农田水利工程管理中节水技术的应用对于提升水资源利用效率和作物产量具有重要作用。现围绕滴灌、微喷灌、渗灌及水肥一体化等现代节水灌溉技术展开分析，并结合土壤水分调控机制深入探讨不同技术的适用条件和实施方法，并基于典型农田试验区的实测数据对节水技术的灌溉效率、水资源节约率及作物增产效果进行量化评估。结果表明，精准灌溉及优化水资源配置能够显著减少农业用水浪费并提高单位水量的作物产出比，以期为农田水利工程的节水管理提供科学依据并促进高效农业的发展。

　　传统灌溉方式存在水资源浪费的现象，因此，提高水资源利用率是农田水利工程管理的重要课题。精准灌溉技术逐步推广，滴灌、微喷灌、渗灌及水肥一体化在提升灌溉效率和作物产量方面展现出良好效果。现围绕现代节水灌溉技术的实施及应用效果展开分析，为农业水资源高效管理提供技术支撑。

农田节水技术概述

主要节水技术

　　农田节水技术涉及多种优化水资源利用的方法，通过精细化管理与工程措施，既提升了灌溉效率又减少了水分损失。滴灌、微喷灌、渗灌以及水肥一体化是当前应用较广的节水灌溉技术，这些技术通过控制水分输送路径、调节水分渗透速率以及优化水肥供应模式，实现作物生长环境的精确调控，提高土壤含水量的均匀性，减少水分无效蒸发。

　　滴灌系统基于低压输水原理，将水分以较小流量输送至作物根系周围，控制水头高度和管道直径调节出流速率，让水分逐步渗透至根区，提高水分利用率;微喷灌技术利用雾化喷嘴形成均匀小水滴，提高水分吸收效率，结合土壤湿度监测系统动态调整喷洒频率，让根层土壤保持适宜湿度，减少深层渗漏;渗灌技术通过埋设多孔管道输送水分，依靠毛细作用实现土壤水分的缓慢扩散，以此维持较长时间的土壤湿润状态，此方式适用于水资源供给波动较大的地区，能够降低水分蒸发损失并减少地表径流;水肥一体化技术结合水溶性肥料输送系统，使养分随着水流进入根区，能够避免传统施肥方式造成的养分淋溶损失，提升作物的吸收效率。

　　灌溉系统的设计需要综合考虑地形坡度、土壤持水特性、作物根系分布及蒸腾强度等因素，借用水力学控制水流速率和压力梯度来保证水分均匀分布，水流输送过程可依据伯努利方程来计算压力损失，达到调整输水系统参数的目的：

(1)

　　式中p为水流静压，ρ为水的密度，v为流速，g为重力加速度，h为水头高度。灌溉管道设计时，可以根据该方程计算流速与压力变化，优化管径选择，使出水口流量保持稳定，防止局部水流过大或过小影响灌溉均匀性。

土壤水分调控机制

　　土壤水分调控是节水灌溉的核心环节，通过优化土壤结构、调节水分分布和控制蒸发速率等措施，使作物根区长期处于适宜的含水状态，提高水分利用效率。而土壤的持水能力由其孔隙度、颗粒组成和有机质含量决定，不同质地的土壤对水分的吸附力和渗透速率存在显著差异，需要依据土壤水分特性调整灌溉方式，使水分滞留在根层，提升作物对水分的吸收效率。

　　土壤的入渗过程受重力势能和毛细作用的共同影响，影响水分在土壤剖面内的分布状态。土壤饱和导水率可由达西定律计算：

(2)

　　q为水流通量，K为饱和导水率，dh/dz为水势梯度。高饱和导水率土壤易发生深层渗漏，需降低灌溉强度，防止水分超出根区渗透范围，而低饱和导水率土壤需采用间歇灌溉策略，使水分逐步渗透，提高土壤水分滞留能力。

　　土壤蒸发控制可借助覆盖技术减少地表水分损失，提高土壤水分存储时间。覆盖材料的选择需考虑透气性、热传导性及降解性能，使土壤内部保持适宜温度、湿度，促进根系生长。提高土壤有机质含量能够增强土壤团粒结构，提高持水能力，减少无效水分散失，同时改善根系微环境，使水分更易被吸收。合理规划灌溉周期，根据土壤水势变化动态调整灌溉时间，有助于维持稳定的土壤水分环境，提高农田水资源利用率。

