地面節(jié)水灌溉理論與技術(shù)

地面節(jié)水灌溉理論與技術(shù)第1頁/共74頁本章重點(diǎn)和難點(diǎn)地面節(jié)水灌溉系統(tǒng)的分類地面節(jié)水灌溉系統(tǒng)的評(píng)價(jià)及評(píng)價(jià)指標(biāo)第2頁/共74頁

灌水方法一般是按照是否全面濕潤整個(gè)農(nóng)田和按照水輸送到田間的方式和濕潤土壤的方式來分類，最常見的灌水方法可分為全面灌溉和局部灌溉兩大類。全面灌溉地面灌溉噴灌※全面灌溉第3頁/共74頁一、地面節(jié)水灌溉系統(tǒng)的分類§6—1地面節(jié)水灌溉系統(tǒng)的分類及評(píng)價(jià)

水從地表面進(jìn)入田間并借重力和毛細(xì)管作用浸潤土壤，邊流邊入滲的灌溉方法，也稱為重力灌水法。地面灌溉定義：

按其濕潤土壤方式的不同，又可分為淤灌、畦灌、溝灌、淹灌、漫灌和膜上灌。第4頁/共74頁

主要指引洪灌溉，其目的是利用洪水中夾帶的大量泥沙造田、肥田，或起蓄水灌溉的作用。根據(jù)安全及造田肥田的要求確定圍堤的范圍及格田的規(guī)格。1.淤灌一）根據(jù)地面灌水方法分類第5頁/共74頁

淹灌（又稱格田灌溉）是用田埂將灌溉土地劃分為許多格田，灌水時(shí)，使格田內(nèi)保持一定深度的水層，借重力作用濕潤土壤，主要適用于水稻。2.淹灌

目的是提高灌水均勻度，節(jié)省灌溉系統(tǒng)投資。

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為了能及時(shí)灌水與排水，根據(jù)水稻成長的需要調(diào)節(jié)水層深度，防止“串灌”，“串排”，每個(gè)格田應(yīng)有獨(dú)立的進(jìn)水口和排水口，如圖4－5所示；第7頁/共74頁

格田地面必須平整均勻，地面坡度應(yīng)小于0.001，一般以0.0005左右最好。格田面積的大小可視地形，土壤性質(zhì)而定，一般為2－5畝，長60－100m，寬20－40m。為適應(yīng)機(jī)械化的要求，在地形平坦的條件下，可加大格田的面積。格田的布置應(yīng)盡量整齊，一般視長方形，畦長邊大致平行與地形等高線，短邊順地面坡度布置。

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畦灌是用田埂將灌溉土地分隔成一系列小畦。灌水時(shí)，將水引入畦田后，在畦田上形成很薄的水層，沿畦長方向流動(dòng)，在流動(dòng)過程中主要借重力作用逐漸濕潤土壤。3.畦灌第9頁/共74頁

我國北方小麥、谷子等窄行距密播作物以及牧草和一些蔬菜，均廣泛采用畦灌。畦灌需要的田間工程如圖3—1所示。第10頁/共74頁第11頁/共74頁第12頁/共74頁

實(shí)施畦灌的方法，要注意提高灌水技術(shù)，即要根據(jù)與地面坡度、土地平整情況、土壤透水性能、農(nóng)業(yè)機(jī)具等因素合理的畦田規(guī)格和控制入畦流量、放水時(shí)間等技術(shù)要素。

一般自流灌區(qū)畦長30~100m；畦寬應(yīng)按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)機(jī)具寬度的整數(shù)倍確定，一般寬為2~4m，每畝約5~10個(gè)畦田。入畦單寬流量一般控制在3~6L/s/m左右，以使水量分布均勻和不沖刷土壤為原則。第13頁/共74頁

畦田的布置應(yīng)根據(jù)地形條件變化，保證畦田沿長邊方向有一定的坡度。一般適宜的畦田田面坡度為0.001~0.003之間。

如地面坡度較小，土壤透水性較強(qiáng)，則要適當(dāng)縮短畦長，加大入畦流量，才能使灌水均勻，并防止深層滲漏。

如地面坡度較大，土壤透水性較弱，畦田可適當(dāng)加長，入畦流量適當(dāng)減少；第14頁/共74頁

灌水技術(shù)要素之間的正確關(guān)系，應(yīng)根據(jù)總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或分析田間實(shí)驗(yàn)資料來確定。下面討論它們之間存在著的關(guān)系：1、灌水時(shí)間t內(nèi)滲入水量

