第7章-节水灌溉机械

第一节概述第二节节水灌溉技术和灌溉机械第七章节水灌溉机械一、我国水资源现状与用水结构分析第一节概述按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，人均水资源量将降低到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。（少于1000m³为缺水国家，少于500m³为严重缺水国家）。1、我国水资源基本现状我国水资源空间分布很不均匀，北方水资源贫乏，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36.5%，却拥有占全国80.9%的水资源总量。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%，国民生产总值（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%，该地区属干旱区，但因人口稀少，人均水资源量约5200m³，耕地每公顷水资源量约2400m³。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%，海河流域接近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，而且用水效率又极其低下，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下去？一直是党和政府，乃至全国人民关心的大事。2.、我国用水结构与发展态势以上分析表明，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，那么，我们国家到底每年能用多少水？用在什么地方？我们每年能提供多少水等？则是一个非常重要的问题，这也是研究节水灌溉的基础。（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。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。建国以来，全国累计修建加固堤防25万Km，建成大中型水库8万多座，初步控制了大江大河的常遇洪水，形成了5600多亿m³的年供水能力，全国用水量从1949年约1000多亿m³增加到1997年的5566m³。灌溉面积从0.16亿公顷扩大到近0.53亿公顷（包括农、林、牧），并为城市和工业的发展提供了水源。人均综合用水量从不足200m³增加到458m³，这些巨大成就为保障我国经济迅速发展和社会长期稳定创造了条件。但5600亿m³的年供水能力在未来20年内不会有过大的增长。四、开发替代水资源，如海水替代淡水，山区雨水集流工程等。增加供水量不外乎以下途径：一、建设蓄水、引水和提水工程；二、在技术经济合理与生态环境无害的前提下，合理开发地下水资源；三、废污水处理回用；（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。农业用水主要包括农田、林业、牧业的灌溉用水及水产养殖业、农村工副业等用水。农田灌溉用水是农业的主要用水和耗水对象，农田灌溉用水占农业用水量的比例始终保持在90%以上。目前农业用水占总用水的比重较高。但其发展趋势是不断降低，从1949年的97.1%逐步降低到目前的70%左右。尽管总用水量有所增加，而农业用水量近20年来基本稳定在4000亿m³左右，但粮食总产却逐步增加。1980年全国粮食总产3.2亿吨，1996年首次达到5亿吨，之后，基本稳定在5亿吨左右。（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。其发展态势为农业用水的比重逐渐降低，而工业、生活用水比重逐渐增加，2030年农业用水比重有可能降低到60%。（发达国家农业用水比重一般在50%左右，美国1989年时农业用水比重在48%）。近期我国用水构成表6-1年份用水总量（亿m³）用水量构成（%）农业工业生活总计农业工业生活199739201121525556670.520.19.4199837661126543543569.320.710.0199938691157565559169.220.710.1二、我国节水灌溉技术的发展现状节水农业就是以节约用水、提高农业用水效率为核心的农业，是现代化农业的重要内涵。其核心是在有限的水资源条件下，通过采用先进的工程技术，适宜的农业技术和用水管理等综合技术措施，充分提高农业用水利用率和水的生产效率及效益，保证农业持续稳定发展。在某种意义上讲，节水农业是节水、高产、高效、优质的农业。节水灌溉技术是节水农业的核心技术。节水灌溉是根据作物需水量规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称。结合我国农业发展的特点，适宜于推广应用的节水农业技术主要有：3、地面灌水技术1、渠道防渗技术2、低压管道输水技术4、喷灌技术9、农业节水管理技术6、雨水利用技术7、农业节水配套技术8、劣质水利用技术5、微灌技术节水灌溉体系1、水源开发与优化利用技术2、节水灌溉工程技术3、农业耕作栽培节水技术4、节水管理技术水源开发与优化利用技术雨水集流技术水窖蓄水池塘坝劣质水利用技术灌溉回归水利用技术井渠结合——地表水、地下水互补技术储水灌溉技术节水灌溉工程技术喷灌技术微灌技术渠道防渗技术低压管道输水技术膜上灌水技术抗旱点浇技术沟畦灌水技术土壤墒情监测与灌水预报技术灌区输配水系统水的测量与自动监控技术农业耕作栽培节水技术耕作保墒技术覆盖保墒技术施用化学制剂节水优选抗旱品种,调整种植结构节水管理技术改进和完善灌溉制度,用节水型的灌溉制度指导灌水制定适合不同地区自然和社会经济条件的农业节水技术政策制定和完善有利于节水的政策、法规建立健全节水管理组织和节水技术推广服务体系，完善节水管理规章制度，把节水管理责任落实到每项工程，每个干部职工，每个农民三、我国节水灌溉存在的问题与研究的重点节水灌溉存在的问题有：4、政策法规不健全，投资体系不妥善，节水实施不力。