节水技术第四五章 PPT课件

1 第四章农业节水技术与管理 农业节水的第一个层次是农业结构的调整 就是农 林 牧业结构的配置 第二个层次是农业技术的提高 主要是提高植物本身光合作用的效率 第三个层次是通过节水灌溉 减少输水灌溉中的水量损失 因此应研究各个层次的节约用水 不应当仅限于节水灌溉 4 1农业节水的内涵 农业用水占全国总用水量的60 70 其中90 用于种植业灌溉 相比于节水灌溉 农业节水的范围更广 更深 包括生物节水 农艺节水和旱作农业节水等 2 农业结构调整 包括两个层次 即农业产业结构调整 农林牧比例 和农业种植结构调整 通过调整农业结构 使其与区域水资源禀赋相匹配 农艺节水 推广种植耐旱品种及节水栽培技术 采取深耕蓄水 塑料薄膜或秸秆覆盖 聚肥保墒等措施 输配水系统的节水 如灌区渠系调整 建筑物配套改造 渠道防渗 管道输水等 4 2农业节水现状 一 国内农业节水现状 20世纪80年代以来我国农业节水呈加速发展趋势 3 田间灌溉过程的节水 如采用喷灌 滴灌 畦灌 沟灌 膜上灌 膜下灌 坐水点种 土地平整等 加强用水管理 如制定科学的管理制度 健全节水政策法规 加强计划用水 计量用水 科学调度 4 2农业节水现状 一 国内农业节水现状 续 我国西北半干旱地区的雨养农业已形成了适应各种条件的栽培管理体系 包括种植制度的选择 抗旱品种的选育 覆膜 施肥 生物调控技术以及蓄水保墒工程技术等 雨养农业作为灌溉农业的补充 对缓解农业用水压力有重大意义 4 4 2农业节水现状 二 国外农业节水现状 以埃及 印度等为代表的经济欠发达国家 农业节水主要采用以渠道防渗技术和地面灌水技术为主 配合相应的农业措施及天然降水资源利用技术的模式 美国 以色列等为代表的经济发达国家 农业节水主要采用以高标准的固化渠道和管道输水技术 现代喷 微灌技术与改进后的地面灌水技术为主 5 4 2农业节水现状 二 国外农业节水现状 续 以色列实现了全国输水管道联网 滴灌面积占90 以上 美国喷 滴灌面积1100万hm2 占灌溉面积的50 德国 法国喷灌面积占灌溉面积的60 左右 前苏联早在1984年就基本实现了渠道防渗化 地下输水管道占63 防渗渠道占29 6 4 2农业节水现状 二 国外农业节水现状 续 发达国家在农业节水方面采取的主要措施有 采用先进的节水灌溉技术 基因改良 培育抗旱节水型作物新品种通过基因的转移和重组 培育出抗旱的或能适宜咸水灌溉的农作物品种可节约淡水资源 加强以计划用水为核心的农业用水管理分类 分级确定灌溉土地的计划用水量 超定额用水应进行罚款 或者禁止超灌溉定额用水 7 4 2农业节水现状 二 国外农业节水现状 续 农业灌溉用水管理的经济政策如 小型灌溉工程由私人投资 而大型灌溉工程主要由政府投资 采取对农户实行低息贷款 给农民提供优惠价设备 允许水费赊欠等方法鼓励购买低耗水灌溉设备 调整作物结构 改变土地利用方式通过水价杠杆调节灌溉用水量按实际成本收费 减少对水资源和输水系统的过度需求 促进节约用水 农民参与农业灌溉用水管理 8 4 3农业节水技术 从水源到形成作物产量要经过四个环节 9 4 3农业节水技术 节水灌溉的主要技术有 渠道防渗技术 低压管道输水技术 地面灌溉改进技术 喷灌技术 微灌技术等 一 渠道防渗技术渠道是渠灌区输水的通道 其作用是把灌溉水从水源安全 快速 高效地输送到需要灌溉的田间 渠系水利用系数指渠系输出水量与输入水量的比值 也等于渠系内各级渠道的渠道水利用系数的乘积 10 根据所使用的防渗材料 渠道防渗技术大致可划分为 1 土料压实防渗 2 石料衬砌防渗 