Ht

應(yīng)與計(jì)劃的灌水定額

m

相等，即：第15頁/共74頁式中——在第一個(gè)單位時(shí)間末的土壤滲吸系數(shù)（或滲吸速度），m/h；——在第一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的土壤平均滲吸速度，

其值為

，m/h；

——指數(shù)，其值根據(jù)土壤性質(zhì)及最初土壤含水率

而定，一般為0.3~0.8；輕質(zhì)土壤值較小，

重質(zhì)土壤值

較大；土壤的最初含水率愈大，

值愈小，即滲吸速度在時(shí)間上的變化愈緩；第16頁/共74頁Ht——單位時(shí)間內(nèi)滲入土壤的水深。根據(jù)上式可求得畦灌的延續(xù)時(shí)間

t：第17頁/共74頁2、進(jìn)入畦田的灌水總量應(yīng)與畦長

l上達(dá)到灌水定

額

m

所需的水量相等。式中

q——每米畦寬上的灌水流量，L/(s·m)；t——灌水延續(xù)時(shí)間，h；第18頁/共74頁3、為了使畦田上的各點(diǎn)土壤濕潤均勻，就應(yīng)

使水層在畦田各點(diǎn)停留的時(shí)間相同。

根據(jù)不同的計(jì)劃灌水定額、土壤透水性、坡度等條件，可以采用七層封口、八層封口、九層封口或滿流封口等。

為此，在實(shí)踐中往往采用及時(shí)封口的方法，即當(dāng)水流到離畦尾還有一定距離時(shí)，就封閉入水口，使畦內(nèi)剩余的水流向前繼續(xù)流動(dòng)，至畦尾時(shí)則全部滲入土壤。第19頁/共74頁

在井灌區(qū)，為了節(jié)約用水，提高灌水質(zhì)量，常采用較小的灌水畦，其寬度約0.5～1.0m，長度為15～20m，單寬流量2～3L/s。

以上關(guān)系可供選擇灌水技術(shù)要素時(shí)參考。表3－3列舉河南省引黃灌區(qū)畦田灌溉技術(shù)要素。第20頁/共74頁第21頁/共74頁4.溝灌

溝灌是在作物行間開挖灌水溝，水從輸水溝進(jìn)入灌水溝后，在流動(dòng)的過程主要借毛細(xì)管作用濕潤土壤。

和畦灌比較，其明顯的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)破壞作物根部附近的土壤結(jié)構(gòu)，不會(huì)導(dǎo)致田塊板結(jié)，能減少土壤蒸發(fā)損失，適用于寬行距的中耕作物。第22頁/共74頁溝灌的田間布置如圖3－4。第23頁/共74頁

適宜的溝灌坡度一般在0.005～0.02左右。一般灌水溝是沿地面坡度方向布置，但當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時(shí)，可以與地形等高線成銳角，使灌水溝獲得適宜的比降。溝的間距視土壤性質(zhì)而定。表3－4

列出了一些參考數(shù)值，具體確定還要結(jié)合作物的行距來考慮。

根據(jù)灌水溝兩側(cè)土壤濕潤的范圍（如圖3－5），一般輕質(zhì)土壤的間距較窄，重質(zhì)土壤的較寬。第24頁/共74頁第25頁/共74頁

溝灌的技術(shù)參數(shù)，主要是溝長和入溝流量。溝長和入溝流量都與地面坡度及土壤透水性能有關(guān)，它們之間是相互制約的。第26頁/共74頁第27頁/共74頁

灌水溝的斷面一般成梯形或三角形。淺溝的深度約8～15cm，上口寬20～35cm；深溝的深度15～25cm，上口寬約25～40cm。水深一般1/3～2/3溝深。第28頁/共74頁5.漫灌

漫灌是在田間不做任何溝埂，灌水時(shí)任其在地面漫流，借重力滲入土壤，是一種比較粗放的灌水方法。

灌水均勻性差，水量浪費(fèi)較大。第29頁/共74頁6.膜上灌

干旱地區(qū)在采用薄膜覆蓋技術(shù)時(shí)，在薄膜上布置孔眼，水在膜上通過孔眼入滲至土壤，補(bǔ)給作物水分，既節(jié)約水量，又可使灌溉均勻。第30頁/共74頁二）根據(jù)地塊放水結(jié)構(gòu)分類1.輸水溝帶閘的放水結(jié)構(gòu)，閘安置在閘盒內(nèi)，可以是涵管式盒，亦可以是開式的盒。2.輸水溝中的水由倒虹吸管或插管放入田塊，使田塊的入流量穩(wěn)定。3.用帶閘閥的多孔管放水。4.低壓涵管輸水方式圖6-1，涵管在地下，通過豎管伸出地面，打開豎管閥蓋，水即流出輸入地面溝或畦。第31頁/共74頁