现代节水灌溉技术应用

滴灌与微喷灌系统

　　滴灌与微喷灌系统通过管网输水和压力调控，将水分均匀地输送到作物根部区域，结合水动力学特性来优化灌溉过程，减少水分蒸发损失，达到提高土壤水分利用效率的目的。滴灌系统以低压管道输水方式运行，由主干管、支管、滴灌管和滴头组成，水流在压力的作用下进入滴头后能够形成稳定小流量出水，水分渗透至根层后控制水分分布范围，提高灌溉均匀度。

　　滴头的流量调节与出水均匀性受到压力损失的影响，可以用管道流动方程计算滴头流速，调整系统设计参数，使灌溉区域水分分布稳定，管道水头损失可以使用达西—威斯巴赫公式计算：

(3)

　　其中，hf为水头损失，f为摩擦系数，L为管道长度，v为流速，D为管径，g为重力加速度。滴灌系统设计需控制摩擦损失，优化管道布局，选择合适管径，使各滴头出水速率趋于均衡，防止水流速率过快或过慢影响灌溉均匀性。

　　微喷灌系统通过喷嘴雾化水流，以小水滴形式喷洒至作物根区及叶面，提高水分吸收率，减少蒸腾消耗。喷头工作压力与喷洒半径密切相关，合理选择喷头类型和布置间距，使喷洒区域覆盖均匀，提高水分利用效率。喷嘴出水流量由喷射方程计算：

(4)

　　其中，Q为喷嘴流量，Cd为流量系数，A为喷嘴截面积，H为水头高度。喷灌系统设计应优化喷嘴尺寸和角度，使水流雾化粒径适宜，提高水分在作物叶面的存留率，同时降低水滴回落冲刷土壤造成的侵蚀风险，提高灌溉水的渗透效率。

渗灌系统与地下水回补技术

　　渗灌系统使用地下管网输水，令水分在土壤内部缓慢渗透至根区，提高水分利用效率并减少地表蒸发损失。渗灌系统的核心结构包括渗灌管道、过滤装置、压力调控系统和输水控制阀门。管道一般由微孔塑料管或渗透陶瓷管构成，表面具有均匀分布的微小孔隙，可以调节水流渗透速率，让水分逐步扩散至根系周围，避免地表径流造成水分浪费。水流进入渗灌管道前需要经过过滤装置去除悬浮颗粒和杂质，防止微孔堵塞。系统运行时，水流压力需要维持在设定范围内，过高可能会导致局部渗透过快，过低则会影响到水分分布均匀性，压力调控系统通过水压传感器与自动调节阀控制输水速率，使灌溉过程稳定进行。

　　水分在土壤中的扩散受土壤孔隙结构与毛细作用影响，渗透速率的优化需考虑土壤渗透系数与水势梯度变化。渗透过程中，水分沿毛细通道缓慢扩散，其流速可由非饱和土壤渗流公式表示：

(5)

　　q为单位时间内的水流量，Ks为饱和导水率，h为水头高度，L为土层厚度，n为土壤孔隙分布指数。土壤孔隙越大，水分渗透速率越快，因此，不同质地的土壤需匹配相应的渗灌系统参数，调整水流速率与灌溉周期，使水分分布更为均匀，提高根区水分有效性。

　　地下水回补技术通过人工回灌的方式补充地下含水层，防止地下水位长期下降影响农田水分供给。地下水回补系统主要包括回灌管道、渗透井和调节池。回灌管道用于引导水流进入地下，渗透井的结构设计需匹配地下含水层的渗透特性，使水分能够高效补充至目标区域。回灌过程中，水头压力的控制尤为关键，水流速率需适应地下渗透能力，防止局部超载导致水分外溢或渗透不足影响补水效果，渗灌系统框架如图1所示。

图1 渗灌系统框架图(图片来源：作者自制)

　　地下水回补技术结合水源调控与动态监测系统，以水位传感器与流量计测定地下水变化趋势，并依据水量消耗情况调整回灌速率。渗透井的布局需依据地下水补给需求，合理规划回灌点位，使水资源分布更加均衡，提高地下含水层的可持续利用能力。结合地表水资源调度，地下水回补技术可有效缓解农田灌溉中的水资源短缺问题，增强水分供应稳定性。

田间水肥一体化技术

　　田间水肥一体化技术通过管网输送可溶性肥料，使养分随水流进入作物根区，提高养分吸收效率，减少传统施肥模式造成的养分流失。肥液输送系统由水肥混合装置、输送管道及出水装置组成，控制肥液浓度与灌溉水量，使养分均匀分布，提高作物生长速率。水肥混合比例受灌溉方式和作物需肥特性影响，可依据水流动力学计算施肥浓度，优化施肥策略。

