中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀、 問題、趨勢與建議

<p>2015 年 1 月Jan 2015第 33 卷 第 1 期Vol33 No1袁壽 其doi: 103969/j issn1674 8530140202中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 、問 題 、趨 勢 與建議袁 壽 其 ， 李 紅 ， 王新坤( 江蘇 大學(xué)國家水泵及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 ， 江 蘇 鎮(zhèn)江 212013)摘要 : 節(jié)水灌溉裝備在提高農(nóng)業(yè)用水效 率 、農(nóng)民增產(chǎn)增收及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用 ， 對于緩解水資源短缺矛盾 、保證國家糧食安全 、推 動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略地位 經(jīng)過近 60 a 的發(fā)展 ， 節(jié)水灌溉裝備在理論研究 、技術(shù)水平等方面取得了長足進(jìn)步 ， 生產(chǎn)規(guī)?；灸軡M足中國節(jié)水灌溉發(fā)展的需要 ， 但自主研發(fā)能力較弱 ， 在產(chǎn)品質(zhì)量 、技術(shù)性能 、可靠性等方面還有待于進(jìn)一步提高 加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究 ， 提高自主創(chuàng)新能力 ， 研發(fā)多功能 、低能耗 、低成本 、智能化 、精準(zhǔn)化 、綠色化的節(jié)水灌溉裝備 ， 是今后的發(fā)展趨勢 建議開展丘陵山區(qū)節(jié)水灌溉綜合配套技術(shù)與裝備的研究 ， 研制多功能 、智能化精確噴灌機(jī)組 ， 開發(fā)低成本高效水肥藥協(xié)同精準(zhǔn)灌溉技術(shù)與裝備 ， 研究清潔能源節(jié)水灌溉裝備與技術(shù) ， 促進(jìn)我國節(jié)水灌溉裝備行業(yè)的健康全面發(fā)展 關(guān)鍵詞 : 節(jié)水灌溉裝備 ; 現(xiàn)狀 ; 問題 ; 趨勢 ; 建議中圖分類號 : S277. 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : A 文章編號 : 1674 8530( 2015) 01 0078 15袁壽 其 ， 李 紅 ， 王新坤 中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 、問題 、趨勢與建議 J 排灌機(jī)械工程學(xué)報 ， 2015， 33( 1) : 78 92Yuan 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; 網(wǎng)絡(luò)出版時間 : 2015 01 19網(wǎng)絡(luò)出版地址 : http: / /www cnki net/kcms/detail/321814 TH201501191709012 html基金項目 : 國家 863 計劃項目 ( 2011AA100506) ; 江蘇省科技支撐計劃項目 ( BE2013403)作者簡 介 : 袁壽其 ( 1963) ， 男 ， 上海金山人 ， 研究員 ， 博士生導(dǎo)師 ( shouqiy ujs edu cn) ， 主要從事流體機(jī)械及排灌機(jī)械研究 王新坤 ( 1966) ， 男 ， 陜西臨潼人 ， 研究員 ( 通信作者 ， xjwxk126 com) ， 主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)與裝備研究 Status， problems， trends and suggestions for water-savingirrigation equipment in ChinaYuan Shouqi， Li Hong， Wang Xinkun( National esearch Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China)Abstract: 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 performance and reliability are on demandThe 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 袁壽 其 ， 等 中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 、問 題 、趨勢與建議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 ChinaKey words: water-saving irrigation equipment; status; questions; trends; suggestions21 世紀(jì)以來 ， 連續(xù) 11 個中央 1 號文件和中央水利工作會議 ， 都要求把節(jié)水灌溉作為重大戰(zhàn)略舉措 ， 在中央和地方一系列政策措施出臺和不斷加大投入的情況下 ， 中國節(jié)水灌溉發(fā)展進(jìn)入前所未有的快車道 ， 產(chǎn) 、學(xué) 、研水平不斷得到提升 截至 2013 年底 ， 中國高效節(jié)水灌溉面積為 1. 