水利工程论文-适合发展中国家小农户的低成本滴灌系统.doc

水利工程论文-适合发展中国家小农户的低成本滴灌系统摘要：在缺水地区，滴灌是节约用水的最有效途径，但其成本对发展中国家的小农户来说难以承受。通过以下方法可使滴灌成本降低90%：(1)使滴灌管道可以移动，这样每条滴管可灌到10行而不是1行。(2)用热针冲压出0.70mm的孔。(3)用价值3美元带有滤布的20L容器，取代昂贵的过滤系统。这种低成本系统已在尼泊尔山区和印度的安德哈拉*普拉德什桑树种植地进行了现场试验，其滴头流量的均匀度达73%84%。这种低成本滴灌系统可能为半干旱地区以及山区的小农户广泛采用。关键词：水管理滴灌低成本发展中国家0引言世界上许多地区的缺水问题日趋严重。要求灌溉作物的农户与世界快速扩展的城市之间的竞争越发激烈，节水型灌溉深受重视。滴灌，作为目前可用的最有效的灌溉方法，其灌溉面积不足200万hm2(3000万亩)，还达不到全球灌溉面积的1%。影响滴灌大规模应用的主要阻碍是其成本太高，象蔬菜这样的行类作物每公顷大约需2471美元(每亩164.7美元)，这就阻止了发展中国家的那些耕作面积在2hm2(30亩)以下的大多数农户安装使用滴灌系统。按照经济学家的说法，目前的滴灌系统是“不可分的”，即不能划分成小的功能单元。一个典型的印度小农户耕种5小块面积为0.080.2hm2(1.23亩)的土地。象绿色革命种子和化肥那样的生物技术是可分的，因为它们可划分成若干个可负担的小包，以适合小块土地。而滴灌系统，象目前其它的灌溉技术一样，难以改造来满足贫困小农户的需要，其价格昂贵，农民负担不起。人们一直迫切需要开发一种可靠的低成本滴灌系统，以满足发展中国家小农户的需求。例如在70年代，印度的苏瓦拉潘和他的同事们曾试验用滴孔代替滴头。为了满足低成本灌溉系统的需要，国际开发机构，一个专门从事小型灌溉系统研究的非盈利性组织，开发了一种可分的简易滴灌系统，并进行了田间试验，其成本为每公顷250美元(每亩16.5美元)。1低成本滴灌系统的设计影响标准滴灌系统成本的主要因素有：(1)将水输送到每行植物的滴管系统，(2)各滴水处所用的成千上万个25分塑料滴头，(3)位于进水口的过滤系统。为满足小农户的需要，国际开发机构通过使滴灌管道可移动而降低成本。一个可移动滴灌管道可灌溉10行作物而非一行。滴头换成了在塑料滴管上热冲压成0.70mm孔的塑料滴头，孔的大小与安全别针相同。若滴孔堵塞，农户就可以用安全别针自行清洁。为防止各孔喷溅水，沿滴管管道水平方向安装了一个6cm长的简易折流器并罩住滴孔。标准滴灌系统中昂贵的过滤装置换成了现价3美元、容量20L的容器，放在距地面2m高的地方，在入水口用尼龙布过滤。这些改造使滴灌系统的成本从2471美元/hm2(164.7美元/亩)降到250美元/hm2(16.5美元/亩)。专家在尼泊尔对此设计进行了试验，效果令人满意，随后又在农户的田里进行了反复试验。2在印度桑树种植区的应用在印度南部，种植有35万hm2(525万亩)桑树，为养蚕业提供桑叶。印度60%桑树种植户的土地面积小于0.6hm2(9亩)。受灌桑树蚕的产量是单纯靠降雨桑树的3倍。试验还显示，与漫灌相比，标准滴灌系统可节水40%60%，且桑叶产量大。在海德拉巴附近的安德哈拉.普拉德什国家养蚕研究农场，国际开发机构在0.2hm2(3亩)的桑树田安装了一套低成本滴灌系统。为便于两种系统的比较，又在附近安装了一套标准滴灌系统。该试验基地是半干旱气候，供水是用潜水泵从60m深的管井抽取。初期的观察结果显示，用低成本滴灌系统灌溉的桑树所表现的生长率，没有标准滴灌系统灌溉的生长率一致。这是因为低成本系统滴灌上手工打的孔不够均匀，致使滴头速率与桑树生长率均产生差异。后来用台式机器杠杆操作取代了手工方法，用焊接机热冲压0.70mm的孔。