年 月 第 卷 第 期 劉 俊 萍 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 劉 俊 萍 朱 興 業(yè) 袁 壽 其 李 紅 湯 躍 江蘇大學(xué)國家水泵及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 江蘇鎮(zhèn)江 收 稿 日 期 修 回 日 期 網(wǎng) 絡(luò) 出 版 時 間 網(wǎng) 絡(luò) 出 版 地 址 基 金 項(xiàng) 目 國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目 第 一 作 者 簡 介 劉俊萍 女 遼寧海城人 副研究員 博士 主要從事流體機(jī)械及排灌機(jī)械研究 通 信 作 者 簡 介 袁壽其 男 上海金山人 研究員 博士生導(dǎo)師 主要從事流體機(jī)械及排灌機(jī)械研究 摘 要 噴 灌 裝 備 還 存 在 大 型 噴 灌 機(jī) 單 井 水 量 不 足 中 小 型 噴 灌 機(jī) 智 能 化 程 度 不 高 整 機(jī) 效 率 低 工 況 適 應(yīng) 性 較 差 系 列 化 程 度 不 足 等 方 面 的 問 題 微 灌 灌 水 器 不 同 水 質(zhì) 下 的 抗 堵 性 能 還 需 進(jìn) 一 步 加 強(qiáng) 微 灌 水 肥 一 體 化 系 統(tǒng) 智 能 決 策 的 精 準(zhǔn) 算 法 實(shí) 用 性 和 可 靠 性 有 待 提 高 對 十 三 五 以 來 在 中 國 噴 微 灌 裝 備 研 發(fā) 方 面 取 得 的 新 進(jìn) 展 進(jìn) 行 綜 述 重 點(diǎn) 闡 述 了 中 小 型 噴 灌 裝 備 滴 灌 設(shè) 備 水 肥 一 體 化 設(shè) 備 等 新 技 術(shù) 及 新 產(chǎn) 品 的 研 究 進(jìn) 展 針 對 中 國 灌 溉 裝 備 節(jié) 能 節(jié) 水 化 智 能 化 區(qū) 域 模 式 化 及 標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 發(fā) 展 趨 勢 提 出 了 灌 溉 裝 備 的 優(yōu) 先 發(fā) 展 方 向 主 要 有 灌 溉 裝 備 節(jié) 能 降 耗 關(guān) 鍵 技 術(shù) 研 究 丘 陵 山 區(qū) 農(nóng) 業(yè) 灌 溉 裝 備 與 技 術(shù) 模 式 鹽 堿 地 灌 排 控 鹽 技 術(shù) 與 裝 備 水 肥 藥 一 體 化 及 綠 色 防 控 技 術(shù) 與 裝 備 智 能 化 精 確 灌 溉 裝 備 綠 色 多 源 互 補(bǔ) 模 式 和 非 常 規(guī) 水 資 源 節(jié) 水 灌 溉 裝 備 關(guān) 鍵 詞 噴 灌 裝 備 微 灌 裝 備 噴 灌 機(jī) 低 能 耗 節(jié) 能 節(jié) 水 智 能 化 中 圖 分 類 號 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 文 章 編 號 劉 俊 萍 朱 興 業(yè) 袁 壽 其 等 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 近年來全球氣候異常 旱災(zāi)和洪澇頻發(fā) 中國 水資源嚴(yán)重短缺 時空分布不均 習(xí)近平總書記提出 節(jié)水優(yōu)先 空間均衡 系統(tǒng)治理 兩手發(fā)力 十六字 治水方針和農(nóng)業(yè)要節(jié)水化的新思想 中華人民共 和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要 提出堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先 完善水 資源配置體系 國家水網(wǎng)骨干工程主要包括重大引 調(diào)水 供水灌溉和防洪減災(zāi) 農(nóng)業(yè)是用水大戶 占 全國用水總量的 截至 年底 中國耕 地面積約 億 農(nóng)田有效灌溉面積 億 節(jié)水灌溉面積 億 高效節(jié)水灌溉面積 僅 億 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為 可見 農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大 迫切需要研發(fā)和 推廣適用的高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉裝備與技術(shù) 因此 發(fā) 展節(jié)水灌溉是國家一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù) 而研發(fā)節(jié)能節(jié)水 灌溉裝備則是重要保障 國家節(jié)水行動方案 提出要推廣噴灌 微灌 滴灌 低壓管道輸水灌溉 集雨補(bǔ)灌 水肥一體化 覆蓋保墑等技術(shù) 加強(qiáng)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測 實(shí)現(xiàn)測 墑灌溉 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快發(fā)展農(nóng)業(yè)社會化服 務(wù)指導(dǎo)意見 提出中國不可能在短期內(nèi)通過流轉(zhuǎn)土 地搞大規(guī)模集中經(jīng)營 