农业节水灌溉技术应用手册

农业节水灌溉技术应用手册TOC\o"1-2"\h\u30485第1章绪论 3278441.1节水灌溉的重要性 3278931.1.1节水灌溉是提高农业水资源利用效率的关键 425191.1.2节水灌溉是保障国家粮食安全的需要 4223391.1.3节水灌溉是促进农业可持续发展的必然选择 4198291.2节水灌溉技术概述 4121371.2.1灌溉方式节水技术 4235831.2.2农艺节水技术 4158031.2.3水资源管理节水技术 48651.2.4节水灌溉设备与材料 4199531.2.5智能化节水灌溉技术 419179第2章节水灌溉基本原理 5287842.1灌溉水源与水质 5213052.1.1水源类型 5304032.1.2水质要求 557962.2灌溉制度与灌溉技术 533182.2.1灌溉制度 520032.2.2灌溉技术 578562.3土壤水分与作物需水量 584242.3.1土壤水分 5282282.3.2作物需水量 520698第3章地面灌溉节水技术 6135753.1畦灌技术 6247973.1.1概述 681203.1.2技术要点 6311733.1.3节水效果 6201513.2沟灌技术 6291253.2.1概述 63473.2.2技术要点 633333.2.3节水效果 732513.3膜上灌溉技术 7286273.3.1概述 73593.3.2技术要点 7142113.3.3节水效果 716795第4章喷灌节水技术 759494.1喷灌系统组成与分类 738464.1.1按水源类型分类 7734.1.2按喷头类型分类 768084.1.3按控制方式分类 7229314.2喷灌设备选择与布置 8108454.2.1喷头选择 8103674.2.2输水设备选择 8203604.2.3喷头布置 8238874.3喷灌系统设计 8137694.3.1确定灌溉制度 8183304.3.2设计灌溉参数 877714.3.3系统布局设计 870854.3.4喷灌系统施工与调试 8277524.3.5喷灌系统运行与维护 830672第5章微灌节水技术 855645.1微灌系统概述 942855.2滴灌技术 986685.3微喷灌技术 999355.4微灌设备与工程管理 9294285.4.1微灌设备 9127265.4.2工程管理 912107第6章渠道防渗与输水节水技术 10242386.1渠道防渗材料与结构 1059006.1.1防渗材料 1075656.1.2防渗结构 10127146.2渠道防渗设计 1069486.2.1设计原则 10223226.2.2设计步骤 10153026.2.3设计参数 10320606.3输水管道与泵站工程 10325046.3.1输水管道 10113596.3.2泵站工程 10157556.3.3节水措施 1127221第7章节水灌溉调控技术 11321847.1灌溉预报与灌溉决策 1115907.1.1灌溉预报 11135637.1.2灌溉决策 11244207.2自动化灌溉控制系统 11198867.2.1自动化灌溉控制系统的组成 11177107.2.2自动化灌溉控制系统的功能 12140207.3智能灌溉技术 12154087.3.1智能灌溉技术概述 12138407.3.2智能灌溉技术实例 128179第8章作物灌溉制度优化 12148368.1作物水分生产函数 1226588.1.1作物水分生产函数的类型 1334478.1.2作物水分生产函数的特点 13307308.1.3作物水分生产函数在灌溉制度优化中的应用 13107648.2灌溉制度优化方法 1359568.2.1灌溉制度优化目标 