技术，是对传统农业灌溉方式的一场革命，也是转变农业增长方式，使传统农业向高产、优质、高效农业暨现代农业转变的重大战略举措。
兵团有十四个师（4个市）、共176个农牧团场、2115个农业连队，分布在新疆十四个地（州）、88个县（市）地域内，新疆和8个国家接壤，有5600多公里的边境线，而兵团有58个团场守护着其中的2019公里边境线。
二、发展历程
兵团在新疆拥有7.46万平方公里的土地，大部分的团场建设在河流的下游沙漠的边缘、盐碱腹地和边境线上。生存条件和水土资源条件相对比较恶劣。植被覆盖率低，干旱、缺水、风沙灾害严重，已严重影响了兵团农业生产和国民经济的发展。为改变这种状况，兵团自创立以来，就特别重视水利工作，积极修建水库、整修河流、修渠打井、开荒造田、引水灌溉，不断探索和大力推行节水灌溉技术，已经形成了较为完善的节水灌溉技术体系，同时对传统农业耕作模式进行变革，在干旱区率先实现农业节水技术现代化，为兵团经济社会的发展壮大打下了坚实基础。
一是50年代至80年代初，主要以研究实践渠道防渗技术为主。
二是80年代至90年中后期，主要以研究实践喷灌、滴灌技术为主。
三是90年代末至今，主要以研究和大规模推广膜下滴灌等节水技术为主。
到2010年，兵团在农业生产中应用喷、微灌节水灌溉技术1040万亩，其中微灌990万亩。已成为我国在大田农业生产中应用高新节水灌溉技术范围最广、面积最大的地区，并取得了显著的生态、经济和社会效益。
三、兵团大田膜下滴灌系统模式的发展
随着滴灌技术的应用和发展，滴灌系统随着地域、作物、农户的使用习惯和不同的灌水要求,出现了多种多样的适合用户需要的滴灌系统模式。就兵团而言，滴灌系统模式也不断发生着变化，从刚开始采用的“支管+辅管+毛管”的模式又发展到“支管+毛管”、“地埋式支管”、“双支管”模式以及“移动首部”等多种模式。
1、“支管+辅管+毛管”的模式
“支管+辅管”的模式是系统的地面部分根据不同地块或用户不同的要求由Ф63PE+Ф32PE或者Ф75PE+Ф40PE管组成，Ф63或Ф75的PE管又有纳米管和厚壁PE管两种。此种模式经济实用、控制灵活、可随时小面积补水、灌水均匀度较高，适用于比较分散的地块，可控性较强，兵团在一开始大面积推广膜下滴灌时主要采用这种模式，主要是节省一次性投入，但随着兵团滴灌技术的日趋成熟，此种模式的缺点也显现出来，即在田间开启球阀较多，劳动强度大，灌溉期间每天仅开关阀门就需要跑30公里。同时由于连接点多，漏水点也多，宜造成泄压。对病虫害防治不利，容易引起病虫害的传播，以及第二年安装工作量大等等。
2、“支管+毛管”模式
“支管+毛管”的模式是系统的地面部分根据不同地块或用户不同的要求由Ф63PE、Ф75PE管、Ф90PE管、Ф110PE管、Ф125PE管+毛管组成。这种模式大大减少了田间开启球阀的数量，地面连接点少、漏水点也就少、便于操作、有利于集中管理和实现自动化控制，缺点地埋管管径要加大，一次性投入较大，利于用户块状承包模式，不便于条状承包。但随着用户对滴灌技术的进一步认可，职工采用滴灌的灌溉方式，不仅仅是为了节水、增产，从长远来看，还要省力、省工、便于操作，还便于将来进行自动控制灌溉的改造。因此目前兵团新增滴灌基本采用此模式。
3、双支管模式(长短管模式)
