《灌溉排水工程学》教学用课件-第二章

第二节 地面灌水方法
地面灌溉水流运动特性，通常采用地面灌溉田间试验和理 论分析两类方法确定 ： 1、地面灌水田间试验：对一定的作物，根据当地条件， 选择代表性的地块，采用小区或大区对比试验方法，进行 实地灌水，探求作物省水、高产、低成本和高效益的地面 畦、沟、淹灌等地面灌水方法及其最优灌水技术要素。 其过程如下： ①放水前对各个测点（x1、x2、x3）测定土壤含水量； ②准确测记向田间开始供水的时间和引入流量； ③测记田面水流到达各测点距离的时间（t1、t2、t3）及 其相应的水流深度； ④测记水流由各测点消退的时间； ⑤停水后一定时间测记对应于各个测点的土壤含水量。 地面灌溉水流推进过程见图2—3。
Eg用于不同种类灌水方法、灌水技术间的比较与评估。 若为裸地，没有种植作物，蒸腾量V1为零。所以Eg＝0。
Eg指标与Ea、Es和Ed等指标间有如下关系
Eg
E a E s
Ea E s Ea E s
式中：α为蒸腾因子，就是作物蒸腾量占作物蒸发蒸腾量 与水分漂移损失水量之和的比值。 由上式可知： ①若不存在田间灌水不足的欠缺水量区域，即V0＝0，则 Es=100％； ②Eg=0 , 属于裸地情况。
根据灌水试验资料，从水流进入田间首部开始，把水流推 进到各测点的推进距离x1、x2、x3及对应的推进时间t1、 t2 、t 3绘于图2—4中，就是其推进曲线；再把田面停止供 水后，相应于水流各测点处的水流消退时间绘于图中，就 可得到消退曲线。任意距离处的消退时间减去该处的推进 时间，就是这个测点处的土壤入渗时间，从而可根据入渗 公式确定该点处的土壤入渗水量。从图2—4可以看出，若 水流推进曲线与消退曲线平行，则说明沿田面纵力向各点 的灌水入渗时间相等，这就标志着该灌水方案的灌水均匀 度高，灌水质量好。将土壤入渗水量随时间的变化过程线 (即累积入渗曲线)也绘于图2—4第三象限，可由虚线箭头力 向得到地面上任意一点的入渗水量数值，并由入渗水量剖 面可以确定入渗水量的均匀度。
1、畦田布置 主要依据地形条件，并结合考虑耕作方向，应保证畦田沿 长边方向有一定的坡度。 根据地形坡度，畦田布置有两种形式： ①若地面坡度较平缓，将畦田的长边方向与地面等高线垂 直布置，称顺坡畦灌； ②若土地平整较差，地面坡度较大，将畦田的长边方向与 地面等高线斜交或基本上与等高线平行，称横坡畦灌。
2、田间灌溉水储存率Es：是指应用某种灌水方法或某项 灌水技术灌溉后，储存于计划湿润作物根系土壤区内的水 量与灌溉前计划湿润作物根系土壤区所需要的总水量的比 值。
Vs V1 V4 Es Vn V1 V4 V0
式中： Es:田间灌溉水储存率； Vs:灌溉后储存于计划湿润层土壤区内的水量； Vn:灌水前计划湿润层土壤区内所需要的总水量。 Es表示灌水方法、灌水技术实施后，能满足计划湿润作 物根系土壤区内所需要水量的程度。
3.6Qt mbl q Q/b 3.6 qt ml
式中： Q 为畦首控制的入畦流量(L/s)；t为畦首处供水时间(h)， q为入畦单宽流量[L/(s*m)]；b为畦宽(m)；l为畦长(m)； m为灌水定额(m)பைடு நூலகம் 畦首供水时间： t t n t1
