節(jié)水灌溉技術(shù)研究進展

何 靖

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責任公司,陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團有限責任公司，陜西 西安 710075；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075)

1 國外節(jié)水灌溉技術(shù)的研究及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)[1]自20世紀60年代出現(xiàn)以來，就被作為解決灌溉問題的主要手段，主要用于大面積的機械化灌溉。在日常生活中，噴灌技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而各類噴灌機通過技術(shù)方面的鑒定、經(jīng)濟方面的對比、適應(yīng)性方面的考證之后，軟管卷盤式、平移式自動噴灌機及人工移管式的噴灌機，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)，逐漸的趨于主流的三類機型，并已經(jīng)進行了大面積的推廣。

21世紀以來，噴灌技術(shù)又在農(nóng)藥的噴灑、能耗的降低、灌水方式等多用途的利用[2]方面取得了一定的進展。美國的林賽公司在對平移式的噴灌機的噴頭裝置、噴灑方式等進行了技術(shù)方面地改進之后，其工作時，水量的損失大量的減少，水分的利用率也提高至0.9以上；中心支軸式的噴灌系統(tǒng)已占噴灌類型的69.74%，干旱地區(qū)的人工移動式的系統(tǒng)只占到10.05%左右，而美國東部的濕潤地區(qū)自走式的系統(tǒng)也已達到20.33%[3]。法國等國家，對于提高軟管卷盤式的噴灌機的能量利用率下足了功夫，減小了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)、過流的損失率，在很大的程度上改善了這一機型在能耗方面的弊端。西班牙應(yīng)用于LQD灌區(qū)的固定式的、中心支軸式的和平移式的噴灌機的灌水均勻度分別已達到68%、75.5%和80%[4]。英國、美國等國家，利用平移式的噴灌機對田間所有的作物種植環(huán)節(jié)都進行了灌溉，并且，還能夠完成在作物的種植環(huán)節(jié)的耕、耙、播、收等工作。

1.2 微灌技術(shù)

自20世紀80年代以來，微灌技術(shù)近年來有了長足的發(fā)展。國際灌溉排水委員會(ICID)于2000年的調(diào)查[5]調(diào)查顯示：世界微灌面積一直不斷地增加。僅20世紀90年代間，美國的微灌面積已增加了73%，合計達到了105萬hm2，占全世界的微灌面積的29.7%，灌溉方式也開始了轉(zhuǎn)變：由地表微灌逐漸轉(zhuǎn)向地下滴灌[6]。隨著近年來設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，微灌技術(shù)、設(shè)備都得到了長足發(fā)展，其整個的發(fā)展系統(tǒng)也已經(jīng)趨于完善。以色列的環(huán)境限制。使其成為世界上微灌技術(shù)的發(fā)展最為先進的地區(qū)，其除了對大田作物的灌溉的應(yīng)用較少外，幾乎將微灌技術(shù)應(yīng)用到了所有能夠應(yīng)用的地方，包括：花園、陽臺、園林，甚至是室內(nèi)的裝飾植物。2000年時，以色列66%以上的灌溉面積[7]都是用的是微灌技術(shù)，其面積合計約16.6萬hm2。最近幾年，微灌設(shè)備有了很大的突破[8]，20世紀80年代時，僅灌水器的種類就有100余種，隨著市場應(yīng)用的逐步淘汰，灌水器的形式逐漸減少，品種系列化、產(chǎn)業(yè)化。微噴頭現(xiàn)已大多采用旋轉(zhuǎn)與折射式相結(jié)合的形式，該噴頭增大了出水口，降低了堵塞的概率；增加了射程，且減小了噴灌的強度，并提高了灌水均勻度；霧化度減小，水滴呈現(xiàn)為細小水滴，降低能耗。滴灌大多采用滴灌帶，根據(jù)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整滴灌帶的規(guī)格與滴灌帶應(yīng)用數(shù)量。

1.3 渠道防滲工程技術(shù)

由于渠道滲漏的損失量十分巨大，所以，世界各國均十分的重視并開展了渠道的防滲工程的技術(shù)研究和建設(shè)工作。美國、日本、印度、巴基斯坦、伊朗等國家的渠道防滲工程，建設(shè)發(fā)展的很快，其技術(shù)水平高、節(jié)水效果也很顯著。混凝土等剛性材料的襯砌有較好的節(jié)水效果[9]，因而其現(xiàn)階段的應(yīng)用范圍比較廣泛。美國早在1946年，已經(jīng)開始研究渠道的防滲工程技術(shù)，直至1990年，美國已經(jīng)建設(shè)完成的防滲渠道長度達到了9656 km；其將渠道的防滲作為水利工程的挖潛措施之一，現(xiàn)已形成了統(tǒng)一設(shè)計、施工的技術(shù)標準，且機械化的程度高、工程的質(zhì)量好；混凝土大多被用來防滲，但也有1/3左右的渠道，采用的是壓實土防滲，塑膜等新興的防滲材料，目前正處于推廣之中。

1.4 低壓管道輸水灌溉技術(shù)