双支管系统模式，主要应用于对“支管+辅管+毛管”系统模式的改造。改造后的系统，短支管控制原有系统支管的前面部分，长支管控制原有系统支管的后面部分。改造后的系统，大大减少了田间开启的球阀数量、地面连接点少、漏水点少、便于操作、有利于集中管理。但是,和“支管+毛管”系统相比，在一个出地管上要安装4个闸阀（电磁阀），支管长度增加50%，投资要增加，这种模式适合对老系统的改造，也适合农村多承包户的田块，新建系统不推荐使用。
4、移动式首部系统
在兵团滴灌系统发展的过程中，根据小农户的需要，开发出了移动式滴灌首部系统（相对于固定式首部而言），即水泵、过滤器、施肥罐连为一个整体，不设泵房，不设沉淀池，在过滤器底部装上车轮，通过小四轮带动，可随意移动的首部。可一个系统单独使用，也可多个系统共用，灌溉完一个系统，在系统控制面积相差不大的情况下移动到下一个系统使用，节省了首部和地埋骨干管网的投入。通常一个系统控制面积从3hm2到20hm2不等，现在市场上使用的移动式首部水泵从50m3、100m3、150m3等几种规格，水泵动力由电源或者柴油机提供。移动式首部灵活、机动，可广泛在小面积土地、多农户、多品种的农田使用，系统安装、运行、管理方便弥补了大系统在滴水、滴肥、滴药、运行管理不方便的难题，实现了农户自主灌溉、施肥、滴药。在缺水、缺电、农户要求一家单独管理的地方应用方便、实用。但随着石油价格的进一步提高，使用柴油机动力，运行费用将会大大增加。同时，由于需要移动，需要占用一定的耕地面积和牵引机械。
四、取得的成效
兵团节水灌溉技术规模化的推广和应用，有力地推动了兵团现代农业的发展，也取得了显著的成效：
一是大幅度提高了水资源利用率。目前，灌溉水有效利用率由2000年的0.4提高到现在的0.51，毛灌溉定额由787立方/亩下降到583立方/亩，单方水产值翻了一番。
二是促进了农业增产、职工增收。膜下滴灌技术因为具有增产、节水、节本、节劳、增效等优点，使作物平均增产达25%以上。如棉花作物平均可增产17%以上；中低产田可达30%以上。番茄作物平均增产25～30％；中低产田可达50%以上。哈密瓜增产30～35％，节约水量20～30％，提高肥料利用率20％以上，节省耕地5～7％以上。以大田春麦为例，节水灌溉平均亩产达到了583公斤，比常规灌溉增产243公斤，综合计算，每亩纯收益增加436元，增长2.3倍。
三是改善了区域生态环境。自2000年大力推广高新节水灌溉技术以来，兵团高新节水灌溉面积累计达6500万亩，总节水量78亿立方米，相当于节约了48.5个新疆天池的水量。节约的水量用于团场周边的生态灌溉，保护了周边的生态环境。
四是加快了兵团农业现代化进程。节水灌溉的发展，管网逐步替代田间沟畦，大大减轻了农工挖沟筑畦的劳动强度，提高了劳动生产率。与常规耕作模式相比，一个棉农的管理定额由过去的25—30亩提高到现在的80—120亩，劳动生产率提高了3—4倍。节水灌溉的发展还为农业栽培和田间管理技术升级创造了条件，管道施肥施药得到广泛应用，精准农业措施得以实现，推动了兵团农业现代化进程。
五、主要经验和做法
通过10年的推广应用和探索总结，兵团走出了一条借鉴和创新相结合的推广应用节水灌溉发展之路。主要得益于以下几方面工作：
一是领导重视、科学规划，确保节水灌溉健康发展。出台了《关于大力发展节水灌溉的决定》，从兵、师、团、连，层层建立起节水灌溉的组织领导机构。先后制定《400万亩现代化节水灌溉工程发展规划》、《新疆生产建设兵团节水灌溉建设项目管理若干规定》、《兵团节水灌溉工程建设项目竣工验收实施办法》、《兵团节水灌溉工程管理体制改革办法（试行）》、《新疆兵团建设全国节水灌溉示范基地的实施意见》和《新疆兵团建设全国节水灌溉示范基地管理办法》，系统提出了节水灌溉任务目标、布局、建设重点、实施步骤、技术路线和年度建设任务，使兵团的节水灌溉建设进入迅速发展的快车道。
