灌水方法与灌水技术02

第二章灌水方法与灌水技术农业水利工程系2006年5月第一篇灌溉工程第二节地面灌水方法（2）本章的教学目的：了解灌水方法的分类、特点及其适应条件；了解各种灌水方法的基本要求、灌水质量的评价指标；掌握地面灌水系统、喷、微灌系统的规划与设计。教学重点：地面灌水技术的改进与喷灌、滴灌系统的规划与设计。第二章灌水方法与灌水技术第二章灌水方法与灌水技术第二节地面灌水方法一、概述二、畦灌三、沟灌四、淹灌地面灌溉是通过灌溉水在田面上的流动与向土壤中下渗同时完成的。灌溉水由田间渠沟或管道连续进入田块后，迅速沿田面的纵方向推进，形成一个明显的湿润前锋，水流边向前推进，边向土壤中下渗，也即灌溉水流在继续向前推进的同时就伴随有向土壤中的下渗。第二节地面灌水方法一、概述地面灌溉水流推进过程FLASH1.地面灌水田间试验在进行地面灌水的田间试验中，应准确测记向田间开始供水的时间和引入流量；准确记录田面水流到达各测点距离的时间，即到达各水流推进长度处的推进时间、相应的水流深度，以及水流由各测点消退的时间。第二节地面灌水方法2.地面灌溉理论分析第二节地面灌水方法描述地面灌溉水流运动的数学理论有：流体动力学理论模型；零位惯性量模型；运动波理论模型；水量平衡理论模型。目前在地面灌水方法中，普遍采用水量平衡理论模型来确定灌水技术要素和进行设计。2.地面灌溉理论分析第二节地面灌水方法地面灌溉水量平衡原理：在一定时间内进入田块的水量应当等于在该时间内渗入土壤中的水量与继续沿地面流动的水量之和，即1）水流推进函数：2）土壤入渗函数：地面灌溉方法是目前应用最广泛、最主要的一种灌溉方法，据统计全球采用地面灌水方法的灌溉面积占总灌溉面积的90%左右，我国现有灌溉面积的97%也是采用这种灌水方法。优点：投资少；田间工程简单、易行。缺点：（1）为确保灌水均匀，对土地平整度要求很高；（2）采用渠系输水时，沟渠占地较多（渠系占地10%左右）；（3）灌水管理时要求劳力多，不易实施自动化；（4）用水量多，地表因全面湿润而蒸发损失大。第二节地面灌水方法一般将地面灌溉方法分为畦灌、沟灌、淹灌和漫灌。近年来迅速推广应用的低压管道输水灌溉（简称管灌）技术只是利用管道代替渠道输水，进入田间后仍属地面灌溉的范畴。此外，传统的地面灌溉多采用连续的灌水方法，新近出现的波涌灌技术则将其改进为间歇性的灌水技术，可起到节水和灌水均匀的作用。主要介绍:畦灌沟灌畦灌第二节地面灌水方法沟灌二、畦灌在田间起土筑田埂，将田块分割成许多狭长地块(畦田)，水从输水沟或直接从毛渠放入畦中，畦中水流以薄层水流向前移动，边流边渗，润湿土层的灌水方法。畦灌第二节地面灌水方法畦灌较大水漫灌具有渗漏少、灌水均匀一致、可促进作物苗齐苗壮、增产等优点，与沟灌相比，畦田灌溉因田面全部受水，故易使表层土壤板结。畦灌适宜于小麦、谷子、花生等窄行距密植作物，在蔬菜、牧草和苗圃的灌溉中也常采用。第二节地面灌水方法坡度均匀，1/1000-3/1000水量充足土壤透水性中等（壤土）1、畦田布置畦田通常沿地面最大坡度方向布置，这种沿地面坡度布置的畦，叫顺畦。顺畦水流条件好，适于地面坡度为0.001～0.003的畦田顺畦横畦在地形平坦地区，有时也采用平行等高线方向布置的畦田，称为横畦。因水流条件较差，横畦畦田一般较短。第二节地面灌水方法2、畦田规格与畦田灌水要素畦田规格受水源供水情况、土壤质地、地形坡度、土地平整等状况的影响。畦田灌水技术要素包括畦长、入畦单宽流量、灌水定额和灌水时间这4项，它们的选择对保证适时适量灌水、湿度均匀一致十分重要。畦田长度取决于地面坡度、土壤透水性、入畦流量及土地平整程度。当土壤透水性强、地面坡度小、土地平整差、入畦流量小(如井水)时，畦田长度宜短些；反之，畦田宜长些。畦田愈长，则灌水定额愈大，土地平整工作量愈大，灌水质量愈难以掌握。我国大部分渠灌区畦田长度在30～100m。在井灌区，由于水源流量所限，畦长一般较短，通常为20～30m左右。