要將先進(jìn)適用的技術(shù) 裝備 和組織形式等有效導(dǎo)入小農(nóng)戶生產(chǎn) 指出了中國 大國小農(nóng)的基本國情農(nóng)情 因此 如何適應(yīng)中國的國 情農(nóng)情 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉裝備迎來挑戰(zhàn)與機(jī)遇 噴微灌是主要農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù) 在農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)及抗旱減災(zāi)中發(fā)揮著重要作用 中國各省 區(qū) 市 十三五 期間高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)任務(wù)中噴 灌面積占全國高效節(jié)水灌溉面積 其中 在 中國東北地區(qū)占 華北地區(qū)占 中國 微灌面積占全國高效節(jié)水灌溉面積 左右 西 北 西南 華北等地占比較大 發(fā)展噴微灌是實(shí)現(xiàn) 高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要途徑 噴 微 灌 裝 備 現(xiàn) 狀 噴灌設(shè)備中 大型噴灌機(jī)包括平移式和中心支 軸式 中小型噴灌機(jī)包括滾移式 卷盤式和輕小型 噴灌機(jī) 主要的類型及特點(diǎn)如表 所示 表 主 要 噴 灌 機(jī) 類 型 及 特 點(diǎn) 噴灌機(jī)類型 灌溉方式 配置噴頭類型 特點(diǎn) 存在問題 平移式 噴灌機(jī) 平移 倒掛旋轉(zhuǎn)式噴 頭或折射式噴 頭等 智能化程度 高 效率高 中心支軸 式噴灌機(jī) 旋轉(zhuǎn)移動 倒掛旋轉(zhuǎn)式噴 頭或折射式噴 頭等 智能化程度 高 效率高 機(jī)組控制系統(tǒng)相 對復(fù)雜 導(dǎo)航系統(tǒng) 精度要求較高 不 適合小面積地塊 滾移式 噴灌機(jī) 移動式 定點(diǎn)噴灑 搖臂式旋轉(zhuǎn)噴 頭等 整體機(jī)動轉(zhuǎn) 移 安裝 拆卸 方便 噴灌均勻系數(shù)低 噴灑穩(wěn)定性差 噴 頭間距受輸水支 管長度的限制 卷盤式 噴灌機(jī) 移動 噴槍或倒掛折 射式噴頭等 面廣量大 機(jī) 動靈活 能耗高 智能化程 度低 傳動效率低 輕小型 噴灌機(jī) 定點(diǎn)噴灑 中遠(yuǎn)射程旋轉(zhuǎn) 式噴頭等 移動靈活 適 用性強(qiáng) 機(jī)械化程度低 功 能單一 噴頭低壓 工況下運(yùn)行均勻 性低 國外大型噴灌機(jī)應(yīng)用較為廣泛 主要廠家有美 國的 奧地利的 等 中國大型噴灌機(jī)經(jīng) 歷了從無到有 從有到產(chǎn)業(yè)化的歷程 主要廠家有 中國農(nóng)機(jī)院現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司 滄州華雨 灌溉設(shè)備有限公司等 大型噴灌機(jī)的機(jī)械化程度 高 作業(yè)效率高 適合大規(guī)模集中連片地塊 但當(dāng)控 制面積較小 例如中國東北地塊間設(shè)有防風(fēng)林時 大型噴灌機(jī)無法施展或?qū)嵤┏杀靖?同時 中國水資 源分布復(fù)雜 在一些干旱缺水地區(qū)地下水源不豐 富 一臺噴灌機(jī)需要多臺機(jī)井供水 多井匯合 多泵 并聯(lián) 容易超采地下水 國外卷盤式噴灌機(jī)的應(yīng) 用在歐洲較多 生產(chǎn)主要集中在意大利 法國和奧 地利等國 如意大利的 公司等 國內(nèi)銷 量較大的企業(yè)主要在江蘇 如江蘇華源節(jié)水集團(tuán)股 份有限公司等 中小型噴灌機(jī)適合了中國大國小農(nóng) 的基本國情 適應(yīng)大中小不同地塊 市場占有率最 大 而面廣量大的卷盤式噴灌機(jī)及輕小型噴灌 機(jī)還存在智能化程度不高 整機(jī)效率低 工況適應(yīng) 性較差 系列化程度不足 缺少綠色動力 組合模式 單一等問題 第 期 劉 俊 萍 等 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 微灌設(shè)備包括灌水器 過濾設(shè)備 水肥一體化 設(shè)備及精量控制系統(tǒng)等 其中灌水器是關(guān)鍵部件 經(jīng)歷了孔口式 渦流式 微管長流道式 透水毛管 螺紋長流道式 迷宮流道式 壓力補(bǔ)償灌水器等發(fā) 展過程 形式越來越多 對灌水器抗堵性能的提升 研究也有了明顯的效果 但在中國西北等地區(qū)受水 資源約束的限制 為了發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè) 直接引用高 含沙黃河水進(jìn)行灌溉 黃河水泥沙濃度高達(dá) 灌水器不同水質(zhì)下的抗堵性能還需進(jìn) 一步加強(qiáng) 選型配置尚需優(yōu)化 高性能的壓力補(bǔ) 償式滴頭還主要依賴進(jìn)口 硅膠類 滴頭難以回 收利用 微灌水肥一體化系統(tǒng)的智能決策的精準(zhǔn) 算法還需進(jìn)一步研究 系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性有待 提高 針對上述問題 十三五 以來 中國農(nóng)業(yè)節(jié)水 噴微灌裝備方面研發(fā)了一些新技術(shù)與新裝備 文中 主要對 十三五 以來取得的部分新進(jìn)展進(jìn)行分析 