灌溉排水概论

灌溉排水管理的内容：
工程管理：灌排工程的检查、观测、养护、维修、改建、扩建、防汛、抢险…
用水管理：灌、排水量、流量的时空调配
生产管理：结合工程管理、用水管理开展的综合利用、多种经营、水费征收等
组织管理：建立、健全专业与群众性的灌区管理组织
预测技术
在监测数据的基础上对计划期内的灌溉可利用水量、土壤墒情、作物需水量与产量等进行预测，是制订合理的灌溉水资源配置方案的基本依据
综合控制：综合应用上述两种或三种控制方式，以增强管理系统的灵活性和可靠性
灌溉用水管理技术的发展趋势
信息技术的应用——信息化
监测的自动化
网络化：群决策，分布式决策，信息传输
智能化：人工智能，专家系统，人工神经网络…
可视化：以3S技术为代表的信息技术广泛应用，精准农业，数字灌区
排水管理的主要任务：正确地控制运用排水系统
三维垂直、水平入渗：水库、湖泊入渗
入渗条件下源自文库壤水分运动
非饱和土壤水运动
饱和－非饱和土壤水运动
再分布：降水、灌溉之后，水分在土壤剖面中的运动
表层水分由于蒸发、继续向下运动而减小
深层水分继续向下运动，湿润锋下移
田间持水量
辐射、气温、湿度、风速等气象因素决定了大气蒸发能力
土壤条件：土壤表层的含水率状况决定了土壤供水能力
作物－水模型：反映农田水分消耗与作物产量的关系
灌溉制度
定义：指某种作物，在一定气候、土壤和农业技术措施条件下，为获得高产和稳产，而进行的适时、适量灌水方案。包括灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。
确定灌溉制度的方法：
1）总结群众多年来的灌水实践经验。不同作物的灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额等；
工作可靠，不易堵塞
性能规格整齐划一，制造误差小
结构简单，价格便宜
3、滴头与毛管的布置
单行直线布置、双行直线布置、单行带环状布置、单行带微管布置
滴灌灌水质量指标
灌水均匀系数
灌溉效率
4、滴灌堵塞的原因：悬浮固体堵塞、化学沉淀堵塞、有机物堵塞
滴灌系统堵塞的处理：酸液冲洗、压力疏通
排水类型：
排除地表水：除涝排水，防止作物受淹
容泄区的选择
地面排水系统的组成：干、支、斗、农沟
类型：除涝、防渍、防止土壤盐碱化
田间排水系统布置：灌排相邻布置、灌排相间布置、灌排合一
明沟排水系统的优缺点：
优点：排水速度快、排水效果好
缺点：工程量大、地面建筑物多、占地面积大、沟坡易坍塌、不利于交通和机械化耕作
地下暗管系统的组成：吸水管、集水管、闸阀、通气孔、检修孔、出水口
输配水管网：干管、支管、毛管
环状管网：压力均匀，保证率高；管道长
树枝状管网：保证率低；管道短
混合管网
灌水器：将水均匀地分配到田间和湿润土壤的设备或装置。
滴头：滴灌
微喷头：微喷灌
渗头：渗灌
地面灌溉
1、畦灌：
适用作物：小麦、谷子等窄行作物、牧草及某些蔬菜
技术要素：根据地面坡度、土地平整情况、土壤透水性能、农机具等因素合理选定积水要素
输水损失（蒸发、渗漏）小，节约用水，提高灌溉水利用系数
有压输水、无压输水，能满足地面灌水方法和喷灌、滴灌、微喷灌等有压灌水方法的要求
使用方便，便于控制，便于与施肥、施农药结合，便于实现自动控制
在地形复杂情况下易于布置管道
清淤工作量小，无杂草影响
组成：
首部枢纽：从水源取水，并进行处理以符合管道系统与灌溉的要求（水量、水压、水质）
间距a：50~80cm，轻质土间距较窄
技术参数：沟长l、入沟流量q
计划灌溉定额m=灌水时间t内渗入水量+灌水停止后沟中存蓄水量
沟长l与坡度i、水深h关系：l=(h2-h1)/i
灌水时间：t= mal /(3.6q)
喷灌
1、灌水质量指标：
喷灌强度：与土壤透水性相适应
喷灌均匀度：
均匀系数：Cu=100(1-|Δh|/h)，应>70%~80%
潜在蒸发强度：土壤供水充分时，由大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强度，一般用水面蒸发强度表示
灌溉制度：作物播种前、生育期内的灌水次数、每次灌水时间及灌水定额、灌溉定额
充分灌溉制度的确定方法：
总结群众丰产灌水经验
根据灌溉试验资料制定灌溉制度
根据水量平衡原理制定灌溉制度
