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農業(yè)管理節水技術(shù)應用分析
摘要：節水農業(yè)是綜合氣候、水、土和作物資源研究于一體的系統工程。為此，通過(guò)對現有節水技術(shù)的分析，著(zhù)重從管理節水方法進(jìn)行研究，并將其結合計算機信息技術(shù)嵌入到節水管理系統中，從管理角度闡述了農業(yè)管理節水技術(shù)的節水潛力以及在農業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中不可忽視的作用。
關(guān)鍵詞：節水農業(yè);管理節水;節水技術(shù)
0、引言
水資源短缺已對生存環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展帶來(lái)了嚴重的危害，受到了全世界的普遍關(guān)注。在我國工業(yè)、農業(yè)和人生活用水中，農業(yè)一直是用水大戶(hù)，占總用水量的70% ，因此水資源短缺對農業(yè)發(fā)展起著(zhù)決定性的制約作用。我國農業(yè)水資源的利用效率較低，普遍存在水資源浪費現象，加上管理不善和人為水資源污染現象還沒(méi)有得到有效遏制，進(jìn)一步加劇了水資源供需之間的矛盾，因此發(fā)展節水農業(yè)勢在必行。如何利用好有限的水資源，提高自然降水和灌溉用水的利用效率，減少水資源在農業(yè)生產(chǎn)中的浪費已成為一個(gè)國際性的研究目標 J。為了解決或緩解農業(yè)水資源緊缺的問(wèn)題，依靠科技創(chuàng )新大幅度提高水的利用效率成為發(fā)展節水農業(yè)的必經(jīng)之路。目前，愈來(lái)愈多的國家以提高灌溉(降)水的利用率、單方水的利用效率、水資源再生利用率作為研究方向，積極進(jìn)行各種節水技術(shù)的研究與推廣，勢必將對相關(guān)節水的發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進(jìn)與推動(dòng)作用。
1、節水技術(shù)現狀
目前的節水灌溉技術(shù)主要包括了工程節水、農藝與生物節水、管理節水以及其它節水技術(shù)等。農業(yè)節水技術(shù)主要都是圍繞著(zhù)這幾方面進(jìn)行研究的。
1.1 農藝節水農藝節水技術(shù)主要包括利用耕作覆蓋措施和化學(xué)制劑調控農田水分狀況與蓄水保墑。研究適宜當地自然條件的節水高效型作物種植結構，提出相應的節水高效間作套種與輪作種植模式，以及抗旱節水作物品種的選育和水肥耦合高效利用技術(shù)的研究等 ，其目的都是通過(guò)研究應用作物、土壤和氣候等綜合指標來(lái)減少農田水分的無(wú)效蒸發(fā)，防止風(fēng)蝕和地下滲漏，改善土壤結構和作物生理生態(tài)條件，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，對改善和維護生態(tài)環(huán)境起到一定的穩定作用。國內外一直致力于研究農藝節水技術(shù)，并將其快速推廣到農業(yè)生產(chǎn)中。許多國家根據自身的綜合條件提出了切實(shí)可行的農藝節水措施，并取得了可觀(guān)的成果。我國推廣應用的農藝節水技術(shù)種類(lèi)繁多，針對性研究應用了一些實(shí)用性技術(shù)，如作物調虧灌溉技術(shù)、控制性分根交替灌溉技術(shù)、深耕蓄水保墑技術(shù)以及農田覆蓋節水技術(shù)等。目前，農藝節水研究主要應用在北方。南方因氣候因素復雜、季節性缺水明顯、熟制多、造成用水效率低和很難把握降雨時(shí)空分布特點(diǎn)。對于如何因地制宜地實(shí)施農藝節水技術(shù)，需要展開(kāi)進(jìn)一步研究 。
1.2 工程節水工程節水技術(shù)就是通過(guò)工程方法避免水分的損失，主要包括了由傳統的地面灌溉技術(shù)向現代地面灌溉技術(shù)的轉變研究，如激光平地、采用水平畦田灌和波涌灌等先進(jìn)的地面灌溉方法。除地面灌溉技術(shù)外，發(fā)達國家十分重視對噴微灌技術(shù)的研究和應用，特別重視微灌系統的配套性、可靠性和先進(jìn)性的研究，開(kāi)發(fā)高水力性能的微灌系列新產(chǎn)品、微灌系統施肥裝置和過(guò)濾器。為減少來(lái)自農田輸水系統的水量損失，許多國家已實(shí)現灌溉輸水系統的管網(wǎng)化和施工手段的機械化。近年來(lái)，國內外將高分子材料應用在渠道防滲方面，開(kāi)發(fā)出高性能、低成本的新型土壤固化劑和固化土復合材料，研究具有防滲和抗凍脹性能的復合襯砌工程結構形式。管道輸水技術(shù)因成本低、節水明顯和管理方便等特點(diǎn)，已作為許多國家開(kāi)展灌區節水改造的必要措施。開(kāi)展渠道和管網(wǎng)相結合的高效輸水技術(shù)研究和大口徑復合管材的研制，是渠灌區發(fā)展輸水灌溉中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
