大型自壓滴灌系統(tǒng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉上的應(yīng)用研究

雷雨 王振華

摘要 針對(duì)干旱缺水灌區(qū)水資源嚴(yán)重不足、地下水超采、無電牧區(qū)農(nóng)業(yè)以及丘陵山地灌溉困難的現(xiàn)狀，結(jié)合滴灌系統(tǒng)，以地表水為灌溉水源、管道輸水的自壓滴灌系統(tǒng)是解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉問題的綠色高效節(jié)水灌溉方式。以新疆農(nóng)業(yè)為例，總結(jié)了自壓滴灌系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出目前存在的問題及建議，并對(duì)其未來的應(yīng)用前景進(jìn)行展望，可為大型自壓滴灌系統(tǒng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞 自壓滴灌；節(jié)水灌溉；管道輸水；沉沙池

中圖分類號(hào) S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）18-0186-05

Application Status，Problems and Prospects of Large Selfpressure Drip Irrigation System in Modern Agriculture Watersaving Irrigation

LEI Yu1，WANG Zhenhua2 （1. Xinjiang Water Resources Bureau， Urumqi，Xinjiang 830000；2.College of Water and Architectural Engineering， Shihezi University， Shihezi，Xinjiang 832000 ）

Abstract In view of the serious shortage of water resources in the arid and water shortage irrigated area， the over exploitation of groundwater， the agriculture in the non electric pastoral area and the difficulty of irrigation in hilly areas， the selfpressing drip irrigation system with the surface water as the irrigation water and the pipeline transportation is a green and efficient watersaving irrigation method to solve the current problem of agricultural irrigation. Taking Xinjiang agriculture as an example， the application status of self pressure drip irrigation system is summarized， the existing problems and suggestions are put forward， and the prospect of its future application is prospected， which can provide theoretical reference for the popularization and application of large self pressure drip irrigation system in modern agriculture.

Key words Drip irrigation by gravity；Watersaving irrigation；Pipeline infusion；Grit chamber

我國(guó)的水資源總量比較豐富，但是由于人口眾多，人均水資源量嚴(yán)重短缺，特別是干旱地區(qū)水資源貧乏，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展不斷增加的需水量使得水資源供需矛盾愈來愈突出。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉大國(guó)，灌溉用水量約占總供水量的62%。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.532，遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的0.8，平均灌溉水生產(chǎn)效率0.8 kg/m3，與世界先進(jìn)水平2.0 kg/m3還有很大差距，農(nóng)業(yè)水的利用效率低下且浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，當(dāng)前農(nóng)業(yè)面臨著水資源越來越少的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)高效節(jié)水中常用的水源形式為地下水，但地下水超采現(xiàn)象已十分嚴(yán)重[1]，因此大力推廣以地表水為水源的高效節(jié)水技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要保障措施。

自壓滴灌灌溉系統(tǒng)是由水源、首部樞紐、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)、田間滴灌系統(tǒng)等組成。其工作原理是利用地形的自然高差，將管道累積起來的重力勢(shì)能作為灌溉所需的工作壓力水頭，充分利用蓄積的地表徑流與養(yǎng)分混合，過濾后經(jīng)輸配水管網(wǎng)輸送到農(nóng)田，通過毛管上的灌水器以水滴的形式緩慢而均勻地滴入作物根部土壤，在重力和毛細(xì)管的作用下，水分?jǐn)U散到整個(gè)根部，使作物主要根區(qū)的土壤保持最優(yōu)含水狀況。自壓滴灌灌溉系統(tǒng)為丘陵山地區(qū)以及干旱區(qū)水資源高效利用和農(nóng)田灌溉提供了高保障[2-3]，是目前干旱缺水地區(qū)最有效的一種綠色節(jié)水灌溉方式，以色列等國(guó)家對(duì)自壓滴灌展開了大量實(shí)踐與研究[4]。