第二节地面灌水方法2、畦田规格与畦田灌水要素畦田宽度与地形、土壤、入畦流量大小有关，同时还要考虑机械耕作的要求。在土壤透水性好、地面坡度大、土地平整差时，畦田宽度宜小些，反之宜大些。通常畦愈宽，灌水定额愈大，灌水质量愈难掌握。畦宽应按照当地农机具宽度的整倍数确定。畦田宽度一般为2～3m，最大不超过4m。单宽流量是指每米畦宽入畦流量，常用单位为L·s-1·m-1。入畦单宽流量的大小，取决于地面坡度及土壤透水性。地面坡度小，土壤透水性大，入畦单宽流量要大些；反之，入畦单宽流量要小些。一般根据土壤质地确定入畦单宽流量，其标准为：轻质土2～4L·s-1·m-1，重质土1～3L·s-1·m-1第二节地面灌水方法※畦灌控制：为保证灌水均匀，应使畦田上的薄层水流在畦田各点处的滞留时间相等。实施畦灌时，通常采用改水成数法，控制畦首供水时间，及时封口改水。改水成数法：以畦田薄水层水流长度与畦长的比值作为畦首供水时间的依据，当薄层水流到达畦长的一定距离时封堵该畦田入水口，并改水灌溉另一块畦田。为了获得较为均匀的灌溉效果，实践中常根据经验，采用所谓“六成（或七成、八成、九成）改畦”的方法来控制放水，即当水流流到畦长六成(或七、八、九成)时，停止向畦田灌水。具体成数需根据坡度、土壤透水性、灌水定额等参数确定，如在土地不平、坡度小、透水性强、灌水定额大的地块常采用九成改畦。第二节地面灌水方法3、畦田灌水要素计算在土壤性质，透水性能，灌水定额已知时，可通过理论计算，确定灌水要素。(1)渗入到畦田内土壤中的水量达到计划灌水定额Ht:t时间内渗入土壤中的水量(cm),其值应为：Ht=m；m:计划灌水定额(cm)；K0:第一个单位时间内的平均入渗速度(cm/h)；tn:畦田内各处入渗水量达到计划灌水定额所需的下渗时间(h)；α:土壤入渗指数。因此第二节地面灌水方法灌溉水流推进过程(2)进入畦田的总灌水量与全畦长达到灌水定额所需水量相等即上式可改写为：Q:畦首控制的入畦流量(L／s)；q:入畦单宽流量[L/(s·m)]；b:畦宽(m)；l:畦长(m)；m:灌水定额(m)；t:畦首处畦口的供水时间(h)，即：tl:畦首处滞渗时间(h)，即畦首停止供水后，畦首处田面薄水层全部下渗入土壤内、田面已无明水层所需要的时间，实际中tl很小，可忽略不计；tn为畦田各处入渗水量达到计划灌水定额所需要的时间(h)。由上式即可计算已知畦田规格情况下的入畦单宽流量。或选定入畦单宽流量q后，设计畦长和畦宽。第二节地面灌水方法4．改进畦灌的灌水技术改进畦灌的灌水技术，可通过田间的实际灌水试验，如采用不同的单宽流量、不同的改水系数来实际测定灌溉水的利用效率与灌水的均匀度；也可通过小畦灌，即“三改”灌水技术，也就是“长畦改短畦，宽畦改窄畦，大畦改小畦”以及采用水平畦灌法、波涌灌法或长畦分段短灌法等改进的灌水技术，如图所示。在试验的基础上，可进一步通过计算机模拟进行研究。第二节地面灌水方法1）小畦灌主要是指畦田“三改”灌水技术，即“长畦改短畦，宽畦改窄畦，大畦改小畦”。优点：节约水量，易于实现小定额灌水；灌水均匀，浇地质量高；防止深层渗漏，提高Ea；减轻土壤冲刷，减少土壤养分淋失，减轻土壤板结。第二节地面灌水方法2）块灌法块灌灌水方法是以薄层水流向田间土壤表面输送，并主要以重力作用湿润土壤，毛细管作用虽有，但不如重力作用大。因此，块灌法仍归属于畦灌法范畴。区别：块灌法入块田水流推进不仅有纵向流动，同时横向扩散也非常明显。而畦灌法，其畦田宽度较小，薄层水流沿畦长方向的纵向推进是主流，横向扩散影响不明显，故一般都不考虑畦宽对入畦薄层水流可能产生的影响。第二节地面灌水方法3）水平畦灌法水平畦灌法是块灌法中田块纵向和横向两个方向的田面坡度均为零，且在短时间内给大面积地块供水的一种新的地面灌水方法，也是一种节约灌溉用水的先进灌水技术。