二是加大示范宣传，充分发挥典型的扩散带动效应。兵团各师、团场采取典型示范、以点带面工作方法集中人力、资金、技术、物资，建设高标准、高质量、高效益的示范工程近百个，召开各类经验交流会、现场观摩会、学习考察会。大量的宣传教育、典型示范，丰收现场增强了广大农工对节水技术的认可接受，使基层多数群众消除了疑虑和经济承受能力的束缚，积极投身节水工程建设的信心和热情，形成了推广节水灌溉的强大动力。
三是加强政策引导，逐步形成了多元化投入机制。如何确保资金投入是节水技术顺利实施的关键。兵团始终把确保资金投入放在首要位置，按照“争取补助、扩大贷款、群众集资、政策调动”的原则，一是鼓励师、团增加节水灌溉的投入；二是动员有关部门积极向上争取资金；三是抓住国家加大政策性贷款的机遇，积极争取国家节水贴息贷款；四是政策引导，鼓励个人兴办节水灌溉工程；五是实施用水定额管理，严格实行以水定地、按方收费。通过以上政策措施和引导，逐步形成了节水灌溉多元化投入体系和运行机制，累计投入约80亿元资金，保证了节水灌溉工作的顺利开展。
四是依靠科技创新，不断提高节水灌溉技术水平。围绕灌溉制度、工程规划、设计、施工以及节水设备器材生产等方面难题，兵团先后进行了多项试验研究课题，取得丰硕成果，有效地指导生产实践，极大提高了节水灌溉技术的应用水平。
五是加强工程运行管理，确保节水灌溉工程发挥效益。兵团在完善各级管理机构基础上，相继制定《兵团节水灌溉工程运行管理办法》、《自压微水头软管灌溉技术规程》等一系列规章，做到项项有制度，层层有细则，同时举办节水灌溉运行管理经验研讨会，这些管理制度的建立完善和有效运行，推动了兵团节水灌溉工作从粗放到精细、从松散到集约、从传统到现代的转变。
六是抓好培训，广泛宣传节水知识。利用广播、电视、报纸等媒体，大力宣传节水灌溉节水，同时利用冬闲时间，开展节水灌溉节水知识培训和讲座，让职工了解节水灌溉技术的机理。同时组织设计单位举办节水灌溉设计研讨班，提高设计水平。通过宣传和培训，提高了职工应用节水灌溉技术的积极性和管理水平。
六、滴灌工程管理
滴灌工程管理包括组织管理、运行管理、维护管理、细分又有以下五方面一是蓄水沉沙池的管理，也就是初级过滤的管理。二是首部泵房的管理，也就是水泵、过滤器、施肥罐的管理。三是田间管网的管理，也就是轮灌小区的管理。四是灌溉水量的管理，也就是每次的灌溉时间和灌溉水量的管理。五是各项表格、数据的管理，就是对水表、电表、压力表、施肥量等方面的数据采集管理。只要这五方面的管理都能制定出相应的管理办法，而且管理人员能按照规定的管理办法进行管理，应该说这样的运行管理工作是到位的。所以说，进一步抓好节水灌溉工程的运行管理工作，是充分发挥节水工程效益，提高农业生产水平的一个根本保证。
一）首部过滤设备和动力设备的运行管理
1、首部枢纽投入运行前，运行管理人员必须认真检查各机电设备是否完好，尤其是还没有首部设备工作房的系统。如确认设备完好，才能启动水泵。启动时，待加压泵吸水正常，且水泵出口压力表值达到额定值时，开启出口阀门，设备枢纽投入运行。
2、滴灌系统运行过程中，设备泵房要有值班人员，要定时检查各机电设备的运行状况，主要是监视水泵的进出压力表，开关柜电流、电压表的读数是否在正常范围内，检查水泵、首部设备各连接部分是否漏水、漏气；注意水泵、电机运行中发出的声音是否正常，电机是否过热等。一旦发现不正常现象，应立即停机检查，避免酿成事故。