43 × 107hm2， 其 中噴 灌 為 3. 00 ×106hm2、微灌 為 3. 87 ×106hm2、低壓管 道 輸水為 7. 40 ×106hm2; 農(nóng)田 灌 溉水有效利用系數(shù)提高到 0. 52， 單方灌溉水糧食產(chǎn)量增加到 1. 75kg， 肥料 、農(nóng)藥利用率提高了 5%20%; 提高了技術(shù)集成 、機(jī)械化 、專業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)營程度 ， 促進(jìn)了農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、集約化和現(xiàn)代化 ; 帶動了節(jié)水產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 ，企業(yè)數(shù)量激增 ， 全國生產(chǎn)節(jié)水灌溉設(shè)備和材料的廠家已有 2 000 多家 ， 形成了年生產(chǎn) 2. 00 ×106多 hm2節(jié)水灌溉設(shè)備和 材 料的供應(yīng)能力 1， 在規(guī) 模 上基本能滿足中國噴 、微灌發(fā)展的需要 ， 但是 ， 自主研發(fā)能力較弱 ， 在技術(shù)性能 、產(chǎn)品質(zhì)量 、可靠性和穩(wěn)定性等方面 ， 與國際先進(jìn)水平相比 ， 還存在較大差距 2012 年國務(wù)院印發(fā)的 國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要( 20122020 年 ) ， 明確要求新增高效節(jié)水灌溉工程面積 1. 00 × 107hm2以上 ， 農(nóng) 田 灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到 0. 55 以上 ， 現(xiàn)狀與 2020 年目標(biāo)相比 ， 還有較大的差距 高效精準(zhǔn)的灌溉裝備是節(jié)水灌溉發(fā)展的必要保障 ， 總結(jié)國內(nèi)外節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 ，分析中國節(jié)水灌溉裝備存在問題及發(fā)展趨勢 ， 提出發(fā)展思路與建議 ， 將有益于節(jié)水灌溉裝備行業(yè)的健康全面發(fā)展 1 發(fā)展 現(xiàn) 狀 、存在問題及發(fā)展趨勢1. 1 噴灌 裝 備1. 11 噴頭1. 11. 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1) 國外發(fā) 展現(xiàn)狀噴頭是噴灌機(jī)組 ( 系統(tǒng) ) 的關(guān)鍵部件 ， 1933 年美國 ainbird 公司成立并制造出世界上第 1 只搖臂式噴頭 ， 標(biāo)志著噴頭技術(shù)的開始 到目前為止 ， 國外噴頭品牌 、種類規(guī)格較多 ， 主要分為以下幾類 : 彈出式噴頭 ， 包括彈出固定式噴頭 、彈出搖臂旋轉(zhuǎn)式噴頭 、彈出齒輪旋轉(zhuǎn)式噴頭和彈出遠(yuǎn)射程噴槍 ， 旋轉(zhuǎn)式噴頭 ， 中心支軸大型噴灌機(jī)壓力調(diào)節(jié)噴嘴等 ( 1) 彈出式噴頭 ， 包括 2 種類型 ， 即彈出固定式噴頭和彈出旋轉(zhuǎn)式噴頭 a) 彈出固定式噴頭 : 出口處安裝 1 個出口噴嘴 ， 噴嘴設(shè)計有各種不同的形式 ， 每一種噴嘴都對應(yīng)一個特定噴灑形狀 ， 例如全圓 、半圓或者 1/4 圓 通過更換噴嘴 ， 同一噴體可以適用于不同土地輪廓形狀的有效噴灑 ， 價格便宜 、操作簡單 現(xiàn)有彈出固定式噴頭 ， 設(shè)計工作壓力為 0. 1 0. 2 MPa， 噴灑半徑為 1 5 m， 噴灌強(qiáng)度為 25 65 mm/h， 噴體高度為 5 50 cm 2 為了增強(qiáng)適應(yīng)性 ， 提高 噴 頭噴灑效率 ， 研制出仰角可以調(diào)節(jié)的噴灌噴嘴 、矩形或者條狀形的出口噴嘴 、噴灌強(qiáng)度與土壤需求匹配的噴嘴等 b) 彈出搖臂式旋轉(zhuǎn)噴頭 : 以弧形的模式往地面灌溉單股或者是多股水流 ， 噴射角度為 40° 360°，設(shè)計噴灑區(qū)域往往大于彈出固定式噴頭的噴灑區(qū)域 ， 噴灑半徑為 6 50 m， 噴灌強(qiáng)度為 2. 5 40 0mm/h 通常由銅或黃銅制造 ， 成本高于塑料或者齒輪式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)噴頭的成本 ， 彈簧機(jī)制需要進(jìn)行定期的維護(hù) ， 以保證其工作的可靠性 發(fā)展已經(jīng)到了一個比較成熟的階段 ， 近年來在結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的變化非常小 3c) 彈出 齒 輪式旋轉(zhuǎn)噴頭 : 封閉體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 防止灰塵和其他雜物堵塞對驅(qū)動機(jī)構(gòu)的影響 每一個噴體有多種不同尺寸型號的系列噴嘴可供選擇 ， 滿足各種噴灑地形尺寸和噴灌強(qiáng)度需求 噴灑半徑為6 20 m， 噴射角度為 40° 360°， 工作壓力為 0. 15 0. 