我国节水灌溉技术推广与发展状况综述

--1我国节水灌溉技术推广与发展状况综述覃翠虹贵港市水利电力勘测设计研究院节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水方法、措施和制度等的总称。是否节约灌溉用水，用水是否高效是以单位作物产量总耗水量(从水源算起直到田间)多少来衡量，或者，以单位耗水量所取得的产值多少来衡量。因为节水与否和高效与否，都是相对的概念，所以节水灌溉技术也是不断发展，其效率也是不断提高的。我国发展节水灌溉技术的历史几乎与我国近代灌溉的历史一样长，因为只要灌溉就应当考虑节水。在早期的泾惠渠、渭惠渠和洛惠渠等老灌区就在优化地面灌溉技术要素方面作了许多有益的探索，取得了一些宝贵的经验。在20世纪60～70年代，江浙一带就开始推广三合土和混凝土地下渠道。50年代就有部分地区开始进行喷灌的研究和试点。到70年代喷灌技术受到普遍的重视，相继召开了几次全国性的技术研讨和推广的大会，不管在交流技术经验，还是在造舆论方面都起到了很好的作用。到1997年全国喷灌面积已达19.33万hm2。水利部、中科院、一机部等部委紧密配合组织广大科技人员成立联合设计组，在喷灌机具研制，田间对比试验，喷灌系统设计方法，区划等方面作了大量的科研工作。到了80年代，可以说在喷灌方面我国已经具备了自己的一整套设备和技术，为喷灌的大面积推广创造了条件。从而使得现在全国喷灌面积达到86.67万hm2左右。在这过程中，喷灌的发展也出现了两次低潮，一次是由于初期机具不过关从而挫伤了群众的积极性造成的。一次是由于农业生产体制的变化，而早期喷灌技术一时无法适应造成的。而滴灌技术是从1974年从墨西哥引进3套滴灌设备开始的。我国科技人员吸收了国外的先进经验，研制出了一整套适合我国使用的滴灌和微喷灌设备，现在全国滴灌面积已达到几万公顷。由于塑料工业的发展，到80年代地下输水技术又得到了新生，发展成为低压管道输水灌溉技术，主要采用低压塑料管输水，也还用素混凝土管等其他低压管输水，据1993年不完全统计，全国推广面积超过333万hm2。至于渠道防渗技术的发展有悠久的历史，它是随着灌溉规模的发展和新型材--2料的产生而不断更新发展的。近几年来，各级领导对节水灌溉日益重视，各种新闻媒体也大大加强了节水灌溉的宣传力度，一个大力发展节水灌溉的新高潮已形成。据统计，1996年全国用于节水灌溉的各种投入达70亿元，新增节•水灌溉面积达133.3万hm2。这次热潮的特点是：不是单一地发展某一节水灌溉技术，而是各种节水灌溉技术一齐上。现在我国采用过的和正在研究或推广使用的节水灌溉技术有数十种之多。各种技术都各有利弊，各有不同的适用条件。只不过有些技术成熟一些，有些技术还有待进一步研究，有些技术优点更多些，适用范围更广些，而有些技术稍逊而已。节水灌溉技术可分为灌水方法、输水方法、灌溉制度和田间辅助措施等4大类别。一、节水灌水方法灌水方法即田间配水方法，就是如何将已送到田头的灌溉水均匀地分布到作物根系活动层中去。按灌溉水是通过何种途径进入根系活动层，灌水方法可分为地面灌溉、喷灌、微灌和地下灌溉。（一）地面灌溉地面灌溉是古老的传统的灌水方法，一般说来它是作为比较是否节水的基点。但是地面灌溉技术也在不断发展不断完善，所以最近也有许多比传统地面灌溉技术更节水的方法。1.灌水技术要素的优化灌水技术要素指沟、畦规格、入畦(沟)流量，改水成数。这些灌水技术要素的合理的组合就会得到节水的效果，一般经验表明对沟灌和畦灌采用较小的畦、沟尺寸，就可以大大提高灌溉均匀度和灌水效率。至于沟畦尺寸多大为宜，则因不同地形与土质而异，各地要通过试验来确定。2.新的沟畦灌水工具传统的沟畦灌水是用人工从配水渠开口放水入沟畦，这样既不准确又不方便，而且常因放水口渗漏造成水的田间损失，国外早已采用虹吸管(用于明渠输水的情况)或闸门孔管(用于管道输水的情况)放水，我国已做了一些试验，证明可提高田间水利用率5%～10%，但目前有关的工具尚未批量生产，而且农民也不--3习惯，推广还有待时日。