农业节水灌溉技术发展
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摘要：我国是一个水资源紧缺的国家，在节水灌溉技术研发、污水资源化利用等方面与国外还存在很大的差距。为发展节水灌溉技术，我国需以节水增产为目标对灌区进行技术改造，加强用水管理推广节水灌溉制度，并平田整地开展田间工程改造，加强发展节水灌溉技术。
1 前言
目前，水资源危机被公认为未来10年人类共同面临的最严重的挑战之一。我国是一个水资源紧缺的国家，虽然水资源总量2.8万亿m3，居世界第6位。但因人口众多，人均年占有量仅2200m3，不足世界人均占有量的l/4，居世界第109位。根据我国用水量情况统计，我国总用水量大体上每10年增加1000亿m3；农业用水量从80年代开始呈下降趋势，13年来减少了62亿m3，减少了l.5%。
我国地域广阔，从南到北、从东以西，分布极不均匀，年际之间水资源分布极不平衡，干旱严重制约了农业生产的发展。虽部分地区建有农业灌溉设施，但大部分建于50～60年代，由于我国经济水平有限，灌溉设施标准较低，且大部分灌溉渠道为土渠，设施老化，水资源浪费现象较严重，并在地表水资源灌溉区域，出现上游有丰富的水源，下游缺水现象。为充分利用好有限的水资源，最大限度的发挥其效益，最有效的办法之一就是发展节水型农业、推广节水灌溉技术。
2 农业节水灌溉技术的发展态势
2.1 国内外节水灌溉技术的比较
我国的农业节水灌溉技术，经过20多年的快速发展，在某些方面已达到或接近国际先进水平。但由于受我国的经济水平限制，以及科研体制的影响，我国的农业节水灌溉工程建设水平落后发达国家30年以上。在节水灌溉技术研发、污水资源化利用等方面与国外还存在很大的差距。
2.1.1地面灌溉技术研究方面
地面灌溉是一种传统而古老且常见的灌溉方法，是应用最广泛、最主要的节水灌溉工程技术。目前，约占全世界灌溉面积的90%以上，我国则有98%以上的灌溉面积依然采用传统的地面灌溉技术。
随着水平畦灌、阶式水平畦灌的研究不断深入，传统的地面灌溉方式――畦灌、沟灌也由过去单纯研究灌水技术要素对灌水均匀性、水分深层渗漏的影响，转向综合研究灌水技术要素对土壤水肥运移、对水肥淋失的影响；同时，开发膜上灌等新型灌水技术，并得到较大面积推广应用。水平畦灌是田面非常平整条件下的畦灌，该技术在美国等发达国家被称为是地面灌溉最重要的进展之一。该技术在我国水田灌溉中应用较广泛，但技术水平上要低于美国等发达国家。
2.2.2喷、微灌技术研究方面
国外一直非常重视喷灌水肥需求规律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉应用十分普遍。在微灌水肥高效利用方面，以色列、美国、荷兰等国家对不同作物的施肥灌溉制度和微灌施肥灌溉专用液体肥料进行了20～30年的研究，取得了丰富的成果，已经研制出了针对多种经济作物水肥高效利用的专家管理系统。我国从20世纪70年代起，就针对微灌开始了研究和试验示范工作，开展了微灌条件下的土壤水分与溶质运移规律、日光温室和大田经济作物的灌溉制度、水肥耦合模式、滴灌施肥技术等研究工作。在喷微灌设备方面，对注肥设备的研制取得了可喜的进展，但对滴灌施肥灌溉条件下养分的运移以及施肥灌溉系统运行参数几乎没有涉及。
2.2.3国外正在开发研究的节能型灌溉技术
国外正在开发节能型的低压重力式滴灌技术和防堵塞的脉冲灌等技术。地下灌溉由于能显著减少作物无效蒸发(土壤表面蒸发)而特别省水的优点，发展也十分迅速。目前国外利用废旧添加橡胶、塑料发泡剂等研制成功了新型发汗渗灌，并在果树、花卉等作物中开始应用，现正在开展其合理管道间距、埋深及其优化灌水模式、防生物堵塞技术等方面的研究。
2.2.4我国已研发出的节水灌溉技术和设备
近几年，根据中国国情，我国已研发出秸秆粉碎还田免耕施肥小麦播种机、流量和频率可调坐水种点灌机、抗旱用行走式轻型喷灌设备、大射程旋转式微喷头、长流道新型薄壁微灌带、带离心清洗装置的自动反冲过滤器、带稳压机构的连续精量水动式施肥泵、可调雾化程度及射程的多功能喷头、新型短流道喷头、轻小型喷灌机组、新型中远射程喷头、国产激光控制精细平地铲运设备等节水灌溉设备和系统。一批节水产品初步表现出较强的市场前景和进一步开发的潜力。但目前，在实际应用中，上述技术还没有得到广泛的推广。抗旱用喷灌设备主要是固定或半固定移动管道式喷灌系统，而坐水种主要还是利用传统的方式，即水箱和水车配套使用。
2.2.5未来在工程节水技术方面国内外的研究与发展态势