13318908.2.2灌溉制度优化方法 13250128.3节水灌溉制度实践 14244068.3.1节水灌溉制度实践方法 14232408.3.2节水灌溉制度实践案例 1422812第9章节水灌溉工程管理与维护 15253669.1灌溉工程质量控制 15290499.1.1工程质量控制原则 15204289.1.2工程质量控制措施 15115319.2灌溉工程运行管理 15119269.2.1运行管理制度 1562199.2.2运行管理措施 1586049.3灌溉设备维护与故障排除 15158839.3.1设备维护 15236889.3.2故障排除 163814第10章节水灌溉技术综合应用 162117710.1节水灌溉技术在粮食作物中的应用 161053810.1.1概述 162663410.1.2节水灌溉技术 161151810.1.3应用实例 161660110.2节水灌溉技术在经济作物中的应用 162632510.2.1概述 162948410.2.2节水灌溉技术 171086610.2.3应用实例 171079810.3节水灌溉技术在设施农业中的应用 171920310.3.1概述 17571710.3.2节水灌溉技术 171667210.3.3应用实例 17612310.4节水灌溉技术在区域农业水资源管理中的应用 172193610.4.1概述 171609810.4.2节水灌溉技术 17844610.4.3应用实例 18第1章绪论1.1节水灌溉的重要性水是生命之源，农业用水是维持粮食生产、保障国家粮食安全的重要基础。但是我国水资源总量有限，人均水资源占有量较低，且水资源在时间和空间分布上极不均衡。经济社会的快速发展，水资源供需矛盾日益加剧，农业用水面临着严峻挑战。节水灌溉作为提高农业水资源利用效率、缓解水资源短缺矛盾的有效途径，对于我国农业可持续发展具有重要意义。1.1.1节水灌溉是提高农业水资源利用效率的关键农业是我国用水大户，占总用水量的60%以上。传统的大水漫灌方式导致水资源利用率低，浪费严重。节水灌溉通过采用先进的灌溉技术和管理方法，提高灌溉水的有效利用率，减少农业用水量，从而缓解水资源短缺压力。1.1.2节水灌溉是保障国家粮食安全的需要我国粮食生产在世界上具有重要地位，保障国家粮食安全是农业发展的首要任务。节水灌溉可以提高作物产量和品质，增加农业产值，为粮食生产提供有力保障。1.1.3节水灌溉是促进农业可持续发展的必然选择实施节水灌溉，可以提高农业水资源利用效率，降低农业生产对水资源的依赖程度，有利于农业产业结构调整和生态环境改善，推动农业可持续发展。1.2节水灌溉技术概述节水灌溉技术是指以提高农业水资源利用效率为核心，通过改进灌溉方法、设备和管理措施，实现节水、高效、环保的灌溉技术。主要包括以下几类：1.2.1灌溉方式节水技术灌溉方式节水技术主要包括滴灌、喷灌、微灌等。这些技术通过精确控制灌溉水量和灌溉部位，减少水分蒸发和土壤渗漏，提高灌溉水利用率。1.2.2农艺节水技术农艺节水技术主要包括作物品种改良、耕作制度改革、施肥技术优化等。这些技术通过提高作物水分利用效率，减少农业用水需求。1.2.3水资源管理节水技术水资源管理节水技术主要包括水资源合理调配、灌溉制度优化、灌溉预报等。这些技术通过合理利用水资源，提高灌溉管理水平，实现节水目标。1.2.4节水灌溉设备与材料节水灌溉设备与材料包括各种类型的灌水器、管道、阀门等。这些设备与材料在提高灌溉水利用率、降低能耗等方面具有重要作用。1.2.5智能化节水灌溉技术智能化节水灌溉技术是指利用现代信息技术、自动化技术、物联网技术等，实现灌溉系统的自动化、智能化控制，提高灌溉水利用效率。通过以上各类节水灌溉技术的综合应用，可以显著提高农业水资源利用效率，为我国农业可持续发展提供有力支撑。