这样滴孔的均匀度达到令人满意的标准。为移动滴灌管道并使滴孔保持畅通，低成本滴灌系统比传统系统每天多需两个工时。国际开发机构和瑞士开发协作组织目前还在合作进行一个为期3年的计划，以进一步落实低成本滴灌系统在桑树种植方面的应用，并在安德哈拉.普拉德什、贾纳塔卡和泰米尔拉都地区的桑树种植户中大规模宣传低成本滴灌系统。并且预计低成本滴灌系统有很大的市场需求，在印度南部，就可灌溉30350hm2(455,250亩)桑树。3在尼泊尔山区蔬菜种植区的应用尼泊尔中部山区受季风气候影响，在69月的雨季期，湿度十分充足。但在其它月份，对大多数作物来说降雨量明显不足。另一方面，尼泊尔有大量的常年性江河、溪流及泉水，这些水源可加以开发用来在冬季灌溉干旱作物。以前认为太小不能用来灌溉的水源，现在也可通过滴灌来加以开发利用。就诸如渠道引水等现有水源来说，与漫灌相比，用滴灌可扩大灌溉面积2倍。第一套(低成本滴灌)系统安装在加德满都市郊一个农业研究站的0.2hm2(3亩)蔬菜地里。研究人员对滴孔流量的均匀度，滴管管道的水头损失及从一层梯田到另一层间的流量均匀度进行了试验。在同一层梯田上，滴孔流量的均匀度达84%，当各层梯田间水头差在24m时，其滴孔流量总均匀度为73%，这一结果还是令人满意的。试验还显示分水管的长度可达75m而没有明显的水头损失。考虑到山坡梯田高程不同而可能引起压力的变化，研究人员设计了一套活动塑料减压管口并进行了试验，这样，农民可在位于较低高程的各分水管前安装活动塑料管口以减少压力。各减压管口标上不同颜色，这样，农民就可以在高程差为2m时用兰色管口，为4m时用红色管口，依次类推。由于这些改进，该系统已可用于进行田间试验。研究人员用了两个月时间在加德满都西部丘陵区的小块农田上安装了10个此类系统进行试验。所选择的农户都具有一定的蔬菜种植经验，耕种小块土地，且有小水源可利用。试验结果令人鼓舞。各农户都能很快地掌握该系统的使用和管理。过去一直靠人工灌溉的农户们可大大地节约时间和减少劳动强度。有一个用该系统灌溉其种植在陡坡上果树的农民，发现他现在每次可以灌溉20棵树，而不需象过去那样在陡坡上跑上跑下，把管子从一棵树移到另一棵。另一个以前用漫灌的农民，注意到土壤板结明显降低。引进滴灌系统后，农户的灌溉面积至少翻了一倍，有的甚至增加了4倍。他们报告说该系统的用工需求也减少了一半。在滴灌系统上投资50美元，就可增加年收入50170美元。参与试验的非政府组织人员提交了一份表格，要求购买100个该类系统，申请者都是参加试验农户的邻居。国际开发机构及其合作伙伴目前正在当地厂家落实生产，并在古可哈和塔拉湖丘陵农业区的小农户中宣传推广低成本系统。4滴头流量的均匀度大量的应用研究已证明滴灌系统在经济用水方面占有优势，但对均匀用水能力评价目前却有多种结论。例如在参评的佛罗里达19个滴灌系统中有11个滴水均匀度低于90%，与此相对比，在57个微型喷灌系统中仅有12个。印度标准局已对此制定出标准，即A级滴头变化率不超过5%，但是，同其它国家一样，印度生产厂商也很难达到这一标准。最近，美国农业工程师协会已制定出标准，即“优”级滴头变化率低于5%，“一般”滴头变化率在11%15%之间。从国际开发组织对低成本滴灌系统的滴头均匀度试验中可以发现，当水头在24m间变化时，孔与孔间均匀度的百分率在12%29%之间变化。对标准滴灌系统的大量研究发现，滴头堵塞和管道压力的变化，对滴头流量均匀度有明显影响。例如，对安装在印度马哈拉斯塔邦的标准滴灌系统进行了评价，发现那些安装在陡坡或山区的系统，特别是如果系统的总扬程不恰当且管线没有按等高线图进行布设时，其滴头均匀度低于50%。国际开发机构的低成本系统中的减压阀采用简单的分色标识，在山丘区，对于高程较低梯田，农户可以自己安装以调节压力。其滴孔直径设计成与标准别针直径相同，并教授农民定期检查滴管管道，清理已