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痕量灌溉是一种新型节水灌溉技术，它在符合植物对水需求的前提下，通过特制的控水头，以土壤毛细力为基础，直接将水均匀、适量、不间断地施于植物根部，只要植物根周围的土壤里含水量没有达到饱和，水分的输送就会缓慢、持久地进行。本期节目介绍痕量灌溉的原理、安装、调试，以及各生产环节的注意事项。
一、痕量灌溉的技术原理
痕量灌溉是指在满足植物水分需求的前提下，通过特制的控水头，将低压水转化成极细小的水流，以极其微小的速度（1～200mL/h），均匀、不间断地直接输送到植物根系附近的土壤。我们通常所讲的常量灌溉是按吨每小时计算的，微量灌溉是按升每小时计算的，而痕量灌溉则是按毫升每小时计算的。
痕量灌溉是依据土壤毛细管作用原理，结合现代膜过滤技术而研发的一种新型节水灌溉技术。它以土壤毛细管力为基础力，以极其微小的速率直接将水或营养液输送到植物根系附近，均匀、适量、连续湿润植物根层土壤，为植物长久供水。
控水头是痕量灌溉技术的核心部件。控水头腔中安装滤膜，出水口处是很多根毛细管构成的毛细头。控水头实现了适量、均匀、连续不间断地向植物供水的目标。
当控水头出水口的毛细管与土壤接触时，控水头中的水会被土壤中的毛细孔隙自动抽出，在控水头内部产生相当大的抽水力，迫使进水口处的水通过滤膜后流入控水头出水口的毛细管中，并再次被土壤吸走。水分进入土壤后，除了毛细管力外，还受到重力和土粒中范德华力的作用，这些为水分移动提供了动力。植物根系吸收水分，根系周围的土壤中水分减少，控水头出水口附近较湿润土壤中的水分在土壤毛细管力、重力和范德华力的作用下扩散到根系周围土壤中，并最终经由根毛区表皮细胞被植物吸收。
二、控水头结构
控水头由入水口、控水头腔、出水口三部分组成，其中控水头腔中设有一粗一细两层滤膜，出水口处是由很多根并列在一起的表面能强大的纳米材料（起到毛细管的作用）填充而成。
三、控水头防堵原理
通过控水头安装滤膜与出水口毛细管头面积比，降低滤膜的透水流速。当面积比超过临界值后，滤膜几乎无法堵塞。在滤膜阻挡下的杂质会稀松地堆砌在滤膜表面，不仅不会阻挡缓速的水流，反而会变成一层层新滤膜。更大颗粒的杂质由于滤膜微孔过小，也无法堵塞滤膜。尤其是在管道灌溉中使用的普泉控水头，其滤膜拦截的杂质会受到来自管道中动荡水流的搅扰，杂质无法附着在滤膜上，成功避免了物理性堵塞。输配水管网浅埋于地下后，管道内外温度相对恒定，进而有效避免了灌溉水质相对较硬时，化学物质结晶析出而附着在管道内壁，堵塞控水头这一现象的发生。
同时，输配水管网浅埋于地表下，处于黑暗不见光状态，故难以为藻类及其他微生物创造适宜生存环境，有效避免了此类型生物性堵塞问题的发生。
根系会向控水头生长，但控水头的出口处是由很多根并列在一起的表面能强大的纳米材料填充而成，且间隙远远小于植物根系直径，从而完全杜绝了植物根系伸入出水口引起的堵塞。管路在负压存在的情况下可以依靠控水头继续正常抽水运行而不发生水分倒吸。
四、痕量灌溉技术特点
1.痕量灌溉具有高效节水、节肥、节能等环境友好的特性。痕灌管埋在地下，水分只湿润作物根系附近土壤，避免了深层渗漏；随水使用的肥料保留在土壤中或者直接被植物吸收。研究表明，痕量灌溉可比滴灌节水40%～60%，
2.水质适应性广。滴灌对水质要求较高。当水质不良，尤其是含有泥沙、化学沉积物等时，即使安装首部过滤装置也无法从根本上解决堵塞问题，不仅增加了系统成本，也极大地限制了滴灌技术的使用范围。痕量灌溉依靠控水头特有的膜过滤方式保证控水头稳定工作不堵塞，因此水质的适应性更广。
3.适用范围广。水源和电力条件是某一区域能否实施灌溉和采取何种灌溉技术的影响因素。微灌需要大容量的水源和持续电力，特别是过滤和压力装置的使用更离不开电力。痕量灌溉依靠控水头独有的痕灌膜结合毛细管束结构，自动完成抽水和过滤，因此对水源的适应性更加广泛，即使在无电力供给的地区同样可以出色地完成灌溉任务；痕量灌溉管材轻便、结构简单、布设容易，能适应各种复杂地形。对于入渗率很低的紧实土壤，可选择小流量的控水头，对于保水力差的沙土，可选用大流量的控水头；除了能适应干旱地区和保护地栽培外，还可广泛用于垂直绿化、屋顶绿化、取水不便地区的生态改良和防沙治沙等方面。