第2章节水灌溉基本原理2.1灌溉水源与水质2.1.1水源类型农业节水灌溉技术首先依赖于可靠的水源。灌溉水源主要包括地表水、地下水和再生水。地表水包括河流、湖泊、水库等水体；地下水则来源于地下含水层；再生水则是经过处理后可再利用的废水。2.1.2水质要求为保证作物生长和农产品质量，灌溉水质需符合一定标准。主要指标包括pH值、电导率、盐分、重金属含量等。合理选择水源并保证水质，对提高灌溉效率和保障农业生产具有重要意义。2.2灌溉制度与灌溉技术2.2.1灌溉制度灌溉制度是根据作物生长周期、土壤性质、气候条件等因素，制定的灌溉计划。合理的灌溉制度有利于提高灌溉水利用效率，减少水资源浪费。灌溉制度主要包括灌溉时期、灌溉次数、灌溉水量等。2.2.2灌溉技术灌溉技术包括传统的地面灌溉和现代节水灌溉技术。现代节水灌溉技术主要包括滴灌、喷灌、微灌等。这些技术具有节水、省工、高效等优点，有利于提高农业水资源利用效率。2.3土壤水分与作物需水量2.3.1土壤水分土壤水分是影响作物生长的关键因素。土壤水分的测量和监测对制定灌溉制度具有重要意义。土壤水分可分为重力水、毛管水、束缚水等，不同类型的土壤水分对作物生长的影响不同。2.3.2作物需水量作物需水量是指作物在生长过程中，从土壤中吸收水分以维持正常生理活动的需求。作物需水量受作物种类、生长阶段、气候条件等多种因素影响。合理确定作物需水量，有助于制定科学合理的灌溉制度，提高灌溉水利用效率。本章从灌溉水源与水质、灌溉制度与灌溉技术、土壤水分与作物需水量三个方面，阐述了节水灌溉的基本原理。这些基本原理为实际应用节水灌溉技术提供了理论依据。在实际操作中，应根据具体情况，合理选择灌溉水源、灌溉技术和灌溉制度，以提高农业节水灌溉效果。第3章地面灌溉节水技术3.1畦灌技术3.1.1概述畦灌技术是一种传统的地面灌溉方式，适用于多种作物种植。其原理是通过在畦面上形成一定深度的水层，使水分渗透到作物根部土壤。通过改进畦灌技术，可以达到节水的目的。3.1.2技术要点（1）畦面设计：畦面应保持平整，长度和宽度根据地形、土壤和作物种类确定。（2）灌溉水管理：根据土壤类型、作物需水量和生育期，合理调配水源和灌溉时间。（3）畦灌方法：采用激光平地、微喷、滴灌等技术，提高畦灌均匀度。3.1.3节水效果通过优化畦灌技术，可以减少水分深层渗漏和地表流失，提高灌溉水利用效率，实现节水目标。3.2沟灌技术3.2.1概述沟灌技术是在作物行间开挖沟渠，将水引入沟中，借助土壤毛细管作用，使水分向两侧和根部土壤渗透的灌溉方式。3.2.2技术要点（1）沟渠设计：根据作物种类和种植模式，合理确定沟渠的深度、宽度和间距。（2）灌溉水管理：根据土壤类型、作物需水量和生育期，控制灌溉水量和灌溉时间。（3）沟灌方法：采用交替沟灌、隔沟灌等技术，提高水分利用率。3.2.3节水效果沟灌技术可以减少水分蒸发和地表流失，提高灌溉水利用效率，实现节水目标。3.3膜上灌溉技术3.3.1概述膜上灌溉技术是一种新型地面灌溉方式，通过在畦面上铺设塑料薄膜，将水限制在一定范围内，减少水分蒸发和深层渗漏。3.3.2技术要点（1）薄膜选择：选用具有一定抗拉强度、透水性和耐候性的塑料薄膜。（2）铺设方式：根据作物种植模式和畦面形状，合理铺设薄膜。（3）灌溉水管理：控制灌溉水量和灌溉时间，保证水分充分渗透到作物根部。3.3.3节水效果膜上灌溉技术可以显著降低水分蒸发和深层渗漏，提高灌溉水利用效率，实现节水目标。同时该技术还具有提高地温、抑制杂草生长等优点。第4章喷灌节水技术4.1喷灌系统组成与分类喷灌系统主要由水源、输水设备、喷头和控制设备四大部分组成。