3 混凝土衬砌防渗 4 塑料薄膜防渗 5 沥青护面防渗 二 低压管道输水技术简称 管灌 是利用低压输水管道将水直接输送到田间沟畦灌溉作物 以减少输送过程中水的渗漏和蒸发损失的节水技术 管灌具有节水 节地 易管理 且省工省时 投资相对较低的优点 11 我国灌溉面积95 以上采用地面灌溉 地面灌溉技术是我国乃至全世界应用最广的一种灌水技术 根据地面灌溉水向田间输送的形式和湿润土壤方式的不同 地面灌溉可分为畦灌 沟灌 淹灌和漫灌四种 畦灌 畦灌是用田埂将灌溉土地分隔成一系列小畦 灌水时 将水引入畦田后在畦田上形成很薄的水层 沿畦长方向流动 在流动过程中主要借助重力作用逐渐湿润土壤 依畦田长度划分 畦灌有长畦灌和短畦灌两种 畦长大于100m的称为长畦灌 畦长小于70m的称为短畦灌或小畦灌 三 地面灌溉改进技术 12 沟灌 沟灌是在作物行间开挖灌水沟 水从输水沟进入灌水沟后 在流动的过程中主要借毛细管作用湿润土壤 沟灌适用于宽行距的中耕作物 淹灌 淹灌是在田间用较高的土埂将灌溉土地划分成许多格田 引入较大流量迅速在格田内建立起一定深度的水层 借重力作用湿润土层 淹灌主要适用于水稻 水生植物及盐碱地冲洗灌溉 漫灌 漫灌是在田间不做任何沟埂 灌水时任其在地面漫流 借重力作用渗入土壤 是一种粗放的灌水方法 漫灌灌水均匀性较差 水量浪费大 一般不应采用漫灌方法 三 地面灌溉改进技术 续 13 1 小畦 三改 灌水技术三改 长畦改短畦 宽畦改窄畦 大畦改小畦 技术要点 确定合理的畦长 畦宽和入畦单宽流量 三 地面灌溉改进技术 续 优点 节水 易于实现小定额灌水 灌水均匀 灌溉质量高 防止深层渗漏 预防土壤盐碱化发生 减轻土壤冲刷和土壤板结 减少土壤养分流失 2 膜上灌灌水技术膜上灌是我国在地膜覆盖栽培技术的基础上发展起来的 畦 沟全部被地膜所覆盖 利用地膜输水 并通过作物的放苗孔和专设灌水孔入渗给作物供水的局部灌溉技术 14 3 涌流灌溉技术把传统的沟 畦连续放水改为间歇放水 使水在沟畦内呈波涌状推进的灌溉技术 用相同水量灌水 间歇灌水流前进距离为连续灌的1 3倍 大大减少了深层渗漏 提高了灌水均匀度 田间水利用系数可达0 8 0 9 2 膜上灌灌水技术 续 地膜栽培和膜上灌结合后具有节水 保肥 提高地温 抑制杂草生长和促进作物高产 优质 早熟及灌水质量高等特点 15 16 喷灌是利用专门的系统将水加压后送到田间 通过喷洒器将水喷射到空中 使水分散成细小水滴后均匀地洒落到田间进行灌溉的一种灌水方法 四 喷灌 17 四 喷灌 1 喷灌的优点节水 保持水土 节地 提高产量 适应性强 省劳工 2 喷灌的不足受风的影响大 蒸发损失大 设备投资高 能耗多 18 四 喷灌 3 喷灌系统的组成通常由水源工程 水泵和动力机 输配水管道系统 喷头以及附属设备 附属建筑物组成 4 喷灌系统的分类根据设备组成分为 管道式喷灌系统 机组式喷灌系统 管道式喷灌系统 管道式喷灌系统是指以各级管道为主体组成的喷灌系统 19 按照可移动的程度 管道式喷灌系统可分成 全固定式 全移动式和半固定式三种 20 机组式喷灌系统 将喷灌系统中相关部件组装成一体 组成可移动的机组进行作业 其组成一般是在拖拉机上安装一个或多个喷头 水泵 管道 以电动或柴油机为动力 进行喷洒灌溉 其结构紧凑 机动灵活 机械利用率高 能够一机多用 单位喷灌面积的投资低 轻小型喷灌机是目前我国农村应用较为广泛的一种喷灌系统 21 大型喷灌机 22 滴灌 利用低压管道系统通过滴头 将作物生长所需的水分和养分均匀而又缓慢地滴入作物根部附近 借重力作用使水渗入作物根区 