45 MPa， 噴灌強(qiáng)度為 5 20 mm/h 具有成本低 ， 運(yùn)行安靜 ， 通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 79排灌機(jī)械工程學(xué)報 第 33 卷d) 彈 出 式 大噴槍 : 噴灑半徑可以達(dá)到 35 m， 噴射角度為 40° 360°， 工作壓力為 0. 3 0. 6 MPa， 流量為 20 m3/h 左右 ( 2) 旋 轉(zhuǎn) 式噴頭 旋轉(zhuǎn)式噴頭以搖臂式噴頭 、旋轉(zhuǎn)器為主 ， 主要有手移管道噴頭 、車移管道噴頭和固定管道噴頭 手移管道噴頭和車移管道噴頭的入口尺寸一般為 0 019 05 0 031 75 m， 安裝間距為10 15 m， 工作壓力為 0. 25 0. 40 MPa， 流量為0. 52 200 m3/h 固定管道噴頭包括小 射 程微噴頭( 射程為 1 m) 至大射程噴槍 ( 射程為 40 m) 二次世界大戰(zhàn)后 ， 由于發(fā)達(dá)國家勞動力日益緊張 ， 搖臂式旋轉(zhuǎn)噴頭得到廣泛應(yīng)用 ， 促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的快速普及和發(fā)展 在歐美 ， 各噴灌技術(shù)和裝備的研制得到快速發(fā)展 ， 以 ainbird 公司 、萬美公司 、以色列雷歐公司 、奧地利鮑爾公司等為代表的企業(yè)生產(chǎn)出數(shù)千種搖臂式噴頭 ， 廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè) 、園林 、體育場館等 ， 促進(jìn)了噴灌技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 20 世紀(jì) 60 年代中后期 ， 隨著行走式噴灌機(jī)的推廣 ， 出現(xiàn)了垂直搖臂式噴頭 ， 典型產(chǎn)品有美國 Nelson公司的 BIG GUN 系列 、ainbird 公司的 AIN GUN系列等 同時 ， 搖臂式噴頭的導(dǎo)流器出現(xiàn)了新型結(jié)構(gòu) ， 由活動的楔形結(jié)構(gòu)代替了固定葉片 ， 上下擺動的搖臂也改成了框架結(jié)構(gòu) ， 噴頭正反轉(zhuǎn)速度幾乎相等 ， 驅(qū)動平穩(wěn) 4( 3) 中心支軸大型 噴 灌 機(jī)壓力調(diào)節(jié)噴嘴 自 20世紀(jì) 70 年代末以來 ， 中心支軸大型噴灌機(jī)的使用得到了迅速增長 中心支軸大型噴灌機(jī)具有較低的勞動力需求 ， 用水效率高 ， 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化運(yùn)行 ， 是非常受歡迎的一種噴灌系統(tǒng) ， 尤其在美國的東南部 中心支軸大型噴灌機(jī)的噴嘴主要包括壓力調(diào)節(jié)器 、噴嘴底座 、出口噴嘴和噴盤等 ， 工作壓力小 ， 能量消耗少 噴嘴垂直下掛安裝在軟管末端 ， 出口水流位置接近作物冠層 ， 減少了飄移和蒸發(fā)損失 ， 但是噴嘴噴灑直徑小 ， 噴灌強(qiáng)度較高 20 世紀(jì) 90 年代以后 ， 美國 Nelson 公司和意大利 Komet 公司分別推出了水動閥與噴頭一體化和遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)噴灑角度的新型噴頭 美國 ainbird、To-ro、Hunter 公司推出的地埋旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)式噴頭 ， 型號多 、系列全 、適用廣 可通過調(diào)整噴頭仰角 、噴嘴尺寸和形狀 、主副噴嘴位置搭配 、流道長短等改變噴灑性能 還先后開發(fā)出不同搖臂形式 、不同仰角及適用于不同目標(biāo)的多功能噴頭 ， 具有防風(fēng) 、多功能利用 、低壓工作等顯著特點(diǎn) 52) 國 內(nèi) 發(fā) 展現(xiàn)狀中國噴頭的研究歷程主要可分為以下 4 個階段 6 7第 1 階段 : 20 世 紀(jì) 5070 年 代 ， 是科學(xué)研究和試驗嘗試階段 1954 年引進(jìn)蘇聯(lián)的渦輪蝸桿噴頭 ，開始應(yīng)用噴灌技術(shù)灌溉蔬菜 ， 但是 ， 噴頭可靠性較差 ， 特別是回轉(zhuǎn)密封和換向機(jī)構(gòu)存在問題較多 許多科研單位 、高等院校與工廠密切配合 ， 對噴頭進(jìn)行了大量研制工作 ， 生產(chǎn)出了紅雨型 、陜噴型 、華北50 型 、浙噴型 、龍江型 、武噴型 ( 渦輪蝸桿傳動 ) 以及工農(nóng)型等性能較好的噴頭 這一階段總體上發(fā)展規(guī)模小 ， 設(shè)備品種少 ， 但早期的試驗研究對推動中國噴頭技術(shù)的發(fā)展起到了積極的作用 第 2 階段 : 從 20 世紀(jì) 70 年代中期到 80 年代中期 ， 是技術(shù)發(fā)展和設(shè)備研制的高潮階段 當(dāng)時由鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院 ( 現(xiàn)江蘇大學(xué) ) 、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 、山西省農(nóng)機(jī)所和吉林省農(nóng)機(jī)所為負(fù)責(zé)單位 ， 組建了 “全國搖臂式噴頭系列聯(lián)合設(shè)計組 ”， 聯(lián)合設(shè)計組由全國 14 個省 、直轄市共 21 家單位組成 經(jīng)過 1 a 努力 ， 研制成功了 PY120， PY130， PY140，PY150， PY160 