式中：t1为畦首处滞渗时间；t n为畦田各处入渗水量达到 计划灌水定额所需要的时间。 由上式即可计算已知畦田规格情况下的入畦单宽流量q， 或选定入畦单宽流量q后，设计畦长l及畦宽b。
作业： 叙述地面灌溉水流的推进过程及其运动图的绘制过程，并 说明如何利用地面灌溉水流的运动图判定灌水均匀度。
2、地面灌溉理论分析 地面灌溉水量平衡原理： 在一定时间内进入田块的水量等于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：
qt

l
0
ydx zdx
0
l
式中： q: 入田块单位宽度的流量(L/s)； t :放水历时(s)； y: 停水时刻田面水流推进长度内任一点的地面水深(m); x: 任意时间的水流推进长度(m); z: t时段内任意一点x处的入渗水层深度(m)； l: 关闭首端进水口后停止供水时的水流推进长度( m)。
小畦灌具有如下优点： ①节约水量，易于实现小定额灌水； ②灌水均匀，浇地质量高； ③可防止深层渗漏及灌区地下水位上升，预防土壤沼泽化 和土壤盐碱化，提高田间水的有效利用率； ④减轻土壤冲刷及养分流失，利于保持土壤结构，保持和 提高土壤肥力，促进作物生长，增加产量。
3、畦灌法灌水技术 其要素主要指畦田长度l、畦宽b、单宽流量q和放水入畦时 间t。影响这些要素的因素主要有土壤渗透系数、田面纵向 坡度、畦田粗糙率与平整程度，以及作物的种植倩况等。 为使田间灌水均匀度高，湿润土层基本均匀，畦灌灌水技 术要素之间应满足如下关系： (1)渗入到畦田内土壤中的水量达到计划灌水定额时，畦田 内各处所需要的入渗时间tn满足下式：
2、畦田规格 畦田规格主要指畦田的长度、畦田的宽度和畦埂断面。 （1）畦宽 主要取决于畦田的横向坡度、土壤性质和农业技术要求， 以及农业机具的宽度。通常，畦宽多为当地农业机具宽度 的整倍数确定，一般约2~4m。为灌水均匀，要求畦田无 横向坡度，以免水流集中，冲刷畦田表面土壤。 （2）畦长 根据畦田纵坡、土壤质地及土壤透水性能、土地平整情况 和农业技术条件等合理确定。 ①纵坡坡度大的畦长宜长，纵坡坡度小的畦长可稍短； ②砂质土壤，土壤透水性强，畦长宜短； 粘质土壤，土壤透水性弱，畦长可以稍长。
一、概述 地面灌溉是通过灌溉水在田面上的流动并向土壤中下渗同 时完成的，其灌溉过程描述如下： ①：灌溉水由田间渠沟或管道进入田块后，迅速沿田面的 纵向推进，在水流推进的前缘形成一个明显的湿润前锋； ②：水流在向前推进的同时向土壤中下渗； ③：当湿润前锋到达田块尾端，或到达田块某一距离，并 已达到所要求的灌水量时，停止向田块灌水； ④：田面水流继续向田块尾端流动，田面水流深度不断下 降，向土壤内下渗的水量逐渐增加； ⑤：田块首端水深先下降至零，地表面形成一落干锋面； ⑥：落干锋面随田面水流和土壤入渗向田块尾端移动； ⑦：落干锋面与湿润前锋在田块某距离处或尾端相遇； ⑧：当田面完全无水，田间水全部渗入土壤转为土壤水。
1、地面灌水方法：使灌溉水通过田间渠沟或管道输入田 间，水流呈连续薄水层或细小水流沿田面流动，主要借重 力作用兼有毛细管作用下渗湿润土壤的灌水方法，又称重 力灌水法。 畦灌法 地面灌水法 沟灌法 分为三种： 淹灌法 沟灌
2、喷灌灌水方法：即喷洒灌溉，就是利用一套专门的设 备将灌溉水加压或利用地形高差自压，通过管道系统输送 压力水至喷洒装置，将水喷射到空中分散成细小水滴，象 天然降雨一样降落到地面，随后主要借毛细管力和重力作 用渗入土壤灌溉作物的灌水方法。
