節水灌溉技術研究進展

何 靖

(1.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司,陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

1 國外節水灌溉技術的研究及發展現狀

1.1 噴灌技術

噴灌技術[1]自20世紀60年代出現以來，就被作為解決灌溉問題的主要手段，主要用于大面積的機械化灌溉。在日常生活中，噴灌技術已經得到了廣泛的應用，而各類噴灌機通過技術方面的鑒定、經濟方面的對比、適應性方面的考證之后，軟管卷盤式、平移式自動噴灌機及人工移管式的噴灌機，已經在世界范圍內，逐漸的趨于主流的三類機型，并已經進行了大面積的推廣。

21世紀以來，噴灌技術又在農藥的噴灑、能耗的降低、灌水方式等多用途的利用[2]方面取得了一定的進展。美國的林賽公司在對平移式的噴灌機的噴頭裝置、噴灑方式等進行了技術方面地改進之后，其工作時，水量的損失大量的減少，水分的利用率也提高至0.9以上；中心支軸式的噴灌系統已占噴灌類型的69.74%，干旱地區的人工移動式的系統只占到10.05%左右，而美國東部的濕潤地區自走式的系統也已達到20.33%[3]。法國等國家，對于提高軟管卷盤式的噴灌機的能量利用率下足了功夫，減小了驅動旋轉、過流的損失率，在很大的程度上改善了這一機型在能耗方面的弊端。西班牙應用于LQD灌區的固定式的、中心支軸式的和平移式的噴灌機的灌水均勻度分別已達到68%、75.5%和80%[4]。英國、美國等國家，利用平移式的噴灌機對田間所有的作物種植環節都進行了灌溉，并且，還能夠完成在作物的種植環節的耕、耙、播、收等工作。

1.2 微灌技術

自20世紀80年代以來，微灌技術近年來有了長足的發展。國際灌溉排水委員會(ICID)于2000年的調查[5]調查顯示：世界微灌面積一直不斷地增加。僅20世紀90年代間，美國的微灌面積已增加了73%，合計達到了105萬hm2，占全世界的微灌面積的29.7%，灌溉方式也開始了轉變：由地表微灌逐漸轉向地下滴灌[6]。隨著近年來設施農業的發展，微灌技術、設備都得到了長足發展，其整個的發展系統也已經趨于完善。以色列的環境限制。使其成為世界上微灌技術的發展最為先進的地區，其除了對大田作物的灌溉的應用較少外，幾乎將微灌技術應用到了所有能夠應用的地方，包括：花園、陽臺、園林，甚至是室內的裝飾植物。2000年時，以色列66%以上的灌溉面積[7]都是用的是微灌技術，其面積合計約16.6萬hm2。最近幾年，微灌設備有了很大的突破[8]，20世紀80年代時，僅灌水器的種類就有100余種，隨著市場應用的逐步淘汰，灌水器的形式逐漸減少，品種系列化、產業化。微噴頭現已大多采用旋轉與折射式相結合的形式，該噴頭增大了出水口，降低了堵塞的概率；增加了射程，且減小了噴灌的強度，并提高了灌水均勻度；霧化度減小，水滴呈現為細小水滴，降低能耗。滴灌大多采用滴灌帶，根據種植結構調整滴灌帶的規格與滴灌帶應用數量。

1.3 渠道防滲工程技術

由于渠道滲漏的損失量十分巨大，所以，世界各國均十分的重視并開展了渠道的防滲工程的技術研究和建設工作。美國、日本、印度、巴基斯坦、伊朗等國家的渠道防滲工程，建設發展的很快，其技術水平高、節水效果也很顯著。混凝土等剛性材料的襯砌有較好的節水效果[9]，因而其現階段的應用范圍比較廣泛。美國早在1946年，已經開始研究渠道的防滲工程技術，直至1990年，美國已經建設完成的防滲渠道長度達到了9656 km；其將渠道的防滲作為水利工程的挖潛措施之一，現已形成了統一設計、施工的技術標準，且機械化的程度高、工程的質量好；混凝土大多被用來防滲，但也有1/3左右的渠道，采用的是壓實土防滲，塑膜等新興的防滲材料，目前正處于推廣之中。

