蔗區(qū)水量分析與節(jié)水灌溉

張剛

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開遠(yuǎn)661699）

一般來說，最適宜種植甘蔗的區(qū)域?yàn)楸本?4°以南。云南省境內(nèi)熱區(qū)面積較大，氣溫也較高，雨量適中，適合甘蔗生長。特別是南部的文山、紅河、普洱、臨滄等州市，神奇的北緯23°26′即北回歸線穿境而過，光照時(shí)間長、晝夜溫差大，特別有利于蔗糖分積累，是中國甘蔗種植優(yōu)勢區(qū)域之一。但受內(nèi)陸季風(fēng)條件和高原山地地形、地貌影響，年降雨量分布不均，水資源利用不高，冬春干旱現(xiàn)象普遍。加之長期以來的蔗田節(jié)水灌溉設(shè)施薄弱，甘蔗發(fā)芽成苗和生長不能擺脫干旱影響。

應(yīng)有關(guān)部門及專家的要求，對(duì)國家糖料蔗核心基地（蔗區(qū)）的水量平衡問題、節(jié)水灌溉問題進(jìn)行研究，為《云南省國家糖料蔗核心基地建設(shè)實(shí)施方案》的編制提供理論支持。

1 甘蔗的需水規(guī)律與灌溉說明

甘蔗是一種產(chǎn)量較高，對(duì)水分需求量較大的熱帶經(jīng)濟(jì)作物。甘蔗整個(gè)生長階段的需水規(guī)律可以概括為“兩頭小，中間大”。萌芽和分蘗期需水量少，伸長期需水量大，成熟期需水量少。因此，掌握甘蔗不同生長期的需水量，把握灌溉數(shù)據(jù)，根據(jù)灌溉數(shù)據(jù)制定合理的灌溉制度并且嚴(yán)格按灌溉制度實(shí)施灌溉才能最大限度地發(fā)揮灌溉的增產(chǎn)效果。

⑴萌芽期：需水量占全生育期需水總量的8%～18%，主要是保持種苗萌發(fā)的生態(tài)用水，保證種苗早出齊苗。這一階段要求保持土壤表層25cm左右的含水量達(dá)到最大持水量的55%～70%，低于55%要及時(shí)進(jìn)行灌溉，但灌水宜淺灌，同時(shí)，注意防止田間積水造成種苗腐爛。

⑵分蘗期：這一階段甘蔗植株還小，葉片少而小，因此蒸騰作用不大，需水不多。需水量占全生理期需水總量的15%～22%，這一時(shí)期正處于一年中強(qiáng)光照、氣溫較高、少雨干旱的時(shí)期，田間蔗株也尚未完全封行，土壤表面蒸發(fā)量大，土壤干旱將抑制分蘗。因此，在這階段應(yīng)注意勤灌、淺灌，保持土壤表層30cm范圍內(nèi)的含水量達(dá)最大持水量的60%～80%，促進(jìn)幼苗的分蘗。

⑶生長期：這是甘蔗生長最快，實(shí)現(xiàn)甘蔗增產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，需水量占全生育期總量的54%～57%。這期間雖已進(jìn)入雨季，田間蔗行已封行，土壤蒸發(fā)量明顯減弱，但其葉面積指數(shù)、葉面蒸騰量、根系吸收能力等均同時(shí)達(dá)到了最大。對(duì)降雨量較少或長時(shí)間久旱不雨的蔗區(qū)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌溉，保持土壤表層50cm的含水量達(dá)到最大持水量的80%以上，保證土壤水分的持續(xù)供給能力。同時(shí)，也要注意清理田間排灌溝渠，防止遇到強(qiáng)降雨形成田間積水。

⑷成熟期：進(jìn)入成熟期后，其伸長生長逐漸減弱，糖分積累加快，對(duì)水分的需求顯著減弱。這一時(shí)期的灌水不要漫灌，以免造成甘蔗倒伏，有利于甘蔗的成熟和糖分的積累。春植蔗各生育期的適宜土壤濕度見表1。

土壤濕度/% 55-70 60-75 75-85 75-65 65-50生育期 苗期 分蘗期 伸長前期 伸長后期 成熟期表1春植蔗生育期適宜土壤濕度

2 蔗區(qū)水量計(jì)算

以云縣茂蘭蔗區(qū)為例。根據(jù)蔗區(qū)氣象觀測資料統(tǒng)計(jì)：多年平均降水量916mm，多年平均蒸發(fā)量2339mm；多年平均徑流深616.8mm。

