我國節水灌溉技術及其模式和發展趨勢

摘要：綜述了我國水資源的現狀及節水灌溉技術與模式的研究和應用，并展望了我國節水灌溉技術的發展趨勢

關鍵詞：水資源；現狀；節水灌溉技術；節水灌溉模式；發展趨勢

中圖分類號：S275文獻標識碼：A文章編號：1006—6500(2008)03—0033—04

1 中國水資源的現狀

中國是一個嚴重缺水的國家，據最新統計資料顯示，中國淡水資源總量為28000億m³，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第4位，但人均水資源占有量只有2300m³，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，在世界上名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。而且水資源時空分布很不均勻，占國土面積50％的華北、西北、東北，水資源量僅占中國總量的20％左右。用水方式也很不合理，中國消耗的淡水資源70％是農業用水，而農業用水中的90％又是灌溉用水?？梢?，在中國發展節水灌溉是很重要的。

2 中國節水灌溉技術的研究和應用

灌溉用水從水源到田間，到被作物吸收、形成產量，主要包括取水、輸配水、田間灌水和作物吸收等四個環節。在各個環節上采取相應的節水措施，組成一個完整的節水灌溉技術體系，包括水資源優化調配技術、節水灌溉工程技術、農藝及作物節水技術和節水管理技術。其中節水灌溉工程技術是核心。

2.1 中國與世界其他國家灌溉用水利用率比較

中國農業灌溉水資源利用十分落后，水利用效率比先進國家低一倍多，每1000kg水可以生產0.8kg糧食，而發達國家則可以生產2kg以上，以色列已達到2.32kg。

在灌溉配輸水中，渠系水量損失率也比較高，以下是其他一些國家和地區灌溉用水配輸損失率：菲律賓13％，日本16％，塞浦路斯24％，澳大利亞28％，韓國28％，馬來西亞28％，臺灣37％，法國37％，奧地利40％，美國41％，西班牙42％，哥倫比亞45％，德國49％，墨西哥50％，葡萄牙54％，埃及54％，希臘57％，意大利59％，而中國則達到60％。

再次，中國現代灌溉技術的應用是世界上最低的國家之一?，F代灌溉技術主要是指噴灌、滴灌和微灌。實踐表明，采用現代灌溉技術可以使田間輸水損失率降低到10％以下。根據有關科研機構對16個國家(占世界總灌溉面積的73.7％)灌溉狀況的分析得知，以色列、德國、奧地利和塞浦路斯的現代灌溉技術應用面積占總灌溉面積的平均比例達61％以上；南非、法同和西班牙在31％～60％之間；美國、澳大利亞、埃及和意大利在11％～30％之間；而中同、土耳其、印度、韓國和巴基斯坦在0～10％之間。我國目前噴灌、滴灌面積僅為80萬hm²，占有效灌溉面積的1.5％。因此，中國的節水潛力空間還很大。

2.2 我國的節水灌溉工程技術

節水灌溉工程技術主要包括渠道防滲技術、管道輸水技術、噴灌技術、微灌技術、滲灌技術。直接目的是減少輸配水過程中的跑漏損失和田間灌水過程的深層滲漏損失，提高灌溉效率。

2.2.1 渠道防滲技術 采用混凝土護面、土料防滲、漿砌石襯砌、塑料薄膜和瀝青混凝土襯砌等多種方法進行防滲處理，與土渠相比，渠道防滲可減少滲漏損失60％～90％，并加快了輸水速度。渠道防滲技術的關鍵是確定適宜的防滲材料和合理的斷面結構形式。

2.2.2 管道輸水技術 用塑料或混凝土等管道輸水代替土渠輸水，輸配水的利用率可達95％，另外還能有效提高輸水速度，節省土地3％～4％，節省勞力，便于管理，適應各種地形，適合田園化建設。低壓管道輸水技術在我國北方井灌區已經普及，但大型自流灌區尚處于試點階段。

