農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題

姜錦原

【摘要】農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題研究對(duì)人們生產(chǎn)社會(huì)實(shí)踐至關(guān)重要。通過對(duì)問題的深入了解可以有效解決農(nóng)田灌溉過程中運(yùn)水難、浪費(fèi)大、造價(jià)貴等問題。筆者通過閱讀大量的相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合以往在農(nóng)田灌溉實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)農(nóng)田灌溉過程中水力學(xué)問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，旨在找到解決實(shí)踐中的運(yùn)水難、浪費(fèi)大、造價(jià)貴等問題。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)田灌溉；實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；系統(tǒng)分析；運(yùn)水難；浪費(fèi)大；造價(jià)貴

一、水力學(xué)理論概論

農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題屬于水力學(xué)問題的重要分支，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中得到了非常重要的應(yīng)用。水力學(xué)旨在研究水的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及水在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，主要分為水靜力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)。農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題一方面作為水動(dòng)力學(xué)的代表，例如農(nóng)田灌溉過程中水的流速計(jì)算；同時(shí)農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問也在一些階段體現(xiàn)了水靜力學(xué)的現(xiàn)象，例如農(nóng)田輸水灌渠的研究。

另一方面，農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題研究通常與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，是一門實(shí)踐科學(xué)，人們通過在實(shí)踐中的觀察豐富了農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題研究，對(duì)水力學(xué)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

二、農(nóng)田灌溉的四個(gè)階段力學(xué)分析

（一）水流的輸送

通常在生產(chǎn)實(shí)踐過程中將灌溉用水從水源地輸送到農(nóng)田的過程成為水流輸送。灌溉所用的水在輸送的往往受到多種不同力的作用從水源地源源不斷的留到田地，在這個(gè)過程中主要分為兩種情況。

1.水源地重力勢(shì)能高于農(nóng)田的重力勢(shì)能

當(dāng)水源地重力勢(shì)能高于農(nóng)田的重力勢(shì)能時(shí)候，水流將自發(fā)的從水源地通過水流渠道到達(dá)田地。在水流的過程中，水在輸送的過程中將水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為睡得機(jī)械能，也就是水的速度。當(dāng)水源地的重力勢(shì)能和農(nóng)田的重力勢(shì)能相差越大，水最終獲得的機(jī)械能也就越大，也就是水在到達(dá)田地的時(shí)候的速度將越快。

水的流速不同對(duì)運(yùn)水渠道的要求也不盡相同。通過水動(dòng)力學(xué)知識(shí)可知，水在流動(dòng)的過程中主要受到重力的作用，重力被分解為垂直于水渠底面方向和平行于水渠底面方向。水的速度越大，相同水渠長(zhǎng)度的重力落差就越大，水的重力在垂直于水渠底面方向的力就越小，那么水向外滲透的趨勢(shì)就越小，就越有利于水的運(yùn)輸。

通過以上分析可知，在水源地重力勢(shì)能高于農(nóng)田的重力勢(shì)能的情況下，水的運(yùn)輸主要表現(xiàn)在流速快和滲透能力弱。因此在實(shí)踐中這種情況對(duì)水的浪費(fèi)也就越少，特別是遠(yuǎn)距離水的運(yùn)輸，水的滲透能力是一個(gè)非常重要的需要考慮的因素。因此遠(yuǎn)距離運(yùn)輸需要對(duì)水渠進(jìn)行加固處理，例如混凝土加固水渠。

2.水源地重力勢(shì)能低于農(nóng)田的重力勢(shì)能

當(dāng)水源地重力勢(shì)能低于農(nóng)田的重力勢(shì)能時(shí)候，水需要借助外力將其運(yùn)輸?shù)教锏刂?。在?shí)踐中的做法通常有兩種。

（1）將水源地的水運(yùn)輸?shù)奖忍锏氐貏?shì)高德地方模仿水源地重力勢(shì)能高于農(nóng)田的重力勢(shì)能的情況。

（2）通過管道運(yùn)輸。在水源地通過水泵的壓力將水通過管道運(yùn)輸?shù)教锏刂小?/p>

（二）農(nóng)田灌水

實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，基于農(nóng)田地理地形條件不同和農(nóng)田作物的不同會(huì)選擇不同的農(nóng)田灌水方式。通常農(nóng)田灌水三種情況。

1.地面灌溉

地面灌溉就是將到達(dá)田地的水流直接送到田地當(dāng)中，水流通過重力作用在天地中自由的流動(dòng)，地勢(shì)低的地方將聚集較多的水，地勢(shì)高的地方水會(huì)很少。這種方式的好處就是成本較低，便于管理。但是缺點(diǎn)就是灌水不均勻，受到田地地形還有土壤的情況影響嚴(yán)重。

