關(guān)于地面灌溉節(jié)水新技術(shù)的簡單探討

吳杏子

【摘 要】本文針對(duì)我國灌水技術(shù)較落后、土地與水資源不足的問題，簡要介紹了目前地面灌溉理論及一些地面灌水新技術(shù)和設(shè)備方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，探討了地面灌溉未來的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】地面灌溉；灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)；水平畦灌

1.地面灌溉的改進(jìn)途徑

傳統(tǒng)的地面灌溉主要有畦灌、溝灌、漫灌、淹灌等四種灌水方法，它們具有灌水方便、成本低、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著灌水定額大、均勻性不太高、深層滲漏嚴(yán)重、勞動(dòng)強(qiáng)度較大等問題。而地面灌溉改進(jìn)的途徑有兩個(gè)：一是水流在田間運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，盡快完成水在田面上的流動(dòng)過程，以達(dá)到灌水均勻和節(jié)省用水的目的，如長畦分段灌，波涌流溝灌和變流量溝灌等。二是改進(jìn)田間灌水設(shè)施，以提高灌水質(zhì)量和減輕灌水勞動(dòng)強(qiáng)度，如用帶孔軟管或移動(dòng)軟管代替輸水垅溝，用段管或虹吸管自輸水溝向灌水溝放水，用自動(dòng)閘閥控制格田的水層深度以及實(shí)行溝畦灌水自動(dòng)化等。

1.1灌水質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)灌水質(zhì)量的指標(biāo)主要有灌溉水效率、田間灌溉水儲(chǔ)存率、田間灌水均勻度。提高這三項(xiàng)指標(biāo)， 即意味著減少灌溉水的無效損失， 提高灌水質(zhì)量及灌溉水的有效利用率。雖然都反映了不同條件灌溉質(zhì)量優(yōu)劣， 但當(dāng)它們同時(shí)使用才能較全面地評(píng)估某種灌水方法和灌水技術(shù)的灌水效果， 僅用其中的任何一項(xiàng)指標(biāo)都不能作為全面評(píng)估田間灌水質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。理想的灌溉要使上述三項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到較高的水平， 但由于上述三個(gè)指標(biāo)往往存在一定矛盾之處， 據(jù)研究其中最關(guān)鍵的是灌水均勻度， 因?yàn)楣嗨鶆蚨炔桓弑厝粚?dǎo)致灌水效率和儲(chǔ)水效率兩項(xiàng)指標(biāo)不高，因此生產(chǎn)中可把灌水均勻度作為評(píng)價(jià)地面灌水技術(shù)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.灌水技術(shù)要素

影響水平畦田灌溉系統(tǒng)性能的主要灌水技術(shù)要素有：

（1） 土壤入滲性能?？紤]到土壤入滲性能具有地域性， 其對(duì)畦灌系統(tǒng)性能帶來的各種影響只能通過合理地選擇其它灌水技術(shù)要素和適宜的畦灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)予以彌補(bǔ)或消除。

（2） 畦田微地形。較大的畦田縱坡有助于縮短入畦水流的推進(jìn)時(shí)間， 達(dá)到較好的灌溉質(zhì)量。但過陡的田面縱坡會(huì)招致地面土壤受到?jīng)_蝕、計(jì)劃灌水深度難以達(dá)到要求。適宜的畦田縱坡應(yīng)根據(jù)田間土壤質(zhì)地在0. 001～ 0. 003 的范圍內(nèi)確定。要達(dá)到這種地面平整精度標(biāo)準(zhǔn)， 則必須實(shí)施激光控制下的土地精細(xì)平整技術(shù)。

（3） 入畦單寬流量。較大的入畦單寬流量能促使水流在畦田內(nèi)的推進(jìn)速度加快， 縮短推進(jìn)歷時(shí)， 使得田間土壤入滲受水分布更為均勻， 有利于提高灌水效率和灌水均勻度。為避免流量過大對(duì)畦田土壤的沖刷， 入畦單寬流量的適宜值應(yīng)結(jié)合畦塊寬度并視田間土壤質(zhì)地在3～5 L/（ s·m ） 的范圍內(nèi)選擇， 最大值以不超過5 L/（s·m）為佳。

（4） 畦田規(guī)格。畦田規(guī)格是指畦塊的長度與寬度。隨著畦田長度的增加， 水平畦灌系統(tǒng)的性能有下降的趨勢。同時(shí)， 較長的畦塊會(huì)使得田間微地形變化帶來的不利作用更為突出， 進(jìn)而影響畦灌系統(tǒng)的灌溉質(zhì)量。雖然較短的畦田有利于提高灌溉系統(tǒng)的性能， 但卻占用耕地且不利于田間栽培管理。故在田面平整狀況較差的情況下， 可采用短畦； 而當(dāng)田面平整精度指標(biāo)值小于2 cm 時(shí)， 在采用較大的入畦流量條件下， 可適當(dāng)增大畦長到100 m 左右。選擇適宜的畦寬主要取決于田面平整的精度和實(shí)際可用的入畦流量的大小。在入畦流量較大的條件下， 當(dāng)田面平整度較佳時(shí)， 可適當(dāng)加大畦田寬度到10m左右， 這不僅能擴(kuò)大耕地的有效利用面積， 還可適應(yīng)現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)中田間機(jī)耕、機(jī)播作業(yè)對(duì)畦田規(guī)格提出的要求。

