国内外农田节水灌溉发展现状与技术前沿.doc

国内外农田节水灌溉发展现状与技术前沿一、农田节水灌溉及相应设备的范围国际上很少使用“节水灌溉”这个词，一般将喷灌、微灌（含滴灌、微喷灌、涌泉灌等）和低压管道输水灌溉统称为压力管道灌溉，大体上就是国内所说的节水灌溉。在现阶段和今后相当长时期内，根据我国经济社会和农村生产力发展水平的实际情况，我国的节水灌溉技术体系中，除了喷灌、微灌和低压管道输水灌溉三种灌溉方式外，还包括渠道防渗、雨水集蓄利用、抗旱保苗注水灌、改进的地表灌溉等。与之相对应的节水灌溉设备主要包括喷灌设备、微灌设备、低压管道输水管材和管件、抗旱保苗注水灌机具、闸管灌设备、波涌灌设备、土地平整机具、用水管理计量仪表和设备、各种监测控制设备，以及大口径管道安装、大中型渠道衬砌等现场施工安装专用机具和设备。二、我国发展农田节水灌溉的重要意义据权威部门估算，我国多年平均降水总量6.23万亿m3，可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2.83万亿m3。按1997年人口统计，我国人均水资源量2200m3，约为世界平均值的1/4，在世界上排第121位，是全球13个贫水国家之一。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，接近世界公认的水资源紧缺国家最低标准水平。水资源短缺，已对我国的经济社会持续健康发展和生态环境构成了严重威胁，成为2020年实现全面小康社会目标所面临的重大挑战之一。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达3亿亩，平均每年因旱灾减产粮食250300亿kg。水资源短缺已严重制约着我国农村经济的发展，是干旱地区农民贫困的重要原因之一。全国660多个城市中，有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量60亿m3，影响工业产值2300多亿元。我国水土流失面积达356万km2，占国土面积的37%，每年流失的土壤总量达50亿t。严重的水土流失，导致土地退化、草场沙化、生态恶化，造成河道和湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害。目前，我国农业用水量约为4000亿m3，占全国总用水量的68%；其中灌溉用水量为36003800亿m3，占农业用水量的90%以上。不管是相对于农业用水量还是相对于全国总用水量，农业灌溉用水都是真正的用水大户。但灌溉效率低下，用水浪费现象相当严重。全国灌溉水利用系数和单方水粮食生产率分别为0.43和1.0kg左右，远远低于发达国家0.700.80和2.0kg以上的水平。与传统的大水漫灌相比，采用管道输水和渠道防渗可节20%30%，喷灌可节水50%，微灌可节水60%70%，膜下滴灌可节水80%以上，地下滴灌的节水率更高。除节约灌溉用水外，发展节水灌溉还可以提高土地利用率，减轻劳动强度，提高劳动生产率，并提高作物产量和品质。随着我国经济社会的进一步发展，水资源的战略性地位日渐重要，发展节水灌溉已经成为缓解我国水资源紧缺矛盾的战略选择。发展节水灌溉，不但是保证国家供水安全、粮食安全和经济社会可持续发展的需要，也是恢复和建设良好生态系统的需要，并有利于调整农业和农村产业结构、增加农民收入、发展现代农业、促进农业机械化和农村水利现代化。三、国内外农田节水灌溉发展现状1 国内概况目前，我国耕地面积为19.5亿亩，其中有效灌溉面积8.38亿亩，占耕地面积的43%。根据中国水利年鉴2003的统计数据，截至2002年底，我国农业节水灌溉面积为2.8亿亩，占有效灌溉面积的33.4%；其中喷灌和微灌面积3700万亩，占节水灌溉面积的13.2%，占有效灌溉面积的4.4%；低压管道输水灌溉面积6235万亩，占节水灌溉面积的22.3%；其余为渠道防渗灌溉控制面积，占节水灌溉面积的64.5%。由此可以看出，全国有一半以上的耕地面积没有灌溉设施，属于“望天田”；三分之二的有效灌溉面积还在沿用传统落后的灌溉方法。在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造，输水渠道的防渗衬砌率不到30%。因此，不管是相对于国外，还是相对于我国严峻的缺水形式，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积都存在着巨大的发展空间和潜力。2 国外概况 美国的有效灌溉面积为3.83亿亩，不足我国的一半，但喷灌和微灌面积却占54.4%。以色列的灌溉面积全部采用微灌和喷灌，其中微灌占了一半以上。瑞典、英国、奥地利、德国、法国、丹麦、匈牙利、捷克、罗马尼亚等国家，喷灌和微灌面积占灌溉面积的比例都达到了80%以上。