淺談節水灌溉技術

王永新??

【摘 要】本文主要介紹節水灌溉的幾種方法及措施。

【關鍵詞】節水灌溉；方法

On the water-saving irrigation techniques

Wang Yong-xin

（Xinjiang Ruixiang Nong Mu Engineering Consulting Institute Ltd Urumqi Xinjiang 830000）

【Abstract】This paper describes several water-saving irrigation methods and measures.

【Key words】Water-saving irrigation；Method

1. 前言

（1）節水灌溉技術是比傳統的灌溉技術明顯節約用水和高效用水的灌水方法、措施和制度等的總稱。是否節約灌溉用水，用水是否高效是以單位作物產量總耗水量（從水源算起直到田間）多少來衡量，或者，以單位耗水量所取得的產值多少來衡量。因為節水與否和高效與否，都是相對的概念，所以節水灌溉技術也是不斷發展，其效率也是不斷提高的。

（2）我國發展節水灌溉技術的歷史幾乎與我國近代灌溉的歷史一樣長，因為只要灌溉就應當考慮節水。在早期的涇惠渠、渭惠渠和洛惠渠等老灌區就在優化地面灌溉技術要素方面作了許多有益的探索，取得了一些寶貴的經驗。在20世紀60～70年代，江浙一帶就開始推廣三合土和混凝土地下渠道。50年代就有部分地區開始進行噴灌的研究和試點。到70年代噴灌技術受到普遍的重視，相繼召開了幾次全國性的技術研討和推廣的大會，不管在交流技術經驗，還是在造輿論方面都起到了很好的作用。到1997年全國噴灌面積已達19.33萬hm2。水利部、中科院、一機部等部委緊密配合組織廣大科技人員成立聯合設計組，在噴灌機具研制，田間對比試驗，噴灌系統設計方法，區劃等方面作了大量的科研工作。到了80年代，可以說在噴灌方面我國已經具備了自己的一整套設備和技術，為噴灌的大面積推廣創造了條件。從而使得現在全國噴灌面積達到86.67萬hm2左右。在這過程中，噴灌的發展也出現了兩次低潮，一次是由于初期機具不過關從而挫傷了群眾的積極性造成的。一次是由于農業生產體制的變化，而早期噴灌技術一時無法適應造成的。而滴灌技術是從1974年從墨西哥引進3套滴灌設備開始的。我國科技人員吸收了國外的先進經驗，研制出了一整套適合我國使用的滴灌和微噴灌設備，現在全國滴灌面積已達到幾萬公頃。由于塑料工業的發展，到80年代地下輸水技術又得到了新生，發展成為低壓管道輸水灌溉技術，主要采用低壓塑料管輸水，也還用素混凝土管等其他低壓管輸水，據1993年不完全統計，全國推廣面積超過333萬hm2。

（3）至于渠道防滲技術的發展有悠久的歷史，它是隨著灌溉規模的發展和新型材料的產生而不斷更新發展的。近幾年來，各級領導對節水灌溉日益重視，各種新聞媒體也大大加強了節水灌溉的宣傳力度，一個大力發展節水灌溉的新高潮已形成。據統計，1996年全國用于節水灌溉的各種投入達70億元，新增節·水灌溉面積達133.3萬hm2。這次熱潮的特點是：不是單一地發展某一節水灌溉技術，而是各種節水灌溉技術一齊上。

（4）現在我國采用過的和正在研究或推廣使用的節水灌溉技術有數十種之多。各種技術都各有利弊，各有不同的適用條件。只不過有些技術成熟一些，有些技術還有待進一步研究，有些技術優點更多些，適用范圍更廣些，而有些技術稍遜而已。

（5）節水灌溉技術可分為灌水方法、輸水方法、灌溉制度和田間輔助措施等4大類別。

2. 節水灌水方法

灌水方法即田間配水方法，就是如何將已送到田頭的灌溉水均勻地分布到作物根系活動層中去。按灌溉水是通過何種途徑進入根系活動層，灌水方法可分為地面灌溉、噴灌、微灌和地下灌溉。

