农业排灌供水机械化mechanization of agricultural irrigation-drainage and water supply

利用各种能源的动力机器驱动抽水机械，对农田进行灌溉与排水，以及供应林业、畜牧业、渔业和农村日常用水的开发利用过程。根据农作物生态平衡良性循环的原则，综合能源供应、水资源、地势气候农业需求和经济效益等有关因素，规划与建设相应的排灌机械工程，确保农业稳产与持续增产，开发高地、洼地或干旱地区，改善农村人畜饮水卫生。大型工程，可在流域之间进行水量调度，使水资源在农田灌溉上得到充分合理的利用。
简史 中国约在公元前4 000年已用陶瓮舀水。在《庄子》一书中有“抱甕而出灌”和关于桔槔的记载。以后又陆续出现了辘轳、水车、翻车、简车等提水、灌溉器具，见中国古农具。欧洲在公元前3世纪由希腊的阿基米德创制螺旋管提水工具和古希腊后期的克特西比乌斯(Ctesibius)发明的灭火泵都是现代容积泵的雏型。离心泵原理的应用始于公元5世纪，到19世纪末高速热力机械和电动机设计制造完善以后，得到广泛应用。随着船舶和飞机螺旋桨的发展，使轴流泵亦趋成熟。从此，机电排灌事业发展十分迅速。20世纪30年代开始，鉴于水资源的短缺，特别是在干旱地区，为了提高水的有效利用率，喷灌技术被广泛采用，地下渗灌和露灌也为局部地区所利用。60年代以后又发展了滴灌和微型喷灌。
中国在20世纪20年代，由无锡、常州的少数铁工厂仿制离心泵。1956年开始自行设计制造水泵与喷灌系统。70年代起研究设计、生产滴灌与微喷设备。到80年代已能生产口径（或叶轮直径）25～6000毫米、扬程1.5～300米、流量3～360000米³/小时、单机配套动力0.18～8000千瓦的44个系列、424种1 100余个规格的水泵，以及大、中、小、轻型固定与移动式喷灌机，包括微喷和滴灌的成套设备。年产量为机组100万台套，用于新建和更新泵站、机井和喷灌基地。中国农田机电排灌，1949年总共装机容量不足7.5万千瓦。1953～1957年（第一个五年计划）期间，年增长4万千瓦；1958～1962年（第二个五年计划）期间，年增长100万千瓦；1958～1967年(第二、三两个五年计划)期间，平均年增长440万千瓦。至1985年全国排灌机械配套动力为5 700万千瓦，其中配套动力机电各半，灌溉3.9亿亩、排水0.6亿亩，喷灌面积1 300万亩。排灌机械化对减轻农业旱涝自然灾害，保证各行各业和人民生活用水，作用巨大。例如中国1978年广大地区受到过几十年不遇的152天大旱，全国有17个省、自治区、直辖市调动2 600万千瓦机电灌溉设备，提水与引水1 700余亿立方米，浇灌5.8亿亩，挽回粮食收成约2000万吨、棉花20余万吨。湖北省樊口泵站安装4台4米叶轮直径轴流泵，1980年开机3 600小时，排洪9亿立方米，使47万亩湖田免于水灾，挽回粮食12万吨，折价相当于建站的总投资。