水平畦灌的主要特点是：①水平畦田上的薄层水流在田面的推进过程中，只借助于沿畦田流程水深变化所产生的水流压力向前推进；第二节地面灌水方法②进入水平畦田的总流量很大，入畦薄层水流能在短时间内迅速布满整个畦田地块；③进入水平畦田的薄层水流主要以重力作用、静态方式逐渐渗入到作物根系土壤区内，故它的水流消退只有垂直消退过程，消退曲线为一条水平直线；④灌水均匀度高。在土壤入渗速度较低的土壤条件下，灌溉田间水利用率可达98％以上。3）水平畦灌法第二节地面灌水方法4）长畦分段短灌法将一条长畦分成若干个没有横向畦埂的短畦，采用地面纵向输水沟或塑料薄壁软管，将灌溉水输送入畦田，然后自下而上或自上而下依次逐段向短畦内灌水，直至全部短畦灌完为止的灌水方法，称为长畦分段短灌灌水方法。长畦分段短灌法的畦宽可以宽至5～10m，畦长可达200m以上，一般均在100～400m左右，但其单宽流量并不增大。这种灌水方法的主要技术要求是，正确确定入畦灌水流量、侧向分段开口的间距（即短畦长度与间距）和分段改水时间或改水成数。第二节地面灌水方法第二节地面灌水方法二、沟灌沟灌法是在作物种植行间开挖灌水沟，灌溉水由输水沟或毛渠进入灌水沟后，在流动的过程中主要借土壤毛细管作用从沟底和沟壁向周围渗透而湿润土壤的；与此同时，在沟底也有重力作用浸润土壤。沟灌法与畦灌法相比较，更具有明显的优点。沟灌的主要优点:灌水后不会破坏作物根部附近的土壤结构，可以保持根部土壤疏松，通气良好；不会形成严重的田面土壤板结，能减少深层渗漏；多雨季节可利用灌水沟汇集地面雨水，起排水沟的作用；沟灌能减少作物植株之间土壤蒸发损失，有利于土壤保墒；开灌水沟可对作物兼起培土作用，对防作物倒伏效果显著缺点但沟灌法需要开挖灌水沟，劳动强度较大。沟灌法适用于灌溉宽行距的中耕作物，如棉花、玉米和薯类和蔬菜等作物。适宜于沟灌的地面坡度一般在0.005～0.02之间。第二节地面灌水方法1．灌水沟的规格（1）灌水沟的间距沿灌水沟断面不仅有下渗湿润土壤，同时有横向入渗浸润。灌水沟中纵、横两个方向的浸润范围主要取决于土壤的透水性能与灌水沟中的水深，且与灌水沟中水流的时间长短有关（2）灌水沟的长度灌水沟的长度与土壤的透水性和地面坡度有直接关系。地面坡度较大，土壤透水性能较弱时，灌水沟长度可以适当长一些；而在地面坡度较小，土壤透水性较强时，要适当缩短沟长。第二节地面灌水方法沟灌法的灌水技术主要是控制和掌握输入灌水沟的单沟流量与灌水沟改口长度。灌水沟改口长度与单沟流量都与土壤的透水性能、地形坡度以及灌水定额和灌水沟的形状等因素有关。一般可分两种情况：停水改口，沟内有存水；细流沟灌，即灌水停止后，沟内不存水。入沟流量一般为0.5~3.0L/s第二节地面灌水方法（1）停水改口，沟内有存水a.计划灌水定额应等于在t时间内渗入土壤中的水量与灌水停止后在沟中存蓄的水量之和。其计算式为：因此h为沟中平均蓄水深度(m)；α为灌水沟的间距(m)；m为灌水定额(m)；L为沟长(m)；Ht为t时间内的土壤平均入渗水量(m)b0为灌水沟中的平均水面宽度(m)，b0=b+φh；b为灌水沟的沟底宽度(m)；φ为灌水沟的边坡系数；P0为在时间t内灌水沟的平均有效湿润周长(m)；t为灌水时间(h)第二节地面灌水方法（1）停水改口，沟内有存水b.封闭灌水沟的沟长与地面坡度及沟中水深的关系，用下述计算式表示:h1为灌水停止时封闭灌水沟的沟首水深(m)；L为沟长(m)；h2为灌水停止时封闭灌水沟的沟尾水深(m)；i为灌水沟的坡度。为了使土壤湿润均匀，上式中的h2-h1的差值应不超过0.06—0.07m。如灌水沟的最小极限坡度为0.002，则灌水沟的最小长度为30—35m。c.当灌水沟的沟长与入沟流量为己知时，其灌水时间与其它灌水技术要素间的关系为:q:灌水沟流量(m3/h)第二节地面灌水方法（2）灌水停止，沟内不存水为了保证沿灌水沟长度各点湿润土壤均匀，必须控制各点处的土壤入渗时间大致相等，也就是应严格控制沟灌的灌水时间。在沟灌生产实践中，采用及时封沟改水的改水成数法。一般地面坡度大、入沟流量大或土壤透水能力小的灌水沟，改水成数