3、过滤器运行直接关系到进入管网系统的水质好坏，为防止灌水器的堵塞，运行中，应及时检查过滤器系统前后的压力表值的变化情况，如压力表差值达到0.05--0.07Mpa的情况下，应及时进行反冲洗，防止泥沙於积和堵塞滤网。每次停机应清洗滤网，，避免滤网被泥沙堵塞。
二）滴灌工程管网系统的运行管理
1、按照该系统设计的轮灌小区划分和顺序进行灌溉，要严格执行设计的一次灌溉时间好灌溉水量。
2、滴灌首部管理人员就是滴灌技术人员，和连队配备的系统操作员按照先开后关的原则，按照轮灌制度，负责开关田间球阀和首部的运行维护及安全，承包户不得擅自开关球阀。
3、在滴灌系统施肥过程中，看首部人员和系统操作员共同负责看管好滴灌肥料，做好施肥记录，施肥记录不得错记和漏记。施肥期间实行连签制度（首部看护人员、操作人员、连队管理人员、承包户共同签字），保障肥料按照要求足量施到地里，并做到滴水施肥均匀，作物长势均衡。
4、滴灌管理人员和操作人员必须认真负责，坚守工作岗位，在滴灌运行期间不得脱岗、睡岗、顶岗。
滴灌管理人员、操作人员必须熟知滴灌设备的用途及操作程序，在实际操作运行中确保首部设备和管网系统的安全，严禁违章操作。
5、系统管网运行中，要经常检查各阀门、接头连接情况，防止漏水。按照轮灌顺序，及时组织承包户按照要求检查毛管有无脱落、破损、打折现象，
6、系统运行期间，要认真做好记录工作，记录好每次的灌溉时间、流量表、压力表、电度表数值、灌水次数，灌溉水量、施肥次数、施肥量、肥料种类等等，同时还有记录好系统工作期间的故障原因和次数。
七、滴灌工程的灌溉水源情况
在新疆，无论地方还是兵团，主要的灌溉水源为地表水，其次是地下水。从建设滴灌工程情况看，对采用地表水的工程，一般情况下，是在斗渠边修建泵房，根据系统控制面积和灌溉水质情况修建沉沙蓄水池。对从河道直接引水的，在合适的位置修建较大的沉沙池，修建沉沙池的位置要留有泥沙堆积的区域和便于清运的地方，因为在洪水期引水泥沙含量大，池沙池容积小宜淤积且沉沙成果差，所以要特别注意。
采用地表水的系统，一般情况下宜采用沙石+网式的自动反冲洗过滤器，经济条件好的可以采用叠片+网式的自动反冲洗。目前兵团已经逐步用全自动清洗网式过滤来替代沙石过滤器。
采用地下水的系统，宜采用离心+网式过滤器，但对于井水泥沙粒径小于80微米的多粉沙井水，离心过滤器没有用。所以要选用叠片或120目的网式过滤器。
八、节水灌溉工程建设和管理中存在的问题
虽然兵团的节水灌溉工程建设和应用走在了全国的前列，但是在推广应用过程中也存在过一些问题。
1、制定的灌溉制度不适应滴灌灌溉方式
在相当长的一段时间内，很多连队建设了滴灌工程，但是由于管理人员和职工的观念还没有跟着改变，灌溉时仍然采用传统地面灌溉的灌溉制度。由于滴灌是局部灌溉，水直接滴在作物根部附近，是对作物直接进行灌溉，因此只有作物根部附近的土壤是湿润的。但是职工仍然持有“灌溉=浇地”的传统观念，灌水时总觉得灌的水少，每次灌水在地面都能见到水时认为水量才够，因此存在灌水量过大和灌水周期太长的问题，容易形成滴灌不节水、不增产的怪圈。
2、传统的株行配置不适宜滴灌节水模式