非充分灌溉下的灌溉制度
经济灌溉制度：确定效益最大的灌溉定额
水量分布图
水滴打击强度
2、喷灌技术参数：
喷头水量分布图
喷头沿支管的间距
支管间距
喷头组合形式
矩形
三角形
支管方向
3、喷头组合间距：
几何组合法
修正几何组合法
经验系数法
支管方向
地形、风向
滴灌
1、滴头的种类：微管式滴头、管式滴头、孔口式滴头、涡流式滴头、双壁毛管
2、滴头选择：
流量：组合后满足作物需要、不产生深层渗漏和径流，一般6~8 l/h
内容：排水定额、排水时间、排水次数和排水总定额
灌水率（灌溉模数）：指单位面积上所需要的灌溉净流量。
灌区灌水率：是将灌区内同时灌水的各种作物的灌水率叠加。
灌溉可利用水量预测：
1、河道径流预测：流域水文模型方法、时间序列分析方法、混沌、模糊、灰色系统等非线性方法
2、地下水位预测：
确定性模型：地下水均衡，地下水动力学模拟
随机性模型：回归，时间序列，考虑影响因子随机性的机理性模型
灌溉用水调度技术
1、可用水量>灌溉需水量——按需水分配
2、灌溉水量不足：按灌溉面积比例分配、按毛灌溉用水量比例分配、按灌区总效益最大分配
水库取水：河流水位、流量不满足灌溉要求……自流灌区
抽水取水：河流水量丰富，灌区位置较高……扬水灌区
井灌区：
垂直取水：
管井：适用于开采深层承压水、浅层水，有完整井和非完整井之分
筒井：适宜于开采浅层地下水
水平采水工程：
坎儿井：新疆等干旱地区引取山前地下水
卧管井：埋设于地下水位以下的水平集水管
截潜流工程：河道渗漏，地下径流丰富
3、地表水、地下水联合调度
灌溉用水控制技术
通过在闸门等渠系建筑物上安装控制设备，对灌溉系统进行部分或全部运行操作。
现场人工控制：由管水员完成节制闸门和分水口闸门等建筑物的运行操作
现场自动控制：由现场安装的自动控制设备完成节制闸门和分水口闸门等建筑物的运行操作
中心监控系统：由灌溉调度中心通过遥控终端（RTU）对灌溉系统的运行进行监测和遥控
防涝防渍，增加灌溉水源（调控地下水库）
抽咸补淡，改善水源
土方工程量小，占地少，便于机耕
缺点：消耗能源，运行管理费高，需要有合适的水文地质条件
灌溉排水管理的任务：
1、通过对灌溉排水工程的管理运行，充分利用水资源，合理调配灌、排水量
2、根据灌排试验研究成果实行科学用水和排水，促进农作物高产、稳产
3、发挥灌排工程最大效益
渠道系统
渠道系统：从水源取水、通过渠道及其附属建筑物向农田供水、经由田间工程进行农田灌水的工程系统
渠道系统组成：
渠首工程
输配水工程
田间工程
灌溉渠系：
组成：由各级灌溉渠道和退水渠组成
按使用时间分类：固定渠道、临时渠道
按控制面积大小和水量分配层次分类：
干渠（总干渠、分干渠）
支渠
斗渠
农渠
毛渠：临时渠道
渠系建筑物：按作用可分为以下类型：
优化灌溉制度：灌溉水量在生育期内分配
按照水源分类：
渠灌区：以地表水为主要灌溉水源
井灌区：以地下水为主要灌溉水源
井渠结合灌区：地表水、地下水联合调度
按照输水方式分类：
渠系输水
管道输水
渠灌区：以地表水为主要灌溉水源
无坝引水：河流水位、流量能满足灌溉要求……自流灌区
有坝引水：河流流量满足灌溉要求，水位较低……自流灌区
引水建筑物
配水建筑物
交叉建筑物
衔接建筑物
泄水建筑物
量水建筑物
引水建筑物：
配水建筑物：
分水闸：上级渠道向下级渠道分水的闸门，同时是下级渠道的进水闸。作用是控制和调节向下级渠道的配水流量
节制闸：垂直渠道中心线布置，其作用是根据需要抬高上游渠道的水位或阻止渠水继续流向下游
渠道进水口渠低高程较高，进水困难，在分水口下游设节制闸
衔接建筑物：
渠道通过坡度较大的地段时，为防止渠道冲刷，保持渠道的设计比降，将渠道分为上下两段，中间用衔接建筑物联结
跌水：用于跌差较小的陡坎
陡坡：用于跌差较大、地形变化均匀
泄水建筑物：
作用：防止由于沿渠坡面径流汇入渠道或因下级（游）渠道事故停水而使渠道水位突然升高，进而威胁渠道安全
位置：重要建筑物和大填方段的上游，山洪入渠处的下游
下级渠道轮灌时，在轮灌组分界处设节制闸
在泄水闸和被保护建筑物之间设节制闸
交叉建筑物：
作用：穿越山岗、河沟、道路
类型：
隧洞：穿越山岗
渡槽：穿越河沟、道路，渠低高程较高
倒虹吸：穿越河沟、道路，渠底高程较低
涵洞：与道路相交，渠道水位低于路面且流量较小；与河沟相交，河沟洪水位低、流量小，排洪涵洞
