不同类型节水灌溉技术介绍

王成国家节水灌溉工程技术研究中心（新疆）2015年12月不同类型节水灌溉技术节水灌溉(water-savingirrigation)：以最低限度的用水量获得最大的产量或收益，也就是最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。节水灌溉的基本要求，就是要采取最有效的技术措施，使有限的灌溉水量创造最佳的生产效益和经济效益。节水灌溉概念目前，欧美等农业发达国家在节水灌溉方面已经取得重大进展，节水灌溉的普及程度较高。在发达国家，喷灌技术、微灌技术、渠道防渗工程技术、管道输水灌溉技术等节水灌溉技术已经较为成熟，其中喷灌、滴灌又是最先进的节水灌溉技术，欧美发达国家60%-80%的灌溉面积采用喷灌、滴灌的灌溉方法，农业灌溉率约为70%以上。数据显示，目前，全世界的总耕地面积仅为15亿公顷，有灌排设施的耕地面积仅占27%，却生产出全世界55%的粮食，预计今后新增的粮食产量中80%至90%将来自有灌排设施的耕地。节水灌溉概况节水灌溉技术体系包括了节水的工程措施、农艺及生物措施、管理措施等。节水灌溉工程技术根据灌溉水向田间输送与湿润土壤的方式不同，一般把灌水方法分为四大类：1、渠道防渗和低压管道输水灌溉方法2、喷灌灌水方法3、微灌灌水方法4、渗灌灌水方法1、渠道防渗和低压管道输水灌溉方法地面灌水方法是使灌溉水通过田间渠沟或管道输入田间，水流呈连续薄水层或细小水流沿田面流动，主要借重力作用兼有毛细管作用下渗湿润土壤的灌水方法。传统的土渠输水渠系水利用系数一般为0.4—0.5，差的仅0.3左右，也就是说，大部分水都渗漏和蒸发损失掉了。渠道防渗是农田灌溉用水损失的主要方面。采用渠道防渗技术后，一般可使渠系水利用系数提高到0.6—0.85，比原来的土渠提高50%—70%。渠道防渗还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，是当前我国节水灌溉的主要措施之一。节水灌溉工程技术分类及其优缺点节水灌溉工程技术分类及其优缺点低压管道输水灌溉是利用管道将水直接送到田间灌溉，以减少水在明渠输送过程中的渗漏和蒸发损失。发达国家的灌溉输水已大量采用管道。目前我国北方井灌区的管道输水推广应用也较快。常用的管材有混凝土管、塑料硬(软)管等。低压管灌其管道系统压力一般不超过0.02MPa,管道最远端的出水口压力控制在0.002-0.003MPa。管道输水与渠道输水相比，具有输水迅速、节水、省地、增产等优点，其效益为：水的利用系数可提高到0.95；节电20%—30%；省地2%—3%；增产幅度10%。目前，如采用低压塑料管道输水，不计水源工程建设投资(以下同)，亩投资为100元—150元。节水灌溉工程技术分类及其优缺点节水灌溉工程技术分类及其优缺点2、喷灌灌水方法喷灌是利用一套专门的设备将灌溉水加压或利用地形高差自压，并通过管道输送压力水至喷头，喷射到空中分散成细小的水滴，象天然降雨一样降落到地面，随后主要借毛细管力和重力作用渗入土壤灌溉作物的灌水方法。节水灌溉工程技术分类及其优缺点喷灌的主要优点如下:⑴节水效果显著，水的利用率可达90%。一般情况下，喷灌与地面灌溉相比，1立方米水可以当2立方米水用。⑵作物增产幅度大，一般可达20%-40%。其原因是取消了农渠、毛渠、田间灌水沟及畦埂，增加了15%-20%的播种面积;灌水均匀，土壤不板结，有利于抢季节、保全苗;改善了田间小气候和农业生态环境。⑶大大减少了田间渠系建设及管理维护和平整土地等的工作量。⑷减少了农民用于灌水的费用和投劳，增加了农民收入。⑸有利于加快实现农业机械化、产业化、现代化。⑹避免由于过量灌溉造成的土壤次生盐碱化。常用的喷灌有管道式、平移式、中心支轴式、卷盘式和轻小型机组式。节水灌溉工程技术分类及其优缺点喷灌缺点：受风的影响大，一般在3（4.5m/s）级风以上，部分水滴在空中被吹走，灌溉均匀度大大降低，就不宜进行喷灌。空气相对湿度过低时，水滴未落到地面之前在空中的蒸发损失可以达到10%。