和 PY180 等系列噴頭 由水利部組織從奧地利鮑爾公司引進(jìn)先進(jìn)噴頭生產(chǎn)線 ， 生產(chǎn)出了ZY 1 和 ZY 2 噴頭 ; 隨后中國許多節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)廠家紛紛對 ZY 1 和 ZY 2 噴頭進(jìn)行仿制或者部分改進(jìn) ， 例如增加換向機(jī)構(gòu) 、改進(jìn)噴頭仰角等 由鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院 、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 、新昌噴灌機(jī)廠和金壇噴灌機(jī)廠完成了 PY110，PY115， PY110sh， PY115sh 和 PY120sh 等多種低噴灌強(qiáng)度噴頭的研制 ， 并且開發(fā)了第 1 代 PS 連續(xù)轉(zhuǎn)動式和第 2 代 PSBZ 型水流自控步進(jìn)式全射流噴頭 ，首次提出了以射流原理和附壁效應(yīng)設(shè)計射流元件進(jìn)行噴灑并控制噴頭轉(zhuǎn)動 ， 無需搖臂 、搖臂彈簧等十幾個驅(qū)動零件 第 3 階段 : 20 世紀(jì) 80 年代中期到 90 年代中期 ， 是徘徊和低潮階段 這一階段由于全面實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制 ， 原有的噴灌工程不能適應(yīng)這種體制的需要 ， 國家的經(jīng)費(fèi)投入大幅度減少 ， 使噴頭設(shè)備和技術(shù)發(fā)展受到了很大的沖擊 第 4 階段 : 90 年代中期至今 ， 是恢復(fù)和穩(wěn)步發(fā)展階段 隨著水資源的日益緊缺 ， 國家加大了對新型節(jié)能噴頭的資金投入 ， 對新型結(jié)構(gòu)的全射流噴頭理論與設(shè)計 、搖臂式噴頭的某些局部結(jié)構(gòu)和技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究 期間 ， 江蘇大學(xué)在先前研究的基礎(chǔ)上 ， 對全射流噴頭在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了重大改進(jìn) ， 設(shè)計開發(fā)出了 PXH 型隙控式全射流噴頭 ， 并且提出了連80第 1 期 袁壽 其 ， 等 中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 、問 題 、趨勢與建議續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)射流噴頭 、外取水射流噴頭 、三段式射流噴頭和兩次附壁射流噴頭等 4 種新型結(jié)構(gòu) 、新工作原理的射流噴頭 ， 總結(jié)出重要結(jié)構(gòu)參數(shù)對水力性能的影響規(guī)律 ， 為全射流噴頭的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ) 到目前為止 ， 在國內(nèi)應(yīng)用的彈出式噴頭和中心支軸大型噴灌機(jī)壓力調(diào)節(jié)噴嘴主要以購買國外成熟產(chǎn)品為主 ， 自行研發(fā)的較少 國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)式噴頭使用較多的是 PY1 和 PY2 系列金屬搖臂式噴頭 、PYC型垂直搖臂噴頭 、PYS 系列塑料搖臂式噴頭以及國外引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)的 ZY 系列金屬搖臂式噴頭 國內(nèi)噴頭設(shè)備在某些關(guān)鍵技術(shù)方面也有了一定的突破 ， 產(chǎn)品價格低廉 ， 適合中國國情 ， 但與國外相比 ，總體水平還較低 1. 11. 2 存在的問題( 1) 噴頭基礎(chǔ)理論研究深度不夠 ， 缺乏系統(tǒng)性 對噴頭內(nèi)部過水流道的流動理論 ， 噴頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的幾何參數(shù)與噴頭自由射流之間的能量轉(zhuǎn)換特性 ， 搖臂噴頭的結(jié)構(gòu)與撞擊動力學(xué) 、全射流噴頭的附壁動力學(xué)等 ， 還有待深入研究 ( 2) 噴頭工作壓力偏高 ， 能耗大 ( 3) 噴頭噴灑不夠均勻 ， 用水效率低 ( 4) 噴頭 、電動機(jī) 、水泵 、管道等配套不盡合理 ，導(dǎo)致噴灌裝置的效率低 ， 容易造成系統(tǒng)的損壞 ( 5) 噴頭自動化 、智能化程度不高 ， 造成大量勞動力的浪費(fèi) ( 6) 噴頭的新材料與新工藝的研究應(yīng)用比較薄弱 目前國內(nèi)噴頭仍使用普通鑄鐵 、碳素鋼等材料 ，耐腐蝕性能得不到保障 ( 7) 科研單位與企業(yè)間技術(shù)交流不足 ， 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不夠緊密 ， 研究成果轉(zhuǎn)化速度緩慢 ， 轉(zhuǎn)化效率低 1. 11. 