1、太原理工大学工程硕士研究生学位论文I多水源灌区节水农业技术研究摘 要目前水资源利用中存在的主要问题是：一是重视水利工程建设，轻视农业水资源管理。一些先进的农业节水技术和现代化的管理措施得不到大面积推广，大部分灌区灌溉水利用率低、灌水定额偏大，造成水资源的大量浪费；二是对农业生态环境重视不够。井灌区出现大面积的地下水位下降漏斗区，全国已经出现了 56 个地下水区域性下降漏斗，总面积大于 8.2 万 km2。三是灌溉工程老化不配套，灌溉面积下降。针对目前农业生产及农业水资源利用中存在的主要问题，本课题选取了典型的井渠结合灌溉灌区，就晋中市井渠结合灌区普遍存在的水资源利用不合理、水环境恶化、节水措施
2、单一、节水效果得不到充分发挥、灌溉效益不高等一系列问题进行技术研究和探索，将对农业生产的进步、经济的可持续发展和水资源的可持续利用发挥重要作用，同时对类似地区也有重要的指导意义。本论文的主要研究内容如下：(1) 主要作物节水抗旱品种的筛选针对项目区的主导作物玉米和冬小麦，通过文献调研、小区试验、产量调查，对不同品种的产量、水分利用率进行分析，筛选适合于本项太原理工大学工程硕士研究生学位论文II目区的冬小麦、玉米抗旱品种；(2) 主要作物水肥耦合关系及合理灌溉制度研究以节水增产、增效为目标，进行坑测水肥生产函数试验及模型研究；在此基础上，制定主要作物的合理灌溉制度；(3) 作物种植模式研究通过小
3、区试验，比选主要作物的复播、间作、套种农作制度与种植模式；(4) 选择适合晋中市井渠结合灌溉类型区的多种节水技术，以节水高效为目标进行技术集成组合，对所选定的典型组合进行田间示范，对产量、投入、效益等进行测试。提出各种技术集成组合形式的投入产出效益关系。通过本项目的实施所形成的节水农业综合技术集成体系及其一系列关键技术和成果，将对晋中市井渠结合地区解决水资源高效利用和农业节水增产问题起到一定指导性作用。关键词：节水农业，干旱地区，井渠，晋中市 太原理工大学工程硕士研究生学位论文IIIRESEARCH ON THE TECHNOLOGY OF SAVING WATER AGRICULTURE I
4、N IRRIGATIVE AREA OF MANY WATER SOURCEABSTRACTAt present there are three primary problems in water resource using: first, we only regard construct on water conservancy , but despise manage on agricultural water resource. Some advanced agricultural saving water technology and modern managing measure
5、can not be extended in large area, in the great mass of irrigative area irrigative water using efficiency is low, irrigative ration is large, so water resource is heavy wasted; second, we less regard on agricultural entironment. Some the area of well and irrigation appear water table falling, and fo
6、rm filler area, in our country there are 56 filler areas, the total area excess 8.2 ten thousand km2. third, irrigated projects is old and is not layout, irrigated areas drop.Aimed at problems of above mention this paper selects typical irrigated areas and progresses technical research and explore f
7、or those problems in Jinzhong city, for example water saving is irrational, water environment deteriorate, saving water steps are singleness, saving water effect can not fully exert, irrigated benefit is low-rise. This will exert important effect for advancement of agricultural production, economic
8、continuable development and water resource continuable using, at one time there is directive meaning in similar areas.太原理工大学工程硕士研究生学位论文IVThis paper main content are following:(1) the filtering on fighting a drought breeds of crop The main crops are corn and wheat in item area, through literature res