2.2.3 噴灌技術 是一種機械化高效節水灌溉技術，幾乎適用于除水稻外的所有大田作物以及蔬菜、果樹等，對地形、土壤等條件適應性強，而且還具有省水、增產、提高作物品質、省工、省地、保持水土等優點。與地面灌溉相比，大田作物噴灌一般可節水30％～50％，增產10％～30％，但耗能多、投資大，不適宜在多風條件下使用。

2.2.4 微灌技術 包括微噴和滴灌，具有省水、節能、適應性強等特點，灌水同時可兼施肥，灌溉效率能夠達到90％以上?，F在微灌技術主要有以下幾種：地下滴灌、涌流微灌、微噴灌、地表滴灌和微灌機具等。微灌已由果樹、蔬菜等少數經濟作物向大田作物發展，如近年來新疆棉花滴灌發展迅速，取得了良好的節水增產效果。中國目前還進行了一系列的微灌試驗，如葡萄、水稻、楊樹、煙葉和茶葉等的節水灌溉，均取得了成功，并已經在大面積種植上推廣。但微灌的主要缺點是設備易于堵塞、投資成本較高。

2.2.5 滲灌技術 是一種地面下低壓微灌技術，主要靠埋在地面下的低壓管道在作物根部滴漏、滲水，能把作物所需的水、養分、空氣等直接輸送到作物根系區。它比噴灌節水50％，節約化肥65％；溫室栽培可減少農藥、除草劑用量，能大大減輕環境、氣候、人為等多種因素對灌溉系統的影響，滲水均勻度高，工作壓力低(只需1～3m水頭)，安裝維修方便，對氣候要求較嚴。但缺點主要是管道微孔易堵塞，灌水不均勻。

3 節水灌溉技術模式的研究

我國節水灌溉技術起步于20世紀70年代，當時也只是處在技術研發階段。進入20世紀80年代后，隨著工業的進步和城市的發展，工農業爭水，城鄉爭水矛盾日益突出，農業對干旱缺水的敏感程度增大，受旱面積連年增加，節水灌溉逐漸引起了重視，節水灌溉技術也得到了重大的發展。

3.1 工程技術模式

建設節水灌溉工程中，因地制宜，結合自身不同的特點，采取不同的節水灌溉工程技術，在我國已經取得了一定的經濟效益和社會效益，同時也形成了許多工程技術模式。但就相對于各種模式的內涵、適用性及與之有關的一些技術問題，我們主要介紹3種模式。

3.1.1 設施農業區工程技術模式 設施農業(苗圃及優質水果生產基地)是指利用日光溫室、塑料大棚等保護設施，人為地創造適于作物生產發育的環境條件，從而達到優質、高產。在設施農業中，采用節水灌溉工程技術的主要目的往往不是為了節水，而是利用節水灌溉技術的功能，對作物適時適量供水、供肥，調節溫度、濕度，減少病蟲害，使農產品高產、優質，達到高的效益。微灌技術為設施農業中最常用的節水灌溉技術。這種工程技術模式一般包括：(1)水源工程，對水質要求不高的，可以直接提取河、溝、渠水；對水質要求高的，采用井水，一般為淺水井，尤其是農戶家庭塑料大棚最為適宜；(2)首部樞紐，包括水泵、施肥設備、過濾設備等；(3)輸水管道；(4)灌水器，灌水器常用的有滴灌頭、滴灌管(帶)、微噴頭等，還可結合覆膜進行膜下滴灌；(5)其他，主要是自動控制設施，如水壓、溫度、濕度調節設備等。這種模式使用方便，可節約大量的水，但造價較高(2.25萬～4.5萬元/hm²)，施工比較復雜。