近20年来，全世界的微灌面积以平均每年33%的速度增长，总面积已达到5650万亩。其中以色列、美国、法国、澳大利亚、南非、约旦、塞浦路斯等国微灌面积占灌溉面积的比例超过了5%；美国微灌面积达1575万亩，占世界总面积的27.9%；近10年间，印度微灌面积增加了3.72倍。我国微灌面积仅占灌溉面积的0.5%左右，已落后于与我国在水资源、人口、土地面积和经济发展水平等方面相类似的印度。低压管道输水在国外也很受重视，美国有近一半的大型灌区实现了输水管道化；日本早在20世纪80年代，就有一半以上的新建农田输水网实现了管道化。在旧灌区改造中，加拿大的伯塔灌区、澳大利亚的伦马克灌区都将原有的渠系改建为地下输水管道。四、国内外农田节水灌溉发展趋势1 田间灌溉方式的发展趋势田间灌溉方式的发展趋势是喷灌和微灌的应用面积将进一步扩大。我国地域辽阔，各地的气候、土壤、水源等自然条件、作物种植模式和经济发展水平千差万别，因此目前推广的各种节水灌溉方式都有其适用的地区和作物。但从上面的分析可以看出，我国喷灌和微灌面积的数量，以及占灌溉面积的比例都很小，与我国水资源的紧缺形势和生产力发展水平严重不相适应。因此，可以预测，未来我国节水灌溉发展的总体趋势是，喷灌和微灌等先进节水灌溉技术和设备的应用面积将进一步扩大，而其他简易节水灌溉方式的发展速度将减缓。2 输水方式的发展趋势输水方式的发展趋势是逐步实现管道化。灌溉水的输送方式有三种，即土渠、防渗渠道和管道。国内外的大量实践证明，近距离土渠输水的损失为10%40%，而远距离土渠输水的损失甚至高达50%以上。防渗渠道可以减少或避免渗漏损失，但仍然存在蒸发损失，泄露损失也比管道输水严重。根据有关资料对我国目前节水灌溉工程的投资统计，渠道防渗的亩投资为200400元，而管道输水为160300元，前者比后者亩投资高40100元。另外，与渠道防渗相比，管道输水还具有使用寿命长、维护费用低、便于管理等优点。因此，在我国未来农业节水灌溉的发展中，应重点发展管道输水，逐步实现输水管道化。发展管道输水，在我国北方井灌区尤其重要。3 低压节能是喷灌技术的发展方向随着世界能源紧张局势的加剧，石油等燃料价格大幅度增长。近年来，美国、以色列、欧洲各国等都在研制低压节能型喷头，用以替代十几年前广泛采用的中高压喷头。在新建的农业和城市绿地喷灌工程中，普遍采用低压喷头；中心支轴式和平移式喷灌机以前都采用旋转式喷头，目前几乎全世界都改为低压散射式喷头；绞盘式喷灌机的典型配套形式是配带单个高压喷头的喷头车，近年来出现了桁架式喷头车，配带几十只低压散射式喷头。采用低压喷头除了降低能耗，减少运行费用外，还可减少漂移损失，提高灌水均匀性和灌溉水利用率。4 喷灌机组的发展中心支轴式（也称圆形）喷灌机受到世界各国的普遍青睐，是近期喷灌机组发展的主要机型之一。与其他喷灌机组相比，中心支轴式喷灌机的主要优点是自动化程度高，运行可靠，操作维护简单，省工、省时、省力，并易于实现精确施肥、施药。1997年，美国曾有学者对各种灌溉方式的投资效益做过评价，认为中心支轴式喷灌机的设备购置费和运行费用比地面灌溉还低20%，节省的费用完全可以补偿该机组圆形作业时漏灌土地上的损失。美国、加拿大、沙特等人均耕地面积大的国家和地区，一直大量采用该机型。欧洲各国的人均耕地面积较少，其代表机型是绞盘式喷灌机，近年来开始采用该机型。东欧、南美、中东、非洲等地区的一些发展中国家，包括我们的邻国蒙古，近年来也开始看好这种机型。5 滴灌技术和设备发展滴灌技术和设备发展加速，地下滴灌更具发展潜力。由于滴灌技术的不断完善和成熟，滴灌设备的价格和工程投资持续下降，近年来滴灌在全世界的应用面积高速增长。与地面滴灌相比，地下滴灌具有一次安装多年受益、不影响耕种作业、灌溉水利用率极高（有报道认为可达98%）、可节省大量铺放和回收管道的劳动力等优点，显示出了广阔的发展前景。目前，国外的地下滴灌主要用于葡萄、果树、蔬菜等经济作物。除这些作物外，近年来我国已开始在棉花、甘蔗等作物上试用。6 微灌系统的发展压力补偿式灌水器是微灌尤其是滴灌灌水器的发展方向。微灌系统工作压力低，对水源压力波动和地面高程变化非常敏感。为了保证灌水均匀度，在设计微灌系统时，常常需要增加许多压力调节装置，不但设备投资增加，使用维护管理也非常麻烦。近年来，国外的微灌设备制造厂商都非常重视并倾力研制开发压力补偿式灌水器。由于该类灌水器技术复杂，加工精度高，生产难度大，因而价格偏高，使推广应用受到一定影响。但随着大规模产业化生产水平的提高，价格随之下降，该类灌水器将会逐步替代目前我国大量采用的非压力补偿式灌水器。附录托普物联网托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、