4.结构简单，方便维护。痕量灌溉系统构成简单，只需要一个贮水器，用管道将其与控水头连为一体，系统就会自动工作；痕量灌溉系统流量低，可进行长距离铺设，在保证良好灌溉均匀度的前提下，痕灌管的最大铺设长度可达500～600米，地埋毛管可使用5～10年，节约了干、支管道的使用量，减少了系统的投资；痕灌管不易堵塞且机械拉伸力强，能多年使用；由于控水头的流量小，水压低，管材的损伤小，维护的工作量很小；单眼机井控制面积增加，既缓解了水资源紧缺的压力，也减少了打井的数量，节省投资。但是现在痕量灌溉管生产是半机械化，生产规模不大，目前价格较高，痕量灌溉管每米造价5～6元（滴灌带0.2～1.0元/米），亩投资是2000～3000元（果树）、4000～5000元（温室），而滴灌亩投资为600～1000元。
在北京小汤山的一个蔬菜大棚里，研究作物灌溉的几个专业人士正围着这套被称作“痕量灌溉”的设施琢磨着呢。
（采访）我们这次在这几个棚，包括北京各地方做的一个实验示范，都已经证明了，我们这个痕量灌溉技术比滴灌还要节水得多，这次我们几个棚基本上我们的耗水量仅仅相当于滴灌耗水量的20%到30%，
棚里的珊瑚菜花和球茎茴香长势正旺。可您能想象吗，这将近半棚菜的浇水源头就是吊着的这个水桶。
这些特菜可不是什么特别耐旱的品种，相反的，它们都挺娇贵，对管理上的要求，尤其是对水的要求，那可是一点都不让打折扣。
到底是什么玄机，能让这么个普通的水桶就能喂饱这么大一片菜呢！
别看都围着水桶瞧，可重点却真不在这水桶上。
顺着水桶的出水管往下看，那些隐藏在植物下面的，埋在土里的部分才是节水的关键环节。
（采访）咱们这个其实就是，埋了一根管上，这个每个管上都有控水头，这个控水头埋在土里头，埋在植物根部，把这个管接到一个塑料袋上也行，接到水桶上也行，都无所谓了，它只要有水源过来，它就能自动工作。由于它直接给植物的根系供水，而且是在土壤以下供水，这样的话，它的节水达到了极致了。
把管道埋到植物根系的深度，让滴头直接埋伏到根系旁边，这就是这套装置的玄机所在。
管道上这些小突起被它的发明者称作控水头。别看控水头不起眼，这文章可是全都作在它上面了。
初次见到痕量控水头的人，几乎都会把它和滴灌上的小孔联想到一起。可实际上，这个控水头并不会像滴灌孔一样自己滴水。
（采访）朱利军：因为我们痕量灌溉技术那边的话，管道都是埋在底下的。现在我们那一个空管来演示它的一个工作状态。看管子里面充水之后看滴头是一个出水的什么状况。现在是一个空管，我们先堵上一端，之后把水灌进来，。这个水基本上灌满了，把水堵上，看我们的滴头，大家看它出水的一个状态……长时间的情况下这个水很长时间都不会往下滴。现在管道里面充满了水之后水是一种悬而不滴的状态。
悬而不滴，这就是控水头对水控制的微妙效果。
如果我们再凑近看，就会发现，看似小孔的滴头却不完全是一个孔的概念。因为它里面被一丛纳米纤维填满了。
也正是这些纳米纤维达到了对水精准控制的效果，它让一个水桶去浇灌一片菜地的情形变成了现实。
控水头里凝结着的就是痕量灌溉的技术核心。而它的诞生直接源自一个普通人的简单想法。
（采访）我就老是想着能不能用一个物理的方法控制水的流出量。我就想把，就是一袋水也好，一缸子水也好，无所谓了，我就把它放在植物边上，有个什么动作控制这个东西的流速，很缓慢很缓慢，但是24小时不断的工作，让它控制的流速，跟植物需要的植物的水量完全一致就行了，我就想有这么一个东西能控制住就行了，然后能长时间的，24小时，一年365天自动在那儿工作，我就想有这么一个东西。我就觉得其实植物用不了那么多水，很多水都浪费了
让植物想喝就喝，不多不少刚刚好，这就是诸钧的初衷。
（主持人）浇水浇水，这水到底是浇给土壤还是浇给植物了呢？咱们都养过花，也都有这样的经验，哗一瓢水浇下去，土是湿了，可就是没想过，究竟有多少水真的是被植物利用了呢？
土壤是一种疏松的多孔状态，那其中也分布着大大小小的孔隙。