节水灌溉工程技术分类及其优缺点设备投资高：固定管道式喷灌系统900-1200元/亩。半固定管道式喷灌系统300-450元/亩。卷盘式喷灌机约300-500元/亩。大型喷灌机组500-800元/亩。节水灌溉工程技术分类及其优缺点固定管道式喷灌系统影响田间机耕作业，固定管道式喷灌系统田间竖管较多，机耕作业时易碰到，机械化作业不便。移动、半固定管道式喷灌搬运管道困难。刚刚喷过的土壤，移管困难。而且容易伤苗和破坏土壤结构。节水灌溉工程技术分类及其优缺点能耗高：喷头工作压力一般在2.5kg以上，卷盘喷灌机工作压力在4kg以上。能耗与系统工作压力成正比，喷灌总能耗比微灌高。喷头类别性能低压喷头(近射程喷头)中压喷头（中射程喷头）高压喷头（远射程喷头）工作压力（kg/cm2)22～55喷水量（m3/h）2.52.5～3232射程（m）6~15.515.5～4242节水灌溉工程技术分类及其优缺点葡萄滴灌3、微灌灌水方法微灌，即是按作物需水要求，通过有压管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确的直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中的灌水方法。特点：灌水流量小，一次灌水延续时间长，灌水周期短，工作压力低，可精确控制水量，能把水与养分直接输送到作物根部的土壤中去。灌溉水损失小于10％，主要应用于果树、蔬菜、花卉、棉花等宽行距的经济作物。膜下滴灌微喷节水灌溉工程技术分类及其优缺点•1、微灌的类型与特点•（1）.滴灌滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将水一滴一滴地、均匀而又慢地滴入作物根区附近的土壤中的灌水形式。靠滴头下面的土壤处于饱和状态，其它部位的土壤处于非饱和状态，土壤水分主要借助毛管张力的作用入渗和扩散。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。1）地面滴灌相对固定式滴灌地下管道固定，地面管网系统在一个灌溉期内固定在田间，非灌溉期收掉，下一个灌溉期再安放好的系统称为地面相对固定式系统，目前大田作物采用这类系统。全固定式滴灌地下管道固定，地面管网系统在其使用年限内多年（多个灌溉期）固定在田间，一直到更新的系统称为地面全固定式系统，目前果树、经济林绝大多数采用这类系统。节水灌溉工程技术分类及其优缺点•1、微灌的类型与特点•全移动式滴灌没有地下管道，在灌水期间，支管、毛管和灌水器在灌溉完成后由一个位置移向另一个位置进行灌溉的系统称为移动式滴灌系统，此种系统应用也较少。与固定式系统相比，它提高了设备和利用率，降低了投资成本，常用于大田作物和灌溉次数较少的作物，但操作管理比较麻烦。目前，这种形式在有的地方有小面积进行试验使用。2）地下固定式滴灌系统毛管和灌水器（主要是滴头）全部埋入地下的系统称为地下固定式系统，这是在近年来滴灌技术的不断改进和提高，灌水器堵塞减少后才出现的，但应用面积不多。缺点是不能检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况，发生问题维修也很困难。节水灌溉工程技术分类及其优缺点地下滴灌节水灌溉工程技术分类及其优缺点棉花膜下滴灌香蕉滴灌木瓜滴灌（2）微喷灌利用折射式、辐射式或旋转式微型喷头将水喷沙在枝叶上或树冠下地面上的一种灌水形式。可提高空气湿度、调节田间小气候，流量小、压力低，果园灌溉重金湿润部分土壤，但严格讲不完全属于局部灌溉。节水灌溉工程技术分类及其优缺点（3）涌泉灌通过安装在毛管上的涌水器形成的小股水流，以涌泉方式使水流入土壤的一种灌水形式。流量比滴灌和微喷大，一般超出了土壤的渗吸强度，为防止地面径流须在涌水器附近挖一小灌水坑暂时储水。适于果园和植树造林的灌溉。节水灌溉工程技术分类及其优缺点微灌优点：（1）节水。在作物生长期内，比常规地面灌省水40—50%。（2）节肥。