节水灌溉机械

节水灌溉机械

农业机械化工程 王春香 2013112031

1.我国水资源现状与用水结构分析

按1997年人口统计，我国人均水资源量为2200m3，在世界153个国家的人均水资源排位中居121位，预测到2030年我国人口达到16亿时，人均资源量将降低到1760m3。按国际上一般承认的标准，人均水资源量少于1700m3的为用水紧张国家。

1.1我国水资源基本现状

我国水资源空间分布很不均匀，北方资源贫乏，南方水资源相对丰富，南北相差悬殊。

长江及其以南地区流域面积占全国总面积的36.5%，却拥有占全国80.9%的水资源量

长江以北地区流域面积占全国总面积的63.5%，拥有的水资源量仅占全国的19.1%，即使在北方地区，水资源的空间分布和土地资源也极不相配。

黄河、海河、淮河三流域的土地面积占全国的13.4%，耕地占39%，人口占35%，国民总值（GDP）占32%，而水资源量仅占7.7%，人均水资源量约为500m3，耕地每公顷水资源少于6000m3，是我国水资源最为紧张的地区。

西北内陆河流域的土地面积占全国的35%，耕地占5.6%，人口占2.1%，GDP占1.8%，水资源量占4.8%，该地区属于干旱区，但因人口稀少，人均水资源量约为5200m3，耕地每公顷水资源量约为2400m3,。

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据统计，1997年我国水资源开发利用率平均为19.9%，而黄河流域超过50%，淮河流域接近80%，已经超过40%的水危机标准。

因此，我国部分地区已经进入严重的水危机状态。水的问题到了不得不引起人们高度重视的地步。

我国不但水资源紧张，而且水效率又及其低下，用水浪费现象更是普遍存在。我国目前的用水量和美国相等，但GDP仅为美国的1/8。

我国农田灌溉水利用系数仅为0.4左右，而先进国家为0.7-0.8

以全球6%的可更新水资源，9%的耕地资源，保障了占全球22%人口的温饱和经济发展，一直是我们引以为荣的壮举。

面对21世纪我国发展的战略目标，我国的水资源能否支持将来16亿人口的食物安全，能否支持经济社会的可持续发展，引以为荣的壮举能否保持先去，一直是党和，乃至全国人民关心的大事。

以上分析表明我国水资源已经十分紧张，如果不实施节水战略则很难维持经济社会的可持续发展。

1.2我国的用水结构及发展态势

纵观我国水概况，用水结构以及发展趋势，概括起来，大致有以下3个特点。

①近期我国年供水量将基本维持在5600亿m3，不会有过大的增长。

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②我国农业年用水量将基本控制在4000亿m3左右，但必须满足16亿人口的食物安全问题。

③农业、工业、生活用水比重在近期内将基本维持在7:2:1的水平。

农业用水比重如此大，因此必须加强农业用水的监控，加大农田灌溉机械的研发，节约水资源。

2.我国灌溉机械的现状与发展趋势

2.1我国灌溉机械的现状

自1975年我国引进农业现代灌溉技术以来，我国至2000年已发展了节水灌溉面积1870万hm2，约占灌溉总面积的34%，其中渠道防渗870万hm2，管道输水520万hm2，喷、微灌176万hm2。与之相配套的灌溉机械设备也有很大发展，引进了国外所有先进的灌溉技术及灌溉机械样机，也大力发展了与我国当时相适应的轻、小型手推车、手抬喷车，U型渠槽现场成型设备，播种暗施水(“坐水种”)机等，带动了相关产业的发展，使我国灌溉机械制造行业从无到有，现在已具有相当的生产能力。但是，和我国的经济发展形势及国外发达国家比，我国的灌溉机械还存在着较大差距，主要表现如下。

2.1.1科技水平较差

灌溉是一门综合交叉学科，涉及水利、农业、机械、化工、 信息、自控等许多学科门类，不可能从一个学科把灌溉机械精通，加之灌溉具有地域性、时变性、分散性的特点，灌溉科学具有一定的研究难度。而我们不少人往往忽略这一点，把它看得过于简单。因此，目前灌溉机械的研究不深入，多是县以下的民营企业制造，技术水平低下，采用材质不合格，工艺水平很差，产品因漏就简，粗劣伪次不符要求，而且几乎都是仿造。在这样低的科技水平下，当然很少有创新

