中国节水灌溉装备发展现状、 问题、趋势与建议

p2015 年 1 月Jan． 2015第 33 卷 第 1 期Vol．33 No．1袁寿 其doi 10．3969/j． issn．1674 －8530．14．0202中国节水灌溉装备发展现状 、问 题 、趋 势 与建议袁 寿 其 ， 李 红 ， 王新坤 江苏 大学国家水泵及系统工程技术研究中心 ， 江 苏 镇江 212013摘要 节水灌溉装备在提高农业用水效 率 、农民增产增收及生态环境建设等方面发挥着重要作用 ， 对于缓解水资源短缺矛盾 、保证国家粮食安全 、推 动农村经济可持续发展具有重要的战略地位 ． 经过近 60 a 的发展 ， 节水灌溉装备在理论研究 、技术水平等方面取得了长足进步 ， 生产规模基本能满足中国节水灌溉发展的需要 ， 但自主研发能力较弱 ， 在产品质量 、技术性能 、可靠性等方面还有待于进一步提高 ． 加强基础理论研究 ， 提高自主创新能力 ， 研发多功能 、低能耗 、低成本 、智能化 、精准化 、绿色化的节水灌溉装备 ， 是今后的发展趋势 ． 建议开展丘陵山区节水灌溉综合配套技术与装备的研究 ， 研制多功能 、智能化精确喷灌机组 ， 开发低成本高效水肥药协同精准灌溉技术与装备 ， 研究清洁能源节水灌溉装备与技术 ， 促进我国节水灌溉装备行业的健康全面发展 ．关键词 节水灌溉装备 ; 现状 ; 问题 ; 趋势 ; 建议中图分类号 S277. 9 文献标志码 A 文章编号 1674 －8530 2015 01 －0078 －15袁寿 其 ， 李 红 ， 王新坤 ． 中国节水灌溉装备发展现状 、问题 、趋势与建议 ［ J］ ． 排灌机械工程学报 ， 2015， 33 1 78 －92．Yuan Shouqi， Li Hong， Wang Xinkun． Status， problems， trends and suggestions for water-saving irrigation equipment in China Chi-na［ J］ ． Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering JDIME ， 2015， 33 1 78 －92． in Chinese收稿 日 期 2014 －12 －01; 网络出版时间 2015 －01 －19网络出版地址 http / /www． cnki． net/kcms/detail/32．1814． TH．20150119．1709．012． html基金项目 国家 863 计划项目 2011AA100506 ; 江苏省科技支撑计划项目 BE2013403作者简 介 袁寿其 1963 ， 男 ， 上海金山人 ， 研究员 ， 博士生导师 shouqiy ujs． edu． cn ， 主要从事流体机械及排灌机械研究 ．王新坤 1966 ， 男 ， 陕西临潼人 ， 研究员 通信作者 ， xjwxk126． com ， 主要从事节水灌溉技术与装备研究 ．Status， problems， trends and suggestions for water-savingirrigation equipment in ChinaYuan Shouqi， Li Hong， Wang Xinkun National Ｒesearch Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， ChinaAbstract Water-saving irrigation equipment plays an important role in improving agricultural wateruse efficiency， increase farmer income and construction of ecological environment， also it has an im-portant strategic position to ease the shortage in water resources， ensure the national food security， andpromote the sustainable development of rural economy． The