2.1 地面灌溉。

地面灌溉是古老的傳統的灌水方法，一般說來它是作為比較是否節水的基點。但是地面灌溉技術也在不斷發展不斷完善，所以最近也有許多比傳統地面灌溉技術更節水的方法。

（1）灌水技術要素的優化灌水技術要素。

指溝、畦規格、入畦（溝）流量，改水成數。這些灌水技術要素的合理的組合就會得到節水的效果，一般經驗表明對溝灌和畦灌采用較小的畦、溝尺寸，就可以大大提高灌溉均勻度和灌水效率。至于溝畦尺寸多大為宜，則因不同地形與土質而異，各地要通過試驗來確定。

（2）新的溝畦灌水工具。

傳統的溝畦灌水是用人工從配水渠開口放水入溝畦，這樣既不準確又不方便，而且常因放水口滲漏造成水的田間損失，國外早已采用虹吸管（用于明渠輸水的情況）或閘門孔管（用于管道輸水的情況）放水，我國已做了一些試驗，證明可提高田間水利用率5%～10%，但目前有關的工具尚未批量生產，而且農民也不習慣，推廣還有待時日。

（3）波涌灌溉。

近代國外又研究出波涌（溝）畦灌或稱間歇溝（畦）灌，就是控制放入溝（畦）的流量是間歇的，向田間放一段時間（幾分鐘或幾十分鐘）的水然后停止放水一段時間（幾分鐘或幾十分鐘），如此反復，這樣可以使沿溝（畦）長度方向的水量分布更加均勻。田間水利用率可達80%～90%。是一種有希望的節水灌溉方法。我國90年代初開始有一些單位對此作了研究與試點。不過為了達到間歇放水的目的在田間就要布置可控制間歇放水的裝置（有機械閥和電子控制閥兩種）。要生產出工作可靠，價格低廉的間歇放水裝置是推廣本技術的關鍵。

（4）尾水回收系統。

在土壤入滲速度較小時，每條溝的入流量大一些容易灌得均勻一些，但是往往使得水已流到溝尾時，溝首還沒有灌夠，這樣就不可避免地造成溝尾泄水，如將泄水排掉就會浪費灌溉用水，如果此時在溝尾安裝集水系統把泄水收集起來用于更低地塊的灌溉，或用水泵抽到高處重新灌溉。這也是一種節水的措施。但我國目前還很少采用。

（5）膜上灌（又稱膜孔灌）。

在地膜上做成溝狀，水就在膜上流動，到作物長出孔處才滲入土地，這樣灌水效率高，一般可節水25%～35%，增產15%～20%，又不要專門的設施。全國現有地膜種植面積近533萬hm2。因此，此法很有推廣前途，1993年僅新疆就推廣了24.7萬hm2，今后應加強相關農機具與農藝的配套與完善，在采用地膜的田塊上積極推廣。

2.2 噴灌。

噴灌是通過空中進行噴水，由于需要壓力所以常用壓力管道輸水。一般說來，其明顯的優點是灌水均勻，少占耕地，節省人力，對地形的適應性強。主要缺點是受風影響大，設備投資高。經過20多年的努力，現在我國已有噴灌面積80多萬hm2。噴灌系統的形式很多，其優缺點也就有很大差別。在我國用得較多的有以下幾種：

（1）固定管道式噴灌。

干支管都埋在地下（也有的把支管鋪在地面，但在整個灌溉季節都不移動），這樣管理更省人力，可靠性高，使用壽命長，只是設備投資很高，目前使用塑料管道的系統單位造價也有12000～18000元/hm2之間，有的甚至達到22500元/hm2。

（2）半移動式管道噴灌。

干管固定，支管移動，這樣可大大減少支管用量，從而使得公頃投資僅為固定式的50%～70%，但是移動支管需要較多人力，并且如管理不善，支管容易損壞。近代發明了以下一些由機械移動支管的方式，可以部分克服這一缺點。

（3）滾移式噴灌支管。

將噴灌支管（一般為金屬管）用法蘭連成一個整體，每隔一定距離以支管為軸安裝一個大輪子。在移動支管時用一個小動力機推動，使支管滾到下一個噴位。每根支管最長可達400m。這種機型我國已有產品，適用于矮桿作物（如蔬菜、小麥等）要求地形比較平坦。