根据不同的分类标准，喷灌系统可分为以下几类：4.1.1按水源类型分类（1）地表水喷灌系统：以河流、湖泊、水库等地表水源为供水来源；（2）地下水喷灌系统：以地下水为供水来源，通过井泵提取地下水；（3）再生水喷灌系统：以处理后的污水或再生水为供水来源。4.1.2按喷头类型分类（1）固定式喷灌系统：喷头固定在一个位置，适用于面积较小的农田；（2）移动式喷灌系统：喷头可在农田内移动，适用于大面积农田；（3）半固定式喷灌系统：喷头在农田内部分区域固定，部分区域可移动。4.1.3按控制方式分类（1）手动控制喷灌系统：通过人工操作阀门、泵等设备进行喷灌；（2）自动控制喷灌系统：采用传感器、控制器等设备实现自动控制。4.2喷灌设备选择与布置4.2.1喷头选择喷头选择应考虑农田类型、作物种类、土壤性质等因素，合理选择喷头类型、喷头流量、喷头工作压力等参数。4.2.2输水设备选择输水设备包括水泵、管道、阀门等，应根据水源距离、地形高差、灌溉面积等因素选择合适的水泵和输水管道。4.2.3喷头布置喷头布置应考虑农田地形、作物种植模式、水源分布等因素，保证喷灌均匀、高效。4.3喷灌系统设计4.3.1确定灌溉制度根据作物种类、生育期、土壤类型等，制定合理的灌溉制度，包括灌溉次数、灌溉时间、灌溉量等。4.3.2设计灌溉参数根据灌溉制度，计算灌溉系统所需的水量、压力等参数，为喷灌设备选择提供依据。4.3.3系统布局设计结合农田地形、作物种植模式、水源分布等因素，设计喷灌系统的布局，包括喷头间距、管道布置等。4.3.4喷灌系统施工与调试根据设计图纸进行喷灌系统的施工，完成后进行系统调试，保证喷灌效果达到预期目标。4.3.5喷灌系统运行与维护制定喷灌系统的运行管理制度，定期检查、维护喷灌设备，保证喷灌系统长期稳定运行。第5章微灌节水技术5.1微灌系统概述微灌技术是一种高效节水灌溉技术，主要通过微灌系统将水直接输送到作物根部，以降低灌溉水的深层渗漏和表面蒸发，提高灌溉水利用效率。微灌系统主要包括水源、首部装置、输配水管道、微灌设备四大部分。其适用范围广泛，尤其在干旱、半干旱地区以及丘陵、山地等水资源短缺区域具有显著优势。5.2滴灌技术滴灌技术是微灌技术的一种，通过将水通过滴头以滴状形式直接供给作物根部。其主要特点包括：节水效果显著、提高肥料利用率、适应性强、有利于改善土壤结构和作物生长环境等。滴灌系统根据滴头的不同可分为压力补偿式和非压力补偿式，根据作物需求可选择不同流量和间距的滴头。5.3微喷灌技术微喷灌技术是利用微喷头将水均匀喷洒在作物表面或根部附近，形成细小水滴，以满足作物水分需求的灌溉方式。微喷灌技术具有节水、节能、适应性强、改善作物生长环境等优点。根据喷洒方式不同，可分为旋转式和固定式两种类型。微喷灌适用于蔬菜、花卉、果园等经济作物以及园林绿化的灌溉。5.4微灌设备与工程管理5.4.1微灌设备微灌设备主要包括：水源设备、首部装置、输配水管道、微灌设备（滴头、微喷头等）、控制系统等。选用微灌设备时应充分考虑水源条件、作物类型、地形地貌、管理水平等因素，保证系统的高效运行。5.4.2工程管理微灌系统工程管理主要包括以下几个方面：（1）系统设计：根据作物需水量、灌水面积、地形地貌等因素进行系统设计，合理选择设备类型和规格。（2）设备安装：按照设计图纸进行设备安装，保证设备安装牢固、连接可靠。（3）运行管理：制定合理的灌溉制度，保证系统按照作物生长需求进行灌溉。（4）维护保养：定期对系统进行检查、维护，及时更换损坏的设备部件，保证系统正常运行。（5）施肥管理：根据作物需肥规律，合理选择肥料和施肥方式，提高肥料利用率。（6）病虫害防治：加强作物病虫害监测，及时采取防治措施，减少病虫害对作物生长的影响。第6章渠道防渗与输水节水技术6.1渠道防渗材料与结构6.1.1防渗材料本节主要介绍常用的渠道防渗材料，包括混凝土、沥青混凝土、土工布、塑料薄膜等。