根據(jù)蔗區(qū)徑流多及農(nóng)田分布廣的特點(diǎn)，以“高水高用、低水低用”的原則，采取引、蓄結(jié)合的灌溉方式，充分利用區(qū)間徑流，配套節(jié)水灌溉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.1 設(shè)計(jì)年降水量計(jì)算

設(shè)計(jì)流域無實(shí)測水文資料，取水河流茂蘭河為羅閘河一級(jí)支流，可選用羅閘河太平關(guān)水文站作為參證站，該站海拔高程1001m，多年平均降雨量1300mm。利用該站實(shí)測降雨、徑流資料推求各取水壩的設(shè)計(jì)降水、徑流。由1/50000地形圖上查算，并扣除上游長浪壩水庫、轉(zhuǎn)水箐水庫徑流面積后，由于設(shè)計(jì)流域?yàn)闊o資料區(qū)域，多年平均降雨量由茂蘭河及鄰近流域高程—降雨量關(guān)系圖查得，為1670mm。

2.2 設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

推求設(shè)計(jì)流域取水壩處多年平均徑流量Q，供水量平衡分析使用。

a.多年平均徑流深：由于設(shè)計(jì)流域?yàn)橘Y料地區(qū)，徑流深采用太平關(guān)站的資料推求，即將該站作為參證站推求設(shè)計(jì)流域之多年平均徑流深，即R設(shè)，公式為：，式中：R設(shè)、R參為設(shè)計(jì)、參證流域多年平均徑流深，R參=672mm；H設(shè)、H參為設(shè)計(jì)、參證流域多年平均降水量，H參=1299mm。

將各渠道取水壩設(shè)計(jì)流域多年平均降水量代入上式計(jì)算，茂蘭河多年平均徑流深：R設(shè)=864mm；

b.多年平均徑流量：多年平均徑流量按公式（W=R設(shè)F×103）（式中F為集雨場面積，m2）計(jì)算，得到茂蘭河多年平均流水量826.5萬m3。

2.3 蔗區(qū)灌溉需水量

灌溉制度按甘蔗需水特點(diǎn)和生長階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，灌溉制度應(yīng)保障甘蔗獲得高產(chǎn)，灌溉制度包含灌水定額、灌水時(shí)間、灌水次數(shù)等內(nèi)容。

2.3.1 灌溉保證率 根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288—99的規(guī)定，結(jié)合蔗區(qū)小型農(nóng)田水利現(xiàn)狀情況，設(shè)計(jì)保證率采用P=75%。

2.3.2 灌溉水利用系數(shù) 根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，蔗區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)為0.40，還有潛力可挖。

2.3.3 甘蔗灌溉制度擬定 由于項(xiàng)目區(qū)附近缺乏水文、氣象資料，本次灌溉制度根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況，結(jié)合云南省地方標(biāo)準(zhǔn)《用水定額》DB53/T168—2006，綜合擬定甘蔗灌溉制度。

甘蔗為常年作物，擬定每年灌水7次，每次灌水15～60m3/667m2，全年灌溉定額為290m3/667m2。

從上述分析計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)灌溉保證率為P=75%時(shí)，項(xiàng)目區(qū)耕地不超過667hm2，年最大需水量不超過290萬m3，茂蘭河完全能滿足項(xiàng)目區(qū)供水。

3 蔗區(qū)水利設(shè)施

從資源的角度講，只要到了干季，可用于灌溉的水量是有限的，必須節(jié)水灌溉；從經(jīng)濟(jì)的角度講，只有在明白作物需水量的前提下，科學(xué)地進(jìn)行節(jié)水灌溉，才能有效、經(jīng)濟(jì)地利用水資源，獲得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 灌溉溝渠

3.1.1 灌溉溝渠設(shè)計(jì) 根據(jù)蔗區(qū)實(shí)際情況和《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99），按灌區(qū)用水高峰期需求進(jìn)行灌溉溝渠設(shè)計(jì)，灌溉水滿足此期間的灌溉要求則能滿足其他時(shí)期的灌溉要求。

依實(shí)際情況，綜合有關(guān)意見，確定蔗區(qū)灌溉高峰期為甘蔗伸長期，灌溉時(shí)間30d為1個(gè)周期，甘蔗伸長期灌水定額為50m3/667m2；如每天需要灌溉9.3hm2，需水量為7000m3/d。根據(jù)高峰期總需求，渠道過流量應(yīng)為0.17m3/s,溝渠斷面暫定為0.4m×0.4m（寬×深）。根據(jù)實(shí)際測量的縱坡i=12‰,采用砼襯砌糙率n=0.016，當(dāng)水深為0.3m時(shí)，流量為0.2m3/s大于需要的流量，加超高10cm，故確定該溝渠斷面為0.4m×0.4m（寬×深）是合適的。灌溉溝渠因與機(jī)械動(dòng)力道路配套，采用漿砌石支砌，溝幫寬30cm，溝底采用埋石混泥土澆注，厚20cm。