3.1.2 井灌區農業節水灌溉模式在我們北方很多地區都是靠井灌發展農業，高效節水灌溉技術一般對大田作物采用低壓管道輸水灌溉或噴灌，對經濟作物可采用微灌。這種工程技術模式一般包括：(1)水源工程，根據地質條件，分深水井和淺水井；(2)首部樞紐，包括水泵、施肥設備、過濾設備等；(3)輸水管道(固定式噴灌、半固定式噴灌)；(4)灌水器，常用的有噴頭、微噴頭、管(帶)等。這種模式使用較為方便，造價較高(1.2萬～2.25萬元/hm²)。

3.1.3 平原河道提水灌區模式 這種灌溉模式在我國應用面積較廣，數量也很多。單個灌區的面積可從幾公頃至幾百公頃，通過對輸水渠道進行防滲達到節水的目的。這種工程技術模式一般包括：(1)河、溝等水源工程；(2)抽水站等渠首工程；(3)輸水渠道。對干、支、斗、農、毛渠進行防滲處理，在田間輸水渠道上設置出水口，將水放入溝、畦灌溉作物。這種模式施工簡便，造價較低(約7500元/hm²)，但是占地較多，田間配套建筑物也多，不利于機械作業。在灌溉水源緊缺、農業生產水平不高的地區，采用自壓管道輸水較為理想。干、支渠一般仍采用防滲渠道，斗渠以下采用低壓管道輸水，在支渠上設置進水口和閘門并與地埋的輸水管道相連，利用支渠與田塊之間的水位差進行自壓輸水灌溉。

3.2 非工程技術模式

非工程技術模式是工程技術模式充分發揮效益的根本保證。節水的非工程措施主要包括蓄水保墑的耕作技術，適合降雨種植的作物合理布局，提高作物抗旱能力的栽培技術，秸稈或地膜覆蓋的保墑技術，化學藥劑抗旱保墑與保水劑應用技術，以肥、水、作物產量為核心的水肥耦合技術，限額灌溉及節水抗旱作物品種選育等。

4 我國節水灌溉技術的發展趨勢

我國節水灌溉技術的發展方向為激光控制平地、水平畦田灌溉技術、地下滴灌、“3S”技術應用、生物節水技術、土壤墑情自動監測、低耗能大型自動噴灌機等。

4.1 園地制宜繼續普及與推廣微噴技術

目前，國內外噴灌、微灌技術正朝著低壓、節能、多目標利用、產品標準化、系列化及運行管理自動化方向發展。任何一項節水灌溉技術都有其適用的自然條件、經濟條件，因此，普及與推廣噴灌、微灌技術必須堅持因地制宜。

4.2 灌溉渠系管道化

我國已基本普及了井灌區低壓管道輸水技術，今后的發展方向是大型渠灌區渠系管道化，并加快相應大口徑塑料管材的開發生產。

4.3 現代精細地面灌溉技術

土地平整是改進地面灌溉的基礎和關鍵，由于我國地面灌溉量大、面積廣，急需推廣應用激光控制平地技術、水平畦田灌溉技術、田間閘管灌溉系統以及土壤墑情自動檢測技術等一切改進地面灌溉的措施，逐步實現田間灌溉水的有效控制和適時適量的精細灌溉。

激光控制平地技術是目前世界上最先進的土地平整技術，在發達國家已廣泛應用。這是一項“傻瓜式”的高新技術，具有自動化程度高、作業效率高、操作簡單等特點，便于大規模推廣應用。激光控制平地設備由激光發射裝置、激光接收裝置、控制器、平地鏟運設備等四部分構成。激光發射裝置被水平安裝在矗立于田間的三角支架上，它產生的激光光束被高速旋轉的棱鏡反射，在田間上方產生一個激光平面，該平面作為平地作業的基準面。激光接收裝置則垂直安裝在平地鏟運設備桅桿上。平地作業時，鏟運機具刀口的初始位置一旦被確定，無論田面地形如何起伏，受激光發射和接收系統的控制，控制器始終通過液壓升降系統將鏟運刀口與平地作業的基準面保持在某一恒定值，能夠實現高精度的土地平整。該項技術能夠大幅度改善農田的平整狀況，土地平整精度達到了標準偏差值(Sd)小于2～3cm；通過科學的田間設計與管理，田間灌水效率達到了70％～80％。在東北、新疆、山東等地已開始推廣應用。