3 發(fā)展趨勢( 1) 多功能 、節(jié)能 、低壓 、綜合利用等是噴頭的發(fā)展趨勢 ( 2) 開發(fā)研制適合中國國情的新型的 、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的噴灌設(shè)備 ， 對改變國外產(chǎn)品壟斷局面 、降低工程造價 、促進(jìn)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義 ( 3) 開發(fā)節(jié)能低壓多用途噴頭 ， 包括扇形轉(zhuǎn)運(yùn)噴頭 、異型噴嘴噴頭 、抗風(fēng)噴頭 、噴灌孔管 、與絞盤式噴灌機(jī)配套的雙搖臂噴頭 、與大型噴灌機(jī)配套的低壓霧化噴頭 、環(huán)保綠化用的升降式噴頭等 1. 1. 2 大型 噴 灌機(jī)1. 1. 2. 1 發(fā)展 現(xiàn) 狀國外噴灌裝備基本以時針式及平移式等大型噴灌機(jī) 、卷盤式中小型噴灌機(jī)為主 ， 輕小型噴灌機(jī)為輔 大 、中型噴灌機(jī)主要以大田作物為灌溉對象 ，輕小型噴灌機(jī)和固定 /半固定噴灌機(jī)組以小田塊 、噴微灌等為對象 1) 國外發(fā)展現(xiàn)狀20 世紀(jì) 50 年代初 ， 美國人發(fā)明了圓形噴灌機(jī) ，早期以液壓驅(qū)動和水力驅(qū)動為主 ， 1965 年出現(xiàn)電力驅(qū)動圓形噴灌機(jī) 20 世紀(jì) 70 年代又出現(xiàn)了平移式噴灌機(jī) ， 可實(shí)現(xiàn)矩形地塊的灌溉 圓形噴灌機(jī)和平移式噴灌機(jī)自動化程度高 、灌溉質(zhì)量好 、單機(jī)控制面積大 ， 非常適應(yīng)人多地少地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 國外生產(chǎn)圓形和平移式噴灌機(jī)的廠商較多 ， 美國目前主要有 5 家大型噴灌機(jī)的生產(chǎn)廠家 : Valmont 公司 、Lindsay 公司 、einke 公司 、T L 公司和 Pierce 公司 ， 其他國家有奧地利的 Bauer 公司 、法國的 Irri-france 公司 、意大利的 Irriland 公司等 820 世紀(jì) 70 年代 ， 隨 著能源的日趨緊張 ， 采用中低壓搖臂式噴頭灌溉 ， 入機(jī)壓力有所下降 ; 20 世紀(jì)80 年代后期 ， 又出現(xiàn)了下懸式低壓噴灑器 ， 工作壓力更低 ; 20 世紀(jì) 90 年代 ， 又出現(xiàn)了變量精確噴灌技術(shù) ， 能夠根據(jù)專家決策系統(tǒng)或用戶經(jīng)驗輸入的基本變量參數(shù) ， 改變或隨機(jī)變化灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù) ， 達(dá)到實(shí)時 、精確灌溉的目的 目前 ， 主要有幾種變量噴灑方式 : 對多個噴頭逐步調(diào)節(jié) ， 實(shí)現(xiàn)噴灑域內(nèi)的變量噴灑 ; 設(shè)置合理的噴灌機(jī)走 停周期 ， 實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)的變量噴灑 9; 采用 電 磁閥控制噴頭流量 ， 實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)的變量噴灑 10; 根據(jù) DGPS 信號或者無線傳輸獲得的地理信息 ， 采用 PLC 自動控制平移式噴灌機(jī)移動 ， 實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)的精確噴灌 11; 通過 微 型計算機(jī)控制步進(jìn)電動機(jī)工作 ， 從而改變噴嘴處調(diào)節(jié)桿的位置 ， 實(shí)現(xiàn)噴頭流量的調(diào)節(jié) ， 可實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)精確噴灌 122) 國 內(nèi) 發(fā) 展現(xiàn)狀中國大型噴灌機(jī)主要經(jīng)歷了起步階段 ( 19761978 年 ) 、引進(jìn)和關(guān)鍵部件攻關(guān)階段 ( 19791986年 ) 、完善提高與穩(wěn)妥推廣階段 ( 19871997 年 ) 、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化階段 ( 1998至今 ) 共 4 個階段 13，主要應(yīng)用于黑龍 江 、吉 林 、內(nèi)蒙古 、遼寧 、甘肅 、河北和河南等地區(qū) 2009 年以前 ， 大型噴灌機(jī)市場需求量較小 從 2010 年開始 ， 呈快速增長趨勢 ， 特別是2012 年東北四省區(qū)增糧行動啟動 ， 迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇 據(jù)估計 ， 截至 2013 年 10 月 ， 全國大型噴灌機(jī)保有量 1. 6 ×104臺左 右 ， 灌 溉面積達(dá)到 4. 87 ×81排灌機(jī)械工程學(xué)報 第 33 卷105hm2， 占 全 國 噴灌面積的 10% 左右 國內(nèi)從事大型噴灌機(jī)生產(chǎn)和經(jīng)營活動的企業(yè)有 30 余家 ， 代表性企業(yè)有現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司 、滄州華雨灌溉設(shè)備有限公司 、寧波維蒙圣菲農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司 、大連銀帆農(nóng)業(yè)噴灌機(jī)制造有限公司 、沃達(dá)爾 ( 天津 )有限公司等 國外品牌和國產(chǎn)設(shè)備并存 、份額相當(dāng) ，國外品牌質(zhì)量較好 、性能較優(yōu) 、價格較高 ， 國內(nèi)設(shè)備價格相對低 示范區(qū)項目多以國外品牌為主 ， 一般項目多以國產(chǎn)設(shè)備為主 受 “三北 ”防風(fēng)林帶規(guī)格限制 ， 機(jī)型多以短小為主 ， 國內(nèi)銷售的大型噴灌機(jī)多在 280 300 m1. 