同時(shí)由于采用地面灌溉水流都會(huì)很大很快，這種情況不利于水的深層次滲透。

通常當(dāng)水在田間迅速流動(dòng)的時(shí)候水只會(huì)被滲透到較淺的地表就會(huì)迅速的流走，處于地表的土壤受到較強(qiáng)的蒸發(fā)作用，被灌溉的水很大一部分都會(huì)被蒸發(fā)掉，而一些植物較深根系并不會(huì)有效的得到水的補(bǔ)充。

2.滴灌

滴管就是借助特定的滴灌水管將水均勻的緩慢的輸送到田地的各處。滴灌水管是由特殊的材料制成，這些水管在受到一定的水壓的作用下就會(huì)均勻而緩慢的往外滲水。

在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，滴灌主要分為兩種。

（1）第一種就是孔滲形的，在使用的過程中是將這些滴灌水管埋在農(nóng)作物的根系的旁邊，滴灌水管中的水就會(huì)源源不斷的緩慢而均勻的往外滲透。由于其滲透速度緩慢，所以受到近地表蒸發(fā)作用影響很少，這種滴灌的使用可以有效的減少水的損耗，同時(shí)均勻的滲透還可以增加根系對(duì)水的有效吸收。

（2）另一種是微噴頭形的滴灌。這種滴灌水管在生產(chǎn)實(shí)踐中是被放置于地表接近植物根系的位置。其效果和孔滲形的相差不大。但是由于其是在地表，所以受到的蒸發(fā)作用明顯，通常是使用在蒸發(fā)作用較小的地區(qū)。

3.噴灌

噴灌是采用特殊的裝置將灌水模仿成天然的降雨。這種方式最大的好處是，在噴管的過程中植物的枝葉也會(huì)吸收到大量的水分，這種灌溉方式適用于那些枝葉吸收水分能力出色的作物。

（三）土壤吸收

農(nóng)田灌水土壤吸收主要是水受到重力的作用從上往下滲透，而水的滲透過程中還要受到土壤對(duì)其的摩擦阻力，因此土壤對(duì)水的吸收能力還與土壤的成分有很大的關(guān)系。顯然疏松的土壤對(duì)的運(yùn)動(dòng)的阻力較小，土壤對(duì)水的吸收就較好；板結(jié)的土壤對(duì)水的摩擦阻力較大，水很難向下滲透。

（四）植物吸收

植物的根系都有吸收水分的細(xì)胞。細(xì)胞是通過半透膜來吸收水分的。半透膜的一側(cè)是植物的細(xì)胞液，半透膜的另一側(cè)是土壤溶液。當(dāng)細(xì)胞液濃度低于土壤液濃度（植物細(xì)胞的含水量低于土壤中的含水量）的時(shí)候才會(huì)發(fā)生水分從土壤中向植物細(xì)胞中的滲透作用。而滲透作用的快慢也取決于細(xì)胞液和土壤液的濃度差，濃度差越大，滲透效果越好。

三、農(nóng)田灌溉總結(jié)

通過以上對(duì)農(nóng)田灌溉的四個(gè)階段力學(xué)分析，我們初步的總結(jié)出在在不同水源地勢(shì)、采用不同灌溉方式情況下灌溉水流的運(yùn)動(dòng)情況、植物對(duì)水吸收情況和水的損耗情況。在這個(gè)過程中主要考慮的是三個(gè)方面的問題。

（一）影響灌溉水流速度的原因

影響水流速度最主要的因素就是重力勢(shì)差和水流運(yùn)動(dòng)收到的阻力大小，具體的實(shí)際體現(xiàn)就是水源和田地地勢(shì)差距、田地地形、土壤的成分等等。水流速度是重力和阻力綜合作用的結(jié)果，因此在實(shí)際中需要獲得什么樣的灌溉水流流速度就需要從重力和阻力兩個(gè)方面著手解決。

（二）水的損耗

在實(shí)際灌溉過程中減少水的損耗是非常重要的，尤其是在缺水的地區(qū)。通過以上的分析可以知道增加水在運(yùn)輸途中的速度、加固運(yùn)水渠道、采用滴灌等方式都能有效的降低水的損耗。

（三）水的吸收

基于前面的分析，可以知道采用滴灌和噴灌方式可以有效的增加植物對(duì)水的吸收。

參考文獻(xiàn)

[1]吳普特，朱德蘭，呂宏興，張林. 農(nóng)田灌溉過程中的水力學(xué)問題[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012.

[2]朱曉宏. 節(jié)水措施在農(nóng)田水利工程灌溉中作用分析[J]. 民營(yíng)技，2013.

[3]張萬順，喬飛，彭虹，李蘭濤，張斌. 農(nóng)田灌溉退水水量水質(zhì)平衡模型研究[J]. 節(jié)水灌溉，2005.

[4]鄧廷哲，金峰，彭愛琳，鄧浩. 葛洲壩船閘水力學(xué)問題綜合分析[J]. 人民長(zhǎng)江，2002.