development of water-saving irrigation e-quipment has taken nearly for 60 years， a considerable progress has been made in its theoretical studyand technical level and so on; further the scale of production can basically meet the development ofwater-saving irrigation in China， but the ability in technological innovation， research and developmentis weaker， the improvements in product quality， technical perance and reliability are on demand．The developing trends in water-saving irrigation equipment should include strengthening basic theoreti-cal study， enhancing the capability of independent innovation， designing and manufacturing intelli-gent， precise， cheap and green water-saving irrigation equipment with multi-function， low energy con-第 1 期 袁寿 其 ， 等 中国节水灌溉装备发展现状 、问 题 、趋势与建议sumption and cost． It is suggested that the comprehensive technology and equipment for water-savingirrigation in hilly land should be investigated． The multi-function， intelligent and precise sprinkler irri-gation systems should be developed． Also， the irrigation technology and equipment with low cost， highefficiency and collaborative precision in water and pesticide spraying as well as fertilizing should be in-novated． The water-saving irrigation technology and equipment by using clean energy should be exploi-ted． These suggestions may promote the water-saving irrigation equipment industry to develop in a com-prehensive and healthy manner in China．Key words water-saving irrigation equipment; status; questions; trends; suggestions21 世纪以来 ， 连续 11 个中央 1 号文件和中央水利工作会议 ， 都要求把节水灌溉作为重大战略举措 ， 在中央和地方一系列政策措施出台和不断加大投入的情况下 ， 中国节水灌溉发展进入前所未有的快车道 ， 产 、学 、研水平不断得到提升 ． 截至 2013 年底 ， 中国高效节水灌溉面积为 1. 43 107hm2， 其 中喷 灌 为 3. 00 106hm2、微灌 为 3. 87 106hm2、低压管 道 输水为 7. 40 106hm2; 农田 灌 溉水有效利用系数提高到 0. 52， 单方灌溉水粮食产量增加到 1. 