研 究 進(jìn) 展 大 型 噴 灌 機(jī) 大型噴灌機(jī)的智能化程度較高 開展大型噴灌 機(jī)相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的主要單位包括中國農(nóng)業(yè) 機(jī)械化科學(xué)研究院 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 中國水利水電 科學(xué)研究院 江蘇大學(xué) 西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國農(nóng) 科院農(nóng)田灌溉研究所等 中國大型噴灌機(jī)裝備方面 的研究主要有變量技術(shù) 自主控制技術(shù) 噴頭配置 等方面 趙偉霞等 對大型噴灌機(jī)的變量灌溉系統(tǒng)建 立方法 變量灌溉管理分區(qū)方法 決策支持系統(tǒng)等 方面對變量技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行了較為全面的分析 近年 來對變量技術(shù)的研究取得了較多顯著的成果 在大 型噴灌機(jī)的噴頭配置方面 采用國外的低壓噴頭較 多 例如 公司的 和 公司的 等 趙偉霞等 對圓形噴灌機(jī) 噴頭安裝高度對灌水質(zhì)量的影響進(jìn)行研究 提出了 保證噴灌均勻性和灌水深度情況下根據(jù)作物高度 調(diào)整噴頭安裝高度的建議 等 對大型平移式 噴灌機(jī)通過不同的噴頭配置實(shí)現(xiàn)區(qū)域變量灌溉進(jìn) 行了研究 針對單井水量不足的問題 張?jiān)讫埖?在圓形噴灌機(jī)入機(jī)處設(shè)計安裝了兩井泵匯流裝置 用來調(diào)節(jié)大型噴灌機(jī)的流量和穩(wěn)定水壓 在大型噴 灌機(jī)的自主控制方面 嚴(yán)海軍等 開發(fā)了一套基于 北斗技術(shù)的圓形噴灌機(jī)尾槍定位系統(tǒng) 該系統(tǒng)應(yīng)用 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和 實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn) 尾槍的高精度定位 孟令剛等 對大型平移式噴灌 機(jī)分布式級聯(lián)協(xié)同導(dǎo)航控制方法進(jìn)行研究 減小噴 灌機(jī)以不同速度協(xié)同導(dǎo)航行走時的航向偏差 大型 噴灌機(jī)采用的低壓噴頭大部分依賴進(jìn)口 中國對大 型噴灌機(jī)低壓噴頭的研究主要以引進(jìn) 消化 吸收 改進(jìn)為主 例如 張以升 針對大型噴灌機(jī)的非旋 轉(zhuǎn)折射式噴頭進(jìn)行優(yōu)化 改進(jìn)噴頭低壓下噴灑的水 力性能 總體上 中國大型噴灌機(jī)的研發(fā)在技術(shù)上取得 了顯著進(jìn)步 在自主導(dǎo)航控制技術(shù) 變量技術(shù)等方 面與國外的差距越來越小 在高性能低壓噴頭方面 還需加大研究力度 實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)高性能低壓噴 頭的國產(chǎn)化 卷 盤 式 噴 灌 機(jī) 卷盤式噴灌機(jī)符合中國的國情農(nóng)情 因此 國 內(nèi)卷盤式噴灌機(jī)在實(shí)現(xiàn)智能化軟件開發(fā) 水渦輪優(yōu) 化 機(jī)理研究等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)全面的研究 開 展卷盤式噴灌機(jī)相關(guān)研發(fā)工作的主要單位包括江 蘇大學(xué) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 西北農(nóng)林科技大學(xué)等 卷盤 式噴灌機(jī)驅(qū)動及傳動機(jī)構(gòu)是提升機(jī)組效率及降低 能耗的主要部件 也是技術(shù)核心 黎耀軍等 對 卷盤式噴灌機(jī)水渦輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化 李丹 等 對卷盤式噴灌機(jī)牽引裝置油光互補(bǔ)供電系統(tǒng) 進(jìn)行了優(yōu)化配置研究 湯玲迪 分別對卷盤式噴灌 機(jī)水渦輪結(jié)構(gòu) 模型建立 產(chǎn)品研發(fā)等方面進(jìn)行了 系統(tǒng)研究 揭示了驅(qū)動水渦輪內(nèi)流損失機(jī)理 掌握 了影響效率的關(guān)鍵因素 優(yōu)化了水渦輪結(jié)構(gòu)等 提 高了整機(jī)效率 與江蘇華源節(jié)水集團(tuán)股份有限公司 合作聯(lián)合開發(fā)了新型水渦輪 永磁電動機(jī)和液壓馬 達(dá) 種動力的系列產(chǎn)品 如圖 所示 已在中國黑龍 江 河南 河北等多省得到廣泛應(yīng)用 并大量出口至 國外 在卷盤式噴灌機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智能化方面 等 針對卷盤式噴灌機(jī)智能化程度低問題 構(gòu)建了 以氣象因子感知 根區(qū)水質(zhì)實(shí)時決策的物聯(lián)網(wǎng)卷盤 式噴灌機(jī)智能精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng) 建立了以根系土壤含 水率為綜合因子的灌溉決策方法及云平臺軟件 系統(tǒng) 