微潤灌溉技術(shù)在徐州地區(qū)應(yīng)用前景分析

余瑩瑩,朱艷,范敬蘭,梁森,陳建

(1.徐州市水利科學(xué)研究所,江蘇 徐州221018;2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑設(shè)備與市政工程學(xué)院,江蘇 徐州221116)

微潤灌溉技術(shù)在徐州地區(qū)應(yīng)用前景分析

余瑩瑩1,朱艷1,范敬蘭1,梁森1,陳建2

(1.徐州市水利科學(xué)研究所,江蘇 徐州221018;2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑設(shè)備與市政工程學(xué)院,江蘇 徐州221116)

徐州市基于新時期農(nóng)業(yè)節(jié)水面臨的新形勢和新情況,將節(jié)水增效列為農(nóng)民增收的主要措施之一,大力治理荒山,發(fā)展農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù).微潤灌溉是一種根據(jù)半透膜原理研制而成的微潤灌溉系統(tǒng),該灌溉系統(tǒng)具有低能耗、高節(jié)水的特征,其技術(shù)效益高,維養(yǎng)護(hù)成本低,投資回收期短,在徐州地區(qū)荒山治理中具有廣闊的應(yīng)用前景.

微潤灌溉;技術(shù);節(jié)水;荒山治理;微型水庫

徐州市“二次進(jìn)軍荒山”綠化范圍為全市山腳線以上未綠化荒山,計392個山頭地塊,面積達(dá)41.3 km2,工程總投資概算38 964萬元.由于綠化荒山的面積很大且綠化區(qū)域多為丘陵地帶,土壤貧瘠,植株成活率低,因此迫切需要選擇一種適宜的灌溉技術(shù),以創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益.目前,農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)普遍使用的噴、滴灌方法在徐州地區(qū)荒山治理中存在著投資成本過高、水資源消耗量大等問題,而微潤灌溉技術(shù)能較好地克服以上問題,特別適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)和荒山綠化灌溉.

1 微潤灌溉的原理

微潤灌溉是使用微量水,以緩慢釋放的方式連續(xù)不斷地供水,使土壤濕潤,植物受到灌溉的一種新型地下灌溉新技術(shù)[1].該技術(shù)是一種以低工作壓力和土壤負(fù)壓為輸水動力的節(jié)水灌溉系統(tǒng),通過毛細(xì)浸潤作用濕潤作物根系活動層的部分土壤,避免了水的蒸發(fā)和重力水無效滲漏,該技術(shù)最大的特點(diǎn)就是節(jié)水,比地面灌溉節(jié)水40%～50%,比噴灌節(jié)水20%～30%.該技術(shù)具有操作簡單、使用壽命長,低壓節(jié)能,不易堵塞,適應(yīng)性強(qiáng)、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)[2].

微潤灌溉的灌水器有兩種,一種是管狀的,稱微潤管;一種是袋狀的,稱為“微型水庫”.微潤管是具有雙層結(jié)構(gòu)的軟管,內(nèi)層是高分子半透膜,外層是保護(hù)性透水材料.微潤管內(nèi)充滿水后埋在土壤中,管內(nèi)水分在土壤水勢的驅(qū)動下,穿越管壁向土壤遷移,使植物得到灌溉,最后在土壤中形成一個以微潤灌溉管為軸心的。沿壟的長度方向伸展的圓柱形潤濕體,如圖1所示.

圖1 微潤管示意Fig.1 Diagram of micro irrigation tubes

荒山治理則是利用微潤灌溉技術(shù)中的“微型水庫”為荒山樹木進(jìn)行灌溉.“微型水庫”是用高分子半透膜材料制成的袋狀結(jié)構(gòu),同微潤管一樣,亦為雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計,依靠膜內(nèi)外的勢差能驅(qū)動,使內(nèi)部的水分向外遷移,進(jìn)而達(dá)到灌溉目的.“微型水庫”主要用于樹木類稀植單株作物,每棵樹旁埋一支“微型水庫”,以點(diǎn)式灌溉方式使棵間裸地保持干燥,而作物根區(qū)受到灌溉.這種獨(dú)特的“只澆樹木不澆地”的灌溉方式避免了大面積棵間裸地水分蒸發(fā)損失,達(dá)到了更加節(jié)水的目的,如圖2所示.