使土壤经常保持最佳含水状态的一种灌水方法 属于局部灌溉 五 微灌微灌是利用专门设备 将有压水流变成细小的水流和水滴 湿润作物根部附近土壤的灌水方法 微灌主要包括滴灌 微喷灌 脉冲微喷灌 渗灌等 1 滴灌的优点比喷灌更节水10 20 节能50 70 并方便田间作业 2 滴灌的缺点投资高 管道和滴头容易堵塞 对水质要求高 23 3 滴灌系统的组成滴灌系统由水源 首部控制枢纽 输配水管网 滴水器以及流量 压力控制部件和量测仪表等组成 4 滴灌的类型固定式滴灌 各级管道和滴头位置都不动 半固定式滴灌 干 支管固定 毛管由人工移动 移动式滴灌 干 支 毛管均可移动 24 农业节水管理 是指根据农作物的需水 耗水规律 来控制 调配水源 以最大限度地满足作物对水分的需求 实现区域效益最佳的农田水分调控管理 它包括节水高效灌溉制度 土壤墒情监测与灌溉预报技术 灌区配水技术 灌区量水技术和灌溉自动控制技术等方面 4 4农业节水管理 25 一 节水高效灌溉制度作物灌溉制度是为了促使农作物获得高产和节约用水而制定的适时 适量的灌水方案 作物灌溉制度包括 农作物播种前及全生育期内的灌水次数 灌水时间 灌水定额和灌溉定额 灌水定额 是指单位耕地面积上的一次灌水量 灌溉定额 是指单位耕地面积上农作物播种前和全生育期内的总灌溉水量 4 4农业节水管理 续 26 节水高效灌溉制度是把有限的灌溉水量在作物生育期内进行最优分配 以提高灌溉水向根层贮水的转化效率和光合产物向经济产量转化的效率 1 供水充分条件下的节水高效灌溉制度充分灌溉 是指水源供水充足 能够全部满足作物需水要求的情况下 根据作物需水规律及气象 作物生长发育状况和土壤墒情等对农作物进行适时 适量地灌溉 使其在生长期内不产生水分胁迫 亏缺 情况下获得作物高产的灌水量与灌水时间的合理分配 并且不产生地面径流和深层渗漏 即 既要确保获得最高产量 又应具有较高的水分生产率 27 2 供水不足条件下的非充分灌溉制度非充分灌溉 是指在水源不足或水量有限条件下 把有限的水量在作物间或作物生育期内进行最优分配 确保各种作物水分敏感期的用水 减少对水分非敏感期的供水 此时所寻求的不是单产最高 而是全灌区总产值最大 非充分灌溉的经济用水灌溉制度以经济效益最大或水分生产率最高为目标 确定作物的耗水量与灌溉水量 28 2 供水不足条件下的非充分灌溉制度 续 调亏灌溉制度根据作物的遗传和生物学特性 在生育期内的某些阶段 人为地施加一定程度的水分胁迫 亏缺 调整光合产物向不同组织器官的分配 调控作物生长状态 促进生殖生长 控制营养生长的灌溉制度 根系分区交替隔沟灌溉每条灌水沟在两次灌水之间对作物根系实行干湿交替 且顺序间隔一条灌水沟供水的灌溉措施 29 用张力计 中子法等监测土壤墒情 数据经分析处理后 配合天气预报 对适宜灌水时间 灌水量进行预报 可以做到适时适量灌溉 有效地控制土壤含水量 达到节水又增产的目的 1 烘干法用取土管插入土中取得土样 称其重量 置于烘箱中 在105 至110 的温度下 烘干至其重量不再变更时 计算所失去的水分与土样干重量的百分比 此法须有烘箱 取土钻及一定精度的天平 烘干时间最少需8 10h 二 土壤墒情监测技术 30 2 张力计法先用负压计测定土壤水分的能量 然后通过土壤水分特征曲线间接求出土壤含水量 负压计由陶土头 连通管和压力计三部分组成 3 中子仪法通过测定土壤中氢原子的数量而间接求得土壤含水量 目前中子仪主要有两种类型 一种用于测定深层 地表30cm以下 土壤水分 另一种用于测定表层 小于30cm 土壤含水量 4 