3.波涌灌溉近代国外又研究出波涌(沟)畦灌或称间歇沟(畦)灌，就是控制放入沟(畦)的流量是间歇的，向田间放一段时间(几分钟或几十分钟)的水然后停止放水一段时间(几分钟或几十分钟)，如此反复，这样可以使沿沟(畦)长度方向的水量分布更加均匀。田间水利用率可达80%～90%。是一种有希望的节水灌溉方法。我国90年代初开始有一些单位对此作了研究与试点。不过为了达到间歇放水的目的在田间就要布置可控制间歇放水的装置(有机械阀和电子控制阀两种)。要生产出工作可靠，价格低廉的间歇放水装置是推广本技术的关键。4.尾水回收系统在土壤入渗速度较小时，每条沟的入流量大一些容易灌得均匀一些，但是往往使得水已流到沟尾时，沟首还没有灌够，这样就不可避免地造成沟尾泄水，如将泄水排掉就会浪费灌溉用水，如果此时在沟尾安装集水系统把泄水收集起来用于更低地块的灌溉，或用水泵抽到高处重新灌溉。这也是一种节水的措施。但我国目前还很少采用。5.膜上灌(又称膜孔灌)在地膜上做成沟状，水就在膜上流动，到作物长出孔处才渗入土地，这样灌水效率高，一般可节水25%～35%，增产15%～20%，又不要专门的设施。全国现有地膜种植面积近533万hm2。因此，此法很有推广前途，1993年仅新疆就推广了24.7万hm2，今后应加强相关农机具与农艺的配套与完善，在采用地膜的田块上积极推广。（二）喷灌喷灌是通过空中进行喷水，由于需要压力所以常用压力管道输水。一般说来，其明显的优点是灌水均匀，少占耕地，节省人力，对地形的适应性强。主要缺点是受风影响大，设备投资高。经过20多年的努力，现在我国已有喷灌面积80多万hm2。喷灌系统的形式很多，其优缺点也就有很大差别。在我国用得较多的有以下几种：1.固定管道式喷灌干支管都埋在地下(也有的把支管铺在地面，但在整个灌溉季节都不移动)，--4这样管理更省人力，可靠性高，使用寿命长，只是设备投资很高，目前使用塑料管道的系统单位造价也有12000～18000元/hm2之间，有的甚至达到22500元/hm2。2.半移动式管道喷灌干管固定，支管移动，这样可大大减少支管用量，从而使得公顷投资仅为固定式的50%～70%，但是移动支管需要较多人力，并且如管理不善，支管容易损坏。近代发明了以下一些由机械移动支管的方式，可以部分克服这一缺点。3.滚移式喷灌支管将喷灌支管(一般为金属管)用法兰连成一个整体，每隔一定距离以支管为轴安装一个大轮子。在移动支管时用一个小动力机推动，使支管滚到下一个喷位。每根支管最长可达400m。这种机型我国已有产品，适用于矮杆作物(如蔬菜、小麦等)要求地形比较平坦。4.时针式喷灌机将支管支撑在高2～3m的支架上，全长可达400m，支架可以自己行走，支管的一端固定在水源处，整个支管就绕中心点绕行，像时针一样，边走边灌，可以使用低压喷头，灌溉质量好。自动化程度很高。我国已有产品，在华北和东北已有一定的使用经验，适用于大面积的平原(或浅丘区)，要求灌区内没有任何高的障碍(如电杆、树木等)。其缺点是只能灌溉圆形的面积，边角要想法用其他方法补灌。此机在美国应用广泛，也值得我国在大平原地区、大规模农场推广。5.大型平移喷灌机为了克服时针式喷灌机只能灌圆形面积的缺点，近代在时针式喷灌机的基础上研制出可使支管作平行移动的喷灌系统。这样灌溉的面积就成矩形的。但其缺点是当机组行走到田头时，要专门牵引到原来出发地点，才能进行第二次灌溉。而且平移的准直技术要求高。因此，没有时针式喷灌机使用得那么广泛，我国也已有产品。其适于推广的范围与时针式相仿。6．纹盘式喷灌机用软管给一个大喷头供水，软管盘在一个大绞盘上。灌溉时逐渐将软管收卷在绞盘上，喷头边走边喷，灌溉一个宽为两倍射程的矩形田块。这种系统，田间工程少，机械设备比时针式简单，从而造价也低一些，工作可靠性高一些。但一--5般要采用中高压喷头，能耗较高。适合于灌溉粗壮的作物(如玉米、甘蔗等)。也要求地形比较平坦，地面坡度不能太大，在一个喷头工作的范围内最好是一面坡。