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思维，不能开发出适合国情的新产品。

2.1.2研究整机较少

应该说20多年来，我国在研制、生产机、泵、管、头等灌溉机械部件上有很大的进步，性能达到要求而且比较稳定。但是好的部件拼凑在一起并不就是一台优质的灌溉机械。因为，评价一台好的灌溉机械的标准是综合性能好，包括它的性能指标、先进性、适应性、经济性和耐久性。而我国以往投入人力和资金研究整体性的灌溉机械很有限，因此，简单组合成的机械不能在田间发挥好的效能，也不可能使农民用得得心应手。

2.1.3研制开发地面灌溉的机械、设备较少

地面灌溉是国内外用得最多的灌溉技术，我国的地面灌溉占总灌溉面积的95%以上，但是以往我们只注重喷、微灌等新灌溉技术和机械设备的研究开发，而轻视了对地面灌溉的机械设备研究，以致造成投入了大量水利资金，而灌溉面积近年发展不大的状况。

2.2我国灌溉机械的发展趋势

①灌溉机械是一种专业机械，其比较效益处于劣势，应努力开发它的多功能，拓展其用途，使其效率提高，投入降低，成为多功能的农业节水机械。另外，灌溉机械在灌水技术上应模糊概念，是一种交叉技术的综合机械，以破除地面灌、喷灌和地下灌等界限。

②地面灌溉在较平坦的地区是发展的必然趋势，创新的就地取材的防渗管道及其施工机械会加大研究力度。波涌灌、膜上灌、新型平地机等有发展前途。

③自动化低压喷灌机在西部干旱大平原中(特别是新建灌区)将有较大发展。微灌设备将在设

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施农业中，经济价值较高及灌水部位集中的作物上有较好的发展前途。地下灌溉的暗管施工机及疏通机将有较好的发展前景。

3.灌溉与灌溉机械

所谓灌溉是指人为地补充天然降水之不足来满足作物正常生育需水要求的一种工程技术措施。

灌溉的目的是使灌溉水有效、均匀地转化为土壤水，并使土壤中的养分、通气、温度等状况得到合理的调节，以满足作物生长发育对水的适时适量的需要，达到作物优质、高效、高产及可持续发展的目的。

3.1主要灌溉技术的优缺点及发展前景

3.1.1地面灌溉技术

地面灌溉技术就是利用各种地面灌水方法将灌溉水通过田间渠沟或管道输入田间，水流在田面上呈持续薄水层或细小水流沿田面流动，主要借重力作用兼毛细管作用下渗湿润土壤的灌溉技术。

主要优点是耗能很少，投资低，管理运行费少，技术较简便等。主要缺点是土地要平整，水的利用率低，生产率不高，劳动强度大等。地面灌溉在世界灌溉面积中占绝对地位。经过改造克服缺点的现代地面灌溉技术无疑是灌溉技术的发展主流。今后沟灌、穴灌、畦灌是重点发展技术。

3.1.2有压管道输水灌溉技术

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主要优点是水的损失很少，利用率很高，灌水效率高质量好，能机械化自动化，土地无须平整。主要缺点是耗能较高，投资大，管理费用多，所以发展受到一定。只有在高价值作物，水源很缺乏等地区有大发展，其中微灌、低压喷灌、地下灌溉是重点发展技术。

