智能节水灌溉系统的设计【文献概要】

  在人类文明日益发达的今天,人们逐渐的意识到,在所有的自然资源中水是最重要的有限资源,必须合理的开发和利用。联合国环境与发展大会通过的《21世纪议程》中强调:“水是一种有限的资源,不仅为维持地球上的一切生命所必需,而且对一切社会经济部门都有生死攸关的重要意义。”而我国又是一个古老的农业大国,农业灌溉已有上千年的历史,同时我国也是人口大国,要用占全世界7 %(1亿m2)的耕地来养活全世界22 %的人口,实是不易,加之我国是一个水资源较短缺的国家,其总量约为2.8万亿m3,人均水资源占有量2300 m3,仅为世界人均水平的1/4 ,并且有限的水资源在空间上分布极不均匀,使占国土面积60 %以上的北方地区拥有的水资源量不足全国总量的20%。这样使我国有10个省、市、自治区人均水资源占有量低于国际上一般公认的人均水资源1070m3的最低标准。全国约有300个城市缺水,一到夏季,生活用水极度紧张。我国农业用水占总用水量的73%,是用水大户,其中农田灌溉用水占66%。在农业灌溉用水中,传统的大水漫灌,水田串畦淹灌方法不仅用水效率低下,灌溉水利用率仅有40 % ,而且造成土壤盐碱化,地下水位抬升,严重的影响了作物的产量提高 。所以开发节水灌溉是人们刻不容缓的任务，这是每个人的义务，因为水就是我们的未来！

  我国是古老的农业大国,农业节水灌溉已有上千年的历史,早在《周礼》中记载有“潴”(池塘)蓄水,“防”(堤)堵水,“沟”输水,“道”(小沟)配水,“列”(垄沟)灌水“,泛”(大沟)排水。西汉时代,新疆吐鲁番盆地开始修建“坎儿井”,通过地下渠道引天山融雪潜流灌溉,减少输水蒸发和风沙淤塞。唐代对郑国渠等大型灌区配水工程实行用水管理,设闸分水轮灌。清光绪六年,新疆哈密县修建石城子渠时,为减少输水损失,采用毛毡压石头的方法引水灌溉。新中国成立后,从50年代就开始了节水灌溉技术探讨研究。70年代,大力推广渠道衬砌防渗,实施小畦短沟灌溉等技术,同时开始了喷微灌设备研制和技术推广。80年代后,主要推广低压管道输水技术。90年代,主要开展各种节水灌溉技术的集成组装配套,形成了具有中国特色的综合节水农业体系。虽然我国节水灌溉有悠久的历史,但直到新中国成立后,节水灌溉事业才蒸蒸日上起来。由于技术同西方发达国家相比相对落后,因此在我国的节水灌溉发展过程中,一方面我们引进国外先进的科学技术设备,并加以消化;另一方面,针对农业生产中急需解决的问题进行重点研究

  在微喷灌应用中,应发展低水头滴喷灌技术,减小能量和原材料的使用量,减轻对土地ECO的影响 。

  地下灌溉已被世人公认为是一种最有发展前途的高产节水灌溉技术,尽管目前还存在一些问题,使应用推广的速度较慢,但科技含量愈来愈高,许多理论实践问题会在不久的将来得到解决。

  地面灌溉仍是当今世界占主要地位的灌水技术,输配水向低压管道化发展;在渠道防渗工程技术中,今后着重于防渗新材料的研究和推广、复合材料防渗结构及形式的研究、防渗渠道的断面形式研究、渠道防渗工程防冻害技术探讨研究、施工向半机械化和机械化方向发展;田间灌水探索节水技术较多,如激光平地,波涌溉等;在管理上采用计算机联网控制,精确灌水,达到时、空、量、质上恰到好处地满足作物不同生育期的需水;在田间规划上,由于土地平整度高,多以长沟、长畦、大流量进行田间灌水。

  节水农业工程技术应与农业节水增产技术紧密结合,增墒保水机械化旱地农业大有发展前途。国外这种技术形成了多种体系,如保护性与带状耕作技术,轮作休闲技术,覆盖化学剂保水技术,深松深翻技术等。这种技术是需要采用机械实现的系统农业工程,保持水土的效果很好。

  当今世界上对水为农业服务的关系非常明确,农业持续发展关键之一,就是能合理有效的保护和利用淡水资源。因此做为农业节水灌溉工程新技术的,微灌,地下灌,膜下灌等技术大有用武之地。

  目前,喷灌技术仍是作为大面积机械化解决大田作物节水灌溉的主要形式,其研究开发方向是进一步节能节水及综合利用,近年在节能和兼喷施农药等方面有较大的突破。尽管不同喷灌机型都有各自的优势,但从综合条件考虑,平移(包括中心支轴) 式全自动喷灌机,软管卷盘式自动喷灌机及人工移管式喷灌机等是推广重点,而这三种机型也是适宜于我国情况的。随着计算机的普及,把计算机应用于喷灌,采用数字化图象处理技术测量、控制喷洒水滴的大小,使其使用于多种作物灌溉,是今后研究方向之一 。

  世界上科技先进,经济发达的国家早在本世纪30年代就开始研究实施喷灌这一先进的节水灌溉技术。西方国家采用喷灌设备灌溉作物,始于庭园花卉和草坪灌溉。30～40年代,随着冶炼、轧制技术和机械工业的迅速发展,一些欧洲发达国家逐渐采用薄壁金属管做地面移动输水管,代替地埋固定管;用缝隙或折射喷头浇灌作物。二战后喷灌技术和机具设备的研制又一次得到加快速度进行发展,特别是大型自走式喷灌机和摇臂式喷头等技术的发展,使喷灌技术大大前进,由于其节省大量劳力,灌溉水量均匀,增产显著,在美国干旱的西部得到普遍的使用。与此同时,在欧洲,薄壁金属移动管道喷灌系统和卷管式喷灌机因其简便耐用,投资少,效益高,也不断地发展。50 年代后,由于塑料工业的快速的提升,塑料制品取代金属制作的产品的范围越来越广,为适应水资源极度短缺地区灌溉的需要,以塑料为原材料的滴灌和微喷灌系统逐渐发展起来,到70年代中期,澳大利亚、以色列、墨西哥、新西兰、南非和美国等6 个国家开始推广滴灌。滴灌面积迅速从当时的5. 66 万m2发展到1991 年的160 万m2。由于滴灌和微喷灌系统需克服灌水器堵塞的缺陷,故发展不如喷灌快。但是近一、二十年来,以色列在滴灌和微喷灌系统生产上取得了举世瞩目的成绩。目前全世界的灌溉面积大部分仍是传统的地面灌溉,为了地面灌溉提高水的利用效率,节约灌溉用水,国际上采用了“波涌”灌溉,有效的提高了灌溉效率。