该机型我国也已有系列产品。7.中、小型喷灌机组这是我国在70年代用得最多的一种喷灌模式，常见的形式是配有1～8个喷头，用水龙带连接到装有水泵和动力机(多为柴油机与电动机)的小车上，动力功率为3～12马力居多。使用灵活，每公顷投资为固定管道式的20%～60%，移动费劳力大，管理要求高，近年来，发展的规模似有降低的趋势，只适用于中小型的农场和田块。但投资较低，使用灵活以上各种喷灌形式各有利弊，各自适合于不同的条件，因此只能因地制宜地决策选用。（三）滴灌是用小塑料管将灌溉水直接送到每棵作物根部的附近，水由滴头慢慢滴出，是一种精密的灌溉方法，只有需要水的地方才灌水，可真正做到只灌作物而不是灌土地。而且可长时间使作物根区的水分处于最优状态，因此既省水又增产，我国现有面积34万hm2(包括微喷灌)。但其最大缺点就是滴头出流孔口小，流速低，因此堵塞问题严重。对灌溉水一定要认真地进行过滤和处理。目前我国还都只注意到防止物理堵塞，而同样严重的生物堵塞和化学堵塞问题尚未引起足够的重视。1.固定式地面滴灌一般是将毛管和滴头都固定地布置在地面(干、支管一般埋在地下)，整个灌水季节都不移动，毛管用量大，造价与固定式喷灌相近，其优点是节省劳力，由于布置在地面，施工简单而且便于发现问题(如滴头堵塞、管道破裂、接头漏水等)，但是毛管直接受太阳曝晒，老化快，而且对其他农业操作有影响，还容易受到人为的破坏。2.半固定式地面滴灌为降低公顷投资只将干管和支管固定埋在田间，而毛管及滴头都是可以根据轮灌需要移动。投资仅为固定式的50%～70%。这样就增加了移动毛管的劳力，而且易于损坏。3.膜下灌--6在地膜栽培作物的田块，将滴灌毛管布置在地膜下面，这样可充分发挥滴灌的优点，不仅克服了铺盖地膜后灌水的困难，而且大大减少地面无效蒸发。4.地下滴灌是将滴灌干、支、毛管和滴头全部埋入地下，这可以大大减少对其他耕作的干扰，避免人为的破坏，避免太阳的辐射，减慢老化，延长使用寿命。其缺点是不容易发现系统的事故，如不作妥善处理，滴头易受土壤或根系堵塞。（四）微喷灌有的地方称之为雾灌，与滴灌相似，只是为了克服滴头太易于堵塞的缺点，将滴头改为微喷头，由于微喷头出流孔口大一些，流量大一些，流速快一些，所以不像滴头那么容易堵塞，但流量加大了，毛管相应也要加粗些，在每棵作物或树下装1～2个微喷头一般即可满足灌溉的需要。微喷头仍有堵塞问题，因此也要对过滤问题给予足够的重视，每公顷造价与固定式滴灌相仿。在国外有逐渐以微喷灌取代滴灌的趋势。但是在温室(或大棚)内使用微喷灌会大大提高室内之空气湿度。而不利于对湿度敏感作物(如黄瓜)的生产，这时只好用滴灌。近年来我国微喷灌设备生产逐渐完善。微喷灌面积的发展很快，是一种很有发展前途的节水灌水法。特别适用于灌溉果园。（五）渗灌渗灌与地下的滴灌相似，只是用渗头代替滴头全部埋在地下，渗头的水不像滴头那样一滴一滴地流出，而是慢慢的渗流出来，这样渗头不容易被土粒和根系所堵塞。最近在国外引进采用废轮胎加工成的多孔渗流管，并进行小面积试点，但是微孔渗流管的堵塞是一个严重的问题，未经长时间试验检验不宜贸然推广。（六）地下灌溉地下灌溉是用控制地下水位的方法进行灌溉。在要灌溉时把地下水位抬高到水可以进入根系活动层的高度，地面仍保持干燥，所以非常省水，不灌溉时把地下水位降下去。这种方法的局限性很大，只有在根系活动层下以有不透水层时才行。因此不适于普遍推广。二、节水输水方法几千年来，我国都是用土渠将灌溉水从水源输送到田头。这样有大量的水在还没送到田头就已浪费掉了。我国现有灌溉渠道水利用系数很低，一般为0.3～--70.5。因此在输水过程中节约水的潜力很大。常用的方法有渠道防渗和管道输水两种。（一）渠道防渗渠道防渗所采用的材料有很多种类，常用的有干砌块石，浆砌块石(或卵石)，混凝土预制块，现浇混凝土护面，塑料薄膜，土工膜等，最近国内比较普遍推广的“三面光”渠道就属这一类。当采用混凝土护面时，如渠道不大还可用U形混凝土渠，这样还可以提高输水流量，减少过水断面