地面节水灌溉理论与技术

地面节水灌溉理论与技术第1页/共74页本章重点和难点地面节水灌溉系统的分类地面节水灌溉系统的评价及评价指标第2页/共74页

灌水方法一般是按照是否全面湿润整个农田和按照水输送到田间的方式和湿润土壤的方式来分类，最常见的灌水方法可分为全面灌溉和局部灌溉两大类。全面灌溉地面灌溉喷灌※全面灌溉第3页/共74页一、地面节水灌溉系统的分类§6—1地面节水灌溉系统的分类及评价

水从地表面进入田间并借重力和毛细管作用浸润土壤，边流边入渗的灌溉方法，也称为重力灌水法。地面灌溉定义：

按其湿润土壤方式的不同，又可分为淤灌、畦灌、沟灌、淹灌、漫灌和膜上灌。第4页/共74页

主要指引洪灌溉，其目的是利用洪水中夹带的大量泥沙造田、肥田，或起蓄水灌溉的作用。根据安全及造田肥田的要求确定围堤的范围及格田的规格。1.淤灌一）根据地面灌水方法分类第5页/共74页

淹灌（又称格田灌溉）是用田埂将灌溉土地划分为许多格田，灌水时，使格田内保持一定深度的水层，借重力作用湿润土壤，主要适用于水稻。2.淹灌

目的是提高灌水均匀度，节省灌溉系统投资。

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为了能及时灌水与排水，根据水稻成长的需要调节水层深度，防止“串灌”，“串排”，每个格田应有独立的进水口和排水口，如图4－5所示；第7页/共74页

格田地面必须平整均匀，地面坡度应小于0.001，一般以0.0005左右最好。格田面积的大小可视地形，土壤性质而定，一般为2－5亩，长60－100m，宽20－40m。为适应机械化的要求，在地形平坦的条件下，可加大格田的面积。格田的布置应尽量整齐，一般视长方形，畦长边大致平行与地形等高线，短边顺地面坡度布置。

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畦灌是用田埂将灌溉土地分隔成一系列小畦。灌水时，将水引入畦田后，在畦田上形成很薄的水层，沿畦长方向流动，在流动过程中主要借重力作用逐渐湿润土壤。3.畦灌第9页/共74页

我国北方小麦、谷子等窄行距密播作物以及牧草和一些蔬菜，均广泛采用畦灌。畦灌需要的田间工程如图3—1所示。第10页/共74页第11页/共74页第12页/共74页

实施畦灌的方法，要注意提高灌水技术，即要根据与地面坡度、土地平整情况、土壤透水性能、农业机具等因素合理的畦田规格和控制入畦流量、放水时间等技术要素。

一般自流灌区畦长30~100m；畦宽应按照当地农业机具宽度的整数倍确定，一般宽为2~4m，每亩约5~10个畦田。入畦单宽流量一般控制在3~6L/s/m左右，以使水量分布均匀和不冲刷土壤为原则。第13页/共74页