同時在 十三五 期間 針對中國西北黃土高 原農(nóng)區(qū)耕地面積少 田塊小 不連片 多種作物交 叉種植 風(fēng)大 水資源匱乏特點(diǎn) 研發(fā)了自動折疊 桁架卷盤噴灌機(jī) 如圖 所示 解決了折疊桁架 伸縮運(yùn)動難預(yù)測問題 提高了折疊桁架運(yùn)動穩(wěn) 定性 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 圖 智能化卷盤式噴灌機(jī)系列 圖 自動折疊桁架卷盤噴灌機(jī) 卷盤式噴灌機(jī)根據(jù)中國的區(qū)域特性 基本實(shí)現(xiàn) 了智能及精準(zhǔn)化 但高端卷盤式噴灌機(jī)的核心部件 如液壓驅(qū)動部件等還處于起步階段 在智能決策模 型的精度方面還有待進(jìn)一步的提高 輕 小 型 噴 灌 機(jī) 組 輕小型噴灌機(jī)組是中國 種比較有代表性的機(jī) 組 適應(yīng)中國農(nóng)村發(fā)展的需要 受到農(nóng)戶歡迎 在輕 小型噴灌機(jī)組新能源利用及多功能性的研究新進(jìn) 展主要有以下幾個方面 針對中國的電力不充沛地區(qū) 太陽能光伏噴灌 系統(tǒng)具有一定的市場前景 談明高等 研發(fā)了全光 照無蓄電池光伏水泵灌溉系統(tǒng) 提出了光伏水泵多 工況優(yōu)化設(shè)計方法 實(shí)現(xiàn)了太陽輻射強(qiáng)度復(fù)雜變化 條件下出水量的準(zhǔn)確預(yù)測 劉俊萍等 研究了太陽 能噴灌系統(tǒng)的光照強(qiáng)度對系統(tǒng)水力性能的影響 對 太陽能噴灌系統(tǒng)在中國不同地區(qū)的噴頭進(jìn)行了優(yōu) 化配置 吳普特 研發(fā)了太陽能驅(qū)動的卷盤式和平 移式噴灌機(jī)組 以及對光伏驅(qū)動的輕小型噴灌機(jī)組 的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計等 上述的研究是光 伏技術(shù)與噴灌技術(shù)的有機(jī)結(jié)合 符合中國綠色農(nóng)業(yè) 發(fā)展的趨勢 取得了初步成效 但在成熟應(yīng)用上還 有較長的一段路要走 其核心問題為光伏轉(zhuǎn)換效率 較低 組件價格相對較高 光伏噴灌系統(tǒng)的穩(wěn)定性 不夠 設(shè)備的多工況設(shè)計理論及科學(xué)的系統(tǒng)配置尚 需完善 在輕小型噴灌機(jī)組的多功能性方面 江蘇大學(xué) 做了較多的開發(fā) 例如 為解決圓形域組合噴灌存 在的超噴 漏噴和能耗高的問題 采用變頻調(diào)速技 術(shù) 創(chuàng)建了方形域組合節(jié)能噴灌模式 建立了一種 方形域變頻機(jī)組 針對方形域變頻機(jī)組噴頭噴灑起 落點(diǎn)不一致的問題 構(gòu)建了精確開環(huán)控制方法及控 制器 發(fā)明了噴頭精確定位裝置 該機(jī)組在園林及庭 院等場合具有一定的應(yīng)用前景 同時 為了滿足輪 作 倒茬等同一地塊多種作物的灌溉需求 針對噴 灌 滴灌不同運(yùn)行工況 采用多工況水力設(shè)計方法 發(fā)明了噴滴灌兩用泵 實(shí)現(xiàn)了在噴灌 滴灌 種工況 下高效運(yùn)行 研發(fā)了噴滴灌兩用機(jī)組 如圖 所示 提出了噴滴灌兩用機(jī)組優(yōu)化方法 單位能耗降低 圖 噴滴灌兩用機(jī)組 朱興業(yè)等 研發(fā)了 種新型輕小型平移式噴 灌機(jī)組 對桁架結(jié)構(gòu) 灑水車 控制系統(tǒng)等部件進(jìn)行 設(shè)計 該機(jī)組輕便靈活 連接拆卸迅速 跨數(shù)可調(diào) 整 如圖 所示 在上述研究基礎(chǔ)上 對輕小型平移 式噴灌機(jī)組進(jìn)行智能化開發(fā) 提出了基于農(nóng)田作物 的需水規(guī)律控制噴灌車行走速度的決策方法 實(shí)現(xiàn) 智能化精準(zhǔn)灌溉 中國輕小型噴灌機(jī)組由于形式上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 存在弱點(diǎn) 但在固定式噴灑的精準(zhǔn)智能決策方面進(jìn) 行了技術(shù)攻關(guān) 實(shí)現(xiàn)了基于氣象感知的智能化控制 第 期 劉 俊 萍 等 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 在產(chǎn)品的多功能性開發(fā)方面研制了多款適應(yīng)于中 國不同灌溉需求的多功能輕小型噴灌機(jī)組 中國土 地及作物多種多樣 綠色能源的高效利用 節(jié)能減 排技術(shù)方面還有待進(jìn)一步的加強(qiáng) 同時 研發(fā)更多的 適應(yīng)于不同作物及地形地貌的多功能噴灌機(jī)組形 式是發(fā)展趨勢 圖 新型輕小型平移式噴灌機(jī)組 低 壓 噴 頭 低壓噴灌是降低噴灌系統(tǒng)能耗的重要途徑 研 發(fā)低壓噴頭是發(fā)展低壓噴灌的關(guān)鍵技術(shù)之一 近幾 年在低壓噴頭的研發(fā)方面 取得了初步成果 中國的大中型噴槍還主要以進(jìn)口及仿制國外 產(chǎn)品為主 低壓噴灑技術(shù)還沒有在長射程噴頭上進(jìn) 行驗(yàn)證 在中長射程噴頭方面 為解決普通噴頭低壓 下射程短和均勻性不高的問題 江蘇大學(xué)分別以反 作用式 射流式及搖臂式噴頭為基礎(chǔ) 設(shè)計了 種低 壓噴頭 一種為低壓散水齒噴頭 如圖 所示 設(shè) 計了新型間斷式散水齒 空間流道 