随着科技不断进步，高新技术将在灌溉技术中得到充分利用，所以，今后灌溉技术将无明显界限，交叉融合，各展其雄是发展方向。

3.2我国节水灌溉存在的问题与研究的重点

3.2.1节水灌溉存在的问题

①节水虽得到高度重视，但行业之间协调不利，缺乏根本思路

②节水虽有一定科学积累，但未形成整体优势

③管理水平落后，缺乏用水标准

④法规不健全，投资体系不妥善，节水实施不力

3.2.2近期我国科技节水的重点

①加强国家节水战略研究，清理节水思路，制定我国节水科技发展规划

②加强节水工作中的科学问题的研究

③重点放在节水技术研究

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3.3节水灌溉机械

节水灌溉技术主要包括地面节水灌溉技术，喷灌和微灌等新的灌溉技术。

灌溉设备：

提水增压设备：水泵

输水管道

灌水设备：喷头、滴头

3.3.1喷灌

喷灌是利用管道将压力水输送，分配到田间，再由喷头喷射到空中，形成细小的雨滴，均匀的撒在灌溉面积上，以满足作物生长的需要。

喷灌的优点：

①灌水均匀，用水节约

②作物产量高

③喷灌地适应性强

④喷灌可以用于防止或减少灾害性天气对作物的影响

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⑤喷灌省时省工

喷灌的缺点：

①喷灌受风的影响大

②喷灌需要一定的动力设备和管材，需要较大的投资。

③移动式或半移动式喷灌虽可减少设备投资，但在田间操作需搬动管道或移动机组，比较麻烦，又易踏伤作物，破坏土壤。

④喷灌需要较高的压力，耗能大，在能量紧张的情况下，受到，从节约能源的角度考虑，国外趋于发展中近射程喷灌。

3.3.2微灌

微灌的发展及适用条件：

由于水资源和能源日益紧张，所以，人们设法寻找省水、节能、高效率的灌溉方法，首先是喷灌，然后发展滴灌和微喷灌。

滴灌是靠滴头在作物周围滴水灌溉的，所以特别省水。但是由于滴头的堵塞问题了滴灌的应用，各国对出流部件做了大量的研究，70年代后期出现了脉冲式滴灌，微型喷灌，涌泉喷灌。这些灌溉方式基本特点都是流量小，灌水次数多，能精确控制水量，湿润作物根部部分土体，因此这类统称为微灌，微灌又分为滴灌和微喷灌。

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当前微灌技术存在的主要问题是设备质量差，影响微灌技术的发展。随着这些问题的逐步解决，微灌将会有很好的发展前景。

（1）滴灌

滴灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水和作物需要的养分一滴一滴，均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。

滴灌的主要特点是灌水量小，灌水器每小时流量为2-12升，因此，一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤灌；需要的工作压力低，能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的浪费；滴灌还能自动化管理。

优点：

节水、节肥、省工

控制温度和湿度

保持土壤结构

改善品质、增产增效。

缺点：

易引起堵塞

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可能引起盐分积累

可能根系的发展

（2）微喷灌

定义

微喷灌是利用折射、旋转、或辐射式微型喷头将水均匀地喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式，隶属于微灌范畴。

特点

微喷灌的工作压力低，流量小，既可以定时定量的增加土壤水分，又能提高空气湿度，调节局部小气候，

应用领域

微喷灌广泛应用于蔬菜、花卉、果园、药材种植场所，以及扦插育苗、饲养场所等区域的加湿降温。

4.几个典型国家的节水灌溉

4.1美国加洲

美国加州农业发达而水资源却相对贫乏，为解决这一矛盾，加州采取了各种节水工程技术措

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施，可以说世界先进节水灌溉技术在加州都得到了较好的应用。

4.1.1地面灌水技术

地面灌水技术在美国农业灌溉中占主导地位，60％以上的农业灌溉采用这种灌水技术，其方法主要有沟灌、畦灌。美国的沟灌与畦灌是经过技术改良的，它融合了现代最新技术成果与科研成就，所以传统的灌溉方法在美国具有较高的科技含量。

①沟灌。沟灌是美国地面灌溉的主体，约占地面灌溉的70%以上，主要应用于果树和棉花、花生、蔬菜等行棵型种植作物。对果树而言，根据行距的不同，一般两行果树之间开3～5个灌水沟，大田作物则根据其种植特点布置灌水沟。

②畦灌。在美国畦灌主要应用于大田密植作物(如小麦等)。畦宽10米左右，畦长200米左右，灌溉时采取大流量快速推进方式，每一畦配一个给水栓，一次灌一畦，畦田规格根据农场、作物、水源情况确定，同时畦田都经过严格的激光平整。因此，美国的畦灌还是相当省水的。这种灌水方式主要分布在水源相对丰富的河流两岸或地下水丰富的地区。美国的地面灌水技术无论是沟灌或畦灌，其田间大部分都是采用管道输水，水通过管道直送沟、畦，即使在自流灌区也是如此，因此，输水过程的水损失相当少。田间通过激光平整、脉冲灌水、尾水回收利用等技术，灌水均匀度很高，水流均匀入渗，从而提高了灌水效率。输水防渗、田间改造加之相应的配套设备，构成美国地面灌溉节水三个核心内容。

4.1.2喷灌

美国的喷灌形式多种多样，时针式、滚移式、平移式、卷盘式、支架式都有。支架式从微喷灌、小喷灌到喷灌呈系列化。滚移式、时针式、平移式、卷盘式与世界各地的形式没有大的区别，只是在使用范围上有所侧重。草皮养植场以平移式为主，大田作物则多用时针式、平移式或卷盘

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式。支架式喷灌即固定式或半固定式喷灌。固定式喷灌与我们常说的概念一致，就是常年不动，从支架到喷头常年放置野外，这种固定式喷灌与相应的耕作机制相配套，不会对耕作造成影响。准确的称谓应为“季节性固定喷灌”。就是耕种时收起来，耕种结束后再放置到田间，直到收割期。