对这些材料的物理功能、力学功能、耐久性及施工工艺进行详细阐述。6.1.2防渗结构渠道防渗结构主要包括衬砌结构、防渗层、排水层和保护层。本节将对这些结构的类型、功能及组合形式进行详细分析。6.2渠道防渗设计6.2.1设计原则渠道防渗设计应遵循以下原则：保证防渗效果、降低工程投资、便于施工与维护、适应地形地质条件、兼顾生态环境。6.2.2设计步骤本节将介绍渠道防渗设计的主要步骤，包括前期调研、方案比选、结构设计、施工图设计等。6.2.3设计参数渠道防渗设计参数主要包括渠道流量、纵坡、横坡、防渗层厚度、排水层厚度等。本节将对这些参数的选取依据和方法进行详细说明。6.3输水管道与泵站工程6.3.1输水管道本节主要介绍输水管道的类型、选型原则、管材功能、管道设计及施工技术。6.3.2泵站工程泵站工程包括泵房、水泵、泵站电气设备及辅助设施。本节将阐述泵站工程的规划、设计、施工及运行管理等方面的内容。6.3.3节水措施在输水管道与泵站工程中，可采取以下节水措施：提高泵站效率、减少输水损失、优化调度运行、实施自动化控制等。本节将对这些措施进行详细介绍。第7章节水灌溉调控技术7.1灌溉预报与灌溉决策7.1.1灌溉预报灌溉预报是根据作物生长周期、土壤墒情、气候条件等因素，预测作物未来一段时间内的灌溉需求。本节主要介绍灌溉预报的方法和步骤。（1）收集作物生长数据：包括作物种类、生长阶段、根系分布等。（2）测定土壤墒情：采用土壤水分测定仪等设备，实时监测土壤含水量。（3）气候条件分析：收集当地气候资料，分析气温、降水、蒸发等对灌溉需求的影响。（4）灌溉预报模型：根据上述数据，建立灌溉预报模型，预测未来一段时间内的灌溉需求。7.1.2灌溉决策灌溉决策是在灌溉预报的基础上，结合实际情况，制定合理的灌溉方案。本节主要介绍灌溉决策的方法和步骤。（1）分析灌溉预报结果：根据灌溉预报，了解作物未来一段时间内的灌溉需求。（2）考虑实际情况：包括水源、灌溉设备、经济效益等。（3）制定灌溉方案：根据分析结果，制定合理的灌溉方案，包括灌溉时间、灌溉水量、灌溉方式等。（4）灌溉决策支持系统：利用计算机技术，建立灌溉决策支持系统，为决策者提供科学依据。7.2自动化灌溉控制系统7.2.1自动化灌溉控制系统的组成自动化灌溉控制系统主要包括以下部分：（1）传感器：用于实时监测土壤水分、气候条件等参数。（2）控制器：根据传感器数据和控制策略，自动调节灌溉设备。（3）执行器：包括水泵、阀门等，用于实施灌溉操作。（4）通信系统：将传感器、控制器和执行器连接起来，实现数据传输和控制指令的传递。7.2.2自动化灌溉控制系统的功能（1）实时监测：通过传感器，实时监测土壤水分和气候条件。（2）自动控制：根据控制策略，自动调节灌溉设备，实现节水灌溉。（3）远程监控：通过通信系统，实现对灌溉系统的远程监控和管理。（4）数据管理：收集和存储灌溉数据，为灌溉决策提供依据。7.3智能灌溉技术7.3.1智能灌溉技术概述智能灌溉技术是利用现代信息技术、传感器技术、自动控制技术等，实现灌溉系统的自动化、智能化。其主要特点如下：（1）精确灌溉：根据作物生长需求，精确控制灌溉水量和时间。（2）节能环保：减少水资源浪费，降低能耗。（3）远程管理：通过互联网、移动通信等技术，实现远程监控和管理。（4）自适应调节：根据作物生长和气候条件变化，自动调整灌溉策略。7.3.2智能灌溉技术实例（1）基于物联网的智能灌溉系统：利用物联网技术，实现灌溉设备的远程控制和数据传输。（2）精准灌溉技术：结合卫星遥感、无人机等手段，获取作物生长和土壤水分信息，实现精确灌溉。（3）自适应灌溉技术：根据作物生长和气候条件，自动调整灌溉策略，实现节水灌溉。