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。近期我国科技节水重点应放在：1、加强国家节水战略研究，理清节水思路，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。3、节水技术研究。第二节节水灌溉技术节水灌溉技术是指灌溉水（包括降水）进入农田后，通过采用良好的灌溉方法，最大限度地提高灌溉水利用率和利用效率的灌溉技术。好的灌水技术不仅灌水均匀，而且节水、节能、省工，使土壤保持良好的物理化学性状，提高土壤肥力，从而获得最佳效益。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。一、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，均匀地撒在灌溉面积上，以满足作物生长地需要。压力水地形成，可以用水泵从水源取水加压或利用地形落差，形成自压水头。我国自50年代开始研究喷灌技术，近十多年进行了大量地试验研究和应用推广，证明喷灌具有一系列的优点。喷灌可以使灌溉水比较均匀地撒在地面，渗入到作物根系活动层，不产生深层渗漏和地面流失，因此，水的利用率大大提高。灌水均匀度可达80－90％，水的利用率达到60－85％，与地面灌溉相比，一般可以节省20－30％。1、灌水均匀，用水节省；由于喷灌能适时适量进行灌溉，有效地调节土壤水分状况。灌溉后土壤中水，热，通气，营养状况良好，并能调节田间气候，有利于作物地生长，一般可增产10－20％。2、作物产量高喷灌地适应性强，喷灌对土地的平整要求不高，对于地形复杂的岗地，缓坡地也可采用喷灌。有些土壤，例如沙土采用地面喷灌有困难，但可采用喷灌。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用喷灌可节省田间渠系占地，提高土地利用率7－10％。喷灌比地面灌节省约一半的劳动力。5、喷灌省时省工例如可以用喷灌防止春天霜冻，在干热风时期喷灌可提高空气湿度，降低气温。喷灌也有它的缺点，主要是：在多风的情况下，由于风的影响，使喷灌均匀度大大降低，水的飘移损失大，使水的利用系数大大降低。一般3级风（3.4－4.5m/s）对喷灌均匀度就会有影响。2、喷灌需要一定的动力设备和管材，需要较大的投资。1、喷灌受风的影响大。3、移动式或半移动式喷灌虽可减少设备投资，但在田间操作需要搬动管道或移动机组，比较麻烦，又易塌伤作物，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，受到限制，从节省能源的角度考虑，国外趋于发展中近射程喷灌。（一）喷灌系统的组成和类型喷灌系统一般由水源，动力，水泵，管道，喷头及田间工程系统等部分组成。如图下所示：1.喷灌系统的组成一般的河流，渠道，塘库，井泉等都可作为喷灌水源。水源提供的水量，流量，水质必须满足喷灌系统的要求。大多数情况下，水源的高程不足以提供喷灌必要的水头，必须利用水泵将灌溉水汲取提加压。喷灌常用的水泵有离心泵，自吸离心泵，长轴井泵，深井潜水泵等。（1）水源（2）水泵在用电方便的地区，一般用电动机带动水泵。也有使用柴油机，汽油机带动。还可用于手扶拖拉机或拖拉机上的动力机带动水泵。动力机的功率与水泵配套相适应。（3）动力管道系统的作用是将有压的灌溉水输送，分配到田间。喷灌管道系统一般包括干管和支管及其相应的连接，控制部件，如弯头，接头，三通，闸阀等。（4）管道系统喷头的作用是将灌溉水喷射到空中，形成细小的水滴。喷头是喷灌系统的专业部件，一般用竖管与支管连接。有些喷灌系统，需要利用渠道将灌溉水从水源引到田间，以节省管道长度，就必须修建田间渠道及相应的建造物。（5）喷头（6）田间工程系统2.喷灌系统的分类喷灌系统有不同的分类方法按系统获得压力的方式分为机压喷灌系统自压式喷灌系统按系统设备组成可分为管道式喷灌系统机组式喷灌系统按喷灌特征可分定喷式喷灌系统行喷式喷灌系统按系统总主要组成部分是否移动和移动的程度分为固定式移动式半固定式根据我国应用的实际，以下分别对固定式喷灌系统、移动式喷灌系统和半固定式喷灌系统做简要介绍。喷灌系统的各组成部分除喷头外，在整个灌溉季节，甚至常年都是固定不动的。水泵和动力机组成固定的泵站，干管和支管埋入地下，进行轮灌，或在非灌溉季节卸下进行保养。这种喷灌系统称为固定式喷灌系统。（1）固定式喷灌系统固定式喷灌系统的优点是使用操作方便，易于管理和养护，生产效率高，运行费用低，工程占地少。缺点是工程投资大，设备利用率低，同时固定在田间的竖管，对机耕有一定的妨碍。因此，一般只在灌水频繁，经济价值高的蔬菜及经济作物采用固定式喷灌系统。在田间仅有固定的水源（塘，井或渠道），而动力、管道及喷头都是移动的。这样在一个灌溉季节里，一套设备可以在不同地块上轮流使用，提高设备的利用率，降低了单位面积设备的投资。将移动部分安装在一起，甚至省去干管，支管，构成一个整体称为喷灌机。（2）移动式喷灌系统。如图，这种形式的喷灌系统使用灵活，但管理劳动强度大，路渠占地多。半固定式喷灌系统的动力、水泵和干管是固定的，在干管上装有许多给水栓，支管和喷头是移动的。支管在一个位置上与给水栓连接进行喷洒，喷洒完毕，可移动至下一个位置与下一个给水栓连接。这样的喷灌系统比固定式喷灌系统设备利用率高，投资也较省，操作起来比移动式喷灌系统劳动强度低些，生产率也高些。因此，很多国家的喷灌系统多为半固定式喷灌系统。（3）半固定式喷灌系统人工移动支管操作比较可靠，但