规划 实现排灌机械化，就地理条件作出宏观地域区划，可以指导编制发展规划。中国排灌机械化区划大致分为：❶北方沙壤平原区。包括黄河中下游流域及内蒙古南端，年平均降雨量不足500毫米，经常有旱情出现。开发利用地下水资源灌溉十分重要。目前机井保有量已达230万眼，灌浇1.3亿亩，提水高度10～300米。多用离心泵、长轴深井泵和深井潜水电泵。出水量小的井，也有用拉杆泵、螺杆泵、隔膜泵，以及手动泵等。由于地下水开采量大，水位下降情况严重，要从根本上解决问题，须跨流域调入水量。如引滦河水入天津市的工程，总扬程30米、流量50米³/秒。三级提水，设4座泵站，共用27台大型轴流泵。又如江苏省江都县水利枢纽，设4座泵站，装大型轴流泵33台、总容量5万千瓦、流量近473米³/秒，除受益农田500万亩外，并能供水使大运河常年畅通，成为计划中南水北调东线工程的组成部分。此外，在计划中尚有引黄济青、引黄入晋等工程。
❷河网湖泊平原区。包括长江中下游和珠江下游流域，为中国提供商品粮的主要基地，也是发展排灌机械最早的地域。全区雨量丰沛，水源充足，但降雨量分布不均，在年际间、年度内变化极大，水位波动也很大，容易发生旱涝灾害。区内圩垸田较多，地势一般低洼，洪、旱季节与洪、旱年份，需要提灌与排涝。一般扬程要求在10米以下，多为5米左右，低者不足2米，以采用轴流泵与混流泵为主。大、中、小型泵站在区内星罗棋布，农田排灌基本上机械化，受益面积占全国总机电排灌面积的50%。区内大型泵站占全国比重大。全国194座大型泵站，容量约140万千瓦，仅苏皖、湘、鄂、粤、桂6省、区即占140座，容量75万千瓦。
❸西北黄土高原区。海拔高而雨量少，经常干旱。不仅农业灌溉，即使生活用水也十分困难。抽水上塬，扬程高、梯级多，大都采用高扬程离心泵多级提水，工程艰巨，投资较大。如甘肃景泰川提水工程，从黄河分十级提水10.56米³/秒，总扬程450米，能开荒灌田30万亩。又如陕西东雷高扬程泵站，离心泵单机扬程225米、流量2.2米³/秒、电动机功率8 000千瓦。
❹东北草甸平原区。西部高寒，东部低湿。雨量稀少，传统以垄作保墒，利用夏秋温暖气候，种植单季耐旱作物。为了发展小麦等细粮作物，在中国最早推行大田喷灌。以采用半径400米的大型中心支轴式喷灌机、平移式喷灌机等为主，最先用于国营农场，逐渐推广到生产队。据国营友谊农场第五分场在1980年的大旱年份统计，喷灌3次的田，每亩可增产小麦100～150千克，保持平年的产量。
❺丘陵山区。一般兴建塘坝水库蓄水灌田。排灌机械主要用于高田提水，以及补充蓄水之不足。60年代改进与推广水轮泵，用于山区提水，取得良好效果。部分山区还采用了水锤泵。山区经济作物采用喷灌能提高产量与品级。
❻草原牧区。包括陕、甘、青3省部分和内蒙古、新疆大部，可利用的草原面积约33亿亩。由于缺水，呈现退化现象。70年代以来，大兴水利，开发机井，充分利用风能与太阳能，已改善1.65亿亩缺水草原供水问题，使5 700万人口和4 000万头牲畜减除了用水的困难。同时在能实现喷灌和微喷的地区，推行喷灌，提高牧草收获量。
❼城郊及园艺区。包括城镇市郊的蔬菜园和遍布各地的果、茶、药、杂园，以发展固定喷灌为主。80年代以来，塑料大棚推广很快，已有部分大棚常设微喷和滴灌系统，采用微机自动控制，实行轮灌和定时灌溉。茶园喷灌可以在春季提早1周时间开摘，复摘周期缩短3～5日。从微观角度来看，江苏省北部亦有沙土平原，黄河河套有塞上江南，新疆大漠之中亦有绿洲。排灌机械化的规划，需按具体条件、因地制宜地拟订。
内容 排灌机械化的实现在于不断建设与更新排灌机械工程，全面满足农业排灌的需要。其内容包括：❶抽水设施。可以是简单的动力——水泵机组，灵活移动使用，亦可建成大、中、小型泵站。中、小泵站建设有固定和移动式两种，移动式包括铰车泵站（泵车）和浮船泵站（泵船）。凡水位变幅大而影响水泵吸程的地区，为了防止水泵汽蚀则设泵车；河网地区或沿河移动抽水的地区，则设泵船。大型泵站，兼用于灌溉、排涝、发电、航运、供水等（见泵站设备）。