4、块灌法与水平畦灌法 （1）块灌法：以薄层水流向田间土壤表面输送，主要以 重力作用湿润土壤的灌溉方法。它与畦灌法的区别如下： ①块田与畦田的宽度相差甚大； ②土壤表面薄层水流的推进运动方式不同： 块灌法：水流推进不仅有纵向流动，横向扩散非常明显； 畦灌法：水流推进主要为纵向流动，横向扩散不明显。
地面水流推进函数和土壤入渗函数的确定：
水流推进函数：L aT b 土壤入渗函数：Z kt n
a
式中： T ：水流推进时间； a、b：水流推进函数的系数和指数； t n：向土壤中入渗的时间； k和α：为土壤入渗函数的系数和指数。 上述两个函数中的系数均通过田间试验实测确定。
二、畦灌法：用临时修筑的土埂将灌溉田块分隔成一系 列的长方形田块，灌水时，水从输水垄沟或田间毛渠引 入畦田后，在畦田田面上形成很薄的水层，沿畦长坡度 方向均匀流动，在流动的过程中主要借重力和毛细管作 用，以垂直下渗的方式逐渐湿润土壤的地面灌水方法。
三、评估灌水质量的指标
1、 田间灌溉水有效利用率Ea：是指应用某种灌水方法或 某项灌水技术灌溉后，储存于计划湿润作物根系土壤区内 的水量与实际灌入田间的总水量的比值。
Ea Vs V V4 V1 V4 100 % 1 V V V1 V2 V3 V4
Ea表示应用灌
水方法或灌水技 术对农田灌溉水 有效利用的程度。 对地面灌溉，一 般要求 Ea≥85%~90%
Z 100 % E d 1 Zd
4、田间灌水质量综合有效利用率Eg：有效入渗水量V 1(即 作物蒸腾量)与有效入渗水量V1+深层渗漏水量V2+田间灌 水径流失量V3+土壤棵间蒸发量和水分漂移损失水量V4+ 灌水不足区域所欠缺水量V0的总和的比值。
V1 Eg V1 V2 V3 V4 V0
喷灌
3、微灌灌水方法： 就是通过一套专门设备，将灌溉水加 低压或利用地形落差自压、过滤，并通过管道系统输水至 末级管道上的特殊灌水器，使水和溶于水中的化肥以较小 的流量均匀而又经常地、缓慢地湿润作物根系区附近的土 壤表面或地表下土壤的灌溉方法。依水流由灌水器流出的 方式不同，可分为滴灌法、微喷灌法和涌泉灌法等类型。
确定畦长的要求： 畦田田面灌水均匀，尽量使湿润土壤均匀，筑畦省工，畦 埂少占地，便于农业机具工作和田间管理。 畦长与土壤质地及地面坡度的关系见表2-１。
(3)畦埂 畦埂断面一般为三角形或梯形，畦埂分为临时性的和固定 性的。
( 4)小畦灌 主要是指畦田“三改”灌水技术，就是“长畦改短畦，宽 畦改 窄畦，大畦改小畦”，即将“长、宽、大”改为“短、窄、 小”
滴灌
4、渗灌灌水方法：又称浸灌法，它是利用修筑在地下的 专门设施将灌溉水引入田间耕作层，借毛细管作用自下 而上湿润土壤灌溉作物的灌水方法。
选择灌水方法的方法时，应主要考虑作物、地形、土 壤和水源、资金投入等要素，以取得经济效益的大小为取 舍依据。
二、对灌水方法的基本要求
灌水方法总目标为节水、省工、增产和取得最大经济效 益；合理的灌水方法、灌水技术应满足下述基本要求： (1)保证实现定额灌水 (2)田间水的有效利用率高 (3)田间灌水质量高 (4)高效低耗，灌水成本低 (5)方便与农业技术措施密切配合 (6)简单、经济而便于推广