3.1.2 灌溉溝渠施工要求 根據(jù)規(guī)劃布置路線進(jìn)行施工放樣，定好施工線，按施工線進(jìn)行開挖和支砌。支砌時(shí)要求分層砌筑，石塊之間的上下豎縫必須錯(cuò)開、要求丁字交錯(cuò)排列。每層砌筑后，其表面必須大至平整，不可有尖角、駝背、放置不穩(wěn)現(xiàn)象，并有足夠的接觸面。分段砌筑時(shí)，必須留錯(cuò)縫≥15cm的踏步接頭；砌體用M 7.5砂漿，要求其和易性好，灰縫砂漿飽滿度要求達(dá)到85%以上。應(yīng)按設(shè)計(jì)計(jì)算專項(xiàng)施工，竣工后要及時(shí)檢查斷面尺寸與溝底比降是否符合規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

3.2 水窖

水窖是收集天然降雨和閑散水源，供人畜飲水、農(nóng)作物保苗用水，是當(dāng)前解決山區(qū)冬春初夏干旱行之有效的辦法。水窖適用于山區(qū)一家一 戶集雨供水和旱地集雨灌溉蓄水。

3.2.1 水窖布局和選址 ⑴以灌溉保苗為主的水窖。①以投資規(guī)模定水窖建設(shè)數(shù)，但需集中連片、突出重點(diǎn)；②以受益面積定窖數(shù)，有常流水區(qū)0.66～1hm2布窖1個(gè)，無水源、靠天然降雨區(qū)0.2～0.33hm2布窖1個(gè)；③在常年耕地上建窖，非耕地不建窖。⑵水窖選址應(yīng)本著有利于集水、方便取水的原則。⑶水窖應(yīng)選擇在無洪水、滑坡和坍塌，施工方便，易于蓄水的地點(diǎn)建窖。⑷水窖應(yīng)避免建在堆積層和松散土質(zhì)中。⑸一般情況下，水窖應(yīng)選擇在受益人口和耕地的上方，以便引水飲用或灌溉，有時(shí)也可建在用水的地方，采取提水方式取水。

3.2.2 集流場 面積確定，可按下式計(jì)算Wd=Rp×A×N，式中：Wd－全年供水量；Rp－對(duì)應(yīng)某一頻率的全年降雨量；A－集流場的面積；N－集流場的集流效率。

3.2.3 水窖有效蓄水量 水窖有效蓄水量可按下式計(jì)算：V=KW（1－α），式中：V－有效蓄水量（m3）；W－全年供水量（m3）；α－蓄水工程蒸發(fā)滲漏系數(shù)，取0.05～0.1；K－容積系數(shù)，取0.3～0.4。

3.2.4 水窖的容積 常用的水窖容積為10～30m3，一般應(yīng)結(jié)合需水量和全年供水量來確定。即：水窖容積≥全年供水量＞有效蓄水量≥需水量。

3.2.5 沉沙池 位置應(yīng)高于進(jìn)水口，大小由來水量和積流面的大小確定，一般采用長2～3 m、寬1.5～2 m、深1m的水池作為沉砂池，可以用混凝土澆筑，也可磚砌，整個(gè)內(nèi)表面用3層水泥砂漿抹面作防滲處理。

3.2.6 進(jìn)水管 用于連接沉沙池和水窖主體，可修成明渠或埋管兩種形式，其大小根據(jù)來水量確定，一般采用DN150的塑料管就可以了。進(jìn)水管和沉沙池連接處應(yīng)設(shè)置攔污柵，攔污柵做成正方形網(wǎng)格，防止水流中的漂浮物進(jìn)入水窖。

3.3 引水管道

蔗區(qū)要實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，引水管道的設(shè)計(jì)安裝是必需的。

3.3.1 引水管道所需流量計(jì)算 項(xiàng)目所設(shè)管道主要用于水池間的輸水，根據(jù)規(guī)范，管道正常工作情況下可以不考慮輸水損失，即管道水的有效利用率不低于0.97，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99），管道設(shè)計(jì)灌溉流量計(jì)算公式為：

a—作物種植面積占灌區(qū)面積百分比；m—作物一次灌水的灌水定額；T— 一次灌水的延續(xù)時(shí)間 （灌水延續(xù)時(shí)間為10d）；t—一天灌水的工作時(shí)間（14h）；A—灌溉面積（hm2）；q凈——設(shè)計(jì)凈灌水率〔m3/（s·hm2）〕；η—灌溉水有效利用系數(shù)，管道取0.81；Q設(shè)—設(shè)計(jì)流量（m3/s）。