　　肥料输送过程受管道流动特性影响，水流压力变化影响肥液扩散速率。管道压力损失由哈根—泊肃叶方程计算：

(6)

　　其中，ΔP为管道压降，μ为水肥混合液体动力粘度，L为管道长度，Q为体积流量，r为管道半径。水肥输送系统需控制管道流速，使水肥混合均匀，提高养分吸收效率，同时避免局部肥料浓度过高造成根系损伤。

　　田间水肥一体化技术需结合土壤肥力特性，动态调整施肥浓度，使作物根区维持合理养分供应。土壤水肥耦合作用影响根系生长速率，合理调控水分与养分比例，可改善作物根系伸展，提高养分吸收能力。水肥输送系统可结合土壤水分监测传感技术，使灌溉决策更加精准，提高水肥利用效率，减少养分流失，提高作物产量。

农田节水技术应用效果

典型区域水资源节约率

　　农田节水技术的应用对水资源消耗总量具有显著影响，在不同区域，节水措施的实施效果受气候条件、土壤特性、作物种类及灌溉管理方式的制约，水资源节约率的评估需要基于不同灌溉模式的耗水量对比分析。节水灌溉技术通过优化水分输送路径、降低地表蒸发损失及减少深层渗漏，使单位面积的灌溉水量减少，提升水资源利用效率。

　　水资源节约率的计算需要基于灌溉系统供水量与作物需水量之间的平衡关系，考虑水分的有效利用系数，以测算节水技术的实际节水效果。节水率计算可基于以下公式：

(7)

　　R表示水资源节约率，Wc为传统灌溉方式的用水总量，Wt为节水技术应用后的用水总量。通过对不同节水技术的实施区域进行数据采集和计算，可得出各技术的节水贡献率，并为农田水利工程的节水措施优化提供数据支撑。

　　灌溉方式的改进对地下水资源的保护同样具有重要作用，传统大水漫灌模式导致大量水资源渗透至深层土壤，造成地下水超采，而节水灌溉技术的应用可减少地下水开采量，提高地表水与地下水的动态平衡。区域水资源节约率的提升还需结合农田输水系统的改造，降低输水过程中的损耗，使水资源分配更加精准合理，提高农业用水效率。

灌溉效率与作物增产分析

　　灌溉效率与作物产量密切相关，精准控制水分供应可以改善根系环境，提升水肥利用率。不同节水灌溉技术的应用对于作物产量的影响需要以实测数据为基础进行量化分析，结合土壤类型、作物品种及生长周期等因素来评估节水措施对作物生物量积累及最终产量的贡献率。

　　灌溉效率通常由有效灌溉水量与总供水量的比值进行计算，高效灌溉系统控制水分分布，使根区水分含量维持在适宜水平，减少非必要蒸发。不同作物对水分的需求不同，需要根据生长周期的需水特性调整灌溉模式，优化灌溉周期及水分供应量，来提升作物产量和水资源利用效率。精准灌溉系统能够显著提高灌溉效率，让单位面积的水分利用率增加，提升单位面积产量;滴灌和渗灌系统的水分输送更具有针对性，使根区水分供应均衡，提高水分转化为生物量的效率;微喷灌通过喷洒方式均匀分布水分，适用于需水量较大的作物;而水肥一体化系统在提升水分利用率的同时，优化养分供应模式，使根系对水肥的吸收能力增强，减少肥料流失，提高作物生长速率及最终产量。

　　灌溉效率的提升对作物增产的影响需要结合田间水分监测数据进行分析，高效节水技术的应用不仅能够减少水资源浪费，同时还能优化作物的生长环境，提升根系对水分的吸收能力，使水肥耦合作用最大化，为农业可持续发展提供可靠的技术支撑。

　　农田水利工程管理中的节水技术应用对提升水资源利用效率、优化灌溉系统运行模式及促进作物高效生长具有重要作用。滴灌、微喷灌、渗灌及水肥一体化等精准灌溉方式优化水分输送路径，减少蒸发损失，提高作物根区水分供应的稳定性，同时提升灌溉效率，使水资源得到更加合理的配置。渗灌系统结合地下水回补技术，有效降低深层渗漏带来的水资源浪费，并改善农田水分动态平衡;水肥一体化技术进一步增强了水分和养分的协同作用，提高了作物的生长速率及最终产量;节水技术的优化应用不仅能够减少农业灌溉对水资源的依赖，同时提升单位面积的农产品产出效益，为农业可持续发展提供了更加科学的技术路径。

　　终审：魏文源

　　监审：李保燕

　　编校：董卫娟