9、earch, examination in area and output research put up analysis for output of differ breed and water using rate, at last some fighting a drought breeds of crop and wheat are filtered. (2)the water-fertilizer coupling relation of main crop and study on rationalization irrigated systemWater-fertilizer
10、creative function and model are studied with the aim of saving water and increasing production; on the based we establish rational irrigated system.(3)the study on crop planting modeThrough experiment we vote in repeatedly seeding, intercrop and growth mode.(4)electing manifold saving water technolo
11、gy suiting the area of well and trench in Jinzhong city process technical compositive combination, in typical combination adopt demonstration in the field, and testing for output, devotion, benefit and so on. Advancing the relation between devotion and benefit using manifold technical compositive co
12、mbination.This item area is typical and representative in Jinzhong city, through technical compositive combination and some pivotal technology will have stated directive action for water resource high using rate and agricultural saving water and increasing production.KEY WORDS: saving water agricult
13、ure, drought area, well and trench, Jinzhong city太原理工大学工程硕士研究生学位论文V目 录摘 要 .I目 录 .V第一章 绪论 .11.1 选题的背景及意义 .11.1.1 我国水资源现状 .11.1.2 我国农业用水现状 .21.1.3 农业水资源利用中存在的主要问题 .21.2 国内外节水灌溉技术的发展概述 .31.2.1 国外节水灌溉技术发展概述 .31.2.2 国内节水灌溉发展概述 .31.3 本文的研究内容、技术路线及研究方法 .51.3.1 项目研究区的确定 .51.3.2 研究内容 .51.3.3 技术路线 .51.3.4 研究方
14、法 .6第二章 项目区基本情况 .72.1 自然概况 .72.1.1 地形地貌 .72.1.2 自然资源 .72.2 水利工程概况 .82.2.1 渠灌工程概况 .82.2.2 井灌工程概况 .92.2.3 排水工程概况 .92.2.4 节水工程概况 .92.2.5 灌溉用水概况 .102.3 农业生产及社会经济概况 .102.3.1 农业生产概况 .102.3.2 社会经济概况 .112.4 水资源可持续利用与节水增产方略概况 .122.4.1 水资源可持续利用概况 .122.4.2 节水农业技术发展方向与对策概况 .132.4.3 提高粮食产量途径概况 .15太原理工大学工程硕士研究生学位
15、论文VI第三章 项目区节水农业试验研究 .173.1 节水抗旱作物新品种的筛选 .173.2 作物水肥耦合关系及合理灌溉制度研究 .183.2.1 冬小麦农田水量平衡与消耗规律分析 .183.2.2 冬小麦水分生产函数研究 .253.2.3 冬小麦水肥耦合关系分析 .303.2.4 灌溉水资源优化配置中几个基本问题的探讨 .343.2.5 作物非充分灌溉制度优化的模拟模型 .383.2.6 示范区主要作物节水灌溉制度 .413.3 作物高效用水集成模式研究 .423.3.1 冬小麦玉米组合种植管灌高效用水模式 .423.3.2 大棚蔬菜滴灌高效用水模式 .433.3.3 大田作物管灌高效用水模