1. 2. 2 存在的問題1) 大型噴灌機(jī)裝備存在的問題( 1) 產(chǎn)品質(zhì)量問題 國內(nèi)大型噴灌機(jī)企業(yè)的技術(shù)實(shí)力 、生產(chǎn)能力 、加工設(shè)備及工藝水平良莠不齊 ，造成市場上排灌設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品的品牌種類繁多 ，質(zhì)量參差不齊 ， 不能有效地保證產(chǎn)品運(yùn)行可靠性和售后服務(wù) ( 2) 大型噴灌機(jī)的關(guān)鍵部件主要依賴進(jìn)口 水肥一體化技術(shù)是大型噴灌機(jī)的發(fā)展趨勢 ， 但國內(nèi)大型噴灌機(jī)施肥技術(shù)和專用施肥裝置還處于研究和待開發(fā)階段 ， 施肥系統(tǒng)的成套性差 、品種少 、質(zhì)量不穩(wěn)定 ， 導(dǎo)致噴灌施肥不均勻 、肥料利用率低 國內(nèi)逐漸應(yīng)用低壓阻尼噴頭替代非旋轉(zhuǎn)折射式噴頭 ， 美國Nelson 公司生產(chǎn)的 3000 和 A3000 系列噴頭是低壓阻尼旋轉(zhuǎn)噴頭的代表性產(chǎn)品 2) 大型噴灌機(jī)應(yīng)用過程中存在的問題( 1) 機(jī)組參數(shù)選擇不當(dāng) ， 水泵功率偏大 設(shè)計中缺少項目區(qū)的土壤 、作物 、氣象等灌溉基本數(shù)據(jù) ， 未按照作物灌溉制度及水源供水量確定水泵流量 ， 甚至部分設(shè)計方案沒有提供水泵管路系統(tǒng)圖和相關(guān)灌溉基本數(shù)據(jù) ， 導(dǎo)致水泵揚(yáng)程無法正確確定 ， 最終造成整個節(jié)水灌溉工程的失敗 ( 2) 設(shè)備整機(jī)流量大 ， 易超采地下水 在一些干旱缺水地區(qū) ， 地下水源不豐富 由于大型噴灌機(jī)整機(jī)流量大 ， 供水能力需求強(qiáng) ， 往往出現(xiàn)多井匯合 、多泵并聯(lián)設(shè)計方法 大強(qiáng)度抽取地下水 ， 在連續(xù)干旱年份易造成局部地區(qū)地下水超采 ， 對生態(tài)造成較大破壞 ( 3) 用戶專業(yè)知識缺乏 ， 科學(xué)運(yùn)行難度大 傳統(tǒng)灌溉理念根深蒂固 ， 節(jié)水灌溉相關(guān)知識不足 ， 灌溉制度缺失 用戶普遍認(rèn)為大型噴灌機(jī)灌水定額小 ，個別地方出現(xiàn)私自改造噴灌機(jī)現(xiàn)象 ， 通過在輸水主管增配噴頭以增加灌水量 ， 嚴(yán)重影響噴灌機(jī)的噴灑性能 ( 4) 設(shè)備維修技術(shù)力量薄弱 ， 基層服務(wù)體系尚未形成 大型噴灌機(jī)的設(shè)備故障維修更多依賴于廠家解決 ， 但普遍存在廠家維修響應(yīng)時間長 ， 質(zhì)保期后的技術(shù)服務(wù)費(fèi)用高 ， 設(shè)備出現(xiàn)故障易錯過農(nóng)時等問題 1. 1. 2. 3 發(fā)展趨勢目前大型噴灌機(jī)正沿著提高效率 、降低成本 ，低壓噴灑 、降低能耗 ， 變量技術(shù) 、精準(zhǔn)灌溉 ， 綜合利用 、多種用途 ， “智能技術(shù) ”、“傻 瓜 ”控制 ， 機(jī) 型變種 、系列成套 ， 采用新材料 、新工藝 ， 智能可靠 、自動化高的方向穩(wěn)定發(fā)展 1. 1. 3 中型 噴 灌機(jī)1. 1. 3. 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1) 國外發(fā) 展現(xiàn)狀中型卷盤式噴灌機(jī)在歐洲具有 50 多年的發(fā)展歷史 ， 已有各種用途的系列化機(jī)型 ， 具有機(jī)動性強(qiáng) 、維護(hù)保養(yǎng)方便 、使用壽命長等特點(diǎn) 制造企業(yè)在歐洲是以機(jī)動性更強(qiáng)的卷盤式中小型噴灌機(jī)為主 ; 目前對我國市場具有較大影響的是意大利 、法國和奧地利等國的制造企業(yè) 國外大中型噴灌裝備平均壽命長達(dá) 15 a 左右 ， 智能化程度較高 ， 基本實(shí)現(xiàn)了按不同作物需水量進(jìn)行精細(xì)灌溉 2) 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中型卷盤式噴灌機(jī)在 20 世紀(jì) 90 年代引入中國 ， 當(dāng)時已形成了小規(guī)模生產(chǎn)能力 ， 以 50 和 75 這 2種機(jī)型為主 ， 之后停滯了 10 a 多 隨著我國水資源的日益短缺和農(nóng)業(yè)灌溉的節(jié)水需求 ， 2010 年左右開始恢復(fù)生產(chǎn) ， 從年生產(chǎn)量幾百臺到 2013 年已經(jīng)達(dá)到近萬臺 ， 應(yīng)用以中國北方和中原地區(qū)為主 但機(jī)型還是國外 20 世紀(jì)八九十年代的產(chǎn)品 ， 幾十年來一直沒有大的改進(jìn) ， 整機(jī)壽命還遠(yuǎn)不及國外機(jī)型 ， 整機(jī)能耗高于國外機(jī)型 10%左右 ， 基本沒有智能化灌溉功能 ， 國內(nèi)銷量較大的企業(yè)主要集中在江蘇 1. 1. 3. 