农业高效节水地下滴灌系统开发及关键技术研究

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获奖名称：

科学技术进步奖

获奖区域：

甘肃省

获奖等级：

一等奖

主要完成人：

高占义; 王栋; 张金宏; 许迪; 龚时宏; 赵元忠; 薛瑞清; 田晓红; 李文多; 马仙灵; 任建华

关键词：

开发;  技术;  关键技术;  滴灌系统;  系统;  节;  水;  滴灌;  技术研究;  高效节水;  节水;  地下滴灌;  高效;  关键;  水地;  系统开发;  农业;  研究; 

第一完成单位：

甘肃大禹节水集团股份有限公司

获奖时间：

2010

项目名称：

地下滴灌系统与产品

联系人：

薛瑞清

联系电话：

0937-2688628

电子邮件：

gsdyjsgs@vip.163.com

邮编：

地址：

甘肃省酒泉市肃州区解放路290号

合作完成单位：

中国农业科学院农田灌溉研究所; 中国水科院水利研究所

单位电话：

0937-2688628;2688658

传真：

0937-2688963

网址：

推荐单位(专家)：

酒泉市科学技术局

摘要：

　　简要技术说明及主要技术性能指标 　　项目研究针对我国地下滴灌技术及其产业发展的实际需求，广泛借鉴国内外最新科技成果，以提高地下滴灌系统综合抗堵塞性能为核心，研制出了高性能抗堵塞地下灌水器、高效自洁净过滤装置、多功能智能化布设回收机具等关键技术产品；通过集成开发、优化组合各项关键技术，总结形成了高性能、智能化、自动化控制灌溉施肥地下滴灌系统及技术规程，使地下滴灌系统及产品运行效能得到了大幅度的提高，为推动我国地下滴灌技术的快速发展提供了强力技术支持。 　　1、祛根防负吸抗堵塞地下灌水器 　　采用两步法注塑技术，设计开发了DY～DQG祛根防负吸抗堵塞地下滴灌灌水器，打破了常规一次性注塑生产方法，提高了产品的技术性能。设计流量q=2.0L/ｈ，滴水元件外形尺寸为33×6.5×2.5mm；耐拉拔性小于等于180N拉力载荷。流量均匀性偏差≤3.02﹪，流态指数为0.456，达到国家A类均匀性产品标准。灌水器自洁净率达到85﹪以上。比普通地下灌水器抗堵塞综合性能提高了20﹪。 　　2、自洁净施肥过滤装置 　　研究采用水力驱动活塞反冲洗装置和螺旋盘、凹槽式叠片结构， 利用过滤器压差，实现了过滤器的自动过滤、自动清洗、自动排污，并节约了能源。产品设计流量20ｍ3/ｈ，过滤面积0.133ｍ2，过滤能力40—150目，过滤速度0.2～0.3ｍ/ｓ，水头损失小于0.97ｍ，反冲洗压力低，冲洗效果好。产品水质过滤比例和反冲洗自洁净率大于95﹪，使用寿命长，运营维护成本低。产品可适用于农业、园林灌溉水源的物理过滤。 　　3、布设回收一体化机械装置 　　研究采用麻花式开沟器、四轮平面限位正管器、引管器、平衡显示仪、YG-N-100水分测量仪等技术，设计开发的拖拉机牵引可拆卸悬挂式布设回收一体化机械装置，产品工作深度：20～45 cm；工作速度：4～6 Km/h；铺设深度误差：≤1 cm；铺设损坏率≤5﹪；回收损坏率≤5﹪；工作可靠度≥95﹪。应用试验结果表明，该产品挖管定位准确度可达到95﹪以上，能保证滴灌管回收定位误差不超过±3cm。 　　4、节水灌溉自动控制系统的开发 　　设计采用单片机、传感器、RS-485网络、无线通讯以及变量控制等技术，设计的一套闭环控制的精准灌溉控制系统。