在受益于現代高科技力量的同時(shí)，也應該注意到輸配水工程設施的功能落后、衰退和老化失修等問(wèn)題對水資源所造成的極其嚴重的浪費。因此，必須重視對工程設備狀況進(jìn)行評估檢測和管理，以便及時(shí)地做出處理。
1.3 污水和雨洪利用技術(shù)在尋求節水道路的同時(shí)，人類(lèi)意識到雨洪、海水咸水等非常規水資源、污水及再生水的開(kāi)發(fā)潛能。世界多數國家已經(jīng)廣泛開(kāi)展了對雨水集流、污水回收利用的應用研究。由于農業(yè)用水需求量很大，對水質(zhì)的要求也不高，因此雨洪與污水的再生利用基本上可以滿(mǎn)足農業(yè)灌溉需求。我國現有雨洪利用方法主要是收集雨水用于人畜飲用和農業(yè)生產(chǎn)。國外用于農業(yè)的再生水量占有較大的比例。國內外通過(guò)長(cháng)期對雨洪與污水的再生利用研究表明，雨洪、污水及再生水利用不僅可以成為開(kāi)發(fā)新水源的有效途徑，同時(shí)它還具有節水、防洪和生態(tài)環(huán)境等3個(gè)方面的效益，對于緩解水資源危機、實(shí)現水資源可持續利用有著(zhù)深遠的意義 。
由于使用這些水源進(jìn)行農業(yè)生產(chǎn)難以保證高產(chǎn)穩產(chǎn)，此外降雨的隨機性、土質(zhì)結構、土壤的下滲與蒸發(fā)速度及污水的污染指數都無(wú)法確切把握，加上劣質(zhì)水資源化、管理機制不夠完善等問(wèn)題都難以解決，致使這些水源的利用只能達到一定程度，目前也沒(méi)有引起國家有關(guān)部門(mén)的足夠重視，其研究無(wú)論從規模到投資等方面與水利工程研究都無(wú)法相比…… 。
1.4 管理節水中國水資源問(wèn)題的根源并不是缺少工程技術(shù)措施，而是沒(méi)有建立起促進(jìn)節水、治污、管理等先進(jìn)、高效和優(yōu)良技術(shù)大規模應用的制度框架 �，F代節水管理體系是實(shí)現農業(yè)高效用水的重要措施之一。它可以實(shí)現灌溉水資源的合理配置和灌溉系統的優(yōu)化調度，達到節水增產(chǎn)目的，使有限水資源獲得最大的效益。管理節水包括了管理體制、管理層次和管理技術(shù)幾方面，這里主要從管理技術(shù)節水方面闡述。
如圖1所示，管理節水技術(shù)主要是通過(guò)硬件設備和軟件設備的集成使系統良好地應用，從而實(shí)現對農田水分的高效利用和管理的技術(shù)。通過(guò)對農田信息的實(shí)時(shí)監控和預報，根據作物需水規律、缺水診斷指標及灌溉控制指標進(jìn)行水分調控，從而確保灌溉的適時(shí)適量，實(shí)現最佳效益。對農田水分利用進(jìn)行管理是減少水資源浪費、合理高效管理利用水資源、發(fā)展可持續農業(yè)的根本途徑之一，其主要技術(shù)有農田信息數據采集技術(shù)、農田土壤墑情監測預報、精確灌溉控制決策與管理技術(shù)、用水調度控制及管理(量水和配水技術(shù))、節水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)以及農業(yè)水資源政策管理等方面。良好的管理技術(shù)可以充分發(fā)揮工程技術(shù)帶來(lái)的效益，使整個(gè)節水系統處于最優(yōu)狀態(tài)。
現代農業(yè)節水過(guò)程中普遍存在的現象是農業(yè)用水管理水平較低，管理辦法需進(jìn)一步完善，缺乏與之相適應的技術(shù)和設備，不能對農業(yè)用水進(jìn)行科學(xué)和高效的管理。我國灌區過(guò)去普遍存在重建設、輕管理的現象，灌溉用水管理過(guò)程中造成很大的水量浪費。實(shí)踐證明，灌溉節水50% 的潛力在管理上 。因此，管理節水的潛力巨大，在農業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應該盡量杜絕因管理不善造成水資源浪費的現象，在推廣和應用各項節水灌溉技術(shù)的同時(shí)，應該注重提高節水管理水平。
先進(jìn)的灌溉設備與落后的管理技術(shù)不能使其發(fā)揮效益，落后的灌溉設備與先進(jìn)的管理技術(shù)也不能使其發(fā)揮效益，只有先進(jìn)的灌溉設備和現代管理技術(shù)的有效結合，才能發(fā)揮最大效益。