75kg， 肥料 、农药利用率提高了 5～20; 提高了技术集成 、机械化 、专业化生产经营程度 ， 促进了农业规模化 、集约化和现代化 ; 带动了节水产业迅速发展 ，企业数量激增 ， 全国生产节水灌溉设备和材料的厂家已有 2 000 多家 ， 形成了年生产 2. 00 106多 hm2节水灌溉设备和 材 料的供应能力［ 1］， 在规 模 上基本能满足中国喷 、微灌发展的需要 ， 但是 ， 自主研发能力较弱 ， 在技术性能 、产品质量 、可靠性和稳定性等方面 ， 与国际先进水平相比 ， 还存在较大差距 ．2012 年国务院印发的 国家农业节水纲要 20122020 年 ， 明确要求新增高效节水灌溉工程面积 1. 00 107hm2以上 ， 农 田 灌溉水有效利用系数达到 0. 55 以上 ， 现状与 2020 年目标相比 ， 还有较大的差距 ． 高效精准的灌溉装备是节水灌溉发展的必要保障 ， 总结国内外节水灌溉装备发展现状 ，分析中国节水灌溉装备存在问题及发展趋势 ， 提出发展思路与建议 ， 将有益于节水灌溉装备行业的健康全面发展 ．1 发展 现 状 、存在问题及发展趋势1. 1 喷灌 装 备1. 1．1 喷头1. 1．1. 1 国内外发展现状1 国外发 展现状喷头是喷灌机组 系统 的关键部件 ， 1933 年美国 Ｒainbird 公司成立并制造出世界上第 1 只摇臂式喷头 ， 标志着喷头技术的开始 ． 到目前为止 ， 国外喷头品牌 、种类规格较多 ， 主要分为以下几类 弹出式喷头 ， 包括弹出固定式喷头 、弹出摇臂旋转式喷头 、弹出齿轮旋转式喷头和弹出远射程喷枪 ， 旋转式喷头 ， 中心支轴大型喷灌机压力调节喷嘴等 ． 1 弹出式喷头 ， 包括 2 种类型 ， 即弹出固定式喷头和弹出旋转式喷头 ．a 弹出固定式喷头 出口处安装 1 个出口喷嘴 ， 喷嘴设计有各种不同的形式 ， 每一种喷嘴都对应一个特定喷洒形状 ， 例如全圆 、半圆或者 1/4 圆 ．通过更换喷嘴 ， 同一喷体可以适用于不同土地轮廓形状的有效喷洒 ， 价格便宜 、操作简单 ． 现有弹出固定式喷头 ， 设计工作压力为 0. 1 ～ 0. 2 MPa， 喷洒半径为 1 ～5 m， 喷灌强度为 25 ～65 mm/h， 喷体高度为 5 ～50 cm［ 2］． 为了增强适应性 ， 提高 喷 头喷洒效率 ， 研制出仰角可以调节的喷灌喷嘴 、矩形或者条状形的出口喷嘴 、喷灌强度与土壤需求匹配的喷嘴等 ．b 弹出摇臂式旋转喷头 以弧形的模式往地面灌溉单股或者是多股水流 ， 喷射角度为 40 ～360，设计喷洒区域往往大于弹出固定式喷头的喷洒区域 ， 喷洒半径为 6 ～ 50 m， 喷灌强度为 2. 5 ～ 40． 0mm/h． 通常由铜或黄铜制造 ， 成本高于塑料或者齿轮式驱动旋转喷头的成本 ， 弹簧机制需要进行定期的维护 ， 以保证其工作的可靠性 ． 发展已经到了一个比较成熟的阶段 ， 近年来在结构设计等方面的变化非常小［ 3］．c 弹出 齿 轮式旋转喷头 封闭体结构设计 ， 防止灰尘和其他杂物堵塞对驱动机构的影响 ． 每一个喷体有多种不同尺寸型号的系列喷嘴可供选择 ， 满足各种喷洒地形尺寸和喷灌强度需求 ． 喷洒半径为6 ～20 m， 喷射角度为 40 ～360， 工作压力为 0. 15 ～0. 45 MPa， 喷灌强度为 5 ～20 mm/h． 具有成本低 ， 运行安静 ， 通用性强等优点 ．79排灌机械工程学报 第 33 卷d 弹 出 式 大喷枪 喷洒半径可以达到 35 m， 喷射角度为 40 ～360， 工作压力为 0. 3 ～0. 6 MPa， 流量为 20 m3/h 左右 ． 2 旋 转 式喷头 ． 旋转式喷头以摇臂式喷头 、旋转器为主 ， 主要有手移管道喷头 、车移管道喷头和固定管道喷头 ． 手移管道喷头和车移管道喷头的入口尺寸一般为 0． 019 05 ～ 0． 031 75 m， 安装间距为10 ～ 15 m， 工作压力为 0. 25 ～ 0. 40 MPa， 流量为0. 52 ～2．00 m3/h． 固定管道喷头包括小 射 程微喷头 射程为 1 m 至大射程喷枪 射程为 40 m ．二次世界大战后 ， 由于发达国家劳动力日益紧张 ， 摇臂式旋转喷头得到广泛应用 ， 促进了现代农业灌溉技术的快速普及和发展 ． 在欧美 ， 各喷灌技术和装备的研制得到快速发展 ， 以 Ｒainbird 公司 、万美公司 、以色列雷欧公司 、奥地利鲍尔公司等为代表的企业生产出数千种摇臂式喷头 ， 广泛应用于农业 、园林 、体育场馆等 ， 促进了喷灌技术的发展与应用 ．