（采访）其实大家可以把土壤想象成什么？想象成海绵，其实土壤就是一个大海绵。就是说你把水浇下去以后海绵里发生状况基本上是土壤里发生状况，你水浇太多了，它那个就是海绵里的水就往下滴了，那是渗漏下去那部分。如果水浇的差不多，它就在海绵里面储存不动弹，你一捏就出来了。还有一部分你使劲捏也捏不出来，你一捏就出来那部分呢，我们叫做游离水，它就是说储存在土壤里面，但是植物能够用的那部分水，还有一部分你使劲捏感觉海绵还是湿的，但是水不出来，我们叫束缚水。就是说被海绵绑住的那部分水，这部分水你是用不了的，就是根系是用不了的。所以说我们根系能用哪部分呢？就是说海绵的这部分又没有漏下去，然后一挤又能出来那部分水，这个就是我们术语上我们叫游离水的这部分，这是植物能吸收的水分。
清晰明了，对于植物的根系来说最有意义的就是土壤中这些可以被挤出来的水。
植物的确离不开水，可我们以往的灌溉方式对于植物真正的需求来说都存在着浪费。那些真正能被植物利用的水才是有效的水。
（采访）所谓的有效水是真正对植物生长发育来说是必不可少的一部分水分。有效水我们认为就是有两部分构成：一部分是植物自身的形态建成所需要的水，所以形态建成说通俗一点吧就是植物生长发育或者植物长大它正常需要的那部分水。再有一个植物完成正常生命过程中需要耗费掉的那部分水，就是说通过蒸腾掉的那部分水，我们把这两部分我们在灌溉学上我们叫做有效用水，这个也就是我们所谓的节水灌溉前提，我们要保证这部分水量是足够的，这部分水量是必不可少的。并且你的灌溉量越接近于这个水量，你的节水效果就越好。
其实，植物并没有我们想象的那么能喝水。大量数据证明，一株中小型植物一天只需要20-100ml的水就够了。
如果我们能够把握住灌溉的度，就能够让土壤，水分，植物的根系，这三个主角交织出着一出和谐的供需关系。
“把水浇灌给植物，而不是浇灌给土壤。”这是现代农业在灌溉理念上的追求。可想要达到这种效果，却不是件容易事。
在现有的灌溉方式中，节水效果最好的就要算滴灌了。
（采访）滴灌现在是世界上最棒的灌溉系统。它节水已经
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技术创新
高效农业节水灌溉——痕量灌溉
杨 芳
河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250【痕量灌溉管】
摘要：为了推进中国水利建设事业的持续发展，缩短与先进国家的技术差距，促进中国水利科学技术达到国际先进水平，在20世纪后的20年里，国家有关部门组织了从“六五”至“九五”的水利重点科技攻关，取得了一大批技术创新程度高，对中国水电建设产生了重大影响的科技成果。痕量灌溉实现了灌溉理念和技术的两个创新，达到了防虫、防草、防蒸发和省水、省工、省能、省钱的效果，即是灌溉技术的一次革命，又是水利事业节水技术的一次重大突破。 关键词：节水；水资源；痕量灌溉 中图分类号：S275.9 文献标识码：A 文章编号：1671-5780（2015）10-0186-01
1 我国水资源现状
水资源短缺是人类面临的最严峻的问题之一。目前有100多个国家和地区严重缺水，近80%的人口受到水荒的威胁。随着全球人口的增加，水资源供需矛盾日益加剧。在有限的水资源中，农业占到总用水量的70%。合理控制农业用水成为解决水资源危机的主要措施。世界各国，尤其是发达国家都把微灌作为农业可持续发展的重要手段。
我国是一个水资源极其匮乏的国家。近年来，粮食主产区和西北等生态脆弱地区，连续遭受严重干旱，旱灾发生的频率和影响范围不断扩大，持续时间和遭受的损失持续增加，危害着我国的粮食安全和生态环境。随着人口的增加和工农业的发展，到2030年我国的用水量将接近目前水资源可开发利用总量，达到了资源极限。因此，合理利用有限的水资源，尤其是农业灌溉用水，推广微灌节水技术，已成为关系我国国计民生的重要策略。滴灌被公认为目前节水效果最好的微灌技术。与传统的大水漫灌相比，滴灌节水效果达50%左右。滴灌管道大多铺在地表，灌溉水容易发生棵间蒸发。另外，如果单位时间内的灌水量超过了土壤持水量，多余水分将渗漏到土壤深层，造成一定的水分损失。研究发现植物的实际需水量并不像之前认为的那么多。实验证明，小型的抗旱树种每天的需水量在100mL左右，而大多数蔬菜的需水量也不超过2升。白天植物持续蒸腾，需要水分不间断供应，晚上则刚好相反。