圖2 微型水庫剖面示意Fig.1 Cross-section diagram of micro reservoir

2 微潤灌溉應(yīng)用情況分析

2.1 應(yīng)用情況綜述

微潤灌溉工程是遼寧省2009年度央財農(nóng)業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目,被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市高效節(jié)水綠化,特別是在山丘地、荒漠化和鹽堿地治理中,此項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢尤為明顯[3].目前湖北省秭歸縣已經(jīng)實(shí)施了千畝微潤灌溉[4],經(jīng)過2年多示范證明,增產(chǎn)幅度高達(dá)30%以上.除此之外,內(nèi)蒙、青海、甘肅、寧夏等地的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園建設(shè)也實(shí)施了微潤灌溉.總結(jié)微潤灌溉技術(shù)試點(diǎn)應(yīng)用的成果,其在節(jié)水、節(jié)能方面表現(xiàn)優(yōu)越,特別適用于丘陵荒山區(qū)域治理,主要表現(xiàn)在以下方面：

1)能為植物提供連續(xù)、充分地灌溉,節(jié)水效果非常顯著,解決了農(nóng)業(yè)灌溉用水嚴(yán)重浪費(fèi)的問題.在農(nóng)作物得到充分灌溉的前提下,比國際最先進(jìn)、應(yīng)用最廣泛的滴灌技術(shù)尚節(jié)水60%～80%,是農(nóng)田、園林、城市綠地、畜牧業(yè)草場、建筑屋頂?shù)染G化最佳的灌溉方式.

2)微潤灌溉系統(tǒng)運(yùn)行不消耗電能和機(jī)械能,比滴灌節(jié)能95%以上,是荒漠化地區(qū)實(shí)施自動灌溉、恢復(fù)植被的有效技術(shù)手段.

3)與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同,微潤灌溉系統(tǒng)不含水泵、電機(jī)、配電柜等機(jī)電設(shè)備,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,造價降低30%～40%.運(yùn)行費(fèi)用及綜合應(yīng)用成本低廉,具有明顯的價格優(yōu)勢,更易于用戶接受.

4)系統(tǒng)安裝方便、控制簡單、自動運(yùn)行,不需專業(yè)人員定時定點(diǎn)操作控制,便于管理,不僅節(jié)省人工,降低了使用難度,也減少了管理人員費(fèi)用.

5)能直接將水輸送到作物根部,避免了傳統(tǒng)灌溉的蒸發(fā)、滲漏、徑流等損失,實(shí)現(xiàn)了高效灌溉;同時改善了土壤水氣環(huán)境,防止水澆板結(jié),使土壤始終處于疏松、通氣狀態(tài),有利于減少病蟲害,可使農(nóng)作物豐產(chǎn)豐收提前上市;并且為農(nóng)業(yè)水肥一體化提供了最佳載體,節(jié)省肥料用量50%以上,避免了過量使用肥料造成的農(nóng)業(yè)面源污染.

2.2 與其他灌溉方式效益比較

2.2.1 評價指標(biāo) 衡量一種節(jié)水灌溉形式的優(yōu)劣,應(yīng)從技術(shù)的成熟程度、節(jié)水效果、經(jīng)濟(jì)效益以及是否易于群眾接受等諸多方面進(jìn)行權(quán)衡考慮,其中經(jīng)濟(jì)效益的高低是選取節(jié)水灌溉形式的關(guān)鍵因素.因此,以下從工程經(jīng)濟(jì)角度分析不同節(jié)水灌溉技術(shù)的總效益現(xiàn)值、益本比、投資回收年限、內(nèi)部收益率等指標(biāo),以確定其經(jīng)濟(jì)效益的高低,便于決策者做出選擇[5].

1)總效益現(xiàn)值計算：

式中：B N為折算到基準(zhǔn)年(投資第1年)的凈效益現(xiàn)值,元;B總為折算到基準(zhǔn)年的總效益現(xiàn)值,元;C總為折算到基準(zhǔn)年的年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值;K總為折算到基準(zhǔn)年的總投資.

考慮經(jīng)濟(jì)計算期n,社會折現(xiàn)率i,按年均收益(B年)和年運(yùn)行管理費(fèi)(C年)折算,則式(1)變?yōu)?/p>

式中：B年為年均收益;C年為年運(yùn)行管理費(fèi),包括工資福利費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、折舊費(fèi)、年維護(hù)費(fèi)和管理費(fèi)等.

2)益本比(Rn)計算：

3)投資回收年限(T)計算：

4)財務(wù)內(nèi)部收益率(FFIRR)計算：

先令B N=0,將FFIRR代入式(2)：(B年-C年)×,經(jīng)求解方程可得FFIRR.

2.2.2 結(jié)果分析 本文選取徐州地區(qū)荒山坡(面積5.33 hm2)果蔬種植為例.該山坡屬于滲漏土質(zhì),分別使用噴灌、滴灌、微潤灌3種節(jié)水灌溉技術(shù).通過試驗(yàn),與已推廣多年的噴灌、滴灌的數(shù)值進(jìn)行綜合比較[6],經(jīng)濟(jì)計算期取15 a,社會折現(xiàn)率取8%,計算結(jié)果見表1.