未来，在工程节水技术方面，国内外的研究主要集中在渠系建筑物建设技术方面。目前来说，技术正在趋于成熟，主要是探索新型建筑结构形式。新材料配方及其应用技术的研究相对较活跃。国内外现较普遍的都正在将高分子材料应用在渠道防渗中，尤其是在高分子膜料的应用上已取得了不少实用的研究成果。目前，国内外较常用的渠道防渗衬砌措施为混凝土预制板，其技术方法为渠道整形后，铺一层复合土工膜，再在其上铺筑或砌筑混凝土预制板。但薄膜易刺破和冻胀地区冻融破坏的问题还没有很好的解决。因此，各国都在不断研究开发技术可靠、经济合理的高分子合成新材料。我国目前采用的渠道防渗防冻技术主要是保温整体刚性防渗防冻胀措施，适应性较差、易损坏或成本高。刚柔结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，能同时有效解决渗漏和冻胀的问题，应用高分子材料研制技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构或纯柔性结构作为渠道的护砌结构是我国科技人员正在努力研究的方向。
3我国近期节水灌溉发展方向
3.1以节水增产为目标对灌区进行技术改造
我国不少大中型灌区都是50～60年代修建的，由于工程老化失修或已到报废年限，使灌溉效益衰减，灌溉用水浪费严重。因此要根据当地自然、水资源、农业生产和社会经济特点，以节水高效为目标，对灌区实施技术改造。目前技术改造的重点是渠道防渗、灌区建筑物的维修与更新及田间工程配套。
渠道衬砌仍是大多数国家灌区改造中用以提高大型渠道水利用率的主要措施. 在美国、意大利和日本, 刚性衬砌材料尤其是混凝土衬砌应用较为广泛,取得了较好的节水效果。渠道输水仍是我国农业灌溉的主要输水形式, 自1998 年实施大型灌区配套节水改造以来, 全国累计衬砌干支渠道5300多公里, 配套改造建筑物3.8万座, 2002年节水110亿m3。根据渠道土壤冻层厚度、渠道流量大小、运行情况和地下水位情况, 我国实践发展了不同的防渗措施, 如砌石、混凝土预制板、塑料薄膜及塑料薄膜加保护层的复式结构、U 形渠等。
与渠道衬砌相比,管道输水在应用上虽然不如其广泛，但它具有节水节能，省地、省工，投资小、效益高，适应性强的显著特点。以色列的国家输水管道工程堪称国际一流，全国除个别偏远山区外，全部实现输水管网化。以色列全国的输水管道连接了大多数地区的供水系统，形成一个平衡的网络系统，可根据需要输水供水且避免了输水过程中因蒸发和渗漏引起的损失。输水管道不仅用于供水，在冬季和旱季还是以色列北方地区的排水管，使水重新进入地下水层，提高了水的回归和再利用率，加速了以色列引、输、灌水的自动化水平。在美国，低压管道灌溉被认为是节水最有效、投资最省的一种灌水技术，全美近一半大型灌区实现了管道化，干旱地区的考契拉( CVWD) 灌区、盐河( SRP) 灌区等，灌区支渠以下的输水系统大部分均采取了地埋管道形式. 美国还采用大口径地面可移管道，一般为快速连接铝制管材和塑料软管，通过带有闸管的管道输水，可便于进行波涌灌溉。日本早在20世纪80年代，就有一半以上的新建渠系实现了管道化。旧灌区改造中发展管道输水技术也很受一些国家的重视，如加拿大伯塔灌区， 灌溉水利用率由改造前的35%～60%提高到75%，澳大利亚的伦马克灌区，改建地下管道后节约灌溉用水33%。在我国，为在控制投资的同时，实现节水灌溉，“七五”期间，低压管道输水灌溉技术被列入重点科技攻关项目，在管道管材及配套装置的研制上取得了一批成果。平原井灌区、渠灌区和提水灌区管道输水灌溉技术得以广泛应用， 应用推广面积约520万hm2。 在自流灌区，采用大口径低压管道代替明渠输水已开展实验研究。现阶段，主要存在投资、设备质量、配套和运行管理等问题，仍需加大研究力度。
3.2加强用水管理推广节水灌溉制度
3.2.1 加强用水管理
建立现代化的灌溉管理技术体系， 应用高、新技术使农业灌溉向精准化方向发展是当今发达国家的普遍趋势。在美国、以色列等国，空间信息技术和计算机模拟技术被大量用于监测和预报作物水分和土壤墒情，灌溉预报技术得到迅速发展，一些具有代表性的节水灌溉预报程序也广泛应用于灌区水管理。美国的大型灌区均设有调度中心, 随时掌握各渠道的位置、输配水情况以及各闸门的水位流量、闸门启闭等情况, 并结合遥感技术进行灌溉情况调查，及时准确反映灌溉效果。 此外， 流域的天气情况、河湖水位、水质等信息均可传输到监测中心，用于辅助灌溉决策。日本通常在一个水系上设中央管理站，采用电子计算机和遥控装置对各级渠道和设备进行集中监控，并指令， 自动启闭闸门和水泵以进行科学的分水和配水。法国普罗旺斯渠道工程可实现中央控制室对整个工程的自动监测控制，4800个信息采集点对水位、流量、闸门开度和水质进行遥控，15min便可自动采集一次数据。