2 国内节水灌溉的主要方式
我国目前常用的节水灌溉方式主要有渠道防渗、喷灌、渗灌和滴灌等，都需要人为控制灌溉时机和灌水量，是“被动式”灌溉。
最近两年，一种结合膜技术与毛细管原理的痕量灌溉新技术。其单个灌水流量可控制在10-200mL/h，直接将水或营养液连续输送到植物根系附近，均匀、适量、连续湿润植物根层土壤，为植物长久供水。控水头是痕量灌溉技术的核心部件。控水头腔中安装单层过滤膜，出水口处是很多根毛细管（或多孔介质）构成的毛细头。由于控水头的出水以毛细管力为基础力加一定的重力（1-2m水压），控水头的出水量各个组件采用的材料、形状和尺度影响着出水量。
3 痕量灌溉技术
这是一种涉及新材料、新工艺和新使用方法的系统创新，对痕量灌溉用高分子材料的研究，必然促进新材料的开发，新工艺的设计和完善及使用方法的探索。痕量灌溉技术如果能够发展成熟并推广成功，将有助于重新计算作物的需水量及其计算方法，建立痕量灌溉模式下作物的需水规律、灌溉制度、灌溉定额等。痕量灌溉技术如果能够发展成熟并推广成功将促进水利发展规划的修订，保证节水灌溉行业持续、稳定地发展，提早实现水分利用系数达到0.55的目标。采用痕量灌溉技术，水分的地表蒸发和渗漏损失几乎消失，比滴灌节水40-60%，可跨越式将水分利用效率提高到0.9以上。
186 2015年10期
痕量灌溉中涉及到的关键技术为毛细管的虹吸效应与膜过
滤技术。虹吸效应是液态分子间引力与压强差所造成的，早在公元前一世纪，就有人制造出了虹吸管。花卉市场出售的吸水石就是利用虹吸效应将
石头底部的水吸上去供石头上的小植物生存。如 今，虹吸效应已经运用到现代的工程中，虹吸茶壶、波涌灌间隙供水系统，以及很多屋 面排水都是使用虹吸排水系统。膜是一种具有特殊选择性过滤功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质透过，而将其他物质过滤出来。膜是膜技术的核心，膜材料的物理化学特性以及膜孔结构、大小对膜过滤性能起 着决定性的影响。膜技术是环境保护和环境治理的首选技术，在食品工业中也正在发 挥着重要的作用。
4 痕量灌溉技术的优势
痕量灌溉系统是以毛细力为基础力为植物长久持续稳定的供水，并且可以根据需要配合重力来调节供水量，不需要外部能源即可实现自动灌溉。管道集成系统只需将毛管串联即可完成铺设，管道布局不仅简单方便，而且灌溉均匀度良好，具有局部、均匀、少量持续灌溉等特点，埋于地下的管道集成系统在完成灌溉任务的同时，极大地保证了地表的干燥程度，有效减少了地表杂草的发生。此外，温室内空气湿度的降低对病害的发生具有一定的抑制作用。与世界上最先进的节水技术滴灌相比，在同等条件下痕量灌溉技术可节水40%~70%，不会象沟灌、喷灌、滴灌那样造成土壤板结、泛咸的现象，灌溉水及养分是通过痕量灌溉管上的控水头，将适量水供给作物根系层土壤，使水肥在作物根系层土壤里上下纵横、缓慢扩散，不会破坏土壤的团粒结构，增强了土壤的通气性，促进了微生物活动，且诱使作物须根发达生长，充足吸收养分，增加了土壤通气性，促进了微生物活动，为作物创造出一个非常理想的生长环境，在节水的同时，作物有增产趋势。
5 总结
痕量灌溉技术在农业节水灌溉方面具有良好的应用前景，属于该领域的前沿技术。本课题对该技术所涉及的高分子材料的物理性质对节水、防堵问题的影响进行深入研究，并结合数值模拟技术，走一条模拟指导实验，实验反馈模拟的实验道路，为痕量灌溉技术的工程化应用积累理论与技术基础。
参考文献
[1]刘维姣.看不见的灌溉——“痕量”无痕——访北京普泉科技有限公司金基石博士[J].青海科技，2012（3）：58-61. [2]张锐，刘洁，诸钧等.实现作物需水触动式自适应灌溉的痕量灌溉技术分析[J].节水灌溉，2013（1）：48-51. [3]孙英兰.痕量灌溉：突破世界级难题[J].瞭望，2013（19）：56-58.