（4）大数据分析与应用：收集大量灌溉数据，通过数据分析，优化灌溉策略，提高灌溉效率。第8章作物灌溉制度优化8.1作物水分生产函数作物水分生产函数是描述作物产量与水分供应之间关系的重要工具。它可以帮助我们了解作物在不同生长阶段对水分的需求规律，为灌溉制度的优化提供理论依据。本节主要介绍作物水分生产函数的类型、特点及其在灌溉制度优化中的应用。8.1.1作物水分生产函数的类型（1）线性水分生产函数（2）非线性水分生产函数a.指数型水分生产函数b.幂函数型水分生产函数c.对数型水分生产函数8.1.2作物水分生产函数的特点（1）时变性（2）空间变异性（3）非线性（4）受作物品种、生长阶段、环境条件等因素影响8.1.3作物水分生产函数在灌溉制度优化中的应用（1）确定作物灌溉时机（2）制定灌溉计划（3）评估灌溉效果8.2灌溉制度优化方法灌溉制度优化旨在实现作物产量最大化和水资源利用效率提高。本节主要介绍几种常用的灌溉制度优化方法。8.2.1灌溉制度优化目标（1）保证作物产量（2）提高水资源利用效率（3）减少灌溉成本（4）降低环境污染风险8.2.2灌溉制度优化方法（1）经验法a.土壤湿度阈值法b.灌溉指标法（2）数值模拟法a.田间试验法b.模型模拟法（3）优化算法a.线性规划法b.非线性规划法c.遗传算法d.粒子群优化算法8.3节水灌溉制度实践节水灌溉制度实践是提高农业水资源利用效率的关键环节。本节通过实例介绍几种节水灌溉制度的实践方法。8.3.1节水灌溉制度实践方法（1）精准灌溉a.灌溉决策支持系统b.变量灌溉技术（2）节水灌溉技术a.微灌b.滴灌c.喷灌d.地下灌溉（3）转变灌溉方式a.由连续灌溉向间歇灌溉转变b.由单一灌溉方式向复合灌溉方式转变8.3.2节水灌溉制度实践案例（1）案例一：某地区小麦节水灌溉制度实践（2）案例二：某地区玉米节水灌溉制度实践（3）案例三：某地区果树节水灌溉制度实践通过以上实践案例，可以看出节水灌溉制度在提高农业水资源利用效率、保证作物产量和降低灌溉成本方面的显著效果。在实际应用中，应根据当地气候条件、土壤特性、作物类型和水资源状况等因素，合理选择和优化灌溉制度，以实现农业节水灌溉的目标。第9章节水灌溉工程管理与维护9.1灌溉工程质量控制9.1.1工程质量控制原则在节水灌溉工程的建设过程中，质量控制是保证工程长期稳定运行的关键。必须遵循科学、严谨、规范的质量控制原则。9.1.2工程质量控制措施（1）严格执行国家相关标准和规范；（2）强化施工现场管理，保证工程质量；（3）对工程材料、设备进行严格检验，保证合格；（4）加强工程监理，对施工过程进行全程监督；（5）及时对施工质量问题进行处理，保证整改到位。9.2灌溉工程运行管理9.2.1运行管理制度（1）制定完善的灌溉工程运行管理制度，保证工程正常运行；（2）落实责任制，明确运行管理责任人；（3）定期对运行管理人员进行培训，提高管理水平。9.2.2运行管理措施（1）对灌溉系统进行定期检查，保证设备完好；（2）根据作物需水量，合理制定灌溉计划；（3）采用先进的灌溉技术，提高灌溉水利用效率；（4）做好灌溉水源管理，防止水源污染。9.3灌溉设备维护与故障排除9.3.1设备维护（1）制定设备维护计划，定期对设备进行保养；（2）对设备进行定期检查，发觉问题及时处理；（3）更换损坏的零部件，保证设备正常运行；（4）做好设备防潮、防锈、防腐蚀等措施。9.3.2故障排除（1）对常见故障进行分类，制定故障排除流程；（2）提高运行管理人员对故障的识别和处理能力；（3）建立故障排除档案，总结故障原因和处理经验；（4）在遇到特殊故障时，及时请教专家或联系设备供应商，保证问题得到及时解决。注意：本章节内容旨在指导节水灌溉工程的管理与维护，实际操作中需结合具体工程特点和条件进行调整。第10章节水灌溉技术综合应