異形噴嘴等創(chuàng) 新結(jié)構(gòu) 與國外 噴頭相比 低壓下組合均 勻性平均提高了 一種為中國獨(dú)創(chuàng)的外取水射 流噴頭 如圖 所示 設(shè)計的外取水結(jié)構(gòu)使低壓 工況下組合均勻性明顯提高 另一種為摻氣搖臂式 噴頭 采用摻氣的方法降低了搖臂式噴頭的工作 壓力 擴(kuò)寬了搖臂式噴頭的工作壓力范圍 圖 低壓散水齒噴頭 低壓噴頭目的為擴(kuò)寬噴頭的工作壓力范圍 使 噴頭在變工況下運(yùn)行均保持良好的水力性能 中遠(yuǎn) 射程噴頭的低壓噴灑技術(shù)理論體系還不夠完善 在 遠(yuǎn)射程噴槍實(shí)現(xiàn)低壓均勻噴灑方面還有待進(jìn)一步 的研究 圖 外取水射流噴頭 多 功 能 噴 頭 在噴頭多功能性實(shí)現(xiàn)方面 針對中國新疆紅棗 作物高溫 干燥噴霧加濕與降溫的需求 朱興業(yè) 等 設(shè)計了可調(diào)縫隙式噴嘴結(jié)構(gòu) 研發(fā)了 種新型 縫隙式低壓霧化噴頭 解決了低壓 小流量 霧化噴 灑的技術(shù)難題 改善小氣候 針對中國棚架作物的種植特點(diǎn)以及灌水 噴藥 要求 張晴 發(fā)明了 種水藥兩用噴頭 實(shí)現(xiàn)了低 壓工況灌水 中高壓工況噴藥的雙重功能 針對果樹的灌水需求 朱德蘭等 建立了微噴 灌與陶瓷滲灌互補(bǔ)的灌溉模式 研發(fā)了伸縮式微 噴頭 這些多功能噴頭的研發(fā) 實(shí)現(xiàn)低壓霧化 水藥 一體化 滲灌微噴互補(bǔ)等功能 豐富了噴微灌等噴 灑模式 中國針對具體作物及地域特點(diǎn)開發(fā)新型灌 溉模式及適用裝備還不夠 種類還不夠豐富 系統(tǒng) 性研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng) 滴 灌 裝 備 針對滴灌易堵塞問題 中國學(xué)者長期以來進(jìn)行 了諸多研究 對現(xiàn)有灌水器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn) 并研 發(fā)了一些新裝備 例如 王新坤等 應(yīng)用射流附壁 與換向產(chǎn)生的脈沖技術(shù) 開發(fā)了同向毛管射流三 通 雙向毛管射流三通 形成了脈沖滴灌技術(shù) 提高 了抗堵性能 當(dāng)同向毛管射流三通和雙向毛管射流 三通同時使用時抗堵效果更佳 劉露等 對適應(yīng)于 黃河水滴灌的灌水器進(jìn)行篩選研究 建立了面向不 同灌溉作物的滴灌帶產(chǎn)品選擇方法 侯鵬等 研究 了內(nèi)鑲貼片式灌水器結(jié)構(gòu) 淤積泥沙特性 堵塞特 性參數(shù)間的關(guān)系 為灌水器的抗堵性能結(jié)構(gòu)改進(jìn)提 供支撐 針對滴灌帶重復(fù)回收利用的市場需求 牛文 全等 研制 種經(jīng)濟(jì)環(huán)保 成型工藝簡單 水力性 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 能及抗堵塞性能優(yōu)良的一體化壓力補(bǔ)償式滴頭 利 用 代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅橡膠彈性片 實(shí)現(xiàn)降低回收利用 成本的目的 采用 材料復(fù)合技術(shù) 研制出具有壓 力補(bǔ)償功能的微孔薄壁滴灌帶 解決了負(fù)壓吸泥和 作物根系入侵堵塞問題 成本下降 以上 李云 開 研發(fā)了小型自清洗灌水器 低壓滲透過濾器等 產(chǎn)品 建立了低碳環(huán)保型滴灌綜合技術(shù)體系 開發(fā)了 微納米氣泡發(fā)生器 移動式水肥氣一體機(jī)及一體化 調(diào)控滴灌系統(tǒng) 這些滴灌灌水器 滴灌帶等產(chǎn)品一定程度上提 高了抗堵塞性能 但產(chǎn)品的制造上還存在一定的問 題 如工藝性 加工精度 灌水器的膜片材料等方面 還需進(jìn)一步的改進(jìn) 過濾器是滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備之一 砂石過濾 器 離心過濾器和網(wǎng)式 疊片過濾器品種規(guī)格已相 對較多 在過濾不同水質(zhì)時常常采用不同類型過濾 器相組合的方式 目前較多的為對過濾器針對不同 工況下的具體需求展開研究 例如 針對復(fù)雜灌溉 水質(zhì)對大流量過濾器的需求 李盛寶 創(chuàng)建三層濾 網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu) 研發(fā)了大流量復(fù)合網(wǎng)式過濾器 過濾 周期較長 過濾精度較高 解決產(chǎn)品能耗高 過濾效 率低的問題 針對微灌系統(tǒng)水流精量調(diào)配需求 張曉斌等 設(shè)計出閥門體 感應(yīng)體的閥體結(jié)構(gòu) 研制出精量調(diào) 配設(shè)備 流量調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度高達(dá) 雷宏 軍 設(shè)計出循環(huán)曝氣的水氣高效耦合系統(tǒng) 研制了 水氣耦合灌溉裝備及其自動控制系統(tǒng) 解決摻氣比 率低 出氣不均勻的難題 曝氣比例由 增加 至 微灌系統(tǒng)的過濾器 控制調(diào)節(jié)裝置 自動控制 設(shè)備等配套設(shè)備還存在系列化程度低等問題 針對 不同區(qū)域及作物下的灌溉模式 進(jìn)行合理配套 是 今后微灌技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展趨勢 水 肥 一 體 化 裝 備 目前常用的水肥一體化施肥設(shè)備有文丘里施 肥器 比例施肥泵 壓差施肥罐 智能施肥機(jī)及柱塞 泵等 國內(nèi)對上述設(shè)備進(jìn)行了較多研究 基本實(shí)現(xiàn) 了國產(chǎn)化 例如 汪小珊等 對泵注式施肥裝置柱 塞泵 射流器等進(jìn)行了系統(tǒng)研究 完成了方便用戶 使用的產(chǎn)業(yè)化開發(fā) 智能施肥機(jī)國內(nèi)發(fā)展較為迅速 用戶需求量較大 缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)的精度不夠 決 策模型不夠?qū)嵱?