16、式 .443.3.4 大田蔬菜覆盖微喷高效用水技术 .45第四章 井渠结合节水农业技术体系及其评价体系 .474.1 现代节水农业技术的内涵与目标 .474.2 井渠结合的节水农业技术体系 .474.3 节水农业技术评价体系研究 .494.3.1 节水农业技术效益评价指标 .494.3.2 节水农业技术评价指标体系 .514.3.3 节水农业技术评价结果与分析 .52第五章 结论 .55参考文献 .57致 谢 .59攻读硕士期间发表的主要论文 .60太原理工大学工程硕士研究生学位论文1第一章 绪论1.1 选题的背景及意义水资源问题是全世界普遍关注的问题，它不仅影响、制约现代社会的可持续发展，而
17、且将成为本世纪全球资源环境的首要问题。随着世界人口的增长和经济的发展，水资源将严重不足。全世界 26 个国家约 2.32 亿人口已经面临缺水，另有 4 亿人口用水速度超过水资源的更新速度，世界上约有 1/5 人口得不到符合卫生标准的淡水 1-3。占世界人口 40%的 80 多个国家，其淡水供应短缺已成为限制其经济社会发展的重要因素，预计在 2030 年内淡水拥有量不足的人口数将达到 15 亿 4-5。从古至今，人类的各项活动都离不开水，水作为一种不可替代的自然资源，为人类的基本生存提供了必不可少的条件。水资源是一种战略性经济资源，更是一个国家综合国力的重要组成部分，在国家经济和民生中起着举足轻
18、重的作用。但如今随着世界人口和经济的增长，人类对自然资源过度开发，导致水资源不断遭到破坏，再加上基础设施投入严重不足等因素的影响，水资源的供应量已经远远不能满足人类生产和生活的需要，这严重制约了社会和经济的正常发展，如今水资源短缺问题已经受到世人的密切关注，成为 21 世纪亟待解决的全球性问题。1.1.1 我国水资源现状我国是一个缺水国家，水资源短缺正在日益成为制约我国经济发展、人民生活提高及生态环境改善的重要因素。我国水资源总量 2.8 万亿 m3，居世界第四位。但人均水资源量为 2200m3，仅相当于世界人均占有量的 1/4，被联合国机构称为处于严重缺水的边缘。预计到 2030 年，我国亩
19、均水资源 1900m3，相当于世界亩均占有量的 4/5。而到那时，我国人口将达到 16 亿，人均水资源的占有量却将仅为 1700m3，接近世界公认的缺水警戒线 3。而且我国水资源在时空分布上也很不均匀，同时水资源在空间上的分布也与土地资源分布极不匹配，普遍存在着南丰北枯的现象，华南地区年降水量为 14002000mm，而北方地区年降水量却少于 800mm。黄河、海河、淮河三流域，土地面积占全国的 13.4%，耕地面积占 64.1%，人口占 35%，而水资源占有量仅为7.7%，人均年占有量约为 500m3，是我国水资源最为紧张的地区。而且水资源在时间上的分布也十分不均，江水过于集中，一般地区每年
20、汛期（一般 34 个月）降水量占太原理工大学工程硕士研究生学位论文2全年的 70%左右，这意味着将有大部分水量形成洪水径流而流失 4。同时，北方干旱地区年蒸发量约为 15002000mm，远远超过降水量 5，造成严重干旱、洪涝灾害和土壤盐碱化现象。1.1.2 我国农业用水现状我国是农业大国，农业用水比重过大，全国平均为 73%，而发达国家平均为50%，农业与其它各行业用水矛盾十分突出。长期以来，由于技术和管理水平落后、灌溉设施老化失修等原因，目前我国灌溉水的利用率仅为 45%左右,与发达国家 80%的利用率相差甚远，农业节水潜力很大。节水灌溉是提高农业用水有效性的关键，它是科学进步的产物，也是
21、农业持续发展的重要内涵 6-11。根据预测，我国将在下个世纪中叶出现人口高峰值,突破 16 亿人。按人均每年400440kg 粮食计算，人口高峰时的粮食需求量为 6.47 亿 t。因此，在未来的半个世纪内，我国粮食产量必须在现有 5 亿 t 左右产量的基础上再提高 1.42 亿 t,才能基本满足人口增长和生活水平提高的粮食需求。水和土地是粮食生产的战略资源，在我国尤其如此，农作物生产中灌溉面积上的生产占有举足轻重的作用，近 80%的粮食产于灌溉农田。根据联合国粮农组织发布的生产年鉴分析，虽然中国耕地面积只占世界总耕地的 7%，人均耕地也不足世界平均水平的 1/3，但是中国灌溉面积却占了全球灌溉
22、面积的 21%，人均灌溉面积与世界平均水准相平。由此可见，中国农业发展前景很大程度上依赖于灌溉面积的发展，而粮食安全则与水资源利用紧密相关 12-19。1.1.3 农业水资源利用中存在的主要问题目前在水资源利用中存在的主要问题是：一是重视水利工程建设，轻视农业水资源管理。一些先进的农业节水技术和现代化的管理措施得不到大面积推广，大部分灌区灌溉水利用率低、灌水定额偏大，造成水资源的大量浪费；二是对农业生态环境重视不够。井灌区出现大面积的地下水位下降漏斗区，全国已经出现了 56 个地下水区域性下降漏斗，总面积大于 8.2 万 km2。三是灌溉工程老化不配套，灌溉面积下降 20-22。针对目前农业生
23、产及农业水资源利用中存在的主要问题，本课题选取了典型的井渠结合灌溉灌区，就华北半湿润偏旱井渠结合灌区普遍存在的水资源利用不合理、水环境恶化、节水措施单一、节水效果得不到充分发挥、灌溉效益不高等一系列问题进行技术研究和探索，将对农业生产的进步、经济的可持续发展和水资源的可持续利用发挥重要作用，同时对类似地区也有重要的指导意义。太原理工大学工程硕士研究生学位论文31.2 国内外节水灌溉技术的发展概述节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件，为了有效的利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称 23。其最终目的是以最少的水量消耗获取尽可能多的农作物产量、最