（4）時針式噴灌機。

將支管支撐在高2～3m的支架上，全長可達400m，支架可以自己行走，支管的一端固定在水源處，整個支管就繞中心點繞行，像時針一樣，邊走邊灌，可以使用低壓噴頭，灌溉質量好。自動化程度很高。我國已有產品，在華北和東北已有一定的使用經驗，適用于大面積的平原（或淺丘區），要求灌區內沒有任何高的障礙（如電桿、樹木等）。其缺點是只能灌溉圓形的面積，邊角要想法用其他方法補灌。此機在美國應用廣泛，也值得我國在大平原地區、大規模農場推廣。

（5）大型平移噴灌機。

為了克服時針式噴灌機只能灌圓形面積的缺點，近代在時針式噴灌機的基礎上研制出可使支管作平行移動的噴灌系統。這樣灌溉的面積就成矩形的。但其缺點是當機組行走到田頭時，要專門牽引到原來出發地點，才能進行第二次灌溉。而且平移的準直技術要求高。因此，沒有時針式噴灌機使用得那么廣泛，我國也已有產品。其適于推廣的范圍與時針式相仿。

（6）紋盤式噴灌機。

用軟管給一個大噴頭供水，軟管盤在一個大絞盤上。灌溉時逐漸將軟管收卷在絞盤上，噴頭邊走邊噴，灌溉一個寬為兩倍射程的矩形田塊。這種系統，田間工程少，機械設備比時針式簡單，從而造價也低一些，工作可靠性高一些。但一般要采用中高壓噴頭，能耗較高。

適合于灌溉粗壯的作物（如玉米、甘蔗等）。也要求地形比較平坦，地面坡度不能太大，在一個噴頭工作的范圍內最好是一面坡。該機型我國也已有系列產品。

（7）中、小型噴灌機組。

這是我國在70年代用得最多的一種噴灌模式，常見的形式是配有1～8個噴頭，用水龍帶連接到裝有水泵和動力機（多為柴油機與電動機）的小車上，動力功率為3～12馬力居多。使用靈活，每公頃投資為固定管道式的20%～60%，移動費勞力大，管理要求高，近年來，發展的規模似有降低的趨勢，只適用于中小型的農場和田塊。但投資較低，使用靈活 以上各種噴灌形式各有利弊，各自適合于不同的條件，因此只能因地制宜地決策選用。

2.3 滴灌。

是用小塑料管將灌溉水直接送到每棵作物根部的附近，水由滴頭慢慢滴出，是一種精密的灌溉方法，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。而且可長時間使作物根區的水分處于最優狀態，因此既省水又增產，我國現有面積34萬hm2（包括微噴灌）。但其最大缺點就是滴頭出流孔口小，流速低，因此堵塞問題嚴重。對灌溉水一定要認真地進行過濾和處理。目前我國還都只注意到防止物理堵塞，而同樣嚴重的生物堵塞和化學堵塞問題尚未引起足夠的重視。

（1）固定式地面滴灌。

一般是將毛管和滴頭都固定地布置在地面（干、支管一般埋在地下），整個灌水季節都不移動，毛管用量大，造價與固定式噴灌相近，其優點是節省勞力，由于布置在地面，施工簡單而且便于發現問題（如滴頭堵塞、管道破裂、接頭漏水等），但是毛管直接受太陽曝曬，老化快，而且對其他農業操作有影響，還容易受到人為的破壞。

（2）半固定式地面滴灌。

為降低公頃投資只將干管和支管固定埋在田間，而毛管及滴頭都是可以根據輪灌需要移動。投資僅為固定式的50%～70%。這樣就增加了移動毛管的勞力，而且易于損壞。

（3）膜下灌。

在地膜栽培作物的田塊，將滴灌毛管布置在地膜下面，這樣可充分發揮滴灌的優點，不僅克服了鋪蓋地膜后灌水的困難，而且大大減少地面無效蒸發。

（4）地下滴灌。

是將滴灌干、支、毛管和滴頭全部埋入地下，這可以大大減少對其他耕作的干擾，避免人為的破壞，避免太陽的輻射，減慢老化，延長使用壽命。其缺點是不容易發現系統的事故，如不作妥善處理，滴頭易受土壤或根系堵塞。