可溶于水的专用肥随水施至作物根系附近，易被作物吸收，提高了利用率，平均可省肥20%，有的达40%以上，还减轻化肥对土壤、对环境的负面作用。（3）省农药。与上述道理相同，可节省农药用量10%以上，且杀虫效果好，不易伤及害虫的天敌。节水灌溉工程技术分类及其优缺点（4）节地。由于田间取消了渠道，可节约耕地5—7%。（5）省人工和机力。滴灌技术通过闸阀控制灌溉，使每人管定额成倍提高。同时膜下滴灌保持土壤疏松，基本不长杂草，大大减少了中耕次数，减少农机作业。滴灌还可提高管理定额，使原来每人管理定额30亩左右，可提高到60亩-80亩或更多。节水灌溉工程技术分类及其优缺点（6）抗盐碱能力强。滴灌浸润区将土壤盐分向外推出，改善了作物生长环境。（7）使作物有较强的抗灾能力。由于实施科学灌水、施肥、施药，使作物生长状态良好，在遭遇灾害天气时，作物抵抗能力强，减产幅度小。（8）增产。棉花可增产10—20%，低产田则可增产25%以上。节水灌溉工程技术分类及其优缺点（9）产品质量提高。生长条件好，使产品整体质量改善。（10）综合效益好。滴灌技术既节约了生产成本，又增加了销售收入，扣除年度滴灌设备投入后，每亩尚有约100元的增量效益。（11）易于实现自动控制，地形适应能力强。（12）较节能。节水灌溉工程技术分类及其优缺点微灌缺点：（1）灌水器易堵塞。一般需根据水源水质，进行分级过滤。（2）投资较高。对于平整地块而言，微灌系统相对于地面灌溉，投资较高。节水灌溉工程技术分类及其优缺点4、渗灌灌水方法渗灌法：利用修筑在地下的专门设施（管道或鼠洞等）将灌溉水引入田间耕作层，借毛细管作用自下而上湿润土壤灌溉作物的灌水方法。节水灌溉工程技术分类及其优缺点•渗灌的主要优点是:①灌水后土壤仍保持疏松状态，不破坏土壤结构，不产生土壤表面板结，为作物能提供良好的土壤水分状况;②地表土壤湿度低，可减少地面蒸发;③管道埋入地下，可减少占地，便于交通和田间作业，可同时进行灌水和农事活动;④灌水量省，灌水效率高;⑤能减少杂草生长和植物病虫害;⑥渗灌系统流量小，压力低，故可减小动力消耗，节约能源。•渗灌存在的主要缺点是:①表层土壤湿度较差，不利于作物种子发芽和幼苗生长，也不利于浅根作物生长;②投资高，施工复杂，且管理维修困难;一旦管道堵塞或破坏，难以检查和修理;③易产生深层渗漏，特别对透水性较强的轻质土壤，更容易产生渗漏损失。节水灌溉工程技术分类及其优缺点2013年2月26日，华中科技大学对外发布消息，学校痕量灌溉研究中心历时10多年研发出“痕量灌溉”技术，一举打破农作物“被动式补水”传统灌溉模式，改由农作物自主吸水、按需吸水。“痕灌”是受化学上微量元素与痕量元素概念启发而取名，主要指能在超微流量向作物长久供水，痕灌单位时间的出水量可达到滴灌的百分之一到千分之一。痕量灌溉技术，是以土壤的毛细管为基础力，依照植物的需求，缓慢、适量地为植物根系进行供水的一项技术，它是世界上最省水的灌溉技术，该技术与植物需水特点完全匹配，即植物需要多少水就供给多少水。痕量灌溉痕量灌溉技术的核心节水部件是痕灌控水头，由具有良好导水性能的毛细管束和具有过滤功能的痕灌膜组成，控水头埋在作物根系附近，毛细管束一端与充满水的管道相连，另一端与土壤的毛细管相连，感知土壤水势的变化。作物吸水导致根系周围的水势降低，即发出需水信号，控水头内的水不断以毛细管水的形式流向根系周围，直至作物停止吸水；控水头内的痕灌膜可防止毛细管束因杂质而堵塞，保证系统长期稳定工作。多年田间试验表明，痕灌比滴灌节水50%左右，即使在滴灌无法使用的地区也可推广应用。痕量灌溉痕量灌溉应用前景广阔。痕灌节水技术能耗更少，节水更多。尤其是能够突破在常规节水灌溉很少涉及的荒漠化治理、矿山修复、城市绿化等领域的发展，能为解决粮食安全、生态保护和水资源危机作出贡献。水利部等有关部委已表示将进一步深入研究此项高效节水灌溉新技术，积极创造条件进行大田试验，不断积累经验，逐步完善技术，使之在更大范围推广应用。痕量灌溉总结各种灌水方法都有优缺点及适应的自然条件，主要考虑作物、土壤、气候、地形及水源情况，社会经济条件和农业生产状况等。谢谢大家！