表1 不同灌溉技術(shù)增產(chǎn)效益分析Tab.1 Analysis on increase benefits of various irrigation technology

由表1計算結(jié)果可見,3種節(jié)水灌溉技術(shù)所產(chǎn)生的效益差別較大,微潤灌的工程投資雖然最大,但其凈效益遠(yuǎn)高于噴、滴灌;單位投入產(chǎn)出回報率(益本比)也最高,達(dá)到1.57.在返本年限和財務(wù)內(nèi)部收益率上,微潤灌略低于滴灌,高于噴灌.主要原因在于,目前噴、滴灌是應(yīng)用比較成熟的技術(shù),而微潤灌尚處于試驗(yàn)推廣階段,隨著微潤灌應(yīng)用量的加大,工程成本必然會有所降低,其各方面的優(yōu)勢將充分發(fā)揮出來.綜合來看,微潤灌溉技術(shù)效益高,工程維養(yǎng)護(hù)成本低,投資回收期短,比噴、滴灌技術(shù)更適用于徐州地區(qū)的荒山治理.

3 結(jié)語

徐州屬于半潤濕半干旱地區(qū),隨著經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步發(fā)展,水資源的戰(zhàn)略性地位益顯重要,節(jié)水灌溉已經(jīng)成為緩解區(qū)域水資源緊缺矛盾的戰(zhàn)略選擇.發(fā)展節(jié)水灌溉,對水資源進(jìn)行合理開發(fā),高效利用,優(yōu)化配置,科學(xué)管理,全面節(jié)約,有效保護(hù)和綜合治理,不但是保障水資源和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的需要,也是恢復(fù)和建設(shè)良好生態(tài)環(huán)境的需要,并有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),增加農(nóng)民收入,促進(jìn)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)村水利現(xiàn)代化[7].

微潤灌溉技術(shù)在理論上提出了水量供給和控制的新的理念,在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了地下供水,連續(xù)灌溉.該灌溉系統(tǒng)充分地利用功能性膜材料的技術(shù)特性,操作簡單,運(yùn)行成本較低,更易于為農(nóng)業(yè)工作者認(rèn)可和接受,為節(jié)水農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種有效的技術(shù)手段和有力的技術(shù)支撐,在徐州地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)和荒山治理中具有廣闊的應(yīng)用前景.

[1] 王林強(qiáng).微潤地下灌溉：仿生型供水給世界一片綠洲[J].科技中國,2013(9)：55- 57.

[2] 《水利水電技術(shù)》編輯部.無限生機(jī),點(diǎn)滴滋潤：微潤灌溉方法與應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2010,41(10)：9-10.

[3] 張丹.新型微潤灌溉系統(tǒng)在遼西地區(qū)的推廣與應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)報,2013,19(5)：83- 85.

[4] 長江水利委員會長江科學(xué)院.秭歸縣柑橘微潤灌溉條件下實(shí)施效果觀測匯報[R].長沙：長江水利委員會長江科學(xué)院,2013.

[5] 王建勛,龐新安,劉彬.農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉經(jīng)濟(jì)效益的分析和計算[J].農(nóng)業(yè)工程科學(xué),2006,1(22)：372- 375.

[6] 何玉琴,成自勇,張芮,等.不同微潤灌溉處理對玉米生長和產(chǎn)量的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,33(4)：567- 569.

[7] 郭璇.淺談高效設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)[J].才智,2011(2)：60.

Prospect analysis on application of micro irrigation in Xuzhou area

YU Ying-ying1,ZHU Yan1,FAN Jing-lan1,LIANG Sen1,CHEN Jian2
(1.Xuzhou Hydraulic Research Institute,Xuzhou,Jiangsu 221018,China;2.School of Construction Equipment and Municipal Engineering,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Based on new situation which agricultural water-saving faces in new period,Xuzhou city has listed water saving and efficiency increasing as main measures to increase farmers'income,devoted much efforts to controlling barren mountains and developed effective and watersaving irrigation technology.Micro irrigation is a system developed with semipermeable membrane principle.This system has characteristics such as low energy consumption and high water saving,which leads to high technical feedback,low maintenance cost and short pay back period.It has very broad prospect in controlling barren mountains in Xuzhou area.

micro irrigation;technology;water-saving;barren mountain control;micro reservoir

S 275.9

B

2095- 3550(2014)03- 0024- 03

2014- 04- 21

余瑩瑩,女,江蘇睢寧人,工程師,碩士研究生.

E- mail：yuyingying-2004@163.com

(責(zé)任編輯:趙國淮)