畦田的布置应根据地形条件变化，保证畦田沿长边方向有一定的坡度。一般适宜的畦田田面坡度为0.001~0.003之间。

如地面坡度较小，土壤透水性较强，则要适当缩短畦长，加大入畦流量，才能使灌水均匀，并防止深层渗漏。

如地面坡度较大，土壤透水性较弱，畦田可适当加长，入畦流量适当减少；第14页/共74页

灌水技术要素之间的正确关系，应根据总结实践经验或分析田间实验资料来确定。下面讨论它们之间存在着的关系：1、灌水时间t内渗入水量

Ht

应与计划的灌水定额

m

相等，即：第15页/共74页式中——在第一个单位时间末的土壤渗吸系数（或渗吸速度），m/h；——在第一个单位时间内的土壤平均渗吸速度，

其值为

，m/h；

——指数，其值根据土壤性质及最初土壤含水率

而定，一般为0.3~0.8；轻质土壤值较小，

重质土壤值

较大；土壤的最初含水率愈大，

值愈小，即渗吸速度在时间上的变化愈缓；第16页/共74页Ht——单位时间内渗入土壤的水深。根据上式可求得畦灌的延续时间

t：第17页/共74页2、进入畦田的灌水总量应与畦长

l上达到灌水定

额

m

所需的水量相等。式中

q——每米畦宽上的灌水流量，L/(s·m)；t——灌水延续时间，h；第18页/共74页3、为了使畦田上的各点土壤湿润均匀，就应

使水层在畦田各点停留的时间相同。

根据不同的计划灌水定额、土壤透水性、坡度等条件，可以采用七层封口、八层封口、九层封口或满流封口等。

为此，在实践中往往采用及时封口的方法，即当水流到离畦尾还有一定距离时，就封闭入水口，使畦内剩余的水流向前继续流动，至畦尾时则全部渗入土壤。第19页/共74页

在井灌区，为了节约用水，提高灌水质量，常采用较小的灌水畦，其宽度约0.5～1.0m，长度为15～20m，单宽流量2～3L/s。

以上关系可供选择灌水技术要素时参考。表3－3列举河南省引黄灌区畦田灌溉技术要素。第20页/共74页第21页/共74页4.沟灌

沟灌是在作物行间开挖灌水沟，水从输水沟进入灌水沟后，在流动的过程主要借毛细管作用湿润土壤。

和畦灌比较，其明显的优点是不会破坏作物根部附近的土壤结构，不会导致田块板结，能减少土壤蒸发损失，适用于宽行距的中耕作物。第22页/共74页沟灌的田间布置如图3－4。第23页/共74页

适宜的沟灌坡度一般在0.005～0.02左右。一般灌水沟是沿地面坡度方向布置，但当地面坡度较大时，可以与地形等高线成锐角，使灌水沟获得适宜的比降。沟的间距视土壤性质而定。表3－4

列出了一些参考数值，具体确定还要结合作物的行距来考虑。

根据灌水沟两侧土壤湿润的范围（如图3－5），一般轻质土壤的间距较窄，重质土壤的较宽。第24页/共74页第25页/共74页

沟灌的技术参数，主要是沟长和入沟流量。沟长和入沟流量都与地面坡度及土壤透水性能有关，它们之间是相互制约的。第26页/共74页第27页/共74页

灌水沟的断面一般成梯形或三角形。浅沟的深度约8～15cm，上口宽20～35cm；深沟的深度15～25cm，上口宽约25～40cm。水深一般1/3～2/3沟深。第28页/共74页5.漫灌

漫灌是在田间不做任何沟埂，灌水时任其在地面漫流，借重力渗入土壤，是一种比较粗放的灌水方法。

灌水均匀性差，水量浪费较大。第29页/共74页6.膜上灌

干旱地区在采用薄膜覆盖技术时，在薄膜上布置孔眼，水在膜上通过孔眼入渗至土壤，补给作物水分，既节约水量，又可使灌溉均匀。第30页/共74页二）根据地块放水结构分类1.输水沟带闸的放水结构，闸安置在闸盒内，可以是涵管式盒，亦可以是开式的盒。2.输水沟中的水由倒虹吸管或插管放入田块，使田块的入流量稳定。3.用带闸阀的多孔管放水。4.低压涵管输水方式图6-1，涵管在地下，通过竖管伸出地面，打开竖管阀盖，水即流出输入地面沟或畦。第31页/共74页

闸门孔管就是一种移动管道，在管道一侧每隔一定距离就有一个装有小闸门的孔口。第32页/共74页

使用时放在畦首，孔口对着畦。每个畦可以由一个或几个孔口供水，当畦比较宽时，每个畦的供水孔口最好为两个以上。以保证在靠近畦首的畦中横向水量分布比较均匀。

孔口的开度可以根据要求的入畦流量来确定。孔口间距根据畦宽来确定。

闸门孔管多数是铝合金管，但也可以是硬塑料管。第33页/共74页

一般是用硬塑料管或半软塑料管，也有专门做好的金属管。

虹吸管是在不打开畦首田埂的情况下，利用虹吸原理将输水沟中的水灌入畦中（见图3－3）。

通过虹吸管进入畦的流量主要决定于输水沟和畦首水面之高度差和虹吸管的内径。如要调节流量只有改变每个畦的虹吸管数目。此法的优点是可在明渠配水系统中使用。第34页/共74页第35页/共74页第36页/共74页三）根据灌水定额的水量控制方式分类1.连续放水方式2.削减入流方式3.间歇放水方式4.尾水重复利用方式第37页/共74页削减入流方式以较大流量完成水流推进阶段湿润土壤，然后削减流量，以浸泡方式灌水，直到满足灌水定额。连续放水方式