一些单位采用了滴灌节水灌溉模式后，没有改变传统灌溉方式下的作物株行配置，以棉花作物为列，在株距同为10厘米的情况下，采用沟灌的播种模式为30+60+30+60+30（厘米），即小行种植棉花兼通风采光，大行为开沟灌溉行，亩播种理论苗为14814株，而采用膜下滴灌技术后，根据其优点，在农业裁判模式上进行了矮、密、早的农艺措施变革，其棉花播种模式也发生了变化，为16+60+16+60+16（厘米），小行从30厘米减小到16厘米，滴灌带放置在小行中，大行变为通风和采光行，亩播种理论苗数为 17544株，比采用沟灌增加2730株，增加幅度为18.4%。而实际采用沟灌的棉花株距为12厘米，亩理论播种苗数为12345, 比采用膜下滴灌模式少5199,亩理论苗数仅为滴灌的70%。所以，采用滴灌技术后，需要对传统的播种模式进行改变，这样才能充分发挥膜下滴灌技术的优点。
3、系统的低压运行问题
由于系统在设计时都是按照滴灌带工作压力为10米水头时的参数来进行灌溉延续时间的计算和轮灌组的划分的，但是在实际的工作中，由于多种因素的影响和农户的素质的影响，滴灌带的工作压力基本上都达不到这一压力，滴头的出水量也就达不到滴头设计值。所以如果按照设计的延续时间和灌溉小区进行灌溉，就会使系统控制的作物出现灌溉水量不足，如果连续多次出现这一情况和突遇干热天气，势必造成作物因缺水受旱。如300*2.6的滴灌带，就是指滴头流量在10米的压力下，它的滴水量为2.6升/小时，其流量参数为：Q=0.6*H0.653,如果滴灌带间距按照76厘米设计,一次灌溉水量按照20立方/亩计算。在10米水头的情况下，一次延续灌水时间需要2.63小时。如果滴灌带的工作水头只有5米,则滴头的滴水量只有1.72升/小时, 一次延续灌水时间需要3.99小时。滴头工作水头只有3米,则滴头的滴水量只有1.26升/小时. 一次延续灌水时间需要5.42小时,虽然灌溉周期没有发生变化，但轮灌组确发生了很大的变化，从41组（设计工况时假设数量）减少到27组又减少到20组，其原因是在灌溉定额不变的情况下，由于工作压力的降低，其一次灌水延续灌溉时间要增加，轮灌组数要减少但同时灌溉的面积要加大。
4、管件规格杂质量差
根据我们调查情况看，目前在滴灌系统中配套的按扣三通、球阀等管件部分不符合标准，造成系统的地面管网水损增加，通过现场测试，一些按扣三通和一寸球阀的水头损失最大可达2米以上，远远大于规定的标准，它是造成系统灌水不均匀和系统低压运行的主要因素。
5、稳流三通起不到稳流作用
随着轮灌方式发生变化，采用支管轮灌方式的，需要安装稳流三通，这样才能保证起灌溉均匀度。但是近几年，稳流三通的价格差异较大，一些价格低的稳流三通，稳流效果不好，特别是一些没有标注生产厂家和商标的，价格更低，但质量也更差，其稳压调流作用基本上就没有，灌溉均匀度很难得到保证。
6、过滤设备选择混乱的问题
砂过滤器罐体、滤料直径大小及配置个数较混乱。筛网式过滤器配置个数过少,滤网目数不规范等主要问题突出。另外，近两年出现的全自动网式过滤器，体积小流量大，在水质泥沙含量少、微生物、藻类含量少的情况下，可以选用，反之是不可选用的，否则，将会频繁的进行反冲洗，灌溉难以保证。
九、几个问题的探讨
1、加强管件标准化的监管力度
由于滴灌系统管件规格不标准影响系统灌溉均匀度和后期管网维修，因此必须加强管件生产的标准化管理，确立管件的性能标准，以合理的降低系统的扬程，降低系统的运行费用。
2、降低输水管网管材的压力等级