對于發(fā)達國家而言，管道輸水灌溉技術(shù)已經(jīng)十分成熟，甚至田間地面渠道灌溉系統(tǒng)有了被其逐漸代替的趨勢。截至1984年，美國已有46.9%的灌溉采用了管道灌溉。而以色列、英國、瑞典等國，已經(jīng)有90%以上的灌溉采用了管道輸水。近年來，美國認為：最有效、投資最省的節(jié)水方式就是低壓管道灌溉，全國已經(jīng)有近一半的大型灌區(qū)，實現(xiàn)了低壓管道灌溉的系統(tǒng)化[7,9]。

1.5 地下灌溉

近年來，地下灌溉已經(jīng)掀起了世界各國的研究浪潮，地下灌溉被認為：當前世界上最有前景的灌水技術(shù)。這種技術(shù)主要應(yīng)用于：花卉、玉米、小麥、蔬菜、果園、棉田、草地等作物上。地下灌溉在意大利、美國、、德國、法國、等國家的發(fā)展較快，面積在逐年的穩(wěn)步增加[10～14]。

2 國內(nèi)節(jié)水灌溉后評價的研究現(xiàn)狀

我國節(jié)水灌溉工程項目后評價事業(yè)的發(fā)展較為滯后[15]，直到“九五”以后，我國的節(jié)水灌溉工程項目后評價工作才得到了中央和國家的高度重視，希望通過對已有的節(jié)水灌溉工程項目的后評價工作總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為指導(dǎo)后續(xù)的節(jié)水灌溉工程項目的建設(shè)、運行管理提供借鑒。節(jié)灌工程項目的后評價內(nèi)容包括：過程后評價、經(jīng)濟后評價、影響后評價、目標與可持續(xù)性后評價和綜合后評價[16]。2014年7月8日，我國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局連同國家標準化管理委員會發(fā)布《節(jié)水灌溉工程項目后評價規(guī)范》，確定了節(jié)水灌溉工程項目的后評價內(nèi)容包括：過程評價、經(jīng)濟評價、影響評價與目標、可持續(xù)性評價和綜合評價[17]，表明：我國的節(jié)水灌溉工程項目的后評價已經(jīng)進入到了一個有著明確的體制的階段。何淑媛[18]采用系統(tǒng)分析方法，依據(jù)定性和定量指標分析法，在建立的農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合效益多層次評判數(shù)學(xué)模型中，分別從經(jīng)濟后評價、生態(tài)環(huán)境后評價和社會后評價等3個因素出發(fā)，構(gòu)建了針對評估農(nóng)業(yè)節(jié)水的綜合效益的指標體系，通過了層次分析法確定了權(quán)重，利用功效系數(shù)法對評估指標進行量化。由此獲得的指標體系主要集中體現(xiàn)了效益指標，不涉及效益以外指標，但評價方法單一，評估結(jié)果缺乏對比性，沒有較強的說服力度。李慧憐等[19]采用了博弈論方法來確定評價指標的權(quán)重上，他們集成了主觀賦權(quán)法(層次分析法)和客觀賦權(quán)法(熵值法)對灌區(qū)運行狀況進行評價，集成結(jié)果使綜合權(quán)重與單一權(quán)重的向量之間的偏差最小；此外還分別運用了灰色理論和模糊綜合評判兩種方法對其結(jié)果進行了對比分析，結(jié)果表明：這兩種方法評價結(jié)論一致。但該研究存在的主要問題是指標體系不夠完善，對指標樣本值沒有進行動態(tài)評價，也沒有關(guān)注灌區(qū)發(fā)展的可持續(xù)性。鄭捷等人[15]通過建立了多層次、多目標的指標的合成法、成功度法，對節(jié)水灌溉工程項目的后評價中的綜合后評價進行求解，填補了我國的節(jié)水灌溉工程項目的綜合后評價理論、方法方面的研究空白。在對“九五”期間，全國建設(shè)實施的一大批節(jié)水灌溉工程項目進行后評價時，我國在節(jié)水灌溉工程項目的后評價方面，還沒有明確的評價內(nèi)容，評價指標與評價指標體系也不完善。為了總結(jié)這一批項目的成功經(jīng)驗，黃會明等[20]嘗試建立了一個正確、科學(xué)的評價標準，對這些項目的建設(shè)過程進行了后評價，分析總結(jié)了項目成功與失敗的原因，并提出了幾點關(guān)于開展節(jié)水灌溉工程項目后評價工作的意見和建議，為以后的節(jié)水灌溉工程項目的后評價工作有了一定的指導(dǎo)意義。2006年，馮田華[21]論證了節(jié)水灌溉工程項目經(jīng)濟評價的合理性，并提出了在評級對象的確定、投資核算、成本費用的識別和計算、效益的識別和計算、評價所需數(shù)據(jù)的補充等方面的基本原則，進行了一系列的分析。唐小娟等[22]對甘肅省1996～2003年這8年時間中建設(shè)實施的節(jié)水灌溉工程項目進行了社會影響后評價，在考慮這些節(jié)灌工程項目的滿足社會需求度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及效益的分配效果和對社會經(jīng)濟的影響3方面的基礎(chǔ)上，建立了項目后評價指標體系。