整个灌水定额由固定流量一次连续放完。第38页/共74页3.间歇放水方式灌水定额由若干次间歇放水来完成，如果一次放水至全程的1/3即停水，第二次放水时，水流迅速通过已湿润地带向前推进，这样使土壤各点受水时间的差别缩小，灌水均匀，这种灌水方式又称波涌灌溉。第39页/共74页4.尾水重复利用方式为使灌溉均匀，加大流量，使沟畦尾部产生弃水，将弃水汇入下游沟内灌溉。第40页/共74页喷灌

喷灌是利用专门设备将有压水送到灌溉地段，并喷射到空中散成细小的水滴，象天然降雨一样进行灌溉。

其突出的优点是对地形的适应性强，机械化程度高，灌水均匀，灌溉水利用系数高，尤其是适合于透水性强的土壤，不可调节空气湿度和温度的场合。但基建投资较高，而且受风的影响大。详细见第七章第41页/共74页烟草固定式喷灌第42页/共74页棉花固定式喷灌第43页/共74页※局部灌溉

这类灌溉方法的特点是灌溉时只湿润作物周围的土壤，远离作物根部的行间或棵间的土壤仍保持干燥。它都要通过一套塑料管道系统将水和作物所需要的养分直接输送到作物根部附近。并且准确地按作物的需要，将水和养分缓慢地加到作物根区范围内的土壤中去，使作物根区的土壤经常保持适宜于作物生长的水分、通气和营养状况。第44页/共74页比较适合于灌溉宽行作物、果树、葡萄、瓜类等。

这类灌溉方法一般灌溉流量都比全面灌溉小得多，有时又称为微量灌溉，简称微灌。这类灌水方法的主要优点是：1）灌水均匀，节约能量，灌水流量小；2）对土壤和地形的适应性强；3）能提高作物产量，增强耐盐能力；4）便于自动控制，明显节省劳力。第45页/共74页局部灌溉渗灌滴灌微喷灌涌灌

这些灌水方法各有优缺点，都有一定的适用范围，在选择时主要应考虑到作物、地形、土壤、水源等条件。第46页/共74页

渗灌是利用修筑在地下的专门设施（地下管道系统）将灌溉水引入田间耕作层借毛细管作用自下而上湿润土壤，所以又称地下灌溉。近年来也有在地表下埋设塑料管，由专门的渗头向作物根区渗水。1、渗灌

其优点是灌水质量好，蒸发损失少，少占耕地便于机耕，但地表湿润差，地下管道造价高，容易淤塞，检修困难。第47页/共74页

滴灌是由地下灌溉发展而来的，是利用一套塑料管道系统将水直接输送到每棵作物根部，水由每个滴头直接滴在根部上的地表，然后渗入土壤并浸润作物根系最发达的区域。2、滴灌

其突出的优点是非常省水，自动化程度高，可以使土壤湿度始终保持在最优状态。但需大量塑料管，投资较高，滴头极易堵塞。第48页/共74页

微喷灌，又称为微型喷灌或微喷灌溉。是用很小的喷头（微喷头）将水喷洒在土壤表面。由于同时湿润的面积较大，这样流量可以大一些，喷洒的孔口也可以大一些，出流流速比滴头大，所以堵塞的可能性大大减小。3、微喷灌第49页/共74页

灌水流量较大（但一般也不大于220L/h)，远远超过土壤的渗吸速度，因此通常需要在地表形成小水洼来控制水量分布。适用于地形平坦的地区。其特点是工作压力很低，与低压管道输水的地面灌溉相近，出流孔口较大，不易堵塞。4、涌灌

涌灌，又称涌泉灌溉。是通过置于作物根部附近的开口小管向上涌出的小水流或涌泉，将水灌到土壤表面。第50页/共74页上述灌水方法各有优缺点，都有一定的适用范围，在选择时主要应考虑到作物、地形、土壤、水源等条件。

*

对于水源缺乏地区应优先采用滴灌、渗灌、微喷灌和喷灌；*在地形坡度较陡而且地形复杂的地区及土壤透水性大的地区，应考虑采用喷灌；*对于宽行作物可用沟灌；*密植作物以采用畦灌为宜；第51页/共74页

在地形平坦、土壤透水性不大的地方，为了节约投资，可考虑用畦灌、沟灌或淹灌。*水稻主要用淹灌；各种灌水方法的适用条件见表3-1；各种灌水方法的优缺点比较见表3-2。*果树和瓜类等可用滴灌；第52页/共74页第53页/共74页第54页/共74页