閘門孔管就是一種移動(dòng)管道，在管道一側(cè)每隔一定距離就有一個(gè)裝有小閘門的孔口。第32頁/共74頁

使用時(shí)放在畦首，孔口對(duì)著畦。每個(gè)畦可以由一個(gè)或幾個(gè)孔口供水，當(dāng)畦比較寬時(shí)，每個(gè)畦的供水孔口最好為兩個(gè)以上。以保證在靠近畦首的畦中橫向水量分布比較均勻。

孔口的開度可以根據(jù)要求的入畦流量來確定?？卓陂g距根據(jù)畦寬來確定。

閘門孔管多數(shù)是鋁合金管，但也可以是硬塑料管。第33頁/共74頁

一般是用硬塑料管或半軟塑料管，也有專門做好的金屬管。

虹吸管是在不打開畦首田埂的情況下，利用虹吸原理將輸水溝中的水灌入畦中（見圖3－3）。

通過虹吸管進(jìn)入畦的流量主要決定于輸水溝和畦首水面之高度差和虹吸管的內(nèi)徑。如要調(diào)節(jié)流量只有改變每個(gè)畦的虹吸管數(shù)目。此法的優(yōu)點(diǎn)是可在明渠配水系統(tǒng)中使用。第34頁/共74頁第35頁/共74頁第36頁/共74頁三）根據(jù)灌水定額的水量控制方式分類1.連續(xù)放水方式2.削減入流方式3.間歇放水方式4.尾水重復(fù)利用方式第37頁/共74頁削減入流方式以較大流量完成水流推進(jìn)階段濕潤土壤，然后削減流量，以浸泡方式灌水，直到滿足灌水定額。連續(xù)放水方式

整個(gè)灌水定額由固定流量一次連續(xù)放完。第38頁/共74頁3.間歇放水方式灌水定額由若干次間歇放水來完成，如果一次放水至全程的1/3即停水，第二次放水時(shí)，水流迅速通過已濕潤地帶向前推進(jìn)，這樣使土壤各點(diǎn)受水時(shí)間的差別縮小，灌水均勻，這種灌水方式又稱波涌灌溉。第39頁/共74頁4.尾水重復(fù)利用方式為使灌溉均勻，加大流量，使溝畦尾部產(chǎn)生棄水，將棄水匯入下游溝內(nèi)灌溉。第40頁/共74頁噴灌

噴灌是利用專門設(shè)備將有壓水送到灌溉地段，并噴射到空中散成細(xì)小的水滴，象天然降雨一樣進(jìn)行灌溉。

其突出的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)械化程度高，灌水均勻，灌溉水利用系數(shù)高，尤其是適合于透水性強(qiáng)的土壤，不可調(diào)節(jié)空氣濕度和溫度的場(chǎng)合。但基建投資較高，而且受風(fēng)的影響大。詳細(xì)見第七章第41頁/共74頁煙草固定式噴灌第42頁/共74頁棉花固定式噴灌第43頁/共74頁※局部灌溉

這類灌溉方法的特點(diǎn)是灌溉時(shí)只濕潤作物周圍的土壤，遠(yuǎn)離作物根部的行間或棵間的土壤仍保持干燥。它都要通過一套塑料管道系統(tǒng)將水和作物所需要的養(yǎng)分直接輸送到作物根部附近。并且準(zhǔn)確地按作物的需要，將水和養(yǎng)分緩慢地加到作物根區(qū)范圍內(nèi)的土壤中去，使作物根區(qū)的土壤經(jīng)常保持適宜于作物生長的水分、通氣和營養(yǎng)狀況。第44頁/共74頁比較適合于灌溉寬行作物、果樹、葡萄、瓜類等。