2.4 微噴灌。

有的地方稱之為霧灌，與滴灌相似，只是為了克服滴頭太易于堵塞的缺點，將滴頭改為微噴頭，由于微噴頭出流孔口大一些，流量大一些，流速快一些，所以不像滴頭那么容易堵塞，但流量加大了，毛管相應也要加粗些，在每棵作物或樹下裝1～2個微噴頭一般即可滿足灌溉的需要。微噴頭仍有堵塞問題，因此也要對過濾問題給予足夠的重視，每公頃造價與固定式滴灌相仿。在國外有逐漸以微噴灌取代滴灌的趨勢。但是在溫室（或大棚）內使用微噴灌會大大提高室內之空氣濕度。而不利于對濕度敏感作物（如黃瓜）的生產，這時只好用滴灌。近年來我國微噴灌設備生產逐漸完善。微噴灌面積的發展很快，是一種很有發展前途的節水灌水法。特別適用于灌溉果園。

2.5 滲灌。

滲灌與地下的滴灌相似，只是用滲頭代替滴頭全部埋在地下，滲頭的水不像滴頭那樣一滴一滴地流出，而是慢慢的滲流出來，這樣滲頭不容易被土粒和根系所堵塞。最近在國外引進采用廢輪胎加工成的多孔滲流管，并進行小面積試點，但是微孔滲流管的堵塞是一個嚴重的問題，未經長時間試驗檢驗不宜貿然推廣。

2.6 地下灌溉。

地下灌溉是用控制地下水位的方法進行灌溉。在要灌溉時把地下水位抬高到水可以進入根系活動層的高度，地面仍保持干燥，所以非常省水，不灌溉時把地下水位降下去。這種方法的局限性很大，只有在根系活動層下以有不透水層時才行。因此不適于普遍推廣。

3. 節水輸水方法

幾千年來，我國都是用土渠將灌溉水從水源輸送到田頭。這樣有大量的水在還沒送到田頭就已浪費掉了。我國現有灌溉渠道水利用系數很低，一般為0.3～0.5。因此在輸水過程中節約水的潛力很大。常用的方法有渠道防滲和管道輸水兩種。

3.1 渠道防滲。

渠道防滲所采用的材料有很多種類，常用的有干砌塊石，漿砌塊石（或卵石），混凝土預制塊，現澆混凝土護面，塑料薄膜，土工膜等，最近國內比較普遍推廣的“三面光”渠道就屬這一類。當采用混凝土護面時，如渠道不大還可用U形混凝土渠，這樣還可以提高輸水流量，減少過水斷面。

3.2 管道輸水。

渠道輸水除了渠床滲漏之外，還有水面蒸發與渠床上雜草的蒸騰。而用管道輸水則可基本避免這些輸水損失。對于噴灌、滴灌和微灌要求高壓輸水（300～1200KPa），而對于地面灌溉則可用低壓輸水管（小于200KPa）。

3.2.1 高壓輸水管道。

要求管道能承受較高的壓力，這樣對管材強度的要求較高，常用的有鋼管、鑄鐵管、鋁管、塑料管、預應力鋼筋混凝土管和石棉水泥管等，要注意吸取過去采用玻璃、素混凝土管、石管及一些不能承高壓的管道的經驗教訓。高壓輸水管由于對承壓要求高，造價就必然要高一些，如用于低壓輸水是不經濟的。因此沒有明確要在短期內改建為噴微灌的低壓管道輸水系統中不要選用可以承受高壓的管道，以免積壓資金。

3.2.2 低壓輸水管道。

（1）由于承壓要求低，就可采用專門的低壓管，單位造價即可大大降低。這主要用于地面灌溉的輸水系統，在美國現在中小渠道基本都被低壓管道所取代。我國前幾年從“小白龍”（即薄膜塑料管）開始，以后逐步改進成為一個專門技術措施——“管灌”，即用低壓管道輸水的地面灌溉。據1993年不完全統計，全國已有超過333萬hm2灌區采用低壓管道輸水灌溉，可比土渠省水40%，少占地1.5%～3.5%，而且公頃投資較低，因此在無力發展噴灌和微灌的地方，采用管灌是一個方向，在井灌區，應逐步用低壓管來代替所有的中小型渠道。也可以取得顯著的節水效果。在渠灌區，如果渠系配套完整仍以采用防滲措施節水為宜，如果地形有一定坡度，且渠系配套不完整，則應考慮直接采用輸水管道進行配套。但是在非常平坦的自流灌區要采用管道輸水則應慎重斟酌。