3.3.2 引水管道設(shè)計(jì)工作水頭計(jì)算 根據(jù)規(guī)劃圖中管道布置及地形條件，計(jì)算管道設(shè)計(jì)工作水頭：h0=Z1-Z2式中：h0—管道設(shè)計(jì)工作水頭（m）；Z1—管道起點(diǎn)地面高程（m）；Z2—管道終點(diǎn)地面高程（m）。工作水頭h0必須大于水頭損失，管道里的水才會(huì)流動(dòng)；否則需要用水泵送水。

3.3.3 管徑確定 先根據(jù)管道的設(shè)計(jì)流量Q0及PE管經(jīng)濟(jì)流速V，計(jì)算管道內(nèi)徑D0，選取與生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格較接近的數(shù)值作為管道內(nèi)徑。

式中：D0—管道計(jì)算內(nèi)徑（mm）；Q0—管道設(shè)計(jì)流量（m3/s）；π—圓周率（π=3.1416）；V—管道經(jīng)濟(jì)流速（m/s）。根據(jù)規(guī)范，PE管經(jīng)濟(jì)流速V=0.7～0.8m/s。

4 節(jié)水灌溉技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

蔗區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)大體有渠道防滲、低壓管道灌溉、噴灌、滴灌4種，卻是各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。在項(xiàng)目區(qū)選擇哪種節(jié)水灌溉技術(shù)，可根據(jù)實(shí)際需要、投資額度和實(shí)地勘察來選定。

4.1 渠道防滲技術(shù)

4.1.1 渠道防滲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 主要反映在3個(gè)方面，一是通過采取防滲措施，可節(jié)約灌溉用水；二是渠道防滲后可減少看水員，降低管理費(fèi)用；三是防止渠道沖刷，防止坍塌，提高渠道穩(wěn)定性。

4.1.2 防滲渠道技術(shù)的缺點(diǎn) 一是高寒地區(qū)凍壞現(xiàn)象比較明顯；二是維修費(fèi)用較大；三是占地多，與低壓管灌相比，多占地20%左右。

4.2 低壓管道灌溉技術(shù)

它具有省水、節(jié)地、宜管理、省工省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，它與渠道相比，可使水利用系數(shù)提高到90%以上，可使單位面積毛灌水定額減少30%左右，節(jié)地20%左右，同時(shí)可縮短輪灌周期，擴(kuò)大灌溉面積，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)是節(jié)水效果未能進(jìn)一步優(yōu)化。

4.3 噴灌技術(shù)

噴灌的優(yōu)點(diǎn)有：一是節(jié)約用水，二是提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，三是適應(yīng)性廣，四是節(jié)省勞動(dòng)力。噴灌的主要缺點(diǎn)：一是受風(fēng)的影響較大，二是蒸發(fā)損失大，三是一次性投入大。

4.4 滴灌技術(shù)

4.4.1 滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) （1）節(jié)水、節(jié)肥、省工：滴灌屬全管道輸水和局部微量灌溉，一是可以節(jié)水，二是結(jié)合施肥，實(shí)現(xiàn)水肥一體化，大大提高了肥料的有效利用率，節(jié)省化肥施用量，三是滴灌系統(tǒng)僅通過閥門人工或自動(dòng)控制，又結(jié)合了施肥，因此能節(jié)省勞力投入。（2）保持土壤結(jié)構(gòu)：滴灌屬微量灌溉，水分緩慢均勻地滲入土壤，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用。

4.4.2 滴灌技術(shù)的缺點(diǎn) （1）易引起堵塞：灌水器的堵塞是當(dāng)前滴灌應(yīng)用中最主要的問題，滴灌時(shí)水質(zhì)要求較嚴(yán)，一般應(yīng)經(jīng)過過濾，水肥一體時(shí)應(yīng)選擇易溶于水的肥料，使其完全溶解時(shí)再啟動(dòng)滴灌裝置。（2）可能影響根系的生長：由于作物的根系有向水性，滴灌又只濕潤部分土壤，這樣就會(huì)引導(dǎo)作物根系集中向濕潤區(qū)生長。

[1]云南省農(nóng)業(yè)廳.云南省中低產(chǎn)田地改造技術(shù)[M].昆明：云南科技出版社，2010.

[2]昝逢剛，吳轉(zhuǎn)娣，吳才文，劉家勇，楊昆.滇西南地區(qū)甘蔗生產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[J].中國糖料，2010（3）：43-45.

[3]張躍彬.中國甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.