20 世纪 60 年代中后期 ， 随着行走式喷灌机的推广 ， 出现了垂直摇臂式喷头 ， 典型产品有美国 Nelson公司的 BIG GUN 系列 、Ｒainbird 公司的 ＲAIN GUN系列等 ． 同时 ， 摇臂式喷头的导流器出现了新型结构 ， 由活动的楔形结构代替了固定叶片 ， 上下摆动的摇臂也改成了框架结构 ， 喷头正反转速度几乎相等 ， 驱动平稳［ 4］． 3 中心支轴大型 喷 灌 机压力调节喷嘴 ． 自 20世纪 70 年代末以来 ， 中心支轴大型喷灌机的使用得到了迅速增长 ． 中心支轴大型喷灌机具有较低的劳动力需求 ， 用水效率高 ， 已经实现了自动化运行 ， 是非常受欢迎的一种喷灌系统 ， 尤其在美国的东南部 ． 中心支轴大型喷灌机的喷嘴主要包括压力调节器 、喷嘴底座 、出口喷嘴和喷盘等 ， 工作压力小 ， 能量消耗少 ． 喷嘴垂直下挂安装在软管末端 ， 出口水流位置接近作物冠层 ， 减少了飘移和蒸发损失 ， 但是喷嘴喷洒直径小 ， 喷灌强度较高 ．20 世纪 90 年代以后 ， 美国 Nelson 公司和意大利 Komet 公司分别推出了水动阀与喷头一体化和远程遥控调节喷洒角度的新型喷头 ． 美国 Ｒainbird、To-ro、Hunter 公司推出的地埋旋转和非旋转式喷头 ， 型号多 、系列全 、适用广 ． 可通过调整喷头仰角 、喷嘴尺寸和形状 、主副喷嘴位置搭配 、流道长短等改变喷洒性能 ． 还先后开发出不同摇臂形式 、不同仰角及适用于不同目标的多功能喷头 ， 具有防风 、多功能利用 、低压工作等显著特点［ 5］．2 国 内 发 展现状中国喷头的研究历程主要可分为以下 4 个阶段［ 6 －7］．第 1 阶段 20 世 纪 5070 年 代 ， 是科学研究和试验尝试阶段 ． 1954 年引进苏联的涡轮蜗杆喷头 ，开始应用喷灌技术灌溉蔬菜 ， 但是 ， 喷头可靠性较差 ， 特别是回转密封和换向机构存在问题较多 ． 许多科研单位 、高等院校与工厂密切配合 ， 对喷头进行了大量研制工作 ， 生产出了红雨型 、陕喷型 、华北50 型 、浙喷型 、龙江型 、武喷型 涡轮蜗杆传动 以及工农型等性能较好的喷头 ． 这一阶段总体上发展规模小 ， 设备品种少 ， 但早期的试验研究对推动中国喷头技术的发展起到了积极的作用 ．第 2 阶段 从 20 世纪 70 年代中期到 80 年代中期 ， 是技术发展和设备研制的高潮阶段 ． 当时由镇江农业机械学院 现江苏大学 、中国农业机械化科学研究院 、山西省农机所和吉林省农机所为负责单位 ， 组建了 “全国摇臂式喷头系列联合设计组 ”， 联合设计组由全国 14 个省 、直辖市共 21 家单位组成 ．经过 1 a 努力 ， 研制成功了 PY120， PY130， PY140，PY150， PY160 和 PY180 等系列喷头 ． 由水利部组织从奥地利鲍尔公司引进先进喷头生产线 ， 生产出了ZY －1 和 ZY －2 喷头 ; 随后中国许多节水灌溉设备生产厂家纷纷对 ZY －1 和 ZY －2 喷头进行仿制或者部分改进 ， 例如增加换向机构 、改进喷头仰角等 ．由镇江农业机械学院 、中国农业机械化科学研究院 、新昌喷灌机厂和金坛喷灌机厂完成了 PY110，PY115， PY110sh， PY115sh 和 PY120sh 等多种低喷灌强度喷头的研制 ， 并且开发了第 1 代 PS 连续转动式和第 2 代 PSBZ 型水流自控步进式全射流喷头 ，首次提出了以射流原理和附壁效应设计射流元件进行喷洒并控制喷头转动 ， 无需摇臂 、摇臂弹簧等十几个驱动零件 ．第 3 阶段 20 世纪 80 年代中期到 90 年代中期 ， 是徘徊和低潮阶段 ． 这一阶段由于全面实行家庭联产承包责任制 ， 原有的喷灌工程不能适应这种体制的需要 ， 国家的经费投入大幅度减少 ， 使喷头设备和技术发展受到了很大的冲击 ．第 4 阶段 90 年代中期至今 ， 是恢复和稳步发展阶段 ． 随着水资源的日益紧缺 ， 国家加大了对新型节能喷头的资金投入 ， 对新型结构的全射流喷头理论与设计 、摇臂式喷头的某些局部结构和技术进行了重点研究 ． 