灌水方法全面灌溉局部灌溉地面灌溉喷灌渗灌滴灌微喷灌涌灌畦灌沟灌淹灌（又称格田灌溉）漫灌第55页/共74页二、灌水方法的评价1、评价指标

灌水方法就是灌水进入田间并湿润根区土壤的方法与方式。其目的在于将集中的灌溉水流转化为分散的土壤水分，以满足作物对水、气、肥的需要。

对灌水方法的要求是多方面的，先进而合理的灌水方法应满足以下几个方面的要求：第56页/共74页

能保证将水按拟定的灌水定额灌到田间，而且使得每棵作物都可以得到相同的水量，常以均匀系数表示。1）灌水均匀

应使灌溉水都保持在作物可以吸收到的土壤里，能尽量减少发生对地面流失和深层渗漏，提高田间水利用系数（即灌水效率）。2）灌溉水的利用率高第57页/共74页

少破坏或不破坏土壤团粒结构，灌水后能使土壤保持疏松状态，表土不形成结壳，以减少地表蒸发。

现代灌溉已发展到不仅要满足作物对水分的要求，而且还要满足作物对肥料的要求。因此现代的灌水方法应当便于与施肥、施农药、冲洗盐碱、调节田间小气候相结合。此外，要有利于中耕、收获等农业操作，对田间交通影响少。3）少破坏或不破坏土壤团粒结构4）便于和其他农业措施相结合第58页/共74页

应有较高的劳动生产率，尽可能使得一个灌水员管理的面积最大。为此，应采用的灌水方法须便于实现机械化和自动化，使管理所需要的人力最少。

应能适应各种地形坡地以及田间不平坦的田块的灌溉，故不会对土地平整提出过高的要求。5）应有较高的劳动生产率6）对地形的适应性强第59页/共74页

基本建设投资和管理费用低，能量消耗最少，以便大面积推广。

田间占地少，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）基本建设投资和管理费用低8）田间占地少第60页/共74页评价灌溉系统性能的指标

深层渗漏率DPR

尾水率TWR

需水满足率Er1)灌水均匀度Du2)灌水效率Ea2、评价灌溉系统性能的指标第61页/共74页考虑一具有均匀坡度的土壤和作物密度的田块，灌水后，其入渗深度的纵向分布，由下式求均匀系统Du的值。1)灌水均匀度Dup142式中：△Z——入渗水深的平均离差，

Z’——入渗水深的平均值。Du＝1-△Z/Z

’第62页/共74页表6-1(p143)是关于x、Du、Ea一次试验资料。2)灌水效率Ea灌水后，根系储水层内增加的平均水深与灌入田块的平均水深之比，称为灌水效率。根系贮水层内增加的平均水深灌水至田块的平均水深Ea＝第63页/共74页可见，田块首部受水时间长，均匀度高，但灌水效率由于入渗深度超过需要入渗深度，视为无效，而使灌水效率值下降。本次试验平均值Ea为0.71。严格说来，Ea中包含了局部超灌造成的深层损失，尾部跑水损失，以及局部欠灌造成需水不能满足的损失，因此可用三个附加的指标加以说明。第64页/共74页（1）深层渗漏率DPRDPR＝深层渗漏的平均水深灌水的平均水深（2）尾水率TWRTWR＝田块跑水的平均水深灌水的平均水深（3）需水满足率ErEr＝根层贮水量的平均水深土壤实际贮水量的平均水深第65页/共74页

田块末端可能出现欠灌、超灌或刚好等于需要的入渗水深这三种情况。当欠灌时，尾水损失较少，深层渗漏损失亦少，但产量可能受影响。超灌时则刚好相反。末端入渗水深的标准，通常由用户凭经验来掌握。第66页/共74页3、系统性能的评价

p143系统性能的评价1.沟灌系统的评价2.畦灌系统的评价第67页/共74页2、断水时间选择一般选择田块末入渗达到需要的入渗量时即断水，但此时田块入口处以超灌。亦可以有不同的选择。三、恰当选择参数有利于改善田间灌水质量1、流量选择适当加大流量，可以缩短推进时间，减少各点入渗时间的差异，提高灌水均匀度，但可能增加尾水损失。改进的方法是用大流量完成推进阶段，然后减小流量，完成地面储水