風(fēng)能提水灌溉技術(shù)淺析

王文浩　高鵬飛

[摘要]風(fēng)能是一種清潔能源，通過(guò)風(fēng)能為動(dòng)力進(jìn)行提水，結(jié)合相應(yīng)的地形建筑進(jìn)行灌溉，解決了交通和電力不便地區(qū)的灌溉問(wèn)題。本文介紹了風(fēng)能提水的原理和類型，結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀，指出其是一種很有前景的灌溉方式。

[關(guān)鍵詞]山丘區(qū) 風(fēng)力 灌溉 節(jié)能

一、風(fēng)力提水系統(tǒng)

提水灌溉是農(nóng)業(yè)灌溉的基本方式，在中國(guó)大多數(shù)地區(qū)由水利工程或電動(dòng)揚(yáng)水泵進(jìn)行提水灌溉。但是中國(guó)一些邊遠(yuǎn)山區(qū)和牧區(qū)由于電力缺乏，天氣干旱，水資源短缺，農(nóng)作物需要靠灌溉提高產(chǎn)量。在一些偏遠(yuǎn)的地方，搞電力提水灌溉需要架設(shè)輸電線路，建造變電、配電設(shè)施?？墒牵毟F地區(qū)卻沒(méi)有經(jīng)濟(jì)能力發(fā)展灌溉項(xiàng)目，特別需要一種不用電的揚(yáng)水設(shè)備和節(jié)水措施。研究發(fā)現(xiàn)，利用風(fēng)能提水，長(zhǎng)蓄短用，高效利用，到節(jié)能省水的目的，可以變被動(dòng)抗旱為主動(dòng)抗旱，效益十分明顯。

風(fēng)力提水系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備為風(fēng)力機(jī)，工作設(shè)備為氣壓自控?fù)P水機(jī)。由風(fēng)力機(jī)直接帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)，產(chǎn)生氣壓動(dòng)力，通過(guò)管線將壓縮空氣動(dòng)力傳給置于水源地的氣壓自控?fù)P水機(jī)進(jìn)行揚(yáng)水，揚(yáng)水機(jī)放在水源處。風(fēng)力提水系統(tǒng)無(wú)需油、電和機(jī)房，運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠，維修費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)?？筛鶕?jù)揚(yáng)程的大小，用水量的多少，選定風(fēng)力機(jī)數(shù)量進(jìn)行并聯(lián)使用。在高處建立水池或水窖，平時(shí)蓄積水量，在作物需水時(shí)利用。

二、節(jié)水灌溉的幾種形式

風(fēng)能提水的運(yùn)行特點(diǎn)是，平時(shí)靠風(fēng)能將水提蓄起來(lái)，待作物灌水期使用。由于水量有限，不能采用傳統(tǒng)的地面漫灌的澆水方法，應(yīng)根據(jù)作物種植結(jié)構(gòu)、需水特性以及地形等條件，因地制宜地采取不同的節(jié)水灌溉形式。在作物播種和需水的關(guān)鍵期施灌“關(guān)鍵水”、“救命水”，最大限度地發(fā)揮灌溉水的效益。為了節(jié)省投資，最好采用自壓方式配水，適宜的灌水方式有以下幾種。

（1）微噴灌

適宜于果園、茶園、藥材種植園等高效經(jīng)濟(jì)作物的灌溉。

（2）滴灌

適宜塑料大棚和日光溫室一類的菜園、密植果園。

（3）固定式噴灌

適宜于玉米、花生、小麥等大塊農(nóng)田作物。

（4）管道灌溉

適宜種植中低檔經(jīng)濟(jì)作物的地塊。采用自壓半固定管道灌溉，將干管、分干管埋于地下，移動(dòng)支管（軟管）使水流直接進(jìn)入田間。

（5）穴灌點(diǎn)澆

北方干旱、半干旱地區(qū)，在作物播種期里因雨水少，土壤墑情差，嚴(yán)重地影響播種作業(yè)；此時(shí)，利用蓄積的水直接灌入播種坑內(nèi)，以適時(shí)播種，使之苗齊苗壯。

三、風(fēng)力灌溉的條件和優(yōu)點(diǎn)

風(fēng)力提水系統(tǒng)利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)提水灌溉，風(fēng)力提水灌溉，年平均風(fēng)速3.5米每秒，有效風(fēng)能密度儲(chǔ)量40瓦每平方米；年有效風(fēng)速時(shí)間大于3000小時(shí)，最大連續(xù)無(wú)有效風(fēng)速時(shí)數(shù)小于100小時(shí)，30年一遇最大風(fēng)速小于40米每秒；盛行風(fēng)向的風(fēng)頻應(yīng)大于40%，次盛行風(fēng)向的風(fēng)頻應(yīng)小于25%，盛行風(fēng)向比較穩(wěn)定。水資源條件相對(duì)較好，水源井距太陽(yáng)能（或風(fēng)能）提水系統(tǒng)的距離不大于10米；地下水位埋深較淺，動(dòng)水位應(yīng)在30米之內(nèi)。單井出水量穩(wěn)定，應(yīng)在10立方米每小時(shí)以上。蓄水池池底高程應(yīng)高于灌溉飼草料地，當(dāng)采用低壓管灌時(shí)應(yīng)高于3米以上，采用半固定噴灌，應(yīng)高于25米以上，且應(yīng)采用低壓低仰角噴頭。系統(tǒng)管理人員應(yīng)進(jìn)行專門的技術(shù)培訓(xùn)。大型的太陽(yáng)能風(fēng)能提水灌溉系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置專門管理人員。灌溉系統(tǒng)應(yīng)以高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水灌溉為好，最起碼應(yīng)配套低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)。

四、風(fēng)力灌溉的應(yīng)用現(xiàn)狀

中國(guó)很多地區(qū)都有風(fēng)力灌溉的實(shí)例，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。山東沂水縣地處山區(qū)，大部分山區(qū)土地貧瘠、用水困難，基本上是只能靠天吃飯。為改變這一農(nóng)業(yè)難題，沂水縣大力實(shí)施小流域綜合治理，在有條件的山區(qū)小流域修建攔水壩，架設(shè)風(fēng)力提水機(jī)，建設(shè)蓄水池，重點(diǎn)解決山區(qū)群眾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水難題，目前風(fēng)力提水灌溉已成為解決山區(qū)群眾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的重要途徑。通過(guò)實(shí)施小流域治理工程，今年共整修河堤1000多米。修攔水壩17座，修蓄水池12座，增加蓄水量五萬(wàn)多立方米，改善水澆條件2500多畝，有力的改善了當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活條件。

在很多省份都對(duì)風(fēng)力灌溉有不同研究，尤其在山區(qū)和邊遠(yuǎn)牧區(qū)，但是由于不同地區(qū)地形和降雨等情況不同，所以風(fēng)力灌溉的方式也有所差異，而且風(fēng)力灌溉大多需要和灌溉方式結(jié)合在一起，所以需要政府的財(cái)政和技術(shù)支持，推動(dòng)相應(yīng)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收。

結(jié)語(yǔ)

利用風(fēng)能提水進(jìn)行節(jié)水型農(nóng)業(yè)灌溉，省水節(jié)能，是缺電和水資源貧乏的偏遠(yuǎn)山區(qū)解決農(nóng)作物灌溉的一種有效措施和方法。它平時(shí)將水蓄積到蓄水池中，在作物需水期利用，使用此技術(shù)農(nóng)作物增產(chǎn)增效，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（作者單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院）