期间 ， 江苏大学在先前研究的基础上 ， 对全射流喷头在结构上进行了重大改进 ， 设计开发出了 PXH 型隙控式全射流喷头 ， 并且提出了连80第 1 期 袁寿 其 ， 等 中国节水灌溉装备发展现状 、问 题 、趋势与建议续运转射流喷头 、外取水射流喷头 、三段式射流喷头和两次附壁射流喷头等 4 种新型结构 、新工作原理的射流喷头 ， 总结出重要结构参数对水力性能的影响规律 ， 为全射流喷头的设计提供了理论基础 ．到目前为止 ， 在国内应用的弹出式喷头和中心支轴大型喷灌机压力调节喷嘴主要以购买国外成熟产品为主 ， 自行研发的较少 ． 国产旋转式喷头使用较多的是 PY1 和 PY2 系列金属摇臂式喷头 、PYC型垂直摇臂喷头 、PYS 系列塑料摇臂式喷头以及国外引进生产线生产的 ZY 系列金属摇臂式喷头 ． 国内喷头设备在某些关键技术方面也有了一定的突破 ， 产品价格低廉 ， 适合中国国情 ， 但与国外相比 ，总体水平还较低 ．1. 1．1. 2 存在的问题 1 喷头基础理论研究深度不够 ， 缺乏系统性 ．对喷头内部过水流道的流动理论 ， 喷头旋转驱动装置的几何参数与喷头自由射流之间的能量转换特性 ， 摇臂喷头的结构与撞击动力学 、全射流喷头的附壁动力学等 ， 还有待深入研究 ． 2 喷头工作压力偏高 ， 能耗大 ． 3 喷头喷洒不够均匀 ， 用水效率低 ． 4 喷头 、电动机 、水泵 、管道等配套不尽合理 ，导致喷灌装置的效率低 ， 容易造成系统的损坏 ． 5 喷头自动化 、智能化程度不高 ， 造成大量劳动力的浪费 ． 6 喷头的新材料与新工艺的研究应用比较薄弱 ． 目前国内喷头仍使用普通铸铁 、碳素钢等材料 ，耐腐蚀性能得不到保障 ． 7 科研单位与企业间技术交流不足 ， 产学研结合不够紧密 ， 研究成果转化速度缓慢 ， 转化效率低 ．1. 1．1. 3 发展趋势 1 多功能 、节能 、低压 、综合利用等是喷头的发展趋势 ． 2 开发研制适合中国国情的新型的 、具有自主知识产权的喷灌设备 ， 对改变国外产品垄断局面 、降低工程造价 、促进国内产业的发展具有重要意义 ． 3 开发节能低压多用途喷头 ， 包括扇形转运喷头 、异型喷嘴喷头 、抗风喷头 、喷灌孔管 、与绞盘式喷灌机配套的双摇臂喷头 、与大型喷灌机配套的低压雾化喷头 、环保绿化用的升降式喷头等 ．1. 1. 2 大型 喷 灌机1. 1. 2. 1 发展 现 状国外喷灌装备基本以时针式及平移式等大型喷灌机 、卷盘式中小型喷灌机为主 ， 轻小型喷灌机为辅 ． 大 、中型喷灌机主要以大田作物为灌溉对象 ，轻小型喷灌机和固定 /半固定喷灌机组以小田块 、喷微灌等为对象 ．1 国外发展现状20 世纪 50 年代初 ， 美国人发明了圆形喷灌机 ，早期以液压驱动和水力驱动为主 ， 1965 年出现电力驱动圆形喷灌机 ． 20 世纪 70 年代又出现了平移式喷灌机 ， 可实现矩形地块的灌溉 ． 圆形喷灌机和平移式喷灌机自动化程度高 、灌溉质量好 、单机控制面积大 ， 非常适应人多地少地区的农业生产 ． 国外生产圆形和平移式喷灌机的厂商较多 ， 美国目前主要有 5 家大型喷灌机的生产厂家 Valmont 公司 、Lindsay 公司 、Ｒeinke 公司 、T － L 公司和 Pierce 公司 ， 其他国家有奥地利的 Bauer 公司 、法国的 Irri-france 公司 、意大利的 Irriland 公司等［ 8］．20 世纪 70 年代 ， 随 着能源的日趋紧张 ， 采用中低压摇臂式喷头灌溉 ， 入机压力有所下降 ; 20 世纪80 年代后期 ， 又出现了下悬式低压喷洒器 ， 工作压力更低 ; 20 世纪 90 年代 ， 又出现了变量精确喷灌技术 ， 能够根据专家决策系统或用户经验输入的基本变量参数 ， 改变或随机变化灌溉系统的结构参数和性能参数 ， 达到实时 、精确灌溉的目的 ．目前 ， 主要有几种变量喷洒方式 对多个喷头逐步调节 ， 实现喷洒域内的变量喷洒 ; 设置合理的喷灌机走 － 停周期 ， 实现大型喷灌机的变量喷洒［ 9］; 采用 电 磁阀控制喷头流量 ， 实现大型喷灌机的变量喷洒［ 10］; 根据 DGPS 信号或者无线传输获得的地理信息 ， 采用 PLC 自动控制平移式喷灌机移动 ， 实现大型喷灌机的精确喷灌［ 11］; 通过 微 型计算机控制步进电动机工作 ， 从而改变喷嘴处调节杆的位置 ， 实现喷头流量的调节 ， 可实现大型喷灌机精确喷灌［ 12］．