這類灌溉方法一般灌溉流量都比全面灌溉小得多，有時(shí)又稱為微量灌溉，簡稱微灌。這類灌水方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）灌水均勻，節(jié)約能量，灌水流量小；2）對(duì)土壤和地形的適應(yīng)性強(qiáng)；3）能提高作物產(chǎn)量，增強(qiáng)耐鹽能力；4）便于自動(dòng)控制，明顯節(jié)省勞力。第45頁/共74頁局部灌溉滲灌滴灌微噴灌涌灌

這些灌水方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，都有一定的適用范圍，在選擇時(shí)主要應(yīng)考慮到作物、地形、土壤、水源等條件。第46頁/共74頁

滲灌是利用修筑在地下的專門設(shè)施（地下管道系統(tǒng)）將灌溉水引入田間耕作層借毛細(xì)管作用自下而上濕潤土壤，所以又稱地下灌溉。近年來也有在地表下埋設(shè)塑料管，由專門的滲頭向作物根區(qū)滲水。1、滲灌

其優(yōu)點(diǎn)是灌水質(zhì)量好，蒸發(fā)損失少，少占耕地便于機(jī)耕，但地表濕潤差，地下管道造價(jià)高，容易淤塞，檢修困難。第47頁/共74頁

滴灌是由地下灌溉發(fā)展而來的，是利用一套塑料管道系統(tǒng)將水直接輸送到每棵作物根部，水由每個(gè)滴頭直接滴在根部上的地表，然后滲入土壤并浸潤作物根系最發(fā)達(dá)的區(qū)域。2、滴灌

其突出的優(yōu)點(diǎn)是非常省水，自動(dòng)化程度高，可以使土壤濕度始終保持在最優(yōu)狀態(tài)。但需大量塑料管，投資較高，滴頭極易堵塞。第48頁/共74頁

微噴灌，又稱為微型噴灌或微噴灌溉。是用很小的噴頭（微噴頭）將水噴灑在土壤表面。由于同時(shí)濕潤的面積較大，這樣流量可以大一些，噴灑的孔口也可以大一些，出流流速比滴頭大，所以堵塞的可能性大大減小。3、微噴灌第49頁/共74頁

灌水流量較大（但一般也不大于220L/h)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤的滲吸速度，因此通常需要在地表形成小水洼來控制水量分布。適用于地形平坦的地區(qū)。其特點(diǎn)是工作壓力很低，與低壓管道輸水的地面灌溉相近，出流孔口較大，不易堵塞。4、涌灌

涌灌，又稱涌泉灌溉。是通過置于作物根部附近的開口小管向上涌出的小水流或涌泉，將水灌到土壤表面。第50頁/共74頁上述灌水方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，都有一定的適用范圍，在選擇時(shí)主要應(yīng)考慮到作物、地形、土壤、水源等條件。

*

對(duì)于水源缺乏地區(qū)應(yīng)優(yōu)先采用滴灌、滲灌、微噴灌和噴灌；*在地形坡度較陡而且地形復(fù)雜的地區(qū)及土壤透水性大的地區(qū)，應(yīng)考慮采用噴灌；*對(duì)于寬行作物可用溝灌；*密植作物以采用畦灌為宜；第51頁/共74頁

在地形平坦、土壤透水性不大的地方，為了節(jié)約投資，可考慮用畦灌、溝灌或淹灌。*水稻主要用淹灌；各種灌水方法的適用條件見表3-1；各種灌水方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3-2。*果樹和瓜類等可用滴灌；第52頁/共74頁第53頁/共74頁第54頁/共74頁

灌水方法全面灌溉局部灌溉地面灌溉噴灌滲灌滴灌微噴灌涌灌畦灌溝灌淹灌（又稱格田灌溉）漫灌第55頁/共74頁二、灌水方法的評(píng)價(jià)1、評(píng)價(jià)指標(biāo)

灌水方法就是灌水進(jìn)入田間并濕潤根區(qū)土壤的方法與方式。其目的在于將集中的灌溉水流轉(zhuǎn)化為分散的土壤水分，以滿足作物對(duì)水、氣、肥的需要。

對(duì)灌水方法的要求是多方面的，先進(jìn)而合理的灌水方法應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：第56頁/共74頁

能保證將水按擬定的灌水定額灌到田間，而且使得每棵作物都可以得到相同的水量，常以均勻系數(shù)表示。1）灌水均勻

應(yīng)使灌溉水都保持在作物可以吸收到的土壤里，能盡量減少發(fā)生對(duì)地面流失和深層滲漏，提高田間水利用系數(shù)（即灌水效率）。2）灌溉水的利用率高第57頁/共74頁