RDI调亏灌溉技术。调亏灌溉，即调控亏水度灌溉（英文简称RDI），一般应用于果树的灌溉，是根据果实在生长的三个阶段生长快慢不同，给予不同的灌溉用水量，即在果实生长缓慢、枝条生长迅速的阶段，适当减少灌溉次数和灌溉用水量，而在果实细胞迅速膨大、生长快速的阶段，给予充分灌溉，这样，既提高了果实的产量和品质，又达到了节水的目的。调亏灌溉技术可以应用于果树如桃树、梨树、葡萄的灌溉，也可以应用于农作物如小麦、棉花的灌溉。但是，调亏灌溉是有难度的，调亏灌溉条件下需水信息的监测，都是目前研究的难点和热点。蔡焕杰等分别对甘肃地区的冬小麦和新疆地区的棉花最佳调亏时间进行了研究，对于棉花来说，在花铃开始形成之前进行调亏灌溉效果较好，对于冬小麦来说，返青至拔节前进行调亏灌溉有利于作物根系生长,而且在小麦拔节后存在补偿效应。
半透膜灌溉技术。半透膜技术目前已经成功应用在水处理中，如饮用水净化、海水和苦咸水淡化以及工业废水处理等。基于半透膜的选择性透过功能，杨文君[5]等人将半透膜技术与节水灌溉技术相结合，制成半透膜灌水器。将内部充好水、与地面供水装置链接的半透膜灌水器埋入作物根部附近的土壤中，由于灌水器内是充满水的，灌水器即半透膜外侧的土壤相对于半透膜内侧水势低，而半透膜的工作原理就是利用水势差使水由水势高的一侧向水势低的一侧渗透，这样，灌水器中的水就会向外侧土壤流动，使土壤湿润。半透膜节水灌溉技术具有以下几个优点：第一，这种灌溉技术是对田间有作物部分进行选择性局部灌溉，田间裸地部分保持干燥，大大地降低了水分蒸发带来的
损失；第二，灌溉的供水过程不需要外加机械动力驱动，节省了大量的能源和动力设备；第三，由于这种灌溉方法只给有作物的部分灌溉，裸地部分干燥，这样就能抑制杂草的生长。
痕量灌溉技术。痕量灌溉技术是针对滴灌系统中容易出现滴头堵塞这一问题对滴灌计数进行的改进，痕量灌溉技术通过两方面防治低头堵塞，一方面在控水头上面安装一个面积大而膜孔小的痕灌膜，即滤膜，起到了过滤功能，另一方面下部安装面积小而束间空隙大的毛细管束，起到控制水的作用，保证通过上层痕灌膜的水流量极小，杂质只是稀松地堆砌在滤膜表面，不会阻挡缓速的水流。痕量灌溉不仅比普通滴灌技术抗堵塞能力强，而且痕量灌溉系统的寿命比滴灌长数十倍。研究者对痕量灌溉技术出水特性进行了研究，通过控制滤膜面积和下层毛细管束孔径大小比值的变化，产生不同流量的痕量灌溉产品，来适应不同植物对灌溉水量的不同需求。
刘晓初等人研究了一种太阳能全自动节水灌溉设备，此设备相比其他灌溉设备的一个优点就是采用太阳能提供能源，在节水的同时还达到了节能的目的，而且无需市电和布埋线。此设备利用两个插入深度适当的土壤中的干湿探测电极来探测土壤是否干燥，进水端口接上水出水端口的水管连接喷头、滴水器等浇灌器具，当探测电极感应到土壤干燥缺水时自动打开水源进行浇灌，在土壤达到设定的湿度时自动切断水源停止浇灌，从而实现了全自动灌溉。
痕量灌溉是指在满足植物水分需求的前提下，通过特制的控水头，将低压水转化成极细小的水流，均匀不间断地将水直接慢速输送到植物
根系附近的土壤的灌溉技术。痕量灌溉是华中科技大学、北京普泉科技有限公司历经10多年的研究探索研发的突破了靠人工控制灌水量和灌水时间的“被动式”灌溉，发展了“自适应”灌溉效果的灌溉模式，5年多的田间试验表明痕灌技术比目前最好的滴灌技术要节水50%左右。痕灌是利用土壤的毛细管力和现代膜过滤技术进行灌溉的新型节水灌溉技术。它是以毛细力为基础按照作 物需求以极其微小的速率(1~500 mL/h)直接将水或营养液输送到植物根系附近[。