2 国 内 发 展现状中国大型喷灌机主要经历了起步阶段 19761978 年 、引进和关键部件攻关阶段 19791986年 、完善提高与稳妥推广阶段 19871997 年 、技术创新和产业化阶段 1998至今 共 4 个阶段［ 13］，主要应用于黑龙 江 、吉 林 、内蒙古 、辽宁 、甘肃 、河北和河南等地区 ． 2009 年以前 ， 大型喷灌机市场需求量较小 ． 从 2010 年开始 ， 呈快速增长趋势 ， 特别是2012 年东北四省区增粮行动启动 ， 迎来了前所未有的发展机遇 ． 据估计 ， 截至 2013 年 10 月 ， 全国大型喷灌机保有量 1. 6 104台左 右 ， 灌 溉面积达到 4. 87 81排灌机械工程学报 第 33 卷105hm2， 占 全 国 喷灌面积的 10 左右 ． 国内从事大型喷灌机生产和经营活动的企业有 30 余家 ， 代表性企业有现代农装科技股份有限公司 、沧州华雨灌溉设备有限公司 、宁波维蒙圣菲农业机械有限公司 、大连银帆农业喷灌机制造有限公司 、沃达尔 天津 有限公司等 ． 国外品牌和国产设备并存 、份额相当 ，国外品牌质量较好 、性能较优 、价格较高 ， 国内设备价格相对低 ． 示范区项目多以国外品牌为主 ， 一般项目多以国产设备为主 ． 受 “三北 ”防风林带规格限制 ， 机型多以短小为主 ， 国内销售的大型喷灌机多在 280 ～300 m．1. 1. 2. 2 存在的问题1 大型喷灌机装备存在的问题 1 产品质量问题 ． 国内大型喷灌机企业的技术实力 、生产能力 、加工设备及工艺水平良莠不齐 ，造成市场上排灌设备及相关产品的品牌种类繁多 ，质量参差不齐 ， 不能有效地保证产品运行可靠性和售后服务 ． 2 大型喷灌机的关键部件主要依赖进口 ． 水肥一体化技术是大型喷灌机的发展趋势 ， 但国内大型喷灌机施肥技术和专用施肥装置还处于研究和待开发阶段 ， 施肥系统的成套性差 、品种少 、质量不稳定 ， 导致喷灌施肥不均匀 、肥料利用率低 ． 国内逐渐应用低压阻尼喷头替代非旋转折射式喷头 ， 美国Nelson 公司生产的 Ｒ3000 和 A3000 系列喷头是低压阻尼旋转喷头的代表性产品 ．2 大型喷灌机应用过程中存在的问题 1 机组参数选择不当 ， 水泵功率偏大 ． 设计中缺少项目区的土壤 、作物 、气象等灌溉基本数据 ， 未按照作物灌溉制度及水源供水量确定水泵流量 ， 甚至部分设计方案没有提供水泵管路系统图和相关灌溉基本数据 ， 导致水泵扬程无法正确确定 ， 最终造成整个节水灌溉工程的失败 ． 2 设备整机流量大 ， 易超采地下水 ． 在一些干旱缺水地区 ， 地下水源不丰富 ． 由于大型喷灌机整机流量大 ， 供水能力需求强 ， 往往出现多井汇合 、多泵并联设计方法 ． 大强度抽取地下水 ， 在连续干旱年份易造成局部地区地下水超采 ， 对生态造成较大破坏 ． 3 用户专业知识缺乏 ， 科学运行难度大 ． 传统灌溉理念根深蒂固 ， 节水灌溉相关知识不足 ， 灌溉制度缺失 ． 用户普遍认为大型喷灌机灌水定额小 ，个别地方出现私自改造喷灌机现象 ， 通过在输水主管增配喷头以增加灌水量 ， 严重影响喷灌机的喷洒性能 ． 4 设备维修技术力量薄弱 ， 基层服务体系尚未形成 ． 大型喷灌机的设备故障维修更多依赖于厂家解决 ， 但普遍存在厂家维修响应时间长 ， 质保期后的技术服务费用高 ， 设备出现故障易错过农时等问题 ．1. 1. 2. 3 发展趋势目前大型喷灌机正沿着提高效率 、降低成本 ，低压喷洒 、降低能耗 ， 变量技术 、精准灌溉 ， 综合利用 、多种用途 ， “智能技术 ”、“傻 瓜 ”控制 ， 机 型变种 、系列成套 ， 采用新材料 、新工艺 ， 智能可靠 、自动化高的方向稳定发展 ．1. 1. 3 中型 喷 灌机1. 1. 3. 1 国内外发展现状1 国外发 展现状中型卷盘式喷灌机在欧洲具有 50 多年的发展历史 ， 已有各种用途的系列化机型 ， 具有机动性强 、维护保养方便 、使用寿命长等特点 ． 制造企业在欧洲是以机动性更强的卷盘式中小型喷灌机为主 ; 目前对我国市场具有较大影响的是意大利 、法国和奥地利等国的制造企业 ． 国外大中型喷灌装备平均寿命长达 15 a 左右 ， 智能化程度较高 ， 基本实现了按不同作物需水量进行精细灌溉 ．