水利工程論文-適合發(fā)展中國家小農(nóng)戶的低成本滴灌系統(tǒng)摘要：在缺水地區(qū)，滴灌是節(jié)約用水的最有效途徑，但其成本對發(fā)展中國家的小農(nóng)戶來說難以承受。通過以下方法可使滴灌成本降低90%：(1)使滴灌管道可以移動，這樣每條滴管可灌到10行而不是1行。(2)用熱針沖壓出0.70mm的孔。(3)用價值3美元帶有濾布的20L容器，取代昂貴的過濾系統(tǒng)。這種低成本系統(tǒng)已在尼泊爾山區(qū)和印度的安德哈拉*普拉德什桑樹種植地進行了現(xiàn)場試驗，其滴頭流量的均勻度達73%84%。這種低成本滴灌系統(tǒng)可能為半干旱地區(qū)以及山區(qū)的小農(nóng)戶廣泛采用。關(guān)鍵詞：水管理滴灌低成本發(fā)展中國家0引言世界上許多地區(qū)的缺水問題日趨嚴重。要求灌溉作物的農(nóng)戶與世界快速擴展的城市之間的競爭越發(fā)激烈，節(jié)水型灌溉深受重視。滴灌，作為目前可用的最有效的灌溉方法，其灌溉面積不足200萬hm2(3000萬畝)，還達不到全球灌溉面積的1%。影響滴灌大規(guī)模應(yīng)用的主要阻礙是其成本太高，象蔬菜這樣的行類作物每公頃大約需2471美元(每畝164.7美元)，這就阻止了發(fā)展中國家的那些耕作面積在2hm2(30畝)以下的大多數(shù)農(nóng)戶安裝使用滴灌系統(tǒng)。按照經(jīng)濟學(xué)家的說法，目前的滴灌系統(tǒng)是“不可分的”，即不能劃分成小的功能單元。一個典型的印度小農(nóng)戶耕種5小塊面積為0.080.2hm2(1.23畝)的土地。象綠色革命種子和化肥那樣的生物技術(shù)是可分的，因為它們可劃分成若干個可負擔的小包，以適合小塊土地。而滴灌系統(tǒng)，象目前其它的灌溉技術(shù)一樣，難以改造來滿足貧困小農(nóng)戶的需要，其價格昂貴，農(nóng)民負擔不起。人們一直迫切需要開發(fā)一種可靠的低成本滴灌系統(tǒng)，以滿足發(fā)展中國家小農(nóng)戶的需求。例如在70年代，印度的蘇瓦拉潘和他的同事們曾試驗用滴孔代替滴頭。為了滿足低成本灌溉系統(tǒng)的需要，國際開發(fā)機構(gòu)，一個專門從事小型灌溉系統(tǒng)研究的非盈利性組織，開發(fā)了一種可分的簡易滴灌系統(tǒng)，并進行了田間試驗，其成本為每公頃250美元(每畝16.5美元)。1低成本滴灌系統(tǒng)的設(shè)計影響標準滴灌系統(tǒng)成本的主要因素有：(1)將水輸送到每行植物的滴管系統(tǒng)，(2)各滴水處所用的成千上萬個25分塑料滴頭，(3)位于進水口的過濾系統(tǒng)。為滿足小農(nóng)戶的需要，國際開發(fā)機構(gòu)通過使滴灌管道可移動而降低成本。一個可移動滴灌管道可灌溉10行作物而非一行。滴頭換成了在塑料滴管上熱沖壓成0.70mm孔的塑料滴頭，孔的大小與安全別針相同。若滴孔堵塞，農(nóng)戶就可以用安全別針自行清潔。為防止各孔噴濺水，沿滴管管道水平方向安裝了一個6cm長的簡易折流器并罩住滴孔。標準滴灌系統(tǒng)中昂貴的過濾裝置換成了現(xiàn)價3美元、容量20L的容器，放在距地面2m高的地方，在入水口用尼龍布過濾。這些改造使滴灌系統(tǒng)的成本從2471美元/hm2(164.7美元/畝)降到250美元/hm2(16.5美元/畝)。專家在尼泊爾對此設(shè)計進行了試驗，效果令人滿意，隨后又在農(nóng)戶的田里進行了反復(fù)試驗。2在印度桑樹種植區(qū)的應(yīng)用在印度南部，種植有35萬hm2(525萬畝)桑樹，為養(yǎng)蠶業(yè)提供桑葉。印度60%桑樹種植戶的土地面積小于0.6hm2(9畝)。受灌桑樹蠶的產(chǎn)量是單純靠降雨桑樹的3倍。試驗還顯示，與漫灌相比，標準滴灌系統(tǒng)可節(jié)水40%60%，且桑葉產(chǎn)量大。在海德拉巴附近的安德哈拉.普拉德什國家養(yǎng)蠶研究農(nóng)場，國際開發(fā)機構(gòu)在0.2hm2(3畝)的桑樹田安裝了一套低成本滴灌系統(tǒng)。為便于兩種系統(tǒng)的比較，又在附近安裝了一套標準滴灌系統(tǒng)。該試驗基地是半干旱氣候，供水是用潛水泵從60m深的管井抽取。初期的觀察結(jié)果顯示，用低成本滴灌系統(tǒng)灌溉的桑樹所表現(xiàn)的生長率，沒有標準滴灌系統(tǒng)灌溉的生長率一致。這是因為低成本系統(tǒng)滴灌上手工打的孔不夠均勻，致使滴頭速率與桑樹生長率均產(chǎn)生差異。后來用臺式機器杠桿操作取代了手工方法，用焊接機熱沖壓0.70mm的孔。這樣滴孔的均勻度達到令人滿意的標準。為移動滴灌管道并使滴孔保持暢通，低成本滴灌系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)每天多需兩個工時。