少破壞或不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，灌水后能使土壤保持疏松狀態(tài)，表土不形成結(jié)殼，以減少地表蒸發(fā)。

現(xiàn)代灌溉已發(fā)展到不僅要滿足作物對(duì)水分的要求，而且還要滿足作物對(duì)肥料的要求。因此現(xiàn)代的灌水方法應(yīng)當(dāng)便于與施肥、施農(nóng)藥、沖洗鹽堿、調(diào)節(jié)田間小氣候相結(jié)合。此外，要有利于中耕、收獲等農(nóng)業(yè)操作，對(duì)田間交通影響少。3）少破壞或不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)4）便于和其他農(nóng)業(yè)措施相結(jié)合第58頁/共74頁

應(yīng)有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，盡可能使得一個(gè)灌水員管理的面積最大。為此，應(yīng)采用的灌水方法須便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，使管理所需要的人力最少。

應(yīng)能適應(yīng)各種地形坡地以及田間不平坦的田塊的灌溉，故不會(huì)對(duì)土地平整提出過高的要求。5）應(yīng)有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率6）對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)第59頁/共74頁

基本建設(shè)投資和管理費(fèi)用低，能量消耗最少，以便大面積推廣。

田間占地少，有利于提高土地利用率，使得有更多的土地用于作物的栽培。7）基本建設(shè)投資和管理費(fèi)用低8）田間占地少第60頁/共74頁評(píng)價(jià)灌溉系統(tǒng)性能的指標(biāo)

深層滲漏率DPR

尾水率TWR

需水滿足率Er1)灌水均勻度Du2)灌水效率Ea2、評(píng)價(jià)灌溉系統(tǒng)性能的指標(biāo)第61頁/共74頁考慮一具有均勻坡度的土壤和作物密度的田塊，灌水后，其入滲深度的縱向分布，由下式求均勻系統(tǒng)Du的值。1)灌水均勻度Dup142式中：△Z——入滲水深的平均離差，

Z’——入滲水深的平均值。Du＝1-△Z/Z

’第62頁/共74頁表6-1(p143)是關(guān)于x、Du、Ea一次試驗(yàn)資料。2)灌水效率Ea灌水后，根系儲(chǔ)水層內(nèi)增加的平均水深與灌入田塊的平均水深之比，稱為灌水效率。根系貯水層內(nèi)增加的平均水深灌水至田塊的平均水深Ea＝第63頁/共74頁可見，田塊首部受水時(shí)間長，均勻度高，但灌水效率由于入滲深度超過需要入滲深度，視為無效，而使灌水效率值下降。本次試驗(yàn)平均值Ea為0.71。嚴(yán)格說來，Ea中包含了局部超灌造成的深層損失，尾部跑水損失，以及局部欠灌造成需水不能滿足的損失，因此可用三個(gè)附加的指標(biāo)加以說明。第64頁/共74頁（1）深層滲漏率DPRDPR＝深層滲漏的平均水深灌水的平均水深（2）尾水率TWRTWR＝田塊跑水的平均水深灌水的平均水深（3）需水滿足率ErEr＝根層貯水量的平均水深土壤實(shí)際貯水量的平均水深第65頁/共74頁

田塊末端可能出現(xiàn)欠灌、超灌或剛好等于需要的入滲水深這三種情況。當(dāng)欠灌時(shí)，尾水損失較少，深層滲漏損失亦少，但產(chǎn)量可能受影響。超灌時(shí)則剛好相反。末端入滲水深的標(biāo)準(zhǔn)，通常由用戶憑經(jīng)驗(yàn)來掌握。第66頁/共74頁3、系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)

p143系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)1.溝灌系統(tǒng)的評(píng)價(jià)2.畦灌系統(tǒng)的評(píng)價(jià)第67頁/共74頁2、斷水時(shí)間選擇一般選擇田塊末入滲達(dá)到需要的入滲量時(shí)即斷水，但此時(shí)田塊入口處以超灌。亦可以有不同的選擇。三、恰當(dāng)選擇參數(shù)有利于改善田間灌水質(zhì)量1、流量選擇適當(dāng)加大流量，可以縮短推進(jìn)時(shí)間，減少各點(diǎn)入滲時(shí)間的差異，提高灌水均勻度，但可能增加尾水損失。改進(jìn)的方法是用大流量完成推進(jìn)階段，然后減小流量，完成地面儲(chǔ)水