新疆是淡水資源短缺、降水量少，蒸發(fā)量大、氣候干燥的干旱地區(qū)。隨著工業(yè)發(fā)展和區(qū)域人口的增多，農(nóng)業(yè)用水劇增，用水矛盾日益突出。為提高農(nóng)田的灌溉效率，應(yīng)大力提倡發(fā)展自壓滴灌技術(shù)。新疆綠洲灌區(qū)已經(jīng)大規(guī)模實(shí)施了膜下滴灌技術(shù)，結(jié)合新疆的地形條件構(gòu)建從山前到盆地的大型自壓管道化輸配水系統(tǒng)，將管道化輸水、自壓模式、滴灌節(jié)水技術(shù)緊密有機(jī)地連成一個(gè)整體，形成山盆灌區(qū)大型現(xiàn)代化管道化輸配水的自壓滴灌系統(tǒng)模式[5]。當(dāng)前新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)已經(jīng)在南北疆不同灌區(qū)進(jìn)行了試點(diǎn)示范，并取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和理想效果。

1 應(yīng)用特點(diǎn)

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第7師泉溝水庫(kù)灌區(qū)[6]以及第9師烏拉斯臺(tái)東灌區(qū)[7]利用地形落差，將其原先分散的加壓滴灌進(jìn)行管道化改造，從而實(shí)現(xiàn)全灌區(qū)的自壓滴灌。資源節(jié)約效果顯著，降低了農(nóng)民種植農(nóng)作物的成本。

1.1 提高水肥利用效率 自壓滴灌系統(tǒng)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)，從水源到田間均采用管道輸水，相比傳統(tǒng)的地面灌溉系統(tǒng)和加壓節(jié)水灌溉系統(tǒng)，降低了滲漏蒸發(fā)損失，水的利用系數(shù)大幅度提高，節(jié)水率比較高，從而節(jié)約了水資源，節(jié)約的水量可用于其他農(nóng)田或生態(tài)林灌溉。

通過表1分析可知，自壓滴灌綜合節(jié)水達(dá)40%左右。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第9師166團(tuán)通過將加壓噴灌、地面灌改為自壓滴灌，灌溉系數(shù)由 0.65 提高至 0.70[8]。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第9師164團(tuán)通過地面灌溉改自壓滴灌，灌溉水利用系數(shù)從0.69提高至0.90[9]。新疆呼圖壁縣[10]、新疆博樂市78團(tuán)[11]等地自壓滴灌灌區(qū)都取得了良好的節(jié)水效果。自壓滴灌可以根據(jù)作物不同生長(zhǎng)期的需肥程度，合理按時(shí)地施肥。新疆吉木乃縣將合適濃度的水溶性肥料通過施肥罐滴入作物根部，減少了肥料流失，可節(jié)省肥料用量30%～40%，肥料利用率可達(dá)到70%以上[2]。

1.2 節(jié)省電力資源、改善生態(tài)環(huán)境 自壓滴灌系統(tǒng)可為過濾設(shè)施對(duì)自身的清洗提供足夠的壓力水頭，在從水源到實(shí)現(xiàn)作物灌溉的過程中不需要用電[12-13]，大大地提高能量的利用效率，降低輸水灌溉過程中的能量消耗，并且有利于解決因灌溉高峰期電力不足而影響節(jié)水灌溉效果的問題，提高了農(nóng)業(yè)保證率，降低運(yùn)行成本，并且有利于降低溫室效應(yīng)。新疆喀什地區(qū)莎車縣[14]、新疆阿勒泰地區(qū)福?？h等地區(qū)通過加壓滴灌改自壓滴灌，降低了原先水泵加壓所帶來的能源消耗，節(jié)省了大量的電力成本[15]。自壓滴灌可以充分利用地表水，減少當(dāng)前地表水的無效損失以及地下水開采量，解決因地下水超采帶來的生態(tài)和環(huán)境問題。滴灌可以隨水精心地施用農(nóng)藥，提高農(nóng)藥的使用效率，減少農(nóng)田污染以及地下水污染，并且可以有效地防止土壤里的農(nóng)藥和化肥殘留流入河流和水庫(kù)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水質(zhì)的污染，避免食物鏈的惡化，減少作物周邊的雜草生長(zhǎng)，降低病蟲害的發(fā)生率，使作物周邊的環(huán)境得到良好的保護(hù)。滴灌在防止沙漠化、荒漠綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)改良、水土保持等方面也有重要作用[16]，使得生態(tài)環(huán)境得到改善。

