中国农业大学李云开教授团队：滴灌系统灌水器堵塞过程、机理与控制

我国水资源极度紧缺，单位耕地面积的水资源量仅为世界平均水平的1/2，已成为影响我国粮食安全的刚性约束。同时，我国灌溉水利用系数仅为0.572，远低于0.7～0.8的国际先进水平；单方灌溉水的产粮数大约是1.58kg，也远低于2.0～3.0kg的国际先进水平。习近平总书记高度重视节水问题，2014年提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，并陆续做出“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”，“农业要节水化”，“发展节水农业、旱作农业，把农业用水效率提上去、总量省出来”等重要指示。实现农业水资源高效节约利用对于全国高标准农田建设乃至农业现代化都至关重要。

▲ 滴灌技术规模化农田应用

滴灌是目前最为节水的灌溉技术，其通过全管道化系统精量、靶向地为作物根区供水、施肥、施药、加气等，已成为实现农业节水、高产、高效的重要途径。我国自1974年由墨西哥引进滴灌设备以来，经过近五十年的不断探究，在一定程度上摆脱了早期完全依赖国外进口、仿制改进的落后状况，建立了较为系统的生产体系，并逐步发展成为全球滴灌应用面积最大的国家，目前我国以滴灌为主的微灌面积已达1.1亿亩。根据《“十四五”推进农业农村现代化规划》，“十四五”期间新建高标准农田2.75亿亩，新增高效节水灌溉面积0.6亿亩。滴灌技术的发展对于推动农业现代化、实现农业节水化意义重大。

▲ 滴灌灌水器堵塞问题与我国挑战

自滴灌技术诞生之日起，滴灌系统灌水器堵塞问题就一直是制约其应用、推广的国际性难题。灌水器是滴灌系统的“芯片”，其作用是将有压水流充分消能后以均匀、稳定的小流量滴入作物根区土壤。由于消能的需要，灌水器流道较为狭窄，一般只有0.5～1.2mm，极易被水中的固体颗粒物、微生物、盐分等杂质堵塞，轻则影响系统灌水均匀度，重则使系统报废。尤其是我国自然资源禀赋特征导致灌溉水质多元化，黄河水、再生水、微咸水、高钙镁地下水等复杂水源常作为滴灌水源，且随着滴灌水肥一体化技术的应用，复杂水质-肥料耦合作用使得堵塞机理更复杂、风险更大，对灌水器的抗堵塞能力提出了更高要求，亟待实现系统的原始创新。

▲ 研究技术路线与研究方案

中国农业大学李云开教授带领团队经过二十多年潜心研究，综合利用农田水利、水力学、计算流体力学、环境微生物、土壤物理多学科理论与研究方法，通过连续多年室外现场试验和室内精细测试，

• 系统研究了多水源滴灌灌水器物理-化学-生物堵塞与耦合发生特征及堵塞物质时空分布特征，深入揭示了灌水器堵塞诱发、生长及调控机理，推动了相关研究由定性向定量发展；

• 构建了灌水器内部三维流动全场无扰测试方法，建立了协同提升灌水器水力性能与抗堵塞性能的灌水器流道边界漩涡洗壁优化设计方法，并实现了灌水器产品产业化；

• 从过滤器合理配置、系统运行、周期加氯+毛管冲洗等多途径构建了高含沙水、微咸水、再生水等复杂水源滴灌系统灌水器堵塞控制技术体系及应用模式。

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《滴灌系统灌水器堵塞过程、机理与控制》(李云开等 著. 北京：科学出版社，2023.11)获得国家科学技术学术著作出版基金资助，是目前农业水土工程领域内容最详实的专著，主要面向农业水土工程、水利工程等领域相关学者、科研人员、企业家、技术人员、用户等群体。全书共21章、129万字。每一章都尽量做到自明且逻辑独立，既突出了每个章节的逻辑完整性，也强调了不同章节间内容上的联系。

《滴灌系统灌水器堵塞过程、机理与控制》是我国第一部系统介绍滴灌系统灌水器堵塞的著作，也是李云开教授团队不畏艰难、持续攻关过程的缩影。该书内容系统丰富，立足理论创新，兼顾生产实践，拓展了滴灌系统灌水器堵塞领域多学科交叉研究，拓宽了相关农业节水领域科技工作者的视野，可为我国新时期滴灌技术的快速发展提供科学依据和技术指导。我特向广大同仁、研究人员和实践者推荐此书。

康绍忠

中国工程院院士

中国农业大学教授

2023年7月

本文整理自《滴灌系统灌水器堵塞过程、机理与控制》(李云开等 著. 北京：科学出版社，2023.11)一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-056880-9

责任编辑：周 炜 罗 娟

（本文编辑：刘四旦）

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