水平畦灌水技術是建立在激光控制平地技術基礎上的一種地面灌溉技術，自20世紀80年代起首先在美國應用，隨后在許多國家推廣。該技術適用于多種糧食作物灌溉，經過合理的系統設計和田間管理，水平畦田灌溉可以取得與壓力灌溉系統相媲美的灌溉效果。其優點是：(1)當進地流量已知時，供水量僅由供水時間控制，容易確定適宜的灌水量；(2)在適宜的畦田規格、進地流量、土壤入滲條件下，可以實現地面灌溉的小定額灌水；(3)可使田間深層滲漏損失最小，灌溉均勻度有很大改善；(4)土地利用率高，便于大型農業機械作業；(5)出苗條件、種植環境得到改善，灌溉均勻度的提高使作物生長更均勻，肥料的淋洗損失也得到控制，使作物明顯增產；(6)有利于防止土壤鹽漬化。

中同水利水電科學研究院通過水利部“948”項目，引進并開發生產了田間閘管灌溉系統。該系統由移動管道和管道上配置的多個閘門組成，其閘門間距及規格可根據田間溝(畦)的間距(寬度)及人地流量進行靈活的選擇與配置。該系統不僅可替代田間毛渠完成田間配水過程，還可通過啟閉安裝在管道上的閘門實施田間控制灌溉。與現有的低壓管道輸水管網相配套，具有投資少、見效快、使用方便靈活的顯著特點。近年在新疆棉花灌溉地區的應用表明，田間灌水效率達到了70％以上，比現在使用的地面灌溉節水30％～40％。

4.4 研究和推廣非充分灌溉技術

非充分灌溉理論來源于傳統的充分灌溉理論，但又不是簡單的延伸，它將與生物技術、信息技術及“四水”轉化理論等高新節水技術和理論相結合，創建新的灌溉理論及技術體系，并對現有灌溉工程的規劃設計及灌溉管理模式等產生巨大的沖擊和影響。我國北方一些地區已經實行了減少灌溉次數等非充分灌溉方式，一些科研單位和灌溉試驗站也開始了非充分灌溉的試驗研究。

4.5 “3S”技術在農業節水中的應用

該系統已列入2001年國家農業科技成果轉化資金項目、水利部推廣項目?，F代農業以高新技術應用為標志，在西方發達國家，通過遙感(RS)、地理信息系統(GIS)、地球定位系統(GPS)及計算機網絡獲取、處理、傳送各類農業信息的應用技術已到了實用化的階段。歐共體將信息及信息技術在農業上的應用列為重點課題，美國農業部建立了全國農作物、耕地、草地等信息網絡系統，可以說信息技術已成為現代農業不可缺少的一部分。

中國在這方面的工作已開始起步，如作物估產、土壤含水率分布的監測等，但在實際應用上還有一定的困難。在21世紀，空間遙感將會得到大力發展，將有更多的衛星被送上太空，從而使“3S”技術在農業節水領域中應用成為可能。如應用“3S”技術建立“土壤墑情監測網系統”，對全國農田墑情進行監測，為農業灌溉用水和抗旱減災服務。在監測土壤墑情的同時，與當時當地的作物需水量相結合，可科學確定灌溉用水計劃。目前，發達國家的一些先進灌區以土壤墑情監測作為灌溉用水管理的主要依據，根據氣象觀測資料、土壤墑情資料、作物長勢資料等確定作物的灌溉水量及灌溉時間，及時提供用水信息，從而使農業灌溉管理更加科學、精確。

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