通過典型項目的分析表明：節(jié)水灌溉工程項目的建設(shè)實施優(yōu)化調(diào)整了項目區(qū)的種植結(jié)構(gòu)，改變了項目區(qū)農(nóng)民的耕作方式，提高了農(nóng)民的收入，改善了農(nóng)民的生活水平；在項目區(qū)，高效節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，在促進農(nóng)民增收的同時，也激發(fā)了農(nóng)民對節(jié)水灌溉工程項目投入的積極性，并且形成了“一帶多”的格局，帶動整個項目區(qū)周邊村莊和縣區(qū)對節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。為了研究節(jié)水灌溉工程項目綜合效益的評價工作，國內(nèi)外學(xué)者先后提出了模糊綜合評判[23]、層次分析法[24]、可拓評價[25]等綜合評價模型。這類模型的優(yōu)點在于無需指標本身的數(shù)據(jù)樣本，只需專家對相應(yīng)指標的認可就能給出判斷，但其存在著諸多主觀臆斷，嚴重影響評價結(jié)果的客觀性，評價結(jié)果缺乏可靠性[26]。唐小娟等[27]運用成功度法對甘肅省1996～2003年建設(shè)實施的節(jié)水灌溉工程項目即：噴灌、管灌、滴灌和渠灌等4種節(jié)水灌溉技術(shù)，進行了項目的后評價，后評價的結(jié)果表明：這幾種節(jié)水灌溉技術(shù)具有良好的效果，其實用性、適應(yīng)性、先進行、合理性、示范作用、推廣應(yīng)用前景、對當?shù)氐膭趧诱叩募夹g(shù)素質(zhì)的影響，也有良好效果，并提出了一些就如何推廣節(jié)水灌溉技術(shù)的建議。鄭和祥等[28]采用了層次分析法，對鄂溫克族自治旗的5項節(jié)水灌溉示范工程進行了項目的后評價。評價結(jié)果表明：鄂溫克族自治旗牧區(qū)的節(jié)灌工程，達到了基本的預(yù)期目標，在社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益方面都取得了較好的成果，也表明層次分析法是對牧區(qū)節(jié)水工程項目后評價簡單、有效地方法。為了避免由于主觀原因造成的評價誤差，對右江灌區(qū)節(jié)水改造項目進行后評價時，張春樂等[29]在研究國內(nèi)外節(jié)水灌溉工程項目后評價方法的基礎(chǔ)上，引進了突變理論。利用了初始模糊隸屬函數(shù)、突變級數(shù)，并將二者結(jié)合，對節(jié)水灌溉工程項目的效益進行了多層目標的分解，根據(jù)歸一化的公式進行了計算，最終獲得了節(jié)水效益的總的突變級數(shù)值，完成了節(jié)水灌溉工程項目的后評價。這種方法的特點：評價結(jié)果客觀、準確，且提供了一種新的后評價途徑。2013年，鄭和祥等人[30]對基于信息熵和模糊物元模型的牧區(qū)節(jié)水灌溉工程項目進行了項目后評價。研究人員在對節(jié)灌工程項目的后評價指標進行了篩選之后，構(gòu)建了后評價的指標體系的基礎(chǔ)上，將基于信息熵的模糊物元評價模型引入了評價工作之中，對牧區(qū)節(jié)灌工程進行了后評價。其通過了對牧區(qū)的18項節(jié)水灌溉工程項目的進行過程、項目的管理狀況、經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境的影響與可持續(xù)性的發(fā)展進行了評估分析，研究了制約項目效益全面發(fā)揮的因素。其評價結(jié)果表明：由于研究確定的模糊物元模型自身較強的整體性和系統(tǒng)性，該項目后評價的整體結(jié)果還是較為理想的。王靜等[31]運用前后對比法對蜻蛉河大型灌區(qū)的經(jīng)濟效益進行了分析評價。結(jié)果表明：實際的經(jīng)濟效益較預(yù)測效益差，財務(wù)盈利能力較差，但是該法能夠全面的抓住影響項目經(jīng)濟效益后評價的特征要素，得出的評價結(jié)果較為科學(xué)、合理。近年來，有很多學(xué)者對我國節(jié)水灌溉工程項目的后評價工作展開了進一步的研究[32～36]，這有利于推動我國節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展與快速實現(xiàn)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)成產(chǎn)模式。

3 結(jié)論與展望

節(jié)水灌溉技術(shù)相對于傳統(tǒng)的灌水技術(shù)而言，其投資相對較高，但是其高效益可完全掩蓋高投入的缺點。發(fā)達國家的節(jié)水灌溉技術(shù)，具有高技術(shù)、高投入與現(xiàn)代化管理模式的特點，而節(jié)水灌溉系統(tǒng)之所以能夠持續(xù)發(fā)展，是其高效益的功勞。我國的節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成果，但就工程應(yīng)用方面稍顯不足，需進一步加強技術(shù)落地，為生產(chǎn)服務(wù)。