（5） 灌溉供水時(shí)間（t）。灌溉供水時(shí)間較長易造成過量的田間灌水， 致使灌水效率下降； 且過長的灌溉供水時(shí)間會(huì)導(dǎo)致畦田水分入滲分布的不均勻， 引起灌水均勻度減小。為此， 應(yīng)依據(jù)畦灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件確定出合理的田間灌溉供水時(shí)間， 并加強(qiáng)田間灌溉管理。

3.塊灌灌水技術(shù)

近年來，隨著缺水問題突出，我國廣泛采用了“大塊改小塊、寬塊改窄塊和長塊改短塊”的“三改”灌水技術(shù)，稱為塊灌，有顯著的節(jié)水和增產(chǎn)效果。塊灌技術(shù)的塊田寬度一般不宜大于5m，塊田長度應(yīng)在5m左右，塊田面積最好小于334m2，最大也不要超過667m2，對(duì)于無坡塊灌時(shí)，塊田面積、長度和寬度均可比有坡塊灌的大一些。一般塊田面積仍不宜超過667 m2，塊田長度不宜大于60m，寬度應(yīng)小于10m。

經(jīng)過施炯林研究表明：塊灌只要掌握三要素，即大流量、快速推進(jìn)、及時(shí)封口，就能達(dá)到節(jié)水灌溉的目的。大流量是指單寬流量必須要大于6 L/（s·m）；快速推進(jìn)指對(duì)入塊流量要多開進(jìn)水口，均勻分配水流的技術(shù)措施，消除水流的橫向作用，使水流迅速布滿田塊的整個(gè)寬度，但快速推進(jìn)需不至于導(dǎo)致田塊的進(jìn)水口處發(fā)生沖刷；及時(shí)封口是指封口成數(shù)要為七成到九成，倘若十成封口，會(huì)降低用水效率，便成了大水漫灌。

4.波涌灌溉

波涌灌是一種新型的地面灌水方法， 它采用低水頭流量，快速推進(jìn)，間歇放水使水流呈波涌狀推進(jìn)，利用了致密層在發(fā)展中不斷減小田面糙率與土壤入滲特性這一客觀規(guī)律，逐次為以后各周期的灌溉水流創(chuàng)造了一個(gè)加速水流推進(jìn)與提高減滲效果的新界面。

由于波涌灌是間歇性地向農(nóng)田供水， 因而一個(gè)灌水過程包括幾個(gè)灌水和停水周期， 這樣田面經(jīng)過“ 濕一干一濕”作用， 一方面使?jié)駶櫠翁镩g土壤入滲能力降低， 另一方面使田間水流邊界條件發(fā)生變化， 在表土形成致密層， 糙率減小， 在這兩方面的綜合作用下， 使波涌灌具有節(jié)水、節(jié)能、保肥、水流推進(jìn)速度快、灌水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

波涌灌適宜條件較廣， 只要符合如下幾點(diǎn)， 均可正常應(yīng)用： ①地面坡降在1%～100 %之間的溝或畦灌（畦寬小于3 m） 條田， 相對(duì)平整， 無倒坡； ②條田長度在500 m以內(nèi)， 農(nóng)田水利相對(duì)配套的井、渠灌區(qū)均適用； ③除了粘土以外的農(nóng)田土質(zhì)， 因?yàn)檎惩敛ㄓ啃Ч瓦B續(xù)灌幾乎無差異； ④適于大田任何作物。

5.其他地面灌水方法

近年來，國內(nèi)外還出現(xiàn)了許多不同的節(jié)水型地面灌水技術(shù)，如細(xì)流溝灌、隔溝灌、膜上灌等。

溝灌灌水技術(shù)是一種局部濕潤灌溉，改進(jìn)傳統(tǒng)的地面灌溉全部濕潤方式，進(jìn)行溝灌溉或局部濕潤灌溉，不僅能減少棵間土壤蒸發(fā)占農(nóng)田總蒸散量的比例，使田間土壤水利用效率顯著提高，而且可較好地改善作物根區(qū)土壤的通透性，促進(jìn)根系深扎，有利于根系利用深層土壤儲(chǔ)水，具有節(jié)水和增產(chǎn)雙重特點(diǎn)。

膜上灌是我國在地膜覆蓋栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的地面灌溉方法。它是將地膜平鋪于畦中或溝中， 畦、溝全部被地膜覆蓋， 從而實(shí)現(xiàn)利用地膜輸水， 并通過作物的放苗孔和專業(yè)灌水孔入滲給作物的灌溉方法。由于放苗孔和專業(yè)灌水孔只占田間灌溉面積的1%～5%， 其他面積主要依靠旁側(cè)滲水濕潤， 因而膜上灌實(shí)際上也是一種局部灌溉。

在當(dāng)前及今后很長一段時(shí)間內(nèi)，我國應(yīng)該積極推廣和研究節(jié)水型地面灌水技術(shù)。高效的灌水方法和適宜的灌水技術(shù)參數(shù)選擇將會(huì)有效改變我國地面灌溉的落后狀況，從整體上緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的矛盾，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。