目前滴灌系统所用骨干管网管材的压力等级全部为0.4Mpa。根据我们对滴灌系统的现场测试，对不采用喷、滴灌共用系统的和控制面积小于3000亩的滴灌系统，可将当前使用的PVC管材压力等级由现在的0.4Mpa工作压力等级调整为0.32Mpa工作压力等级，且这一等级也是国家规定的管道压力等级。主要依据是：（1）根据各师设计的滴灌系统干管的入口压力的情况来看，90%以上的都小于0.3Mpa工作压力，大部分在0.25Mpa；（2）滴灌系统运行压力相对较低，目前已建设的720万亩滴灌系统中，还没有发生过因为水锤危害而造成管道破裂的情况。经过分析是由于在系统中管道属于短管，且系统在最不利处安装有自动进排气阀，且阀门的开启需要十几秒的时间才能完全打开，所以在阀门的开启过程中不会产生水锤的破坏现象；（3）PVC塑料管管材的生产要求标准高且要达到一定的破坏压力后才允许生产和出厂。按照试验标准要求，0.32Mpa工作压力等级的管材，破坏表压力要超过0.72Mpa才合格，远大于1.25倍的水锤破坏压力。（4）0.32Mpa工作压力等级的PVC管材属于国家标准内的产品，有供货途径。通过采用较低压力等管材可降低地埋管网投资。
3、进一步提高设计水平、优化滴灌设计
滴灌系统的设计水平直接影响到系统建设的投资和建成后的运行、管理，甚至影响工程建设的成败。因此进一步优化设计、提高设计工作水平是至关重要的。这些工作包括基本参数的选取，灌水周期、灌水定额、一次灌水延续时间的确定，管网的合理布置，管网管径的合理选择，合理确定管网水头损失，管材选择及过滤器的选择，水泵的选型，合理确定灌溉制度等等,同时还要适合不断调整的农业栽培模式和新品种的应用。目前也有一些节水灌溉生产制造企业、公司在承揽设计，有些是不具备资质的，虽然系统可以运行，但运行成本高，所以正确选择具备滴灌设计资质的单位和优化设计在我们的节水灌溉建设中就显得十分重要。
4、实施滴灌器材产品认证和市场准入制度，确保滴灌设备材料的质量
节水灌溉工程选用的节水器材质量的好坏直接影响到工程建设的成败和建成后工程效益的发挥。以滴灌带为例，新疆现在有很多的小型滴灌生产企业和个体作坊式生产厂家，这类滴灌带的价格比大企业生产的要相对便宜很多，但由于这些厂家没有完善的质量检测体系，质量也就无从保证。质量较差的滴灌带，灌水均匀度较差，作物长势不均，作物产量下降所带来的损失远大于滴灌带低价格所带来的便宜，所以选用滴灌带质量的好坏直接影响到膜下滴灌能够产生效益的大小。通过对节水灌溉现场调研情况来看，滴灌带质量影响了作物长势这一点也得到了验证。所以实施节水产品认证和建立以节水器材的市场准入制度为核心的制度体系有助于节水灌溉的发展，进一步规范节水灌溉项目的建设，从而确保工程建一个，成一个，收效一个，长期发挥效益。
5、加强培训，提高认识
要真正发挥节水工程的效益，人是关键的因素。解决人的问题，主要就是解决人的素质问题，即提高广大农户对节水灌溉技术和新技术新科技的认识，只有真正的掌握和了解了节水技术的机理，才能充分发挥节水工程的效益。所以，加大技术培训是我们必须常抓不懈的一项工作。
6、制定用水指标、合理调整水价
根据我们目前的实际情况，要达到真正意义上的节水，从管理的角度来说，必须从两方面入手：一是控制供水量（引水量和地下水开采量），制定有效的水资源管理体制与办法。二是采用经济杠杆，制定适合地方经济发展的有效的水价政策。通俗的讲就是，根据不同的作物制定出不同的灌溉定额，按照“计划用水、限额配水、节约归己、超用加价”的用水管理原则进行。同时适当提高水价标准，对超计划用水采取加价一倍、二倍的梯级价格，通过水价杠杆来推进节水工程建设的积极性和节水工程的管理。