试验表明，该系统可以达到精准灌溉的要求，结合植物的土壤含水率生存阈值和最大生物量阈值可实现节水灌溉。对于推进节水灌溉控制技术的发展，深化农作物灌溉策略都具有重要意义，为精准农业研究工作提供了很好的工具。 　　5、灌溉施肥自动控制系统的开发 　　项目应用单片机控制与变频调节技术设计、开发了高精度的灌溉施肥自动控制系统，根据不同作物的不同需要，对灌溉液的电导率和酸碱度进行精确控制和实时调节，降低了系统成本。该系统采用模块化设计，其结构紧凑，使用简单，有利于推广使用。一般工作条件下，施肥施肥泵的流量为300L/h，流速V=0.06m/s，取管道直径D=40mm，计算出管道的总长度L=1.5m，水的动力黏性系数v=0.1×10-5m/s，Re=2400；施肥装置管道压力损失较小，总体压力损失为4.28kPa。 　　6、地下滴灌系统工程技术规程 　　项目自主开发的地下滴灌系统工程技术规程较为全面地提出了实现低成本、智能化、高效率地下滴灌系统的具体技术措施。对种植物种、设计规划、设备材料、自动控制等提出了要求，特别是科学施肥方法，有详细的论述，还提出了设计安装、灌溉施肥控制、布设回收的方法，并在提高地下滴灌系统应用技术方面取得了一定的成效。 　　（1）同比国外产品，本地下灌水器抗堵塞性能高15﹪，滴水均匀度高5﹪。过滤装置自洁净率达到85﹪以上。 　　（2）同比地表滴灌，本地下滴灌系统水分利用效率（WUE）提高30﹪以上，氮素养分利用效率（NUE）提高7.38～14.55﹪。 　　推广应用前景与措施 　　根据全国《全国节水灌溉与旱作节水农业发展规划》报告，“十一五”期间我国水利用率从2006年初的0.43提高到现在0.7左右，农田灌溉水利用率每年以1﹪的速度在递增，据推测，2010年全国滴灌总面积有望达到40万公顷以上，年更新数量大增在150万亩，折合滴灌管（带）10亿米，市场需求量比现在提高一倍以上。酒泉市近年实施“百万亩滴灌节水工程”年需地下滴灌产品1.2亿米；本省敦煌市、民勤县是全国沙漠化、荒漠化趋势最为严重的地区，也是实施地下滴灌最为迫切的地区，国家高度重视，现已批准实施的武威市“石羊河流域治理工程”，国家投资47亿元，其中滴灌投资8亿元，年需滴灌产品3.3亿米。敦煌市40万亩河水滴灌工程已获国家批准立项，年滴灌管（带）需求总量约在2.4米，其中用于果树、园林等工程的地下滴灌管用量在5000万米以上。从以上市场需求可以看出，节水灌溉市场空间大，本技术的产业化开发，将有利于我国节水农业向精准化、能耗材耗节约型方向发展，使滴灌这一节水技术能够迅速大面积推广。 　　经济效益：地下滴灌技术就是灌溉过程中，水通过地埋毛管上的灌水器缓慢渗入附近土壤，再借助毛细管作用或重力扩散到整个作物根层的灌溉技术。由于灌溉过程中对土壤结构的破坏轻，有利于保持作物根层疏松通透，并能减少水分的蒸发损失，不仅节水增产效益明显，而且自动化程度高，可大量节省劳力和能源。地下滴灌具有节水、省肥、节约劳动力和耕作费用等多种利益，因此运用该技术具有可观的社会、经济效益。 　　社会生态效益：应用该技术可促进农业结构的调整，增强农业抵御自然灾害的能力，提高农民收入，带动国内节水灌溉设备生产企业的发展。地下滴灌系统解决了灌溉不及时和灌溉保证率低的问题，能够按照不同季节、不同气候条件和农作物不同生长期的实际需要科学用水，达到了既节水又增产增收和增效的目的，有效遏制了地下水位急剧下降的趋势。在调节土壤温湿度和田间小区气候，有效抑制农作物病虫害的发生和蔓延，降低农药用量，减少环境污染、优化生态环境等方面效益巨大。