高性能的比例施肥泵目前還主要 依賴進(jìn)口 如法國 以色列 公司等 在國內(nèi) 湯攀等 掌握了比例施肥泵吸肥腔單向閥 等參數(shù)對水力性能的影響規(guī)律 降低了閥芯后端旋 渦強(qiáng)度 相比國內(nèi)同類產(chǎn)品 施肥精度有所提高 除 了上述設(shè)備以外 針對固體肥料的水肥一體化施 用 張志洋等 研發(fā)了 種基于溶解混施功能的水 肥一體化裝置 如圖 所示 泵入式精準(zhǔn)混施裝置應(yīng) 用于灌溉系統(tǒng)首部 自流式精準(zhǔn)混施裝置應(yīng)用于灌 溉系統(tǒng)末端 精準(zhǔn)水肥混施裝置可同步進(jìn)行固體肥 添加 肥料溶解和注肥 且實(shí)現(xiàn)了施肥濃度的自動 調(diào)節(jié) 劉俊萍等 研發(fā)了 種蠕動泵注肥配肥裝 置 構(gòu)建了蠕動泵配肥注肥的智能系統(tǒng) 同時針對蠕 動泵回流問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化 降低了蠕動泵回流程 度 提高了注肥配肥精度 圖 精準(zhǔn)水肥混施裝置 發(fā) 展 趨 勢 及 思 考 年陸續(xù)發(fā)布的 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快推進(jìn) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化轉(zhuǎn)型升級的通知 等文件指出 十四 五期間 推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化 智能化 由耕 種 收環(huán)節(jié) 向全過程發(fā)展 由平原地區(qū)向丘陵山區(qū)擴(kuò)展 推進(jìn)農(nóng) 機(jī)農(nóng)藝融合 機(jī)械化信息化融合 機(jī)械化生產(chǎn)與農(nóng) 田建設(shè)融合 補(bǔ)齊短板 推進(jìn)中國排灌裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型 升級 十三五 期間農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化化肥農(nóng)藥使用量零 增長行動取得明顯成效 十四五 時期 將深入 推進(jìn)化肥農(nóng)藥減量行動 集成組裝一批化肥農(nóng)藥減 量增效技術(shù)模式 重點(diǎn)推廣水肥一體化等技術(shù) 推 進(jìn)統(tǒng)防統(tǒng)治與綠色防控融合 積極推廣先進(jìn)施肥施 藥機(jī)械 加快替代落后機(jī)械 十四五 規(guī)劃綱要 提出 力爭 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰 年前實(shí)現(xiàn)碳 中和 支持節(jié)水 節(jié)能 減排等先進(jìn)技術(shù) 灌溉裝備發(fā)展趨勢為節(jié)能節(jié)水化 智能化 區(qū) 域模式化及標(biāo)準(zhǔn)化 灌溉裝備需優(yōu)先發(fā)展方向 攻克 關(guān)鍵共性技術(shù) 研制重點(diǎn)產(chǎn)品 主要有以下幾個 方面 灌溉裝備節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)研究 開展大型 第 期 劉 俊 萍 等 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 灌區(qū)排灌泵站的節(jié)能改造 提高系統(tǒng)效率 降低能 耗水平 開發(fā)低壓噴灌 低壓滴灌及低壓管灌技術(shù)及 裝備 降低系統(tǒng)能耗 研制生態(tài)友好型軸流泵 高效 大流量高揚(yáng)程大型離心泵等 丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉裝備與技術(shù)模式 研發(fā)丘 陵山區(qū)集水 供水 水資源優(yōu)化調(diào)度等裝備 建立多 種丘陵山區(qū)抗旱補(bǔ)灌灌溉模式 開發(fā)微灌 噴灌系 統(tǒng)壓力調(diào)控裝備 研制低能耗多工況高揚(yáng)程提水泵 應(yīng)急管網(wǎng)系統(tǒng)等新型灌溉排水移動泵站 滿足丘陵 山區(qū)應(yīng)急搶險環(huán)境下的供排水需求 鹽堿地灌排控鹽技術(shù)與裝備 針對中國土壤 鹽化問題 集成水鹽測墑技術(shù) 提升灌溉裝備智能 化水平 實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)節(jié)水抑鹽智能調(diào)控 水肥協(xié) 同調(diào)控 開發(fā)鹽堿地節(jié)水抑鹽灌排裝備 