1.3 節(jié)省土地與人工、便于管理 自壓滴灌管道輸水系統(tǒng)，其管道是埋藏在地下的，不用修毛渠和畦埂，耕地面積的占用率小，增加了農(nóng)田的可用面積，提高了土地利用率，進(jìn)而增加了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，國(guó)內(nèi)管灌可比渠灌節(jié)省凈占耕地2%～4%，國(guó)外可達(dá)4%～6%。自壓灌溉系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性高，減少了大量的田間建筑物，節(jié)省了修渠、平地、開溝筑畦和渠道維修的用工量，較地面灌溉節(jié)省用工40%～50%。安裝流量計(jì)精確配水并且結(jié)合施肥，通過閥門控制澆水時(shí)間，管道輸水灌溉不僅可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、系統(tǒng)化，并為農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[17]。管道輸水速度快、時(shí)間短，縮短了輪灌期，同樣的灌溉面積，灌溉效率可比渠灌提高1倍左右。減少管理工作量，安裝、操作和維護(hù)簡(jiǎn)便靈活，技術(shù)容易掌握，有利于流域整體水資源高效利用，降低灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，方便農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收，有利于提高灌區(qū)管理效率和現(xiàn)代化水平。新疆呼圖壁縣實(shí)行自壓滴灌后每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)105萬元、管理費(fèi)11萬元，共計(jì)116萬元[10]。

1.4 降低造價(jià)、擴(kuò)大適用范圍、延長(zhǎng)使用壽命 大型自壓滴灌系統(tǒng)與傳統(tǒng)的灌溉方式相比輸配水管網(wǎng)灌溉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，造價(jià)相對(duì)較低，降低了前期水泵機(jī)組等基建的投資成本和后期運(yùn)行管理費(fèi)用等，并且避免了明渠的凍脹、易破損、維護(hù)費(fèi)用高等問題。適應(yīng)范圍廣，對(duì)地形和土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合山區(qū)和丘陵區(qū)這些地形起伏大、地塊狹小、分散、不平整的區(qū)域，如：越溝，跨路，拐彎和爬坡等。塑料管以及鋼筋混凝土管等管道埋入地下，灌水期間受外界因素影響小，不易破壞，達(dá)到適時(shí)灌溉，并且抗老化、耐腐蝕性強(qiáng)，相比明渠使用壽命較長(zhǎng)。

1.5 作物增產(chǎn)增收、效益提高 自壓滴灌系統(tǒng)可使每棵作物都得到同等的水量，它不受地理高度及水源遠(yuǎn)近的限制使水量均勻分配在作物的周圍，可使作物大幅度提高產(chǎn)量和品質(zhì)。新疆呼圖壁縣灌區(qū)項(xiàng)目區(qū)2萬hm2 農(nóng)田實(shí)施河水滴灌工程建設(shè)，1 hm2增收3 000元，年新增效益600萬元[10]。2004年新疆阿瓦提縣的魯泰豐收棉業(yè)和拜什艾日克鎮(zhèn)在長(zhǎng)絨棉種植區(qū)應(yīng)用自壓軟管滴灌技術(shù)[18]，新疆博樂市87團(tuán)采用固定式自壓滴灌系統(tǒng)灌溉玉米[15]，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第5師84團(tuán)采用自壓滴灌系統(tǒng)種植萬壽菊[19]，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第9師164團(tuán)種植打瓜[20]等都取得了豐產(chǎn)豐收。