2 存在的問題國內(nèi)中型卷盤式噴灌機(jī)主要存在水渦輪和傳動機(jī)構(gòu)的效率不高 、機(jī)械控制不精確所造成的噴灌質(zhì)量不高和智能化程度不高等問題 1. 1. 3. 3 發(fā)展趨勢智能化是中型卷盤式噴灌機(jī)的發(fā)展趨勢 ， 通過現(xiàn)代信息化技術(shù)將灌溉技術(shù)與灌溉裝備深度融合 ，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū) 、不同土壤 、不同作物 、不同氣象條件的精細(xì)灌溉 82第 1 期 袁壽 其 ， 等 中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 、問 題 、趨勢與建議1. 1. 4 輕小型 噴灌機(jī)1. 1. 4. 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀輕小型噴灌機(jī)組是 指 11 kW 以下汽油機(jī) 、柴油機(jī)或電動機(jī)配套的噴灌機(jī)組 ， 主要包括手提式 、手抬式 、手推車式 、小型拖拉機(jī)懸掛式 、小型絞盤式噴灌機(jī) 14 15 由于 中 國地理 、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn) ， 輕小型噴灌機(jī)組是中國一種比較有代表性的機(jī)組 ， 比較適應(yīng)中國農(nóng)村發(fā)展的需要 ， 受到農(nóng)戶歡迎 輕小型噴灌機(jī)組有如下特點(diǎn) : 輕巧靈活 ， 便于移動 ， 噴灌面積可大可小 ， 適用于水源小而分散的丘陵山區(qū)及小型地塊 一次性投資少 ， 操作簡單 ， 保管維護(hù)方便 節(jié)省勞動力 ， 保持水土 ， 提高產(chǎn)量 適用性強(qiáng) ， 適用于抗旱 在 2009， 2010 和 2011 年安徽 、河南等 6省份的春季抗旱中起到了關(guān)鍵作用 輕小型噴灌機(jī)主要有 4 種形式 :( 1) 單噴頭輕小型噴灌機(jī)組 一般都選用 PY40或 PY50 噴頭 特點(diǎn) : 系統(tǒng)壓力高 ， 噴頭射程遠(yuǎn) ， 單噴頭控制面積大 ， 噴灑均勻性稍差 ， 相對能耗較高 ， 單位面積投資最省 ; 操作簡單 ， 移動方便 ; 因為是扇形噴灑 ， 能保持在干地往后移動噴頭架 該機(jī)型在 20世紀(jì)七八十年代使用較多 ， 目前逐年減少 ( 2) 多噴頭輕小型噴灌機(jī)組 一般都選用PY20sh、PY15sh 或 ZY 2、ZY 1 噴頭 1 個噴灌周期內(nèi)需要移動支管 7 10 次 ， 需要將每節(jié)的接頭全部拆開 ， 再移動幾十 m 的距離后重新連接 由于噴灌后地面泥濘 ， 搬移困難 ， 工作量和勞動強(qiáng)度都很大 特點(diǎn) : 噴灑均勻 ， 霧化良好 ， 投資較省 ， 但搬移困難 該機(jī)型在 20 世紀(jì)用量較多 ， 近年來也在減少 ( 3) 手持噴槍式 ( 或無噴槍 ) 輕小型噴灌機(jī) 噴灑器直接用手持噴槍 ， 不要求霧化指標(biāo) ， 管路壓力較低 ， 有的甚至直接抓住管路末端管道進(jìn)行澆灌 特點(diǎn) : 投資省 ， 并能在干地后移澆灌 ， 移動方便 ， 但噴水均勻性較差 該機(jī)型使用最為廣泛 ( 4) 軟管固定 ( 半固定 ) 多噴輕小型噴灌機(jī)組 軟管多噴輕小型噴灌機(jī)組是管道式噴灌的一種類型 在噴灑作業(yè)區(qū)的管道是固定的 ， 全部采用可拆卸的快速接頭連接 ， 灌溉季節(jié)結(jié)束后可以收存入庫 配套動力一般為 11 22 kW 柴油機(jī) ， 可控噴灌面積可以達(dá)到 16. 67 20. 00 hm2 該機(jī)型實(shí)際上是傳統(tǒng)的 “一 字形 ”或 “豐字形 ”灌溉布置形式向大型網(wǎng)狀布置形式的一種拓展 它結(jié)合了固定式和移動式噴灌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ， 噴灑均勻 ， 可實(shí)現(xiàn)輪灌作業(yè) ， 減輕勞動強(qiáng)度 ， 同時投資減少 ， 操作簡單方便 ， 因此具有較好的市場前景 輕小型噴灌機(jī)組經(jīng)過多年的發(fā)展 ， 已經(jīng)發(fā)展為多種應(yīng)用模式 ， 適應(yīng)不同的使用場合 、投資水平及勞動力狀態(tài) 機(jī)組設(shè)備的水力性能較好 ， 特別是農(nóng)用噴灌自吸泵 ， 已經(jīng)達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品水平 ， 但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)笨重 ， 使用可靠性 、使用壽命 、外觀等與國外產(chǎn)品存在較大差距 1. 1. 4. 2 存在的問題國內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)笨重 ， 移動勞動強(qiáng)度大 ， 可靠性 、使用壽命 、外觀等不如國外產(chǎn)品 在動力機(jī)性能 、噪聲 、機(jī)械密封性 、軸承可靠性 、油耗和排放的廢氣指標(biāo)等方面劣于發(fā)達(dá)國家水平 ， 在水力性能 、加工工藝 、外觀結(jié)構(gòu)等方面還有較大改進(jìn)空間 1. 1. 4. 