提高中國 中低產(chǎn)田的生產(chǎn)能力 水肥藥一體化及綠色防控技術(shù)與裝備 集成 水肥信息 病蟲害防控監(jiān)測技術(shù) 研究在線精量配 肥 配藥和灌溉 施肥 施藥方法 優(yōu)化田間灌溉管 網(wǎng)布置 開發(fā)不同作物滴灌 噴灌水肥藥精準(zhǔn)管控 決策模型及裝備 智能化精確灌溉裝備 提高灌溉裝備的智能 化水平 進(jìn)一步降低大中型噴灌機(jī)和噴頭運(yùn)行壓力 與能耗 提高微灌系統(tǒng)的抗堵塞性和可靠性 綠色多源互補(bǔ)模式和非常規(guī)水資源節(jié)水灌 溉裝備 開發(fā)低水頭 生態(tài)型 微型抽水蓄能裝備 大 功率低成本太陽能光伏系統(tǒng)等能源互補(bǔ)的能源微 網(wǎng)節(jié)水灌溉裝備系統(tǒng) 形成綜合配套的清潔能源節(jié) 水灌溉技術(shù)模式 開展養(yǎng)殖污水等非常規(guī)水資源灌 溉利用技術(shù)及裝備 參 考 文 獻(xiàn) 國務(wù)院 中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的 決定 十三屆全國人大四次會議 中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì) 和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱 要 水利部 中國水資源公報 發(fā)展改革委 水利部關(guān)于印發(fā) 國家節(jié)水行動方案 的 通知 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快發(fā)展農(nóng)業(yè)社會化服 務(wù)的指導(dǎo)意見 李仰斌 劉俊萍 中國節(jié)水灌溉裝備與技術(shù)發(fā)展展望 排灌機(jī)械工程學(xué)報 袁壽其 李紅 王新坤 中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 問題 趨勢與建議 排灌機(jī)械工程學(xué)報 金宏智 我國大型噴灌機(jī)之路 北京 中國水利水 電出版社 趙偉霞 李久生 栗巖峰 等 大型噴灌機(jī)變量灌溉技 術(shù)研究進(jìn)展 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 孫宇 李茂娜 王云玲 等 圓形噴灌機(jī)條件下變量灌 溉對蘇丹草產(chǎn)量與品質(zhì)的影響 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研 究 湯玲迪 袁壽其 湯躍 卷盤式噴灌機(jī)研究進(jìn)展與發(fā)展 趨勢分析 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 袁壽其 王新坤 中國排灌機(jī)械的研究現(xiàn)狀與展望 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 孫文峰 王艷花 王騰 等 滾移式噴灌機(jī)噴頭優(yōu)選及 水力性能優(yōu)化 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 阿不都沙拉木 低能耗滾移式噴灌機(jī) 烏魯木齊 新疆水利水電科學(xué)研究院 李紅 陳超 袁壽其 等 中國輕小型噴灌機(jī)組現(xiàn)狀及 發(fā)展建議 排灌機(jī)械工程學(xué)報 牛夏 張彩霞 張芮 滴灌系統(tǒng)灌水器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與抗堵 性能提升研究進(jìn)展 甘肅水利水電技術(shù) 楊小坤 牛文全 張亮 一體化壓力補(bǔ)償式熱塑性彈性 材質(zhì)滴頭設(shè)計與試驗(yàn) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 李久生 栗巖峰 王軍 等 微灌在中國 歷史 現(xiàn)狀和 未來 水利學(xué)報 李紅 湯攀 陳超 等 中國水肥一體化施肥設(shè)備研究 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 排灌機(jī)械工程學(xué)報 趙偉霞 張萌 李久生 等 噴頭安裝高度對圓形噴灌 機(jī)灌水質(zhì)量的影響 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 張?jiān)讫?嚴(yán)海軍 王建東 圓形噴灌機(jī)系統(tǒng)兩井泵匯流 裝置水力性能研究 灌溉排水學(xué)報 嚴(yán)海軍 王春曄 李茂娜 北斗定位系統(tǒng)在大型噴灌機(jī) 精準(zhǔn)水肥管理的應(yīng)用 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 孟令剛 范松濤 周燕 大型平移式噴灌機(jī)分布式級聯(lián) 協(xié)同導(dǎo)航控制方法 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 張以升 非旋轉(zhuǎn)低壓折射式噴頭水力性能理論研究及 優(yōu)化設(shè)計 楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué) 黎耀軍 張振洲 嚴(yán)海軍 等 卷盤式噴灌機(jī)水渦 輪水力性能分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 