2 問題建議

2.1 泥沙藻類等處理問題 對(duì)于自壓滴灌系統(tǒng)，由于其灌水器孔徑比較小容易被堵塞，會(huì)影響灌水效果，所以對(duì)水質(zhì)的要求很高，應(yīng)保證水源干凈且經(jīng)過充分過濾才能將水供應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)。沉沙池可以清除水中存在的固體雜質(zhì)，當(dāng)洪水期河道來沙量太大時(shí)，沉沙池可沉降挾沙水流中泥沙顆粒大于設(shè)計(jì)沉降粒徑的懸移質(zhì)泥沙、降低水流中含沙量，是農(nóng)田灌溉中對(duì)泥沙進(jìn)行處理的必不可少的構(gòu)筑物。定期沖洗式沉沙池是一種沉沙與沖洗交替運(yùn)行連續(xù)供水的沉沙池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，不易發(fā)生故障[21]，在工程上較多應(yīng)用，并且利用地面縱坡較大的特點(diǎn)增設(shè)排沙廊道，利用高速水流快速?zèng)_沙，自動(dòng)排沙，能更好地解決滴灌首部沉沙池易淤積、難清淤的問題，減輕了人工清淤的負(fù)擔(dān)[22]，已在新疆莎車縣帕克其鄉(xiāng)1 266.67 hm2開心果自壓滴灌系統(tǒng)中成功運(yùn)用。但是定期沖洗式沉沙池需要建設(shè)的前池或者是沉沙調(diào)節(jié)池的規(guī)模比較大，占地的面積較大。多位專家學(xué)者對(duì)滴灌重力沉沙池的設(shè)計(jì)與應(yīng)用做了相關(guān)研究[23-27]。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)新建38團(tuán)蘇塘灌區(qū)，在沉沙調(diào)節(jié)池放水涵洞前設(shè)擋沙墻，保證了淤積泥沙不進(jìn)入涵洞。在灌溉首部設(shè)置沉沙池，進(jìn)一步沉淀水中泥沙，在放水口設(shè)置濾網(wǎng)，防止浮游生物、漂浮物等進(jìn)入灌溉管網(wǎng)，并且定期清洗濾網(wǎng)，防止堵塞。及時(shí)更換破損的濾網(wǎng)，防止影響清水池中的水質(zhì)。使灌區(qū)灌溉用水由高含沙量水變?yōu)槟軌驖M足滴灌要求的優(yōu)質(zhì)水，保證了灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[20]。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第5師等采用平流式沉沙池滿足了滴灌工程運(yùn)行對(duì)水質(zhì)的處理要求[28]。新疆昌吉州呼圖壁縣采用新式過濾網(wǎng)板代替常規(guī)河水滴灌工程配套的沙石+網(wǎng)式組合過濾器，降低了工程造價(jià)[29]。根據(jù)無電牧業(yè)灌區(qū)灌溉面積的特點(diǎn)，穆哈西等[30-31]研制了滴水調(diào)節(jié)器和自壓滴灌工程無用電過濾裝置，可解決無電灌區(qū)水源的過濾、過濾網(wǎng)的自行沖洗、排沙等問題。S Mohanty等[31]研制了可用于丘陵山地的新型過濾器，但效率較低。針對(duì)濾網(wǎng)的自動(dòng)反清洗、清淤等問題，新型沉沙池以及新型過濾裝備的研發(fā)仍需進(jìn)一步研究[32]。

2.2 灌水器堵塞以及滴水均勻性問題 自壓滴灌系統(tǒng)灌溉季節(jié)通常為灌流汛期，未被沉沙池排除的超過灌水器指標(biāo)的泥沙顆粒就會(huì)將灌水器堵塞，使其無法正常工作[21]。大型自壓滴灌系統(tǒng)具有較大的落差，若只采用一種灌水器，在如此大的壓力范圍變化下，灌水器流量偏差必然很大，從而導(dǎo)致灌水均勻性變差。朱德蘭等[33-34]認(rèn)為，每個(gè)壓力區(qū)內(nèi)采用不同耐壓規(guī)格的管材和不同水力特征的灌水器，不僅能減小流量偏差，提高灌水均勻性，還能降低造價(jià)，節(jié)省投資。李云開等[35-36]、魏正英等[37]對(duì)滴灌灌水器水力性能、流道設(shè)計(jì)以及控制方法做了大量研究。但對(duì)于灌水器流道結(jié)構(gòu)、水力性能、材質(zhì)、堵塞機(jī)理等尚有問題存在，仍需要進(jìn)一步研究。