1.4 低壓管道輸水灌溉技術

對于發達國家而言，管道輸水灌溉技術已經十分成熟，甚至田間地面渠道灌溉系統有了被其逐漸代替的趨勢。截至1984年，美國已有46.9%的灌溉采用了管道灌溉。而以色列、英國、瑞典等國，已經有90%以上的灌溉采用了管道輸水。近年來，美國認為：最有效、投資最省的節水方式就是低壓管道灌溉，全國已經有近一半的大型灌區，實現了低壓管道灌溉的系統化[7,9]。

1.5 地下灌溉

近年來，地下灌溉已經掀起了世界各國的研究浪潮，地下灌溉被認為：當前世界上最有前景的灌水技術。這種技術主要應用于：花卉、玉米、小麥、蔬菜、果園、棉田、草地等作物上。地下灌溉在意大利、美國、、德國、法國、等國家的發展較快，面積在逐年的穩步增加[10～14]。

2 國內節水灌溉后評價的研究現狀

我國節水灌溉工程項目后評價事業的發展較為滯后[15]，直到“九五”以后，我國的節水灌溉工程項目后評價工作才得到了中央和國家的高度重視，希望通過對已有的節水灌溉工程項目的后評價工作總結經驗教訓，為指導后續的節水灌溉工程項目的建設、運行管理提供借鑒。節灌工程項目的后評價內容包括：過程后評價、經濟后評價、影響后評價、目標與可持續性后評價和綜合后評價[16]。2014年7月8日，我國國家質量監督檢驗檢疫總局連同國家標準化管理委員會發布《節水灌溉工程項目后評價規范》，確定了節水灌溉工程項目的后評價內容包括：過程評價、經濟評價、影響評價與目標、可持續性評價和綜合評價[17]，表明：我國的節水灌溉工程項目的后評價已經進入到了一個有著明確的體制的階段。何淑媛[18]采用系統分析方法，依據定性和定量指標分析法，在建立的農業節水綜合效益多層次評判數學模型中，分別從經濟后評價、生態環境后評價和社會后評價等3個因素出發，構建了針對評估農業節水的綜合效益的指標體系，通過了層次分析法確定了權重，利用功效系數法對評估指標進行量化。由此獲得的指標體系主要集中體現了效益指標，不涉及效益以外指標，但評價方法單一，評估結果缺乏對比性，沒有較強的說服力度。李慧憐等[19]采用了博弈論方法來確定評價指標的權重上，他們集成了主觀賦權法(層次分析法)和客觀賦權法(熵值法)對灌區運行狀況進行評價，集成結果使綜合權重與單一權重的向量之間的偏差最小；此外還分別運用了灰色理論和模糊綜合評判兩種方法對其結果進行了對比分析，結果表明：這兩種方法評價結論一致。但該研究存在的主要問題是指標體系不夠完善，對指標樣本值沒有進行動態評價，也沒有關注灌區發展的可持續性。鄭捷等人[15]通過建立了多層次、多目標的指標的合成法、成功度法，對節水灌溉工程項目的后評價中的綜合后評價進行求解，填補了我國的節水灌溉工程項目的綜合后評價理論、方法方面的研究空白。在對“九五”期間，全國建設實施的一大批節水灌溉工程項目進行后評價時，我國在節水灌溉工程項目的后評價方面，還沒有明確的評價內容，評價指標與評價指標體系也不完善。為了總結這一批項目的成功經驗，黃會明等[20]嘗試建立了一個正確、科學的評價標準，對這些項目的建設過程進行了后評價，分析總結了項目成功與失敗的原因，并提出了幾點關于開展節水灌溉工程項目后評價工作的意見和建議，為以后的節水灌溉工程項目的后評價工作有了一定的指導意義。2006年，馮田華[21]論證了節水灌溉工程項目經濟評價的合理性，并提出了在評級對象的確定、投資核算、成本費用的識別和計算、效益的識別和計算、評價所需數據的補充等方面的基本原則，進行了一系列的分析。