4.1.3滴灌

滴灌也是美国应用较多的一种节水灌溉技术，主要应用于葡萄园。葡萄园采用的都是滴灌技术，滴灌可提高葡萄产量、改善葡萄品质，从而进一步提高葡萄酒的品质，所以滴灌技术倍受农场主和葡萄酒商的青睐。针对滴灌技术易堵塞的弱点，美国对水质过滤处理极其严格，一般采用3—4级过滤。压力可补偿式滴头的研制与应用是滴灌在美国能得以快速发展的一个主要原因。

4.1.4浸润灌溉

在我国称这项技术为小管出流灌溉。早在1993年，山东省新泰市就在北京农业大学刘婴谷教授指导下，在全国率先进行了研究与试点工作。但是由于受灌溉质量所限，这项技术发展速度不快。美国同样如此。但因其具有雄厚的经济实力，使其在浸润材料研制与应用上有长足发展，因而使这一技术展现了较好的前景。

4.2以色列

40年前以色列才有大面积的现代化灌溉设施。在这以前灌溉仅局限在由泉眼和水井供水的小型设施范围内。这些灌溉设施主要用于蔬菜与水果种植。

第一次世界大战后，在当时的拜伦斯特纳开始发展大规模的水利灌溉工程。人口的迅速增长以及第二次世界大战中出现的供给困难又大大推动了水利灌溉的发展。以色列还制定了灌溉发展

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计划。这一计划的核心部分是国家水利枢纽工程，该工程的建成能控制整个国家水的分配。

以色列全国总的灌概面积为182000公顷。其中绝大部分是喷灌面积。在最近几年中该国巳广泛地应用灌溉。

灌溉面积的不断扩大(特别是1945年之后)迫使人们节约用水，并积极地探索咸水淡化以及使用含盐水的可能性。

4.3日本

日本一半以上的土地是长满树木的山地。只有27%的面积适用于农业生产。该国人口密集，可种植的土地面积几乎完全用于农业。从气候角度来讲，日本岛可分成寒冷、凉爽以及炎热三类农业种植区。只有在所谓的热种植区才能种植双季稻。在凉爽区水稻的产量也比较高。在寒冷区域(除几个条件有利的种植点外)，由于热天气短，因此不能种植水稻。

日本有着古老的灌溉传统，至今已有2500年的灌溉历史。人口的快速增长迫使人们充分利用可用的土地。特别是第二次世界大战之后情况更是这样。第二次世界大战后日本失去了福尔莫萨和朝鲜，这给日本带来了很大的供给困难。

灌溉区主要位于杭舒岛南部的山谷地带以及希科库和金苏岛。除水稻外灌溉还用于蔬菜、水果以及烟叶种植。

新建成的灌溉工程有纳戈杰东部的艾希工程,该工程的灌溉面积为30675公顷，托基奥东北部的托思工程，该工程的灌溉面积为16558公顷。这二个工程为多用途工程，除灌溉外还可用于防涝、饮用水供给以及水力发电。

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5.灌溉机械的未来之路

5.1引进高科技是灌溉机械大发展的前提

国内外的实践证明，科学技术的发展使灌溉事业有了飞跃的发展。从宏观上讲，利用3S技术(即空间定位系统GPS，遥感RS和地理信息系统GIS)来指导灌溉机械的运行。从微观上讲，利用激光技术在0.225mm壁厚的软塑料PE管的一侧打出光滑的小于1mm直径的微孔的滴灌管，无不是采用了高科技，其产生的效益是巨大的。所以，灌溉机械行业只有引进高科技，才能出新思路、新技术、新材料、新产品，才能提高增值效益和抗逆境能力。这也就是同志指出的“科学技术是第一生产力”，“农业最终要靠科学解决问题”。

5.2灌溉机械必须走产业化的道路

我国农业已进入一个新的发展阶段，正加紧农业产业结构的战略性调整，以提高农民收入，对应加入WTO的新形势。由于我国水资源紧缺，所以灌溉事业方兴未艾，灌溉机械的市场前景非常广阔。市场的导向决定了灌溉机械必须产业化，也就是生产专业化、产品商品化、服务社会化。只有实现专业化生产才能提高质量，优化资源，规范标准，扩大规模，创造名牌。只有产品商品化才能实现企业管理，信息灵通，销路广畅，效益倍增。只有服务社会化才能形成产供销、农工商、内外贸、厂科教一体化的生产体系，提高竞争能力。目前我国灌 溉机械产业化面临的紧迫任务是改变旧观念，创建新思路，开发出适合我国国情的新型灌溉机械。重组和联合生产企业，加强科研力量，重视选材和质检，创建名牌企业。学习国外先进管理经验，了解WTO规则，适应贸易自由化和公平竞争的商业机制。

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