张锐等指出痕量灌溉技术以独特的控水头结构实现了在超低流量情况下控水头永不堵塞关键技术，解决了滴灌低流量下灌水器堵塞这一世界性难题，同时出水量可以和植物的需水 量相匹配。科技部对该项技术非常重视，2013年“痕 量灌溉关键技术与装备”被列入“十二五国家科技支撑”计划。在西北、华北、中部、西南等多地区进行了痕量灌溉的试验与推广应用。宁夏水利科学研究院副院长刘学军在贺兰山东麓葡萄种植实验基地进行的一年试验结果显示，痕量灌溉比滴灌技术节水40%~ 60%，铺设长度达到 350 m，远超过滴灌的铺设极限 200 m。并且能在灌溉的时候同时添加化肥，提高化肥的利用率避免生态污染
[43]。李顺平认为痕灌技术实践，对痕量灌溉原理及特点进行了讨论，表明痕量灌 溉所述原理及其实现“自适应”灌溉、解决了灌水器堵 塞的论述，其理论支撑和技术本身存在诸多问题，缺少 依据论证和检验。张志新与张国祥等意见一致，认为从痕量灌溉系统按照供水形式分，应属于地下滴灌 范畴，只是用了膜过滤和纤维束结构的滴头。对痕量 灌溉对更小流量供水和膜过滤在地下滴灌系统中的应用做了
尝试。但是，地下灌溉（包括痕灌）的节水、增产 效果需要用第4~5 年的试验数据来证实。痕量灌溉作为新提出来的灌水技术，其理论和技术本身存在诸多问题，失败的风险很大；该技术尚处于原理探索阶段，目前最需要的是补做技术原理的小面积试验验证；离 中试或大面积推广应用距离尚远。目前，痕量灌溉能否实现“与植物自然需水规律相匹配”仍需进一步 研究。
2015年水利先进技术推介会技术名录
1、超磁透析保护与原位生态修复技术
2、阿尔益复合硅酸铝水处理剂【痕量灌溉管】
3、WRI三步法水质改善与水生态长效修复技术【痕量灌溉管】
4、雨水收集利用系统
新型无压灌溉装置
NOVEL PRESSURELESS IRRIGATION DEVICE
一、 技术需求
长期以来，为了使灌溉水能均匀地输送到作物植株根系，通常是以先加压而后通过灌水器消能的灌溉运行方式来实现的，本文简称为“传统的灌溉运行方式”。理论上讲，“传统的灌溉运行方式”，灌水器堵塞伴随灌水器消能而来，灌水器消能为灌水器堵塞提供了条件，只要灌水器还在行使消能功能，灌水器的堵塞就难以根除。长期的科学研究与生产实践也证明，附有前提的消除“传统的灌溉运行方式”下的灌水器堵塞，例如环境友好的非化学方法，似乎成为一个不可能完成的任务，称之为世界难题亦不为过【1】。
以滴灌为例，滴灌在我国的发展史就是一部与滴灌灌水器堵塞的斗争史，国家投入了大量的人力、物力和财力进行滴灌与滴灌抗堵塞技术研究，自第九个五年计划起，微灌就一直被列入国家科技攻关计划、现代节水农业技术体系及新产品研究与开发重大科技专项等各类国家科研计划和重大科技专项中。在“十二五”期间，在国家设立的1个863计划项目中，7个支撑计划项目中，涉及微灌技术研究的课题有9个。包括863计划2个，支撑计划7个。 目前正在就低耗过滤器、压力调节器、抗堵塞地下滴灌带、微润管、水稻滴灌、太阳能驱动灌溉技术，痕量灌溉技术以及东北增粮计划微灌技术应用等方面展开研究【2】。 尽管如此，滴灌灌水器堵塞问题至今也没有从根本上得到解决，滴灌灌水器堵塞问题已经成为滴灌技术发展与推广应用的一个瓶颈。截止到目前，解决滴灌灌水器堵塞问题的最好办法，仍然是新疆天业成功大范围推广应用的超薄滴灌带膜下滴灌技术，超薄滴灌带膜下滴灌技术所用的廉价的超薄滴灌带在还没有发生大范围堵塞时就提前进行了更新，巧妙地避开了滴灌灌水器的堵塞难题。但是，超薄滴灌带膜下滴灌技术成功推广应用的同时，也带来了严重的塑料薄膜的“白色污染”等报废的塑料制品的回收问题，残留在地下的塑料薄膜已经开始影响到了作物的正常生长，并有逐年加重之势。解决这个问题的根本办法是找到一种替代技术，地下灌溉无疑是首选，因为滴灌灌水器的堵塞问题没有解决，埋深在作物耕作层以下不影响机耕作业的地下滴灌播种后苗期表层土壤供水不足致使出苗不齐的问题也没有解决，很显然，地下滴灌不能成为超薄滴灌带膜下滴灌的替代技术，急需一种基于非“传统的灌溉运行方式”不堵塞的、埋深在作物耕作层以下不影响机耕作业的、同时播种后苗期表层土壤供水充足出苗整齐的地下灌溉技术。