唐小娟等[22]對甘肅省1996～2003年這8年時間中建設實施的節水灌溉工程項目進行了社會影響后評價，在考慮這些節灌工程項目的滿足社會需求度、產業結構調整及效益的分配效果和對社會經濟的影響3方面的基礎上，建立了項目后評價指標體系。通過典型項目的分析表明：節水灌溉工程項目的建設實施優化調整了項目區的種植結構，改變了項目區農民的耕作方式，提高了農民的收入，改善了農民的生活水平；在項目區，高效節水技術的應用，在促進農民增收的同時，也激發了農民對節水灌溉工程項目投入的積極性，并且形成了“一帶多”的格局，帶動整個項目區周邊村莊和縣區對節水農業的發展。為了研究節水灌溉工程項目綜合效益的評價工作，國內外學者先后提出了模糊綜合評判[23]、層次分析法[24]、可拓評價[25]等綜合評價模型。這類模型的優點在于無需指標本身的數據樣本，只需專家對相應指標的認可就能給出判斷，但其存在著諸多主觀臆斷，嚴重影響評價結果的客觀性，評價結果缺乏可靠性[26]。唐小娟等[27]運用成功度法對甘肅省1996～2003年建設實施的節水灌溉工程項目即：噴灌、管灌、滴灌和渠灌等4種節水灌溉技術，進行了項目的后評價，后評價的結果表明：這幾種節水灌溉技術具有良好的效果，其實用性、適應性、先進行、合理性、示范作用、推廣應用前景、對當地的勞動者的技術素質的影響，也有良好效果，并提出了一些就如何推廣節水灌溉技術的建議。鄭和祥等[28]采用了層次分析法，對鄂溫克族自治旗的5項節水灌溉示范工程進行了項目的后評價。評價結果表明：鄂溫克族自治旗牧區的節灌工程，達到了基本的預期目標，在社會、經濟、生態效益方面都取得了較好的成果，也表明層次分析法是對牧區節水工程項目后評價簡單、有效地方法。為了避免由于主觀原因造成的評價誤差，對右江灌區節水改造項目進行后評價時，張春樂等[29]在研究國內外節水灌溉工程項目后評價方法的基礎上，引進了突變理論。利用了初始模糊隸屬函數、突變級數，并將二者結合，對節水灌溉工程項目的效益進行了多層目標的分解，根據歸一化的公式進行了計算，最終獲得了節水效益的總的突變級數值，完成了節水灌溉工程項目的后評價。這種方法的特點：評價結果客觀、準確，且提供了一種新的后評價途徑。2013年，鄭和祥等人[30]對基于信息熵和模糊物元模型的牧區節水灌溉工程項目進行了項目后評價。研究人員在對節灌工程項目的后評價指標進行了篩選之后，構建了后評價的指標體系的基礎上，將基于信息熵的模糊物元評價模型引入了評價工作之中，對牧區節灌工程進行了后評價。其通過了對牧區的18項節水灌溉工程項目的進行過程、項目的管理狀況、經濟效益、生態環境的影響與可持續性的發展進行了評估分析，研究了制約項目效益全面發揮的因素。其評價結果表明：由于研究確定的模糊物元模型自身較強的整體性和系統性，該項目后評價的整體結果還是較為理想的。王靜等[31]運用前后對比法對蜻蛉河大型灌區的經濟效益進行了分析評價。結果表明：實際的經濟效益較預測效益差，財務盈利能力較差，但是該法能夠全面的抓住影響項目經濟效益后評價的特征要素，得出的評價結果較為科學、合理。近年來，有很多學者對我國節水灌溉工程項目的后評價工作展開了進一步的研究[32～36]，這有利于推動我國節水灌溉事業的發展與快速實現節水灌溉農業成產模式。

3 結論與展望

節水灌溉技術相對于傳統的灌水技術而言，其投資相對較高，但是其高效益可完全掩蓋高投入的缺點。發達國家的節水灌溉技術，具有高技術、高投入與現代化管理模式的特點，而節水灌溉系統之所以能夠持續發展，是其高效益的功勞。我國的節水灌溉技術已經取得了很大的成果，但就工程應用方面稍顯不足，需進一步加強技術落地，為生產服務。