2.3 管道壓力調(diào)節(jié)以及水錘防護(hù)問題 在大型自壓輸水管道正常運(yùn)行過程中管道末端所承受的靜水壓隨高差的增大而增大，一旦管路中的閥門突然關(guān)閉，管道中可能會(huì)瞬間產(chǎn)生升壓很大的關(guān)閥水錘[38]。關(guān)閥水錘是自壓管道輸水過程中主要的水錘方式，水錘波的傳遞周而復(fù)始，水柱不斷地中斷再?gòu)浐?，?duì)管道造成連續(xù)性沖擊，管道水壓不穩(wěn)，嚴(yán)重影響自壓滴灌的灌溉效果。另外若超過管道承壓閾值時(shí)，管道爆裂，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失以及安全事故。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者針對(duì)管道壓力分布特征以及水錘防護(hù)措施都做了大量研究，在管道起伏的高處設(shè)排氣裝置，低處設(shè)泄水裝置，閥門前后設(shè)水錘防護(hù)裝置避免產(chǎn)生管道負(fù)壓等[39]。但實(shí)際工程中壓力調(diào)節(jié)裝置以及水錘防護(hù)裝置都要根據(jù)設(shè)計(jì)方案來計(jì)算并選擇安裝，大型自壓管道輸水壓力調(diào)節(jié)以及水錘防護(hù)具有重要的研究意義，可為農(nóng)田灌溉的安全運(yùn)行提供保障基礎(chǔ)。

2.4 管網(wǎng)布置及優(yōu)化問題 灌溉管網(wǎng)優(yōu)化是在滿足水量、水壓、流速等約束條件，使管網(wǎng)工程投資、運(yùn)行費(fèi)或單位面積上的投資最小，系統(tǒng)可靠性高的設(shè)計(jì)方案[40]。大型自壓滴灌系統(tǒng)由多級(jí)管道組成，各級(jí)管道的管徑、工作管長(zhǎng)和流量不同，產(chǎn)生的水頭損失不一樣[41]。管線布置是管網(wǎng)優(yōu)化的前期工作，管線布置應(yīng)盡可能避開軟弱地基和承壓水分布區(qū)。支管輪灌可減少田間管網(wǎng)級(jí)數(shù)和管材管件的使用量，便于運(yùn)行管理，在“節(jié)水增糧”行動(dòng)中，滴灌支管輪灌模式得到了廣泛應(yīng)用[42]。張驁[43]以兵團(tuán)第5師91團(tuán)自壓滴灌管網(wǎng)為研究對(duì)象，以投資最小為目標(biāo)，應(yīng)用遺傳算法理論與圖論法對(duì)灌溉管網(wǎng)干管管徑與管網(wǎng)布置同步優(yōu)化。李援農(nóng)等[44-45]利用罰函數(shù)法處理約束條件，用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果認(rèn)為雙向毛管田間管網(wǎng)在控制面積最大化及單位面積經(jīng)濟(jì)型兩方面均優(yōu)于單向毛管田間管網(wǎng)。目前利用不同算法針對(duì)灌溉管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的研究較多[46-50]，但這些優(yōu)化理論比較復(fù)雜，而且計(jì)算工程量大，與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，輸配水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件也得到了較大程度的開發(fā)，將設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)以及傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地融合在一起進(jìn)行比較，從而尋求適合實(shí)際生活的設(shè)計(jì)方案，是目前亟需解決的新問題。

2.5 管材設(shè)備問題 就目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于灌溉的管材來看，最常用的有用于小口徑的如聚乙烯（PE）、硬聚氯乙烯（PVCU）等塑料管，大口徑有鋼管、玻璃鋼管、玻璃鋼加沙管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等，自壓滴灌系統(tǒng)對(duì)灌溉的管材與設(shè)備的要求比較高[51]，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要，計(jì)算并選擇經(jīng)濟(jì)適用的管材。常用的管材在某些特殊情況下會(huì)達(dá)不到工程要求，需要開發(fā)應(yīng)用新管材，例如長(zhǎng)洲水利樞紐庫(kù)區(qū)下六河泵站供水管路改造中應(yīng)用了超高分子量聚乙烯管，并取得了相比鋼管更好的安裝輸水效果[52]。