❷输水系统。包括由泵站送至田间灌溉或由田间汇水至泵站排出的渠系和管系。一般渠道采用夯实衬面的土渠为主，实行植被护坡。在沙性土壤上，采用浆砌块石或混凝土预制件衬砌渠道。严重渗漏与蒸腾的地区喷灌，则采用管道输水。在排灌输水系统上，沿程配置各种阀或闸，保证给水、配水、泄水等，有条件的地区，设置压力、流量等调节器和土壤测量或水田水位等讯号仪，通过电器和微机控制，实现排灌自动化。
❸田间工程。农田整备，是农业机械化的相应工程。经过整备的田间实行机械化排灌，可以节省大量人工和用水量，简化排灌的管理工作。
机井的配套工程与泵站类似（见井泵装置）。此外，还涉及机井本身的钻探与钻井。
管理 中国自1949年开始，对大、中型排灌机械工程的管理实行全面规划，中央与地方政府分工管理，工业支援农业的方针。部分小型排灌机械工程为集体所有，由集体管理或由专业户、组承包。1979年以后，个体户购置小型或微型移动水泵机组，数量急剧增大。20世纪30年代以来，美洲各国与法国注意到由国家统一领导大型工程的管理与建设，如美国大古力水坝工程、法国罗纳河工程等。对于小型工程，英国和日本采取对民间低息资助合作管理的方式，限期部分还本。南美与北非等国则由国家建设，向农民征收水费，限50年左右偿清本息。
工程建成以后，在运行中的管理，包括：❶组织管理。执行有关国家、地方法令，主持劳动组织、季节性多种经营等工作。
❷设备管理。制定优化运行方案，操作规程，经营设备维修保养，器材供应与储存。
❸财务管理。经济核算，改善收支与提高工程经济效益。
❹工程管理。依靠主管部门和地方行政机关，维护与监检输水、分水、配水设施，使工程保持良好状态。
培训 中国自1949年起在15所大学内先后设置了有关机电排灌的专业，并在各地建立了中等专业技术学校，为高速发展机电排灌事业适时地输送人才。此外，还应亚非国家，如菲律宾、喀麦隆、索马里、斯里兰卡等国之聘，多次派出技术咨询和工程建设人员，同时接受这些国家派来留学生在有关专业方面进行深造。日本有5所农业大学、47所高等学校和每县平均设立的40个农业教育组织，为国家输送的农业技术人员中，排灌机械工程专业者占一定比例；美国民间财团，以培训排灌人员为要务；法国罗纳河工程局 主要任务之一，旨在培训各级技术人员。
科研 中国在发展排灌机械化过程中遇到和解决的科技问题，已为发展中国家所重视。新型泵和大型泵的研制开发，如6米叶轮直径混流泵的设计、试制和运行，使中国水泵向大型化发展。对于黄河大量含沙水影响设备加快磨损等问题，中国投入了大量科技力量进行研究。此外，还与联合国开发署和世界银行及加拿大国际开发研究中心合作，为解决世界范围的饮水问题进行研究。对国际上的排灌技术，如意大利编制的全国土壤资料灌溉彩色图，美国废水处理与灌溉，英国、荷兰、德国排水治土去碱、澳大利亚、墨西哥、以色列开发干旱地区研究的新技术和新设备等方面，中国也都进行了不同范围和不同程度的研究。
展望 总结国际上建设大型排灌机械工程的实践经验，深入研究与发展排灌机械工程的系统管理，尽量减少事前被忽视的环节和问题，已受到各国的重视。同时研究省水节能节支的灌溉技术和设备，研究工厂化农业和无土农业的供水问题，研究工程建设与运行中的节能节水的途径，从而缓和农业与百业竞争能源和水源的矛盾。