李丹 朱德蘭 林明月 等 卷盤式噴灌機(jī)牽引裝置油 光互補(bǔ)供電系統(tǒng)配置優(yōu)化 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 第 期 劉 俊 萍 等 中 國 農(nóng) 業(yè) 節(jié) 水 噴 微 灌 裝 備 研 究 進(jìn) 展 及 發(fā) 展 趨 勢 湯玲迪 卷盤式噴灌機(jī)水渦輪優(yōu)化設(shè)計與內(nèi)部流動分 析 鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué) 吳哲 湯躍 余聰 等 自動折疊噴灑臂的設(shè)計及運(yùn)動 學(xué)特性 排灌機(jī)械工程學(xué)報 談明高 田驍 吳賢芳 等 基于日照概率分布的光伏 水泵系統(tǒng)供水可靠性研究 太陽能學(xué)報 劉俊萍 許繼恩 李滔 等 太陽能噴灌系統(tǒng)供給能源 與水力性能關(guān)系 排灌機(jī)械工程學(xué)報 吳普特 多能源互補(bǔ)驅(qū)動低能耗噴灌機(jī)系列產(chǎn)品研發(fā) 與應(yīng)用 楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué) 朱興業(yè) 陸科驥 陳震 等 精準(zhǔn)灌溉拖移式智能噴灌 機(jī)的研發(fā) 灌溉排水學(xué)報 李紅 徐敏 李一鳴 等 噴頭旋轉(zhuǎn)式散水盤散水齒結(jié) 構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 朱興業(yè) 蔣建園 劉俊萍 等 外取水射流噴頭與全射 流噴頭的比較 排灌機(jī)械工程學(xué)報 許正典 向清江 等 搖臂噴頭低壓摻氣 情況下田間組合噴灌試驗(yàn)研究 排灌機(jī)械工程學(xué) 報 朱興業(yè) 張愛英 張林國 等 低壓霧化噴頭霧化性能 試驗(yàn) 排灌機(jī)械工程學(xué)報 張晴 平架式葡萄園水肥藥一體化系統(tǒng)設(shè)計及試驗(yàn)研 究 鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué) 朱德蘭 張銳 趙航 等 微噴灌與陶瓷滲灌互補(bǔ)裝置 設(shè)計與試驗(yàn) 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 王新坤 肖思強(qiáng) 樊二東 等 滴灌毛管首部射流脈沖 三通水力特性試驗(yàn)研究 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 劉露 侯鵬 劉澤元 等 適用于黃河水滴灌的灌水器 篩選研究 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 侯鵬 肖洋 吳乃陽 等 黃河水滴灌系統(tǒng)灌水器結(jié)構(gòu) 泥沙淤積 堵塞行為的相關(guān)關(guān)系研究 水利學(xué)報 排 灌 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報 第 卷 牛文全 張亮 一種壓力補(bǔ)償式偏平滴頭 李云開 低碳環(huán)保型滴灌關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究 北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 李盛寶 微灌復(fù)合網(wǎng)式過濾器的設(shè)計及性能試驗(yàn)研究 鄭州 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 張曉斌 馮俊杰 劉楊 等 灌溉流量自調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu) 設(shè)計與性能分析 節(jié)水灌溉 雷宏軍 提質(zhì)增效的作物水肥氣協(xié)同調(diào)控技術(shù)研發(fā)與 應(yīng)用 鄭州 華北水利水電大學(xué) 汪小珊 嚴(yán)海軍 周凌九 等 系列射流施肥器水 力性能試驗(yàn)研究 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 湯攀 李紅 駱志文 等 比例施肥泵驅(qū)動活塞受力分 析及內(nèi)部流動模擬與試驗(yàn) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 張志洋 李紅 陳超 等 溶解混施水肥一體化裝置施 肥性能試驗(yàn)研究 排灌機(jī)械工程學(xué)報 劉俊萍 李吉鵬 史永杰 等 水肥一體化灌溉裝置蠕 動泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化 節(jié)水灌溉 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化轉(zhuǎn) 型升級的通知 農(nóng)業(yè)部 關(guān)于印發(fā) 到 年化肥使用量零增長行動 方案 和 到 年農(nóng)藥使用量零增長行動方案 的 通知 責(zé)任編輯 談 國 鵬 檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 上 接 第 頁 韓忠華 模型及代理優(yōu)化算法研究進(jìn)展 航 空學(xué)報 責(zé)任編輯 談 國 鵬