（2）目前有些地方，管灌只用管道將水送至地頭，沒有直接送入灌水溝，田間還得布置輸水溝，為了進一步節水，就應當生產閘門孔管，使得從水源直到引入灌溉溝（或畦），水都在管內流動。

4. 節水灌溉制度

4.1 不充分灌溉。

按早期灌溉的指導思想是只要有足夠的水源供應，就要給作物供應最充分的水，以使之達到盡可能高的單位面積的產量，這就是充分灌溉。這種灌溉方法可以獲得最高的單位產量，但是單位水量所獲得收益就不見得最高。因此，近年提出了不充分灌溉的理論，也就是說灌溉的目的并不是要達到最高的單位面積產量，而是要使單位用水量的作物產量較高。這在現今，水資源日益緊缺的時代，就顯得尤為重要。因為水資源是有限的，如果每公頃少灌一些，就有可能灌溉更大的面積，從而獲得更高的總產。我們民間過去曾采用過坐水種，灌關鍵水等就屬于這種灌水制度的雛型。而現今則要研究出完整的不充分灌溉制度。這要做大量的實驗工作，而且這種灌溉制度對于不同地區的不同作物也是不相同的。

4.2 水稻薄淺濕曬灌。

傳統的水稻灌溉一般是長期保持較深水層。有的地方還采用串灌、漫灌，水肥流失嚴重。最近研究采用薄、淺、濕、曬的灌溉制度，取得了很好的節水效果。其基本做法就是薄水插秧，淺水返青，分蘗前期田間濕潤管理，分蘗后期曬田，拔節抽穗保持薄水，乳熟保持田間濕潤，黃熟濕潤落干。這方法在廣西得到廣泛推廣，推廣面積累計達178.2hm2，實踐證明可增產7.72%以上，由于水層淺，滲漏量和植株棵間蒸發量就大大減少，從而減少田間耗水量，年平均減少耗水量1069m3/hm2（早晚稻合計）。而且可取得增加單位面積產量的效果，為推廣這樣的技術每公頃只要花4.5～6元，可謂投入小，收效大。但此法受地域與自然條件影響大，各地都要探索最適合于本地的灌溉制度。是值得在南方大力推廣的節水灌溉技術之一。

5. 節水田間輔助措施

以上各種灌水方法都是濕潤作物根系活動層的土壤，以便于作物吸收。這樣多數都要濕潤表面，不可避免的就有一部分未被作物吸收而直接從土表蒸發到空中去，這一部分水基本是浪費掉了。因此為了節水，許多地方曾采取各種輔助措施來減少土表蒸發。常用的方法有中耕保墑，麥稈覆蓋等。中耕保墑是在每次灌后將土表耙松，這樣可以切斷毛細管，使表面以下土中的水分不會在毛管作用下送到表面蒸發掉。麥稈覆蓋，是將麥稈（或其他植物莖葉）切碎后鋪在土表，這樣也可以有效地減少土表水分的蒸發。

6. 綜上所述

可見節水灌溉技術是多種多樣的，每一種技術都有一定的適用條件，每個地方，每一種條件都可以選擇合適的節水灌溉技術。我們在開展節水灌溉工作中，一定要因地制宜地選擇使用一種或幾種方法同時使用。我們的目的是節水，只要是有效的節水灌溉技術，我們就要根據當地條件積極采用。首先選用投資最少而又能取得最好節水效果，節約最多水的節水灌溉技術，由于當前我國廣大灌溉面積上采用的灌水方法仍以地面灌溉為主，而且節水的潛力也最大，所以我們首先應對地面灌溉的節水方法予以足夠的重視，首先要注意積極推廣渠系配套，土地平整，管道輸水，渠道防滲等技術。在南方大部分面積是種植水稻，則應積極推廣節水的“淺”、“薄”灌溉技術，在北方旱作地區積極試驗與推廣不充分灌溉技術，在經濟條件許可的地方應考慮推廣噴灌、滴灌和微噴灌等先進的灌水方法。在推廣節水灌溉技術的過程中，最關鍵的是樹立起全民的節水觀念，大家對節水都重視起來，大家都想辦法節水，辦法是很多的。有領導的重視，有群眾的支持，又能采用正確的科學的技術，我們相信我國的節水灌溉事業定會取得更大的成效。