2 国内发展现状中型卷盘式喷灌机在 20 世纪 90 年代引入中国 ， 当时已形成了小规模生产能力 ， 以 50 和 75 这 2种机型为主 ， 之后停滞了 10 a 多 ． 随着我国水资源的日益短缺和农业灌溉的节水需求 ， 2010 年左右开始恢复生产 ， 从年生产量几百台到 2013 年已经达到近万台 ， 应用以中国北方和中原地区为主 ． 但机型还是国外 20 世纪八九十年代的产品 ， 几十年来一直没有大的改进 ， 整机寿命还远不及国外机型 ， 整机能耗高于国外机型 10左右 ， 基本没有智能化灌溉功能 ， 国内销量较大的企业主要集中在江苏 ．1. 1. 3. 2 存在的问题国内中型卷盘式喷灌机主要存在水涡轮和传动机构的效率不高 、机械控制不精确所造成的喷灌质量不高和智能化程度不高等问题 ．1. 1. 3. 3 发展趋势智能化是中型卷盘式喷灌机的发展趋势 ， 通过现代信息化技术将灌溉技术与灌溉装备深度融合 ，实现不同地区 、不同土壤 、不同作物 、不同气象条件的精细灌溉 ．82第 1 期 袁寿 其 ， 等 中国节水灌溉装备发展现状 、问 题 、趋势与建议1. 1. 4 轻小型 喷灌机1. 1. 4. 1 国内外发展现状轻小型喷灌机组是 指 11 kW 以下汽油机 、柴油机或电动机配套的喷灌机组 ， 主要包括手提式 、手抬式 、手推车式 、小型拖拉机悬挂式 、小型绞盘式喷灌机［ 14 －15］． 由于 中 国地理 、经济等特点 ， 轻小型喷灌机组是中国一种比较有代表性的机组 ， 比较适应中国农村发展的需要 ， 受到农户欢迎 ． 轻小型喷灌机组有如下特点 ① 轻巧灵活 ， 便于移动 ， 喷灌面积可大可小 ， 适用于水源小而分散的丘陵山区及小型地块 ．② 一次性投资少 ， 操作简单 ， 保管维护方便 ． ③节省劳动力 ， 保持水土 ， 提高产量 ． ④ 适用性强 ， 适用于抗旱 ． 在 2009， 2010 和 2011 年安徽 、河南等 6省份的春季抗旱中起到了关键作用 ．轻小型喷灌机主要有 4 种形式 1 单喷头轻小型喷灌机组 ． 一般都选用 PY40或 PY50 喷头 ． 特点 系统压力高 ， 喷头射程远 ， 单喷头控制面积大 ， 喷洒均匀性稍差 ， 相对能耗较高 ， 单位面积投资最省 ; 操作简单 ， 移动方便 ; 因为是扇形喷洒 ， 能保持在干地往后移动喷头架 ． 该机型在 20世纪七八十年代使用较多 ， 目前逐年减少 ． 2 多喷头轻小型喷灌机组 ． 一般都选用PY20sh、PY15sh 或 ZY －2、ZY －1 喷头 ． 1 个喷灌周期内需要移动支管 7 ～10 次 ， 需要将每节的接头全部拆开 ， 再移动几十 m 的距离后重新连接 ． 由于喷灌后地面泥泞 ， 搬移困难 ， 工作量和劳动强度都很大 ． 特点 喷洒均匀 ， 雾化良好 ， 投资较省 ， 但搬移困难 ． 该机型在 20 世纪用量较多 ， 近年来也在减少 ． 3 手持喷枪式 或无喷枪 轻小型喷灌机 ． 喷洒器直接用手持喷枪 ， 不要求雾化指标 ， 管路压力较低 ， 有的甚至直接抓住管路末端管道进行浇灌 ．特点 投资省 ， 并能在干地后移浇灌 ， 移动方便 ， 但喷水均匀性较差 ． 该机型使用最为广泛 ． 4 软管固定 半固定 多喷轻小型喷灌机组 ．软管多喷轻小型喷灌机组是管道式喷灌的一种类型 ． 在喷洒作业区的管道是固定的 ， 全部采用可拆卸的快速接头连接 ， 灌溉季节结束后可以收存入库 ． 配套动力一般为 11 ～ 22 kW 柴油机 ， 可控喷灌面积可以达到 16. 67 ～20. 00 hm2． 该机型实际上是传统的 “一 字形 ”或 “丰字形 ”灌溉布置形式向大型网状布置形式的一种拓展 ． 它结合了固定式和移动式喷灌系统的优点 ， 喷洒均匀 ， 可实现轮灌作业 ， 减轻劳动强度 ， 同时投资减少 ， 操作简单方便 ， 因此具有较好的市场前景 ．轻小型喷灌机组经过多年的发展 ， 已经发展为多种应用模式 ， 适应不同的使用场合 、投资水平及劳动力状态 ． 机组设备的水力性能较好 ， 特别是农用喷灌自吸泵 ， 已经达到或超过国外同类产品水平 ， 但产品结构笨重 ， 使用可靠性 、使用寿命 、外观等与国外产品存在较大差距 ．1. 1. 4. 2 存在的问题国内产品结构笨重 ， 移动劳动强度大 ， 可靠性 、使用寿命 、外观等不如国外产品 ． 