遥感法从土壤表面反射或散出的电磁能强度随土壤含水量大小而变化 遥感技术通过测定从土壤表面反射或散出的电磁能 来测定土壤含水量 31 二 土壤墒情预报方法 1 经验公式法经验公式法主要是利用前期土壤水分 气温 降雨等因子与土壤水分之间的关系 建立土壤水分预报经验公式 该法在降雨稀少的干旱地区较为适用 对于两次降雨之间的土壤水分消退过程预报也适用 墒情预报主要是田间土壤含水率的预报 32 二 土壤墒情预报方法 续 2 土层水量平衡法该法是将作物根系活动区域以上土层视为一个整体系统 输入项 降雨量 灌水量 侧向补给量 地下水补给量 输出项 作物蒸腾量 地面径流量 侧向流出量 深层渗漏量任意时段 该系统的水量保持平衡 忽略侧向补给量 侧向流出量 当地下水埋藏很深时 地下水补给量可忽略 干旱区旱作灌溉少有深层渗漏 则土层水量平衡式简化为 33 二 土壤墒情预报方法 续 Wi Wi 1 降雨量 灌水量 地面径流量 作物蒸腾量 入 降雨量 灌水量 侧向补给量 地下水补给量 出 作物蒸腾量 地面径流量 侧向流出量 深层渗漏量 降雨量 灌水量 入渗补给系数 基于上式可进行土壤含水量的递推计算 2 土层水量平衡法 续 34 二 土壤墒情预报方法 续 3 土壤水动力学法基于 水文学原理 课程中学习的土壤水运动方程 考虑作物蒸腾再增加1个微分方程 将微分方程差分化后 结合初始条件和边界条件数值求解 4 流域水文模型法流域水文模型基本都带有模拟和预报土壤含水量的功能 只是墒情预报的下垫面为种植的作物 对作物蒸腾量需特别加以考虑 适当修改模型结构 35 以农田水量平衡计算为基础 以土壤含水量预报为中心 通过土壤水分监测 得到当前的农田土壤含水率 并依此预报未来时段内农田土壤水分是否降到作物适宜土壤水分控制下限 然后根据下限可能出现的日期预报灌水时间和灌水量 三 灌溉预报 36 节水型灌区考核评价主要围绕灌区内水的利用效率而展开 描述灌区内水的利用效率的指标主要有灌溉水利用系数 渠系水利用系数 田间水利用系数 渠道防渗率 水分生产率等 四 节水型灌区考核评价 1 灌溉水利用系数 灌入田间的水量 或流量 与渠道引入总水量 或流量 的比值 2 渠系水利用系数 末级固定渠道放出的总水量与渠首引进的总水量的比值 3 田间水利用系数 净灌水定额与末级固定渠道放出的单位面积灌水量的比值 37 4 渠道防渗率 灌区固定渠道最大过水表面积中防渗面积与总表面积比值 以百分数计 5 水分生产率 作物单位面积产量与作物全生育期耗水量的比值 四 节水型灌区考核评价 续 节水灌溉技术规范SL207 98 对各项指标的要求 1 灌溉水利用系数大型灌区 0 50 中型灌区 0 60 小型灌区 0 70 井灌区 0 80 喷 微喷灌区 0 85 滴灌区 0 90 对井渠结合灌区的灌溉水利用系数可根据井 渠用水量加权平均计算确定 38 2 田间水利用系数水稻灌区应 0 95 旱作物灌区应 0 90 3 水分生产率大型灌区应 0 55 中型灌区应 0 65 小型灌区应 0 75 井灌区采用渠道防渗应 0 90 采用管道输水应 0 95 四 节水型灌区考核评价 续 4 渠道防渗率大型灌区应 40 中型灌区应 50 小型灌区应 70 井灌区如采用固定渠道输水 应全部防渗 39 大型灌区 控制面积在20000hm2以上的灌区 中型灌区 控制面积为667 20000hm2的灌区 小型灌区 控制面积在667hm2以下的灌区 井灌区 以井水作为灌溉水源的灌区 井渠结合灌区 灌溉水源既有井水 又有地表水的灌区 四 节水型灌区考核评价 续 相关名词说明 40 5 