2.6 其他問題

2.6.1 冬季維護(hù)問題。在灌溉期結(jié)束后， 應(yīng)將整個(gè)系統(tǒng)地埋管道中的水放盡，并且檢查閥門口有無堵塞情況， 防止水流不盡會(huì)造成閥門及管道的凍裂[53]。

2.6.2 管道連接問題。加強(qiáng)管道之間的連接密封技術(shù)，定期檢查，避免管道接口因不緊固而脫節(jié)，造成系統(tǒng)停水。

2.6.3 人員操作與運(yùn)營(yíng)管理問題。灌溉管理人員必須掌握自壓灌溉系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、安全管理的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，因此必須對(duì)管理人員進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)培訓(xùn)，達(dá)標(biāo)上崗[21]。

3 應(yīng)用前景

3.1 地理?xiàng)l件與發(fā)展需要 新疆盆地周邊高山環(huán)繞，山區(qū)的降雨與冰雪融化水為新疆的主要灌溉水源，水來自高處，地面坡度大，沖積扇中下游及沖積平原土地聯(lián)片，有的地方有承壓水可以利用，這種獨(dú)特的地貌條件很適合發(fā)展自壓滴灌。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)擁有20世紀(jì)五六十年代通過修建大中型平原水庫(kù)開發(fā)建設(shè)起來的大中型灌區(qū)，總面積占到兵團(tuán)總灌溉面積的80%以上，這種類型的灌區(qū)大多也是渠道輸水加壓滴灌的主要耗能灌區(qū)。目前引、輸水渠系存在過水能力不足、破損等現(xiàn)象，已達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求。但這些灌區(qū)首尾高差大，骨干輸水渠級(jí)數(shù)多，輸水距離長(zhǎng)，節(jié)水節(jié)能改造潛力大[6]。可以利用老灌區(qū)水庫(kù)積蓄的水為水源并提供壓力，將以前的渠道改成現(xiàn)在管道，結(jié)合田間的滴灌系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)老灌區(qū)的自壓滴灌。自壓滴灌系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益，在農(nóng)業(yè)灌溉上的應(yīng)用前景廣闊[2]。有地形條件的地區(qū)應(yīng)大力建設(shè)自壓滴灌系統(tǒng)。

3.2 自壓滴灌與自動(dòng)化 自壓滴灌系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互通、水源共享的有機(jī)整體，有利于實(shí)施自動(dòng)化控制。常規(guī)膜下滴灌系統(tǒng)普遍存在滴灌毛管處實(shí)際水壓低于水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值低壓情況， 甚至出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象，滴灌自動(dòng)化控制技術(shù)以預(yù)先制定程序或以土壤濕度為主參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)灌溉，避免了人為因素影響， 保證滴灌系統(tǒng)按照水利設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，并且能夠嚴(yán)格執(zhí)行灌溉制度，不僅實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量、定次的科學(xué)灌溉， 而且保證了灌溉的均勻度，提高滴灌系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率。自壓自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)可以根據(jù)作物不同生育期的需水規(guī)律合理分配和調(diào)整灌水量， 并且可以遠(yuǎn)程操控，提高了人均管理定額，充分發(fā)揮滴灌技術(shù)的增產(chǎn)潛力，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第1師、第8師都有推廣滴灌自動(dòng)化，是兵團(tuán)發(fā)展現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)重要的技術(shù)保障[54]。眾多專家學(xué)者也對(duì)自動(dòng)化進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[55-57]，并對(duì)自壓滴灌監(jiān)控系統(tǒng)以及無線智能化做研究及開發(fā)[58-60]。但目前滴灌工程存在的主要問題是自動(dòng)化水平低，自動(dòng)化技術(shù)還有很大的改進(jìn)與研發(fā)的空間，并且需要加快智能化決策系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的研發(fā)，大力開發(fā)和推廣閥門控制無線化方案，大力開發(fā)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，采用統(tǒng)一、開放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將管理、農(nóng)藝、水利、自動(dòng)化4個(gè)方面綜合到一起，提高自動(dòng)化設(shè)計(jì)水平，為未來自壓全自動(dòng)化滴灌的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[61-62]。