24、高的经济效益和生态环境效益。1.2.1 国外节水灌溉技术发展概述近年来，许多学者进行了水资源优化配置研究 24-28。经过不断发展和研究，逐步发展到喷灌、微喷灌、滴灌、渗灌、涌泉灌等节水高新技术。采用节水和节能的灌水方法是当今世界灌溉技术发展的总趋势。目前发达国家的管道输水技术应用已十分广泛，美国早在 20 年代就已应用管道输水技术，低压管道灌溉面积已占总灌溉面积的 50%；日本已有 30%的农田实现了地下管道灌溉，并且管网的自动化、半自动化给水控制设备也较完善；以色列、美国、瑞典等国也已有 90%的土地实现了灌溉管道化 30-33。第二次世界大战以后，西方国家经济恢复很快，喷灌技术和机具设备
25、的研制也得到了迅速发展。在美国干旱的西部 17 个州喷灌得到了广泛使用，1996 年美国喷灌面积达到了 1082 万 hm2，占全美国灌溉面积的 44%，其中圆形和平移式大型自走喷灌机的喷灌面积占全国喷灌面积的 64%；罗马尼亚的喷灌面积占全国耕地面积的 80%以上，绝大部分是移动管道式喷灌。滴灌技术随着塑料工业的发展而不断进步。20 世纪 50 年代末期，以色列研制长流道滴头成功，使得滴灌系统在技术上有了显著的进展。到 20 世纪 60 年代滴灌系统已发展成为一种新型的系统，在美国、澳大利亚、墨西哥、英国、法国、意大利及中东地区、南非地区逐步得到推广应用。以色列是世界上滴灌领域的主导者，60
26、的农田使用滴灌技术；以色列回收水用于农业的比率世界最高，城市污水总量的 70被回收用于农业；以色列拥有水设备发展的前沿技术并提供多种多样的先进设备。世界上节水灌溉比较发达的国家，都是根据各自的国情，综合考虑社会、经济、资源、环境和技术因素，采取适合本国特点的农业高效灌溉措施 34-36。1.2.2 国内节水灌溉发展概述我国农业灌溉历史悠久，但旱田是大水漫灌，水田是串畦淹灌的传统灌水方法，不但浪费了大量水资源，同时，还严重影响着农作物产量。19501970 年这 20 年间，太原理工大学工程硕士研究生学位论文4我国基本上是充分灌溉的节水灌溉发展阶段，主要是开发新水源、建设新灌区和改建扩大旧灌区，
27、采取渠道防渗技术，健全渠系建筑物，划小畦块，平田整地，按作物需水量进行灌溉，以及加强灌区管理，合理配水等节水措施。50 年代末期我国开始从国外引进先进的节水灌溉技术和设备，但这时期推广使用的喷灌设备主要是柴油机或电机带动的单机单喷头的手台式或小推车式的轻小型喷灌机。70 年代喷灌技术在我国受到普遍的重视，从而推进了我国喷灌技术的发展。到了 80 年代，在喷灌方面，我国已经具备了自己的一整套设备和技术，为喷灌的大面积推广创造了条件 37。我国从 1974年引进滴灌，在 20 世纪 90 年代后期开始得以较快发展，但其对技术要求比较高，投资也比较大，使得其在我国推广应用较少。截止 2008 年底，
28、全国灌溉面积 9.62 亿亩，全年净增灌溉面积 1061 万亩；全国农田有效灌溉面积 8.77 亿亩，占耕地总面积的 48%，全年净增农田有效灌溉面积 1035亩。全国节水灌溉面积 3.67 亿亩，全年净增节水灌溉面积 1421 万亩。其中，渠道防渗节水灌溉面积 15672 万亩，占 42.8%；低压管道输水灌溉面积 8810 万亩，占 24%；喷微灌面积 6107 万亩，占 16.7%；其他节水灌溉面积 6066 万亩，占 16.5%。万亩以上灌区固定渠道防渗长度所占比例 18.6%，其中干支渠道防渗长度所占比例 35.1%。2008 年全国灌溉用水量为 3729.9 亿 m3，大型灌区灌溉
29、用水量占总灌溉用水量的比例最高，达 35.4%，中型、小型、井灌区的灌溉用水量分别占总灌溉用水量的25.6%、26.7%和 12.3。全国亩均灌溉用水量 423.7m3。2 008 年 全 国 灌 溉 用 水 有 效 利 用系 数 平 均 值 为 0.483， 大 型 、 中 型 、 小 型 和 纯 井 灌 区 灌 溉 用 水 有 效 利 用 系 数 平 均 值 分 别 为0.440、 0.446、 0.482 和 0.689， 分 别 提 高 了 0.010、 0.013、 0.011 和 0.006。 在 全 国 31 个省 级 行 政 区 和 新 疆 生 产 建 设 兵 团 中 ， 灌
30、溉 用 水 有 效 利 用 系 数 均 值 超 过 0.55 的 有 北 京 、 天 津 、河 北 等 6 个 省 （ 市 ） ， 占 19 ； 0.45 0.55 的 有 山 西 、 辽 宁 、 吉 林 等 14 个 省 （ 区 ） ， 占44 ； 0.35 0.45 的 有 内 蒙 古 、 江 西 、 湖 南 、 广 东 、 广 西 等 12 个 省 （ 区 、 市 ） ， 占 37 。综上所述，可以看出，我国灌溉水利用率相对较低，水的利用系数仅为 0.47。按现状估计，灌溉用水利用率提高一个百分点，可节约用水 80 亿 m3。因此，大力发展节水灌溉，提高灌溉水的利用效率是缓解我国水资源紧缺状况、促进社会经济可持续发展的最有效、最根本的途径。