2、管理節水技術(shù)與計算機信息技術(shù)的結合應用
隨著(zhù)高科技技術(shù)的發(fā)展和深入應用，計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)、紅外遙感技術(shù)以及其它技術(shù)的應用，使得在土壤水分動(dòng)態(tài)、氣象動(dòng)態(tài)、作物水分狀況等方面的數據監測、采集與處理手段得到長(cháng)足發(fā)展，促進(jìn)了農業(yè)用水管理水平的提高，推動(dòng)灌溉管理向現代化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展 9j。人們也逐漸認識到計算機與硬件設備的結合在水管理中發(fā)揮的巨大作用，實(shí)現對農業(yè)用水的高效管理，涉及到方方面面的技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面。
2.1 地理信息系統(GIS)空間分析技術(shù)GIS是融計算機圖形學(xué)、數據庫、地理科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)于一體，存儲和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機結合起來(lái)，準確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶(hù)，并借助其獨有的空間分析和可視化表達，進(jìn)行各種輔助決策。
樣式地圖，將實(shí)時(shí)采集或操作控制的點(diǎn)按照需要在地圖上顯示出來(lái)，直觀(guān)形象地描述作物生長(cháng)環(huán)境的空間變量信息和作物的地理位置信息，為決策者管理整個(gè)節水灌溉系統提供一種方便快捷的分析方法和信息支持。
2.2 信息采集監測預報技術(shù)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段(如遙感監測技術(shù)或各種傳感技術(shù)等)來(lái)監測土壤墑情。研究作物水分區域分布監測技術(shù)、作物蒸騰過(guò)程快速監測技術(shù)和區域土壤墑情監測預報技術(shù)，提出區域土壤水分空問(wèn)變異性與最佳動(dòng)態(tài)監測布點(diǎn)方式，獲得土壤水分動(dòng)態(tài)快速測定與預報技術(shù)及新產(chǎn)品。通過(guò)合適的模型和選擇相應的參數，對采集到的數據進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)數據統計分析處理后生成實(shí)時(shí)墑情監測預報系統，如圖3所示。
對適宜灌水時(shí)間灌水量進(jìn)行預報，為系統做出控制決策提供需要的信息，可以做到適時(shí)適量灌溉，有效地控制土壤含水量，達到節水又增產(chǎn)。
2.3 精確灌溉控制決策技術(shù)精確灌溉控制決策是根據外部檢測設備對土壤墑情、氣象因素、水源狀況和作物本身各項指標的監控。
根據墑情預報，通過(guò)綜合分析盡可能準確地計算出作物確切的需水量，并制定合理的灌溉制度，從而有效地執行灌溉管理。如圖4所示，灌溉控制決策主要分為粗略灌溉控制決策和精確灌溉控制決策。粗略灌溉控制決策主要以人工經(jīng)驗控制的定時(shí)、定量灌溉控制技術(shù);精確灌溉控制決策是根據外部檢測設備對土壤墑情、氣象因素、水源狀況和作物本身各項指標的監控。根據墑情預報，通過(guò)綜合分析盡可能準確地計算出作物確切的需水量，并制定合理的灌溉制度，從而有效地執行灌溉管理。
2.4 用水調度控制及管理(量水和配水技術(shù))能否實(shí)現高效用水關(guān)鍵在于能否管理好工程，即能否實(shí)施好用水調度和管理等措施。無(wú)論是大小灌區，都需要實(shí)行計劃用水，在水源充足或者是缺乏的時(shí)候實(shí)現地區問(wèn)和作物間灌水量的最優(yōu)分配。根據氣象資料，利用預測技術(shù)編制出月、季或年的灌溉用水計劃，如圖5所示。與相似水文年份做對比，確定未來(lái)時(shí)間的水源狀況，并根據灌溉設備的技術(shù)參數和農田及作物分布狀況，按照水源可供水量和作物各個(gè)生育階段的需水量函數(專(zhuān)家決策)，應用系統工程手段編制灌區水量?jì)?yōu)化調度方案，合理調配灌溉水量。