3.3 自壓滴灌與水肥一體化 水肥一體化結(jié)合滴灌系統(tǒng)可以在給作物提供水分的同時(shí)將肥料溶入水中通過滴灌帶以補(bǔ)充水分的方式直接滲透入作物根區(qū)土壤中，達(dá)到即給即用[63]。并且可以擺脫水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)和耦合效應(yīng)差的弊端，達(dá)到水與肥的高效利用。新疆地區(qū)已經(jīng)對(duì)水肥一體化對(duì)棉花、葡萄等作物的影響做了大量研究，但水肥一體化技術(shù)高產(chǎn)高效的機(jī)理研究以及配套的設(shè)備、全水溶肥的研發(fā)內(nèi)容尚少，需要更進(jìn)一步的發(fā)展[64]。多地通過種植不同的作物證明水肥一體化的使用可以產(chǎn)生良好的效益[65-66]，應(yīng)該在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大力推廣應(yīng)用。

3.4 自壓滴灌與清潔能源 太陽能、風(fēng)能、水能等都是清潔能源，在自壓滴灌系統(tǒng)自動(dòng)化控制過程中閥門的開閉以及傳感器數(shù)據(jù)的傳輸?shù)葧?huì)用到電能，為了保證自壓滴灌系統(tǒng)綠色無能耗的特點(diǎn)，可以結(jié)合清潔能源提供電力。新疆日照時(shí)間長(zhǎng)，陰雨天少，很適合發(fā)展太陽能，并且印度中南部的海德拉巴農(nóng)業(yè)中心農(nóng)場(chǎng)[67]、我國(guó)的中原地區(qū)[68]利用太陽能結(jié)合滴灌系統(tǒng)取得了良好的效果。劉永鑫等[69]，蔡長(zhǎng)青等[70]，李加念等[71]都對(duì)太陽能滴灌系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研發(fā)。段巍釗[72]設(shè)計(jì)了管道水流發(fā)電系統(tǒng)，可利用管道自身的水能進(jìn)行發(fā)電，并且降低了自壓輸水管道末端的壓力過大的問題。張國(guó)華等[73]研制了風(fēng)光互補(bǔ)微動(dòng)力滴灌系統(tǒng)，比單一的清潔能源更具有穩(wěn)定性。自壓滴灌系統(tǒng)結(jié)合清潔能源不僅可以節(jié)能降耗，更可為遠(yuǎn)離供電系統(tǒng)灌溉的地區(qū)提供電力保障，具有很高的研發(fā)前景以及推廣價(jià)值。

4 結(jié)語

通過以上分析可知，自壓滴灌系統(tǒng)所采用的管道輸水對(duì)于其他灌溉系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的農(nóng)業(yè)灌溉也可以發(fā)揮有效的作用。自壓滴灌系統(tǒng)的實(shí)施增強(qiáng)了人們的節(jié)水意識(shí)，提高了水資源利用率，節(jié)約能源，改良土壤，改善了環(huán)境，適應(yīng)性強(qiáng)，維護(hù)管理方便，節(jié)約了成本，提高了農(nóng)業(yè)科技水平，有效促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展，并帶動(dòng)了林木副業(yè)的發(fā)展，增加了就業(yè)機(jī)會(huì)以及農(nóng)民收入，推進(jìn)了農(nóng)業(yè)高效節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、規(guī)模化建設(shè)，是發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的具體體現(xiàn)。結(jié)合自動(dòng)化、智能化技術(shù)以及清潔能源實(shí)現(xiàn)真正的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化精準(zhǔn)灌溉和綠色環(huán)保農(nóng)業(yè)灌溉。對(duì)于水資源貧乏、灌溉難度大、用電量大或無電的地區(qū)來說，推廣應(yīng)用自壓滴灌技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。大型滴灌系統(tǒng)涉及首部設(shè)施、輸水管道、田間灌溉系統(tǒng)、地形地質(zhì)等諸多因素，因此在實(shí)際施工中會(huì)有大量問題存在，需要做好前期研究研發(fā)工作，為提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性做好理論基礎(chǔ)。

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