二、 技术原理
在自然界，物竞天择，适者生存。自然界的植物之所以能生生不息繁衍至今，是因为植物经长期进化已经适应了所处的生态环境。在降雨匮乏的地区，植物也能很好地生长，其蒸腾耗水，主要来源于位于地下的潜水的补给，植物的生命要得与延续，其蒸腾耗水量必须在土壤能长期输送水分而不发生土壤水分输送堵塞的流量范围内，这是自然界物竞天择和植物长期进化的必然结果。潜水“灌溉”具有两大突出特点，一是，不堵塞，如上所述；二是，没有普通灌溉方式形成的土壤饱和水，以及土壤饱和水二次分配与渗漏的问题。在稳定的潜水（土壤饱和水层）支持下，土壤毛细管作用可以发挥到极致。
新型无压灌溉装置模仿了自然界位于地下的潜水（为无压水，是具有自由表面的在重力作用下可以由水位高处向水位低处流动的重力水，其潜水面可以自由升降）补给植物蒸腾时的情形，以一种全新的灌溉运行方式，根除“传统的灌溉运行方式”的灌水器堵塞难题，治愈埋深在作物耕作层以下不影响机耕作业的地下灌溉播种后苗期表层土壤供水不足致使出苗不齐的通病，并实现低成本与“傻瓜化”的自动灌溉和真正意义上的均匀灌溉。
图1为新型无压灌溉装置的新型灌水器示意图。
图1
图2为新型无压灌溉装置的新型供水系统的供水水位控制池的示意图。
图2
新型无压灌溉装置包括新型灌水器与新型供水系统，其将灌溉水均匀地输送到作物植株根系，新型灌水器与新型供水系统的供水水位控制池之间基于的是“连通器”原理，过水断面的大小，满足“连通器”在静压主导运行状态下的“无损耗输送”的极低流速要求。
如图1所示，一种新型无压灌溉装置，包括新型无压灌溉装置用新型灌水器，
新型灌水器包括等径顺水三通1、等径顺水三通水平进水端1-1、等径顺水三通水平出水端1-2、等径顺水三通垂直进水端1-3、连接管2、大小头3、土壤饱和水层形成管4、多孔透水板5、砂石反滤层6和回填土壤7，等径顺水三通1串联在位于地下的毛管上，等径顺水三通水平进水端1-1与毛管的首端方向连接，等径顺水三通水平出水端1-2与毛管的尾端方向连接，所有毛管的首端通过供水支管和供水干管与供水水位控制池201连通，所有毛管的尾端通过排水支管和排水干管与毛管冲洗阀门连接，供水支管、排水支管、排水干管和所有的毛管位于同一个水平面上，非毛管冲洗作业时冲洗阀门处于关闭状态，等径顺水三通垂直进水端1-3通过连接管2与大小头3的小头连接，土壤饱和水层形成管4的下端垂直插入大小头3的大头内，土壤饱和水层形成管4的底部，大小头3的变径处的大头一侧，放置多孔透水板5，多孔透水板5的上面放置砂石反滤层6，砂石反滤层6的上面为回填土壤7，土壤饱和水层形成管4的顶端距被灌溉农田土壤表面40厘米～45厘米，土壤饱和水层的高度调节范围为土壤饱和水层形成管4内回填土壤7的底部至土壤饱和水层形成管4的顶部，通过调节与之对应的供水水位控制池201的水位来调节土壤饱和水层的高度。