國際開發(fā)機構(gòu)和瑞士開發(fā)協(xié)作組織目前還在合作進行一個為期3年的計劃，以進一步落實低成本滴灌系統(tǒng)在桑樹種植方面的應(yīng)用，并在安德哈拉.普拉德什、賈納塔卡和泰米爾拉都地區(qū)的桑樹種植戶中大規(guī)模宣傳低成本滴灌系統(tǒng)。并且預(yù)計低成本滴灌系統(tǒng)有很大的市場需求，在印度南部，就可灌溉30350hm2(455,250畝)桑樹。3在尼泊爾山區(qū)蔬菜種植區(qū)的應(yīng)用尼泊爾中部山區(qū)受季風氣候影響，在69月的雨季期，濕度十分充足。但在其它月份，對大多數(shù)作物來說降雨量明顯不足。另一方面，尼泊爾有大量的常年性江河、溪流及泉水，這些水源可加以開發(fā)用來在冬季灌溉干旱作物。以前認為太小不能用來灌溉的水源，現(xiàn)在也可通過滴灌來加以開發(fā)利用。就諸如渠道引水等現(xiàn)有水源來說，與漫灌相比，用滴灌可擴大灌溉面積2倍。第一套(低成本滴灌)系統(tǒng)安裝在加德滿都市郊一個農(nóng)業(yè)研究站的0.2hm2(3畝)蔬菜地里。研究人員對滴孔流量的均勻度，滴管管道的水頭損失及從一層梯田到另一層間的流量均勻度進行了試驗。在同一層梯田上，滴孔流量的均勻度達84%，當各層梯田間水頭差在24m時，其滴孔流量總均勻度為73%，這一結(jié)果還是令人滿意的。試驗還顯示分水管的長度可達75m而沒有明顯的水頭損失?？紤]到山坡梯田高程不同而可能引起壓力的變化，研究人員設(shè)計了一套活動塑料減壓管口并進行了試驗，這樣，農(nóng)民可在位于較低高程的各分水管前安裝活動塑料管口以減少壓力。各減壓管口標上不同顏色，這樣，農(nóng)民就可以在高程差為2m時用蘭色管口，為4m時用紅色管口，依次類推。由于這些改進，該系統(tǒng)已可用于進行田間試驗。研究人員用了兩個月時間在加德滿都西部丘陵區(qū)的小塊農(nóng)田上安裝了10個此類系統(tǒng)進行試驗。所選擇的農(nóng)戶都具有一定的蔬菜種植經(jīng)驗，耕種小塊土地，且有小水源可利用。試驗結(jié)果令人鼓舞。各農(nóng)戶都能很快地掌握該系統(tǒng)的使用和管理。過去一直靠人工灌溉的農(nóng)戶們可大大地節(jié)約時間和減少勞動強度。有一個用該系統(tǒng)灌溉其種植在陡坡上果樹的農(nóng)民，發(fā)現(xiàn)他現(xiàn)在每次可以灌溉20棵樹，而不需象過去那樣在陡坡上跑上跑下，把管子從一棵樹移到另一棵。另一個以前用漫灌的農(nóng)民，注意到土壤板結(jié)明顯降低。引進滴灌系統(tǒng)后，農(nóng)戶的灌溉面積至少翻了一倍，有的甚至增加了4倍。他們報告說該系統(tǒng)的用工需求也減少了一半。在滴灌系統(tǒng)上投資50美元，就可增加年收入50170美元。參與試驗的非政府組織人員提交了一份表格，要求購買100個該類系統(tǒng)，申請者都是參加試驗農(nóng)戶的鄰居。國際開發(fā)機構(gòu)及其合作伙伴目前正在當?shù)貜S家落實生產(chǎn)，并在古可哈和塔拉湖丘陵農(nóng)業(yè)區(qū)的小農(nóng)戶中宣傳推廣低成本系統(tǒng)。4滴頭流量的均勻度大量的應(yīng)用研究已證明滴灌系統(tǒng)在經(jīng)濟用水方面占有優(yōu)勢，但對均勻用水能力評價目前卻有多種結(jié)論。例如在參評的佛羅里達19個滴灌系統(tǒng)中有11個滴水均勻度低于90%，與此相對比，在57個微型噴灌系統(tǒng)中僅有12個。印度標準局已對此制定出標準，即A級滴頭變化率不超過5%，但是，同其它國家一樣，印度生產(chǎn)廠商也很難達到這一標準。最近，美國農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會已制定出標準，即“優(yōu)”級滴頭變化率低于5%，“一般”滴頭變化率在11%15%之間。從國際開發(fā)組織對低成本滴灌系統(tǒng)的滴頭均勻度試驗中可以發(fā)現(xiàn)，當水頭在24m間變化時，孔與孔間均勻度的百分率在12%29%之間變化。對標準滴灌系統(tǒng)的大量研究發(fā)現(xiàn)，滴頭堵塞和管道壓力的變化，對滴頭流量均勻度有明顯影響。例如，對安裝在印度馬哈拉斯塔邦的標準滴灌系統(tǒng)進行了評價，發(fā)現(xiàn)那些安裝在陡坡或山區(qū)的系統(tǒng)，特別是如果系統(tǒng)的總揚程不恰當且管線沒有按等高線圖進行布設(shè)時，其滴頭均勻度低于50%。國際開發(fā)機構(gòu)的低成本系統(tǒng)中的減壓閥采用簡單的分色標識，在山丘區(qū)，對于高程較低梯田，農(nóng)戶可以自己安裝以調(diào)節(jié)壓力。其滴孔直徑設(shè)計成與標準別針直徑相同，并教授農(nóng)民定期檢查滴管管道，清理已