桥梁：与道路相交，渠道水位低于路面且流量大、水面宽
2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度，在选用试验资料时，必须考虑原试验条件与需确定灌溉制度地区条件的相似性；
3）用水量平衡分析原理推算（耗水量于补给量）。
排水制度
涝：指田间水深超过作物的耐淹水深，积水时间超过作物的允许耐淹时间而使作物减产乃至死亡的一种灾害。
渍：指作物耕作层中土壤水分过多，氧气缺乏，从而影响作物根系的正常呼吸，大量有害物质不断产生又不能及时分解，最终导致作物中毒减产乃至死亡的一种灾害。
维护各级排水沟道和建筑物，保证排水畅通
及时排涝，减少作物受淹减产
降低、控制地下水位，排除土壤渍水，防治土壤盐碱化
灌区地下水盐动态监测与分析
灌溉试验：灌水方法和灌溉制度试验
方法：小区对比试验
灌水技术要素：
灌溉制度：
作物需水量试验
测定方法：蒸渗仪（lysimeter）：筒测、坑测
田测
作物水分生产函数（非充分灌溉）试验
双向取水：辐射井
井渠结合灌区：
地表水、地下水联合调度，在北方水资源不足的地区有助于丰、枯水量调剂
能有效控制地下水位及土壤次生盐碱化
排水工程类型:
水平排水工程：
排水沟：开挖量大，易坍、易淤、易生杂草
排水管：减少占地，利用机械化耕作，造价高
竖井排水：地下水埋深较浅，水质符合灌溉要求。井灌井排相结合，可增加灌溉水源、降低地下水位
土壤含水量（soil water content）：105℃烘干至恒重时失去的水量。
土壤含水量的主要测定方法
称重法（烘干法）
核技术测量：中子仪，γ射线仪
电磁测量：时域反射仪(TDR)
核磁共振测量
热脉冲测量
遥感测量：大面积地表含水率
入渗：水分进入土壤的过程
入渗类型：
一维垂直入渗：降水、灌溉入渗
二维垂直、水平入渗：河道、渠道入渗
特点：排水速度快、排水效果好
优点：工程量小、地面建筑物少、土地利用率高、利于交通和机械耕作
鼠道排水系统：用鼠道梨形成的无衬砌地下排水通道
截面：椭圆形
不需要管材和滤料（无材管道）
适宜地区：粘土、重壤土、中壤土，田面平整
优点：投资省，用工少，节省人力、物力
缺点：易坍塌，使用年限短
类型：单层、双层
竖井排水的特点：降低地下水位，防止土壤返盐
类型：溢流堰，泄水闸
量水建筑物：
作用：控制和量测水量，以维持灌溉工程的正常运行，实施科学的用水管理
位置：各级渠道进水口：量测入渠水量
末级渠道：量测进入田间水量
退水渠：量测退泄水量
类型：量水堰（三角形、矩形、梯形薄壁堰）
巴歇尔水槽
水位－流量
流速仪
管道系统
优点：
部分或全部输配水管网埋在地下，少占7%~10%耕地，提高土地利用率，减少对交通和耕作影响
农田排水方式
水平排水：明沟排水、暗管排水
垂直排水：竖井排水
排水系统的规划布置原则：充分利用水土资源，扩大自流排水，减少占地面积，节省投资
分级合理，长短适当，以便于机耕和统一管理
减少交叉，建筑物尽量集中
尽量利用现有水利设施，保证排水流畅
线路直、短、安全
灌排配套
排水系统的规划方法：划分排水区
输水系统布置
畦田规格：长度30~100 m，宽度2~4 m且为农机具宽度的整倍数，1亩约5~10个畦田
坡度：0.001~0.003
入畦单宽流量：3~6 l/s/m，均匀、不冲刷
灌水技术要素的关系：
灌水时间t内渗入水量与灌溉定额m相等
进入畦田的灌水总量=畦长l上达到m所需水量
2、沟灌：
灌水沟布置：
坡度i：0.005~0.02
农田水分状况(Field water regime)：农田中地表水、土壤水和地下水的状态、变化规律及对作物生长影响的总称
农田水分调控(Regulation of field water regime)：利用农田水利措施对农田水分状况进行调节与控制，以改善土壤中的气、热、养分状况及农田小气候，达到农业增产的目的。
在设计暴雨时保证农田积水不超过作物允许的耐淹历时和水深
雨后在允许的时间内将田间积水排除
排除地下水：防渍排水、防盐碱化排水
设计排涝标准：在设计暴雨时保证农田积水不超过作物允许的耐淹历时和水深
设计暴雨重现期：5～10a
设计暴雨历时和排除时间：作物耐淹水深和耐淹历时
排水系统的组成：田间沟系、输水沟系、排水枢纽工程、容泄区