目前，我国灌区现代化集成、配套灌溉管理技术水平较低，灌区缺乏数据自动收集系统和数据传输系统，全灌区测试数据参差不齐，很难作汇总分析。因而国内专家提出需建设国家节水灌溉试验与监测网络的建议，以期提升我国的灌溉管理水平，提高灌溉水利用效率，改善生态环境。
3.2.2 推广节水灌溉制度
为了提高农业用水效益，确保水资源系统良性循环和农业可持续发展，必须大力加强作物节水灌溉制度的研究及其应用工作，积极研究和推广节水灌溉制度，把有限的水量集中用于农作物需水的关键期，以扩大灌溉面积，使灌溉总体效益最大。20世纪50年代，我国对主要农作物灌溉制度进行了较多的试验研究，近几年，逐步趋向于节水高效灌溉制度，如非充分灌溉制度、调亏灌溉制度等的研究和应用。陕西洛惠渠灌区近年实行节水灌溉制度后，一般干旱年平均每公顷用水量为1800～2250 m3。冬小麦为常规灌溉量的一半，每公顷产量由1970年的2910 kg提高到7500 kg。广西近年推广水稻节水灌溉(浅湿晒)面积178.133万hm2。总节水25亿m3，增产稻谷7亿kg，相当于增加耕地2.333万hm2。
3.3平田整地开展田间工程改造
地面灌溉是我国目前采用最多的一种灌水方式，预计在今后相当长的一段时间内，仍将占主导地位。据调查分析，地面灌溉用水损失中，因田间工程不配套，耕地不平整等引起的用水损失约占到30%左右，说明田间节水有较大潜力。近年，我国北方不少省、市、自治区都狠抓了田间工程改造工作，尤以土地开发整理项目较为突出。
田间工程改造缓解水资源供需矛盾、解决水资源短缺的根本出路；平整土地是实施田间节水地面灌溉、节约灌溉用水的先决条件。因地制宜开展田间工程改造、平整土地，减少深层渗漏，提高灌水均匀度，花钱少、见效快，并会继续得到推广。
3.4加强发展节水灌溉工程
现阶段，采用的主要节水工程措施为：渠道防渗工程技术、低压管道输水灌溉技术、喷微灌技术及各种地面灌溉改进技术等。
统计资料表明，对大型灌区实施渠系防渗衬砌后，可使渠系水利用系数提高0.2～0.4，减少渠道输水渗漏损失50%～90%。然而，我国的渠道防渗率仅为l0%左右。我国自1980年以来已取得混凝土衬砌、塑料薄膜衬砌、现浇混凝土U型渠防渗和机械化施工等成功经验，并提出复合防渗、季节性冻区采用梯形渠道坡角抛物线形断面等措施，以改善渠道衬砌防渗性能。
低压管道输水灌溉，目前在北方井灌区已累计发展约300余万hm2。“七五”期间，水利部组织开展了薄壁PVC管，内光外波纹双壁聚氯乙烯管、内衬塑膜外护水泥等各种管材及相应的配套管件、保护装置的研制，为这项技术的进一步发展提供了良好的技术装备。
喷、微灌是当今最先进的节水灌溉技术，与传统地面灌溉方法相比，一般可省水30%～50%，增产10%～30%。喷，微灌还具有省工、节地、不受地形条件限制等许多优点，对无灌溉条件的丘陵、坡地尤为适用。
3.5由单向技术向综合技术发展
目前我国节水灌溉技术的推广应用仍以单项技术为主，虽然已开始重视研究节水综合技术，但应用尚不普遍。节水灌溉综合技术的目标不但要提高灌溉水的利用率，而且也要使灌溉水的利用效率得到提高，真正起到节水增产的作用。因此节水灌溉技术今后发展的主要方向是将工程技术、农业技术与管理技术，因地制宜进行有机组合，形成节水高效的节水灌溉综合技术体系，并在大面积上推广应用。
4结论
我国是一个区域辽阔，人口众多，但水资源紧缺的国家，人均占有水量及农业用水量均远小于世界平均占有量。目前，世界各国均非常重视发展节水灌溉技术。相比之下，我国在节水灌溉技术方面的发展与应用均落后于世界水平。为提高我国的灌溉水利用率，充分利用好有限的水资源，保证农作物有充足的供水资源，实现农业的可持续发展，我们加强对节水灌溉技术的研究和推广应用，学习和借鉴国外节水灌溉技术成果，发展适合我国国情的节水灌溉技术。
参考文献
[1] 水利部农村水利司编.节水灌溉工程实用手册.中国灌溉排水发展中心,北京:中国水利水电出版社,2005
[2] 水利部农村水利司编.水稻节水灌溉技术.北京:中国水利水电出版社,1998
[3] 中华人民共和国农业部.国外节水灌溉技术发展现状与趋势.北京:中国农业出版社
文章编号：1006-2688（2011）02-0000-03
作者简介：姓名：张宏；出生年月：1976年6月19日；性别：女；籍贯：黑龙江；
现任职称：中级工程师