3 發(fā)展趨勢針對輕小型灌溉機(jī)組應(yīng)用中的弱點(diǎn) ， 以及移動困難 、勞動強(qiáng)度大等問題 ， 開展機(jī)組便攜性與機(jī)械化移動技術(shù)研究 ， 例如采用鋁合金壓鑄工藝減輕噴灌泵重量 ， 發(fā)明生產(chǎn)更方便實(shí)用的快速連接結(jié)構(gòu)等 ， 研制機(jī)械化移動的輕小型噴灌機(jī)組 1. 2 微灌裝備1. 2. 1 發(fā)展 現(xiàn) 狀1. 2. 1. 1 國外 發(fā) 展現(xiàn)狀微灌技術(shù)早在 20 世紀(jì)中期已經(jīng)開始應(yīng)用 ， 以色列 、美國 、西班牙 、意大利 、澳大利亞 、韓國等國家的研究水平一直處于世界的前列 近年來 ， 美國的微灌面積發(fā)展很快 ， 到 2010 年已發(fā)展到 1. 53 × 106hm2， 是世 界 上發(fā)展微灌最快的國家之一 以色列水資源的自然枯竭 ， 迫使其最大限度采用節(jié)水灌溉技術(shù) ， 80%的灌溉面積采用了先進(jìn)的微灌技術(shù) ， 成為微灌技術(shù)發(fā)展最具代表性的國家 1) 滴灌灌水器滴灌水器是滴灌系統(tǒng)的核心產(chǎn)品 ， 經(jīng)歷了孔口式 、渦流式 、微管長流道式 、透水毛管 、螺紋長流道式到迷宮流道式以及壓力補(bǔ)償灌水器等發(fā)展過程 ， 形式越來越多 ， 技術(shù)越來越先進(jìn) 按照滴灌灌水器與毛管的連接方式 ， 大體上可分為 2 類 : 一是一體化滴管 ( 帶 ) 類 ， 二是滴頭類 目前普遍流行的是一體化滴灌管 ( 帶 ) ， 即滴頭和滴灌管結(jié)合為一體 ， 安裝使用非常方便 一體化滴灌管 ( 帶 ) 主要有內(nèi)鑲柱式 、內(nèi)鑲片式 、內(nèi)鑲條式 、側(cè)翼迷宮式 、壓力補(bǔ)償式和防滴壓力補(bǔ)償式等系列 滴頭間距一般為 30 100 cm， 管壁厚為 0. 15 200 mm， 有的為一次性使用 ， 也有的壽命可長達(dá) 20a 最新的產(chǎn)品主要是壓力補(bǔ)償型的內(nèi)鑲式滴管( 帶 ) ， 灌水均勻性高 ， 機(jī)械化長距離鋪設(shè)方便 滴頭83排灌機(jī)械工程學(xué)報 第 33 卷類產(chǎn)品種類也 很 多 ， 有 管上式滴頭 、可拆卸滴頭 、壓力補(bǔ)償式滴頭 ， 其中較先進(jìn)的壓力補(bǔ)償式滴頭可通過改變水流通道的長度調(diào)節(jié)流量 ， 具有自沖洗功能 ， 灌水均勻度高 、抗堵塞能力強(qiáng) 16 為了 增 強(qiáng)低壓滴灌與地下滴灌的灌水均勻性與抗堵塞能力 ， 開發(fā)出了先進(jìn)的寬流道 、雙入口 、抗根系入侵與纏繞以及防負(fù)壓吸泥等多種滴灌灌水器 2) 過濾 、施肥及控制設(shè)備以色列 、美國 、西班牙等砂石過濾器 、離心過濾器和網(wǎng)式 、疊片過濾器品種規(guī)格較全 ， 都有手動 、半自動和全自動反沖洗 3 種形式 ， 自動反沖洗與自清洗連續(xù)過濾控制技術(shù)比較成熟 ， 擁有先進(jìn)的全自動盤式清洗過濾系統(tǒng) 、全自動自吸式網(wǎng)式過濾器及全自動過濾站等產(chǎn)品 ， 新型疊片過濾器流道采用曲面及反沖洗流道 ， 減少了水頭損失 ， 把外殼旋轉(zhuǎn)一定角度即可方便地實(shí)現(xiàn)反沖洗 水動注肥泵 、水力驅(qū)動比例注肥器及全自動灌溉施肥機(jī)為當(dāng)今世界水肥一體化裝備的先進(jìn)產(chǎn)品 ，依靠水流驅(qū)動活塞吸肥 、混勻與注肥 ， 具有較好的控制精度 全自動灌溉施肥機(jī)采用可編程控制器控制 ， 由水泵加壓多個文丘里裝置注入肥料 ， 可以做到自動配比施肥的種類和比例 發(fā)達(dá)國家的節(jié)水灌溉控制器 、電磁閥等自動控制產(chǎn)品較為成熟 ， 微灌自動控制系統(tǒng)產(chǎn)品完整配套 1. 2. 1. 2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀滴灌產(chǎn)品的研究與開發(fā) ， 以 1974 年引進(jìn)墨西哥滴灌設(shè)備為起點(diǎn) ， 20 世紀(jì) 80 年代開始仿制 、改進(jìn)與試點(diǎn)推廣 ; 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后 ， 在引進(jìn)與仿制的基礎(chǔ)上 ， 國內(nèi)滴灌產(chǎn)品具備了一定的自主研發(fā)能力 ， 開發(fā)了一系列適合中國國情的滴灌產(chǎn)品 經(jīng)過40 多年的發(fā)展 ， 滴灌產(chǎn)品門類和系列基本配套 ， 形成了灌水器 、管材與管件 、凈化過濾設(shè)備 、施肥設(shè)備 、控制及安全裝置等 5 個大類 ， 品種規(guī)格多樣化 、系列化的滴灌產(chǎn)品 全國共有滴灌管 ( 帶 ) 生產(chǎn)線近1 400 條 ， 其中側(cè)翼滴灌帶生產(chǎn)線 1 300 多條 、扁平滴頭生產(chǎn)線 30 余條 、圓柱滴頭生產(chǎn)線 10 余條 、管上式滴頭生產(chǎn)線 2 條 滴灌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善 ， 已制定了與滴灌技術(shù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 15 部 、國家標(biāo)準(zhǔn)22 部 ， 涉及工程技術(shù) 、管理 、產(chǎn)品等滴灌系統(tǒng)的各個組成部分 ， 還有些省市根據(jù)自身發(fā)展條件和發(fā)展目標(biāo) ， 制定了地方標(biāo)準(zhǔn) 17對滴 灌 灌溉制度 ， 滴灌條</p>