如图2所示，新型无压灌溉装置还包括一种新型无压灌溉装置的新型灌水器用光伏供水系统，光伏供水系统包括：光伏扬水部分、蓄水池和供水水位控制池201，光伏扬水部分由太阳能电池阵列、光伏扬水逆变器和水泵组成，太阳能电池阵列放置在蓄水池上，水泵放置在水源井内底部，水泵的出水口上安装有水泵出水管，水泵出水管的另一端管口位于蓄水池的上方且管口向下，蓄水池的上部设有溢流管，溢流管的进水管口安装在蓄水池侧壁上，管口位于蓄水池内，且低于蓄水池侧壁上沿10～15厘米，溢流管的另一端位于蓄水池外，其出水管口放置在水源井 内，供水水位控制池201的进水管202的一端与蓄水池连接，该端的管口穿过蓄水池的侧壁，位于蓄水池内，且高于蓄水池底面15～20厘米，供水水位控制池201的进水管202的另一端，从右向左水平穿过供水水位控制池201的侧壁进入供水水位控制池201内，连接在等径正三通203的端口朝右，且与等径正三通203的上下端口垂直的端口上，上连接管204的下端与等径正三通203的上端口连接，上连接管204的上端与内丝接头205的下端连接，内丝接头205的上端安装有四角塞头206，下连接管207的上端与等径正三通203的下端口连接，下连接管207的下端与球阀208的上端口连接，球阀208的下端口与布水管209的上端连接，布水管209的下端悬空，且管口朝下，球阀208的阀杆
210水平迎面朝里，垂直于上连接管204、下连接管207和供水水位控制池201内的进水管202所在的平面，垂直于该平面，在上连接管204的上部，水平迎面朝里固定有右上轴211，上连杆212的右端钻孔后，套在右上轴211上，再安装圆形垫片和垫片固定插销，上连杆212可以围绕该轴在垂直于该轴的平面内转动，下连杆213的右端固定在阀杆210上，下连杆213的左端和右端处于同一个水平面时，球阀208处于关闭状态，当下连杆213的左端脱离该水平面向下运动时，能带动阀杆210转动，将关闭的球阀208开启，在套筒214的下端，平行于阀杆210迎面朝里固定有左下轴215，下连杆213的左端钻孔后，套在左下轴215上，再安装圆形垫片和垫片固定插销，在左下轴215的上方，与阀杆210距右上轴211等距处的套筒214上，平行于右上轴211迎面朝里固定有左上轴216，上连杆212的左端钻孔后，套在左上轴216上，再安装圆形垫片和垫片固定插销，右上轴211距左上轴216的距离与阀杆210距左下轴215的距离相等，浮箱连杆217的上端固定有拉环218，在浮箱连杆217的上部，拉环218以下的浮箱连杆217上，设有控制水位标尺219，从套筒214内穿过的浮箱连杆217的下端，通过浮箱221上的固定螺母220固定在浮箱221上，在左上轴216的上方，套筒214向上的延长段上，高于供水水位控制池201的上盖板，方便操作的高度处的套筒214上，安装有控制水位定位销222，上连杆212与下连杆213在垂直于阀杆210、右上轴211、左下轴215和左上轴216的同一个平面内运动，供水水位控制池201的出水管223的一端管口穿过供水水位控制池201的侧壁，位于供水水位控制池201内，且高于供水水位控制池201的底面20～25厘米，供水水位控制池201的出水管223的另一端，与新型无压灌溉装置用新型灌水器中的供水干管连接。
优选地，所述土壤饱和水层形成管4的顶端距被灌溉农田土壤表面的距离，大于该被灌溉农田最大机耕深度5厘米～10厘米。
优选地，所述土壤饱和水层的高度调节范围为土壤饱和水层形成管4内回填土壤7的底部至土壤饱和水层形成管4的顶部，低于上沿3厘米～4厘米处。
优选地，根据“连通器”原理，通过控制调节与之对应的供水水位控制池201的水位来控制调节土壤饱和水层的高度。
优选地，所述的多孔透水板5，采用球面形状板，凸面朝上放置。
可选地，所述蓄水池和光伏扬水部分替换为最低动水位高于供水水位控制池201的水源，所述供水水位控制池201的进水管202的一端与所述水源连接。