通過(guò)對水源的集中管理，解決灌溉實(shí)時(shí)調度問(wèn)題，減少在輸配水過(guò)程中水量的損失。隨著(zhù)量水裝置的普遍應用和按量收費管理措施的實(shí)施，在大幅度提高灌區的量水效率和精度的㈨時(shí)促進(jìn)了節約用水。
2.5 網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展和灌區管理的不斷細化，灌溉運行產(chǎn)生的數據愈來(lái)愈多。為了解決時(shí)空跨度和數據繁多問(wèn)題對灌區灌溉管理所帶來(lái)的影響，引入計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，使工程產(chǎn)生了更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益 ' 。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，各種用水信息(數據流、語(yǔ)音流和視頻流等)在網(wǎng)絡(luò )上的傳輸越來(lái)越快，覆蓋范圍越來(lái)越廣。軟件的設計也應充分利用網(wǎng)絡(luò )發(fā)展平臺進(jìn)行改進(jìn)，支持多種通信協(xié)議，滿(mǎn)足GSM，GPRS，MODBUS等各種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的通信方式。其最終目的是能夠保證整個(gè)農業(yè)用水系統能夠穩定運行，提高數據傳輸速度和準確率。此外，結合數據庫管理技術(shù)，將各類(lèi)信息以一定的形式和結構有效的組織起來(lái)，為信息的處理表達、存儲和快速檢索方面提供了技術(shù)支撐，有利于系統優(yōu)化和提高整個(gè)用水系統的服務(wù)質(zhì)量。
3、結論與展望
水是人類(lèi)和地球上其他生物的生命源泉，是人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。我國的水資源危機不僅十分突出，而且已經(jīng)成為經(jīng)濟增長(cháng)和現代化進(jìn)程中的根本性限制因素。借助計算機與通信網(wǎng)絡(luò )等輔助手段全方位的對農業(yè)用水進(jìn)行精確控制和管理，能有效地減輕水資源浪費的狀況。隨著(zhù)生物和電子信息技術(shù)的發(fā)展，合理的管理技術(shù)配合高效的節水措施以及信息網(wǎng)絡(luò )與農業(yè)專(zhuān)家系統的結合，將更大程度地節約水資源，使有限的水資源得到充分、合理、高效的應用，為加速我國現代化農業(yè)的發(fā)展進(jìn)程以及迎接新的農業(yè)科技革命做出貢獻。
參考文獻：
[1] 康紹忠，蔡煥杰，馮紹元�，F代農業(yè)與生態(tài)節水的技術(shù)創(chuàng )新與未來(lái)研究重點(diǎn)[J].農業(yè)工程學(xué)報，2004，20(1)：1—5.
[2] 趙印英。農藝技術(shù)研究及節水增產(chǎn)潛力分析[J].山西水利科技，2004，2(1)：56—58.
[3] 許迪，高占義。農業(yè)高效用水研究進(jìn)展與成果回顧[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2008，6(3)：199—206.
[4] 許一飛。國外農業(yè)高效用水的研究應用及發(fā)展趨勢[J].節水灌溉，1998(2)：30—31.
[5] 尉永平，張國祥。國內外雨水利用情況綜述[J].山西水利科技，1997(2)：5O一53.
[6] 張敦強，龔孟建。我國雨水集蓄利用的實(shí)踐與探索[J].中國農村水利水電，2001(9)：4—6.
[7] 李雪松。中國水資源制度研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2006.
[8] 廉社周。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在節水灌溉管理中的應用[J].節水灌溉，2003(2)：32—33.
[9] 廉社周。計算機在灌溉管理系統中的應用探討[J].山西水利，2002(2)：78—79.
[10] 汪志農，呂宏興，王密俠，等。節水灌溉管理智能決策支持系統研究[J].中國工程科學(xué)，2001，3(7)：48—53.
[11] 王玉寶，何武全，尚虎君。GIS技術(shù)在灌區灌溉管理中的應用[J].西北水資源與水工程，2003，14(3)：39—42
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