1生活节水主要途径 一 实行计划用水和定额管理二 进行节水宣传教育三 推广应用节水器具与设备四 发展城市再生水利用技术 第五章生活节水技术与管理 41 1 通过水平衡测试 分类分地区制定科学合理的用水定额 对城市居民用水推行计划用水和定额管理制度 2 针对不同类型的用水 实行不同的水价 以价格杠杆促进节约用水和水资源的优化配置 强化计划用水和定额管理力度 3 居民住宅用水取消 包费制 全面实行分户装表 计量收费 逐步采用阶梯式计量水价 阶梯式计量水价分为三级 其水价的计算公式为 P V1P1 V2P2 V3P3 一 实行计划用水和定额管理 42 阶梯式计量水价的计算公式为 P V1P1 V2P2 V3P3 式中 P 阶梯式计量水价 V1 第一级水量基数 P1 第一级水价 V2 第二级水量基数 P2 第二级水价 V3 第三级水量基数 P3 第三级水价 第一级水量基数是根据确保居民基本生活用水的原则制定的 第二级水量基数是根据改善和提高居民生活质量的原则制定的 第三级水量基数是按市场价格满足特殊需要的原则制定的 二 进行节水宣传教育 加强节水观念 43 节水器具和设备 具有显著节水功能的用水器具和设备 1 推广节水型水龙头推广非接触自动控制式 延时自闭 停水自闭 脚踏式 陶瓷磨片密封式等节水型水龙头 淘汰建筑内铸铁螺旋升降式水龙头 铸铁螺旋升降式截止阀 2 推广节水型便器系统推广使用两档式便器 新建住宅便器小于6L 公共建筑和公共场所使用6L的两档式便器 小便器推广非接触式控制开关装置 三 推广应用节水器具和设备 44 3 推广节水型淋浴设施集中浴室普及使用冷热水混合淋浴装置 推广使用卡式智能 非接触自动控制 延时自闭 脚踏式等淋浴装置 宾馆 饭店 医院等用水量较大的公共建筑推广采用淋浴器的限流装置 4 研究生产新型节水器具研究开发高智能化的用水器具 具有最佳用水量的用水器具和按家庭使用功能分类的水龙头 三 推广应用节水器具和设备 续 45 四 发展城市再生水利用技术 再生水是指污水经适当的再生处理后供作回用的水 再生处理一般指二级处理和深度处理 再生水用于建筑物内杂用时 也称为中水 城市再生水利用技术包括城市污水处理再生利用技术 建筑物中水处理再生利用技术和居住小区生活污水处理再生利用技术 城市再生水利用技术既是节约城市生活用水的重要途径 也是提高城市整体用水效率的重要途径 而且其涉及的范围广 内容多 46 5 2节水器具与设备 一 用水器具和设备的主要节水方法1 限定水量 如限量水表 2 限定 水箱 水池 水位或水位适时传感 显示 如水位自动控制装置 水位报警器 3 防漏 如各类水箱的防漏阀 4 限制水流量或减压 如各类限流 节流装置 减压阀 5 限时 如各类延时自闭阀 6 定时控制 如定时冲洗装置 7 改进操作或提高操作控制的灵敏性 前者如冷热水混合器 后者如自动水龙头 电磁式淋浴节水装置 47 优良的节水器具或设备应具备以下特点 1 节水效果好 2 安装调试和操作使用方便 3 结构简单 经久耐用 4 经济合理 二 节水型水龙头与阀门1 节水型水龙头 1 陶瓷密闭片系列水嘴 48 图5 1陶瓷片密闭系列水嘴 2 感应式水龙头采用红外线感应原理或电容感应效应及相应的控制电路执行机构 如电磁阀开关 的连续作用设计制造 图5 2感应式水龙头 49 1 节水型水龙头 续 3 延时自闭水龙头多数是直动式水阻尼结构 靠弹簧张力封闭阀口 使用时 按下按钮 弹簧被压缩 阀口打开 水流出 手离按钮 阻尼结构使弹簧缓慢释放 延时数秒 然后自动关闭 图5 3延时自闭水龙头 50 1 节水型水龙头 