在动力机性能 、噪声 、机械密封性 、轴承可靠性 、油耗和排放的废气指标等方面劣于发达国家水平 ， 在水力性能 、加工工艺 、外观结构等方面还有较大改进空间 ．1. 1. 4. 3 发展趋势针对轻小型灌溉机组应用中的弱点 ， 以及移动困难 、劳动强度大等问题 ， 开展机组便携性与机械化移动技术研究 ， 例如采用铝合金压铸工艺减轻喷灌泵重量 ， 发明生产更方便实用的快速连接结构等 ， 研制机械化移动的轻小型喷灌机组 ．1. 2 微灌装备1. 2. 1 发展 现 状1. 2. 1. 1 国外 发 展现状微灌技术早在 20 世纪中期已经开始应用 ， 以色列 、美国 、西班牙 、意大利 、澳大利亚 、韩国等国家的研究水平一直处于世界的前列 ． 近年来 ， 美国的微灌面积发展很快 ， 到 2010 年已发展到 1. 53 106hm2， 是世 界 上发展微灌最快的国家之一 ． 以色列水资源的自然枯竭 ， 迫使其最大限度采用节水灌溉技术 ， 80的灌溉面积采用了先进的微灌技术 ， 成为微灌技术发展最具代表性的国家 ．1 滴灌灌水器滴灌水器是滴灌系统的核心产品 ， 经历了孔口式 、涡流式 、微管长流道式 、透水毛管 、螺纹长流道式到迷宫流道式以及压力补偿灌水器等发展过程 ， 形式越来越多 ， 技术越来越先进 ． 按照滴灌灌水器与毛管的连接方式 ， 大体上可分为 2 类 一是一体化滴管 带 类 ， 二是滴头类 ．目前普遍流行的是一体化滴灌管 带 ， 即滴头和滴灌管结合为一体 ， 安装使用非常方便 ． 一体化滴灌管 带 主要有内镶柱式 、内镶片式 、内镶条式 、侧翼迷宫式 、压力补偿式和防滴压力补偿式等系列 ． 滴头间距一般为 30 ～ 100 cm， 管壁厚为 0. 15 ～2．00 mm， 有的为一次性使用 ， 也有的寿命可长达 20a． 最新的产品主要是压力补偿型的内镶式滴管 带 ， 灌水均匀性高 ， 机械化长距离铺设方便 ． 滴头83排灌机械工程学报 第 33 卷类产品种类也 很 多 ， 有 管上式滴头 、可拆卸滴头 、压力补偿式滴头 ， 其中较先进的压力补偿式滴头可通过改变水流通道的长度调节流量 ， 具有自冲洗功能 ， 灌水均匀度高 、抗堵塞能力强［ 16］． 为了 增 强低压滴灌与地下滴灌的灌水均匀性与抗堵塞能力 ， 开发出了先进的宽流道 、双入口 、抗根系入侵与缠绕以及防负压吸泥等多种滴灌灌水器 ．2 过滤 、施肥及控制设备以色列 、美国 、西班牙等砂石过滤器 、离心过滤器和网式 、叠片过滤器品种规格较全 ， 都有手动 、半自动和全自动反冲洗 3 种形式 ， 自动反冲洗与自清洗连续过滤控制技术比较成熟 ， 拥有先进的全自动盘式清洗过滤系统 、全自动自吸式网式过滤器及全自动过滤站等产品 ， 新型叠片过滤器流道采用曲面及反冲洗流道 ， 减少了水头损失 ， 把外壳旋转一定角度即可方便地实现反冲洗 ．水动注肥泵 、水力驱动比例注肥器及全自动灌溉施肥机为当今世界水肥一体化装备的先进产品 ，依靠水流驱动活塞吸肥 、混匀与注肥 ， 具有较好的控制精度 ． 全自动灌溉施肥机采用可编程控制器控制 ， 由水泵加压多个文丘里装置注入肥料 ， 可以做到自动配比施肥的种类和比例 ． 发达国家的节水灌溉控制器 、电磁阀等自动控制产品较为成熟 ， 微灌自动控制系统产品完整配套 ．1. 2. 1. 2 国内发展现状滴灌产品的研究与开发 ， 以 1974 年引进墨西哥滴灌设备为起点 ， 20 世纪 80 年代开始仿制 、改进与试点推广 ; 进入 20 世纪 90 年代后 ， 在引进与仿制的基础上 ， 国内滴灌产品具备了一定的自主研发能力 ， 开发了一系列适合中国国情的滴灌产品 ． 经过40 多年的发展 ， 滴灌产品门类和系列基本配套 ， 形成了灌水器 、管材与管件 、净化过滤设备 、施肥设备 、控制及安全装置等 5 个大类 ， 品种规格多样化 、系列化的滴灌产品 ． 全国共有滴灌管 带 生产线近1 400 条 ， 其中侧翼滴灌带生产线 1 300 多条 、扁平滴头生产线 30 余条 、圆柱滴头生产线 10 余条 、管上式滴头生产线 2 条 ． 滴灌技术标准体系日趋完善 ， 已制定了与滴灌技术相关的行业标准 15 部 、国家标准22 部 ， 涉及工程技术 、管理 、产品等滴灌系统的各个组成部分 ， 还有些省市根据自身发展条件和发展目标 ， 制定了地方标准［ 17］．对滴 灌 灌溉制度 ， 滴灌条/p