续 4 手压 脚踏 肘动式水龙头手压 脚踏式水龙头的开启借助于手压 脚踏动作及相应传动等机械性作用 释手或松脚即自行关闭 5 节水冲洗水枪当操作者远离闸门 或水龙头 通过软管引水使用时 往往会因不能及时闭闸门 或水龙头 而浪费水量 这时如在软管末端装一带有开关的 水枪 既可集中水流 用于冲洗 又可及时启闭 水枪 以节约用水 图5 4节水冲洗水枪 51 2 节水型水阀门 1 延时自闭冲洗阀延时自闭式便池冲洗阀是一种理想新型便池冲洗洁具 是利用阀体内活塞两端的压差和阻尼进行自动关闭的 2 无压自闭阀适用于水压不稳或定时供水的地区 其主要功能特点 停水自闭功能当管道停水时 节水阀自动关闭 可防止管道再次供水时 水龙头未关闭而造成的水患及水资源浪费 52 2 无压自闭阀 续 自动判断功能当管道停水后再次供水时 节水阀能根据水龙头的开关情况判断是否供水 如果水龙头处于关闭状态 则节水阀自动开通 将水送至水龙头 如果水龙头处于开启状态 则节水阀自动关闭 不供水 操作简单方便该节水阀操作手柄为提拉式 只需提起或压下 即可切断水源或开通水源 既省时又省力 3 减压阀减压阀是一种自动降低管路工作压力的专门装置 它可将阀前管路较高的水压减少至阀后管路所需的水平 减压阀广泛用于高层建筑 城市给水管网水压过高的区域 矿井及其他场合 以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量 53 4 水位控制阀水位控制阀是装于水箱 水池或水塔水柜进水管口并依靠水位变化控制水流的一种特种阀门 浮球阀即为一种常见的水位控制阀 阀门的开启 关闭借助于水面浮球上下时的自重 浮力及杠杆作用 作用原理是 当水位下降到极限位置时 由浮球的重力作用通过推导拉杆推动吊阀 使活塞上空间的水通过内泄通道排出 从而使活塞与活瓣因其上 下空间水压差的作用而上升 这时通道开启注水 反之 当水位上升浮球上浮时 吊阀回复原先位置 管路中的压力水流通过阻尼孔进入活塞上空间使上 下空间水压趋于平衡 活塞和阀瓣借助重力下降并关闭水流通道 这时阀门关闭 54 5 3城市污水回用 一 污水回用的意义直接经济效益 1 增加可利用水资源量 体现 优质优用 低质低用 的原则 2 提高城市水源利用的综合经济效益 间接经济效益 1 减少污水排放而节省的排水工程投资及相应运行费用 2 环境改善带来的社会效益和生态效益 3 回收 废物 取得的效益 4 增加可供水量而避免的经济损失等 55 1 直接回用 是有计划地将适当处理过的污水直接回用于工农业 生活 市政等方面 2 间接回用 是将适当处理后的污水排入天然水体 经水体缓冲 自然净化 包括较长时间的储存 沉淀 稀释 日光照射 曝气 生物降解 热作用等 再次使用 间接回用又分为补给地表水和人工补给地下水两种方式 二 污水回用的途径 56 1 基本概念中水 指各种排水经处理后 达到规定的水质标准 可在生活 市政 环境等范围内杂用的非饮用水 中水原水 指选作中水水源而未经处理的水 杂排水 指民用建筑中除厕所排水外的各种排水 如冷却排水 游泳池排水 沐浴排水 盥洗排水 洗衣排水 厨房排水等 优质杂排水 污染程度较低的杂排水称为优质杂排水 一般将除厨房排水外的其余杂排水视为优质杂排水 三 回用水系统分类与组成 57 2 回用水系统分类建筑中水系统在一栋或几栋建筑物内建立的中水系统 处理站通常一般设在裙房或地下室 中水作为冲厕 洗车 道路保洁 绿化等使用 小区中水系统在小区内建设的中水系统 小区中水系统可采用的原水类型较多 如附近的污水处理厂出水 工业洁净排水 小区