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1、沟、畦灌溉技术的完善与改进赵竞成目前我国灌溉面积的98%仍采用地面灌溉的方式，其中除水稻种植面积外，小麦、玉米、棉花、油料等主要旱作物种植面积中大多采用畦灌或沟灌。沟、畦灌溉与喷、微灌相比具有投资少，运行费用低，使用管理简便等优点，但管理粗放，沟、畦规格不合理的现象相当普遍，田间水的浪费十分严重。据河南省调查，豫东平原井灌区的畦块，畦长小于50m的只占9.1%,超过IoOm的占45%,平均100m；畦宽小于4m的只占14%,大于6m的占34%,平均4m,田间水利用率只有0.7左右。我国西北不少地区则仍沿用大畦大水漫灌的旧习，水的浪费更为严重。改进沟、畦灌水技术，提高田间水利用率和灌水均匀度，减
2、小灌水定额是一项投资小、操作简便、效果显著的农业节水增产措施。改进沟、畦灌溉技术主要是围绕提高灌水均匀度这一基本指标进行的，灌水均匀度低就难以减小灌水定额。另一方面，田间灌水作业的实施主体是广大农民，沟、畦灌溉技术的改进受到他们能否接受的制约。多年来这方面的工作主要是探求沟、畦灌水技术要素在不同土质、不同田面坡度条件下的合理组合，并在试验研究和生产性试验的基础上，提出了用于指导生产的灌水技术要素，推广了小畦灌溉、长畦短灌、细流沟灌、膜上灌等田间节水灌溉技术，取得了显著的节水增产效果。进入20世纪90年代后，还开展了关于涌流灌的试验研究。本文就几个与改进沟、畦灌溉有关的问题进行综述，希望引起广泛
3、深入的讨论。一、灌溉技术要素的确定评价灌水质量一般采用田间水利用率、灌溉水储存率以及灌水均匀度三个技术指标。灌水均匀度不高必然导致田间水利用率和灌溉水储存率两项技术指标不能兼顾，为了保证作物对水分的要求，往往以降低田间水利用率为代价换取必要的灌溉水储存率，造成田间水的浪费。沟、畦灌不同于喷、微灌，灌水单元内沿沟、畦纵向各点并非同时受水，同时停水。各点的累计受水时间由水流的推进曲线和消退曲线决定，水流的推进曲线和消退曲线又受沟、畦规格，田面坡度，人沟、人畦流量,改水成数以及土质和地面平整状况等诸多因素的影响。生产中这些灌水技术要素和基本条件之间往往难以形成最佳的组合，造成灌水均匀度不高和水利用率
4、的低下。这就是说，改进沟、畦灌溉技术的基础在于根据当地条件合理确定各灌水技术要素。确定灌水技术要素是以给定的灌水定额为前提进行的。确定方法有两种，一种是针对不同土质、不同田面坡度等基本条件，通过对比试验选择灌水均匀度、田间水利用率及灌溉水储存率均较高的灌水技术要素组合作为灌水的依据。表1和表2分别是河南省引黄灌区在沟灌和畦灌实验研究的基础上给出的灌水技术要素在不同土质条件下的适宜组合。另一种方法如图1所示，以沟、畦水流的推进曲线和消退曲线为依据确定沟、畦纵向各点的入渗历时，进而根据累计入渗曲线得到该点的入渗水深。累计入渗曲线可用田间土壤水分入渗仪测定，水流推进曲线和消退曲线也可在田间测定。中国
5、灌排技术开发培训中心在日本专家指导下进行畦灌调查和评价时采用了类似的方法。土壤性质与田面坡度(i)、畦田长度及单宽流量关系表土壤性质i0.002i=0.0020.Oli=0.010.025畦长(m)畦宽(m)单宽流量L(s.m)畦长(m)畦宽(m)单宽流量L(s.m)畦长(m)畦宽(m)单宽流量L(s.m)强透水性轻壤土30503.05650703.05-670803.03.0中透水性土壤50703.05-670803.045801003.03.0弱透水性重质土壤70803.04580-1003.034100-1303.03.0土壤性质、坡度与普通灌水沟长度、入沟流量关系表图1畦灌水流运动图解
6、法土壤透水性沟底比降灌水沟流量(Ls)沟长(m)强0.01-0.0040.004-0.0020.0020.60.90.71.01.0-1.560-8040-6030-40中0.01-0.0040.004-0.0020.0020.4-0.60.5-0.60.7-1.080-10070-9040-60弱0.01-0.0040.2-0.490-100O. 004-0. 002O. 4-0. 580-100O.002O.5-0.650-80将复杂的灌水过程划分为水流推进和水流消退两个独立的过程，有利于分析各灌水技术要素的影响效果，提高试验的针对性，也便于做进一步的分析。但水流推进曲线和消退曲线与灌水技
7、术要素有关，必须分组试验，工作量大，故也可尝试用各种理论计算的方法得出。灌水技术要素最优组合是指田间水利用率、灌溉水储存率、灌水均匀度均处于最高值的一组灌水技术要素组合。最优化的实现往往需要建立某种程度的数学模型，故其分析结果除依赖于给定的条件（如土质、田面坡度等）外，还受到数学模型完整程度的影响。实际上影响灌水质量的很多重要因素在通常的分析中并没有考虑或难以考虑，如地面不平整、土质不均一、流量变化等。确定灌水技术要素时应充分考虑上述因素的影响，不应把分析的结果绝对化，更不应与小畦灌溉的结论对立起来。此外，灌水技术要素的确定还受到供水流量、农业机械作业宽度、渠系布局等因素的制约，应统筹考虑。二
8、、小畦灌溉小畦灌溉是我国北方麦区一项行之有效的田间节水灌溉技术，在河北、河南、山东、陕西等省均有相当规模的推广和应用。小畦灌溉的特点是水流流程短，灌水均匀，只要管理好，可显著减少深层渗漏，提高灌水均匀度和田间水利用率，减小灌水定额，达到节水和增产的目的。山东、陕西的试验资料表明，当畦长为30-50m、畦宽2.5-3m时，灌水定额一般为675-900m3hm2（45-60m3亩）。新乡灌溉所的试验也表明畦长小于50m时灌水定额一般不超过675r113hm2（45m3亩）o大畦大水漫灌不但造成水资源和肥料的浪费，还引起土壤团粒结构的破坏和地下水位上升，甚至导致土壤次生盐碱化的发生。推广小畦灌溉投入
9、小，收效显著。表3-5是陕西省就此调查的结果。灌水均匀度统计表3）畦长单宽流量灌水定额灌后土壤含水率（%）灌水均匀度（%）(m)L(s.m)(15m7hm2)畦首畦尾303.045.524.322.994.2503.056.524.221.488.41003.063.023.918.979.02004.566.524.218.576.43004.575.524.317.672.3不同畦长灌后土壤物理性状表,我4)畦长(m)3050100200300耕层土壤容重(gcm3)1.271.331.341.351.38畦首冲刷面积(m2)03.06.010.015.0不同畦长灌后养分测定表我5)畦长(
10、m)灌水定额(15m3hm2)速效氮(106)速效磷(IO%)NH4-NNo3-N合计3045.580.030.0110.07.55056.578.527.5106.07.110063.075.025.0100.06.820066.567.522.590.06.030075.561.017.078.05.2另据华北井灌区的调查，一些地方虽然搞了低压管道工程，但因田间仍用大畦灌水，导致节水效果不大。由此可见，在推广节水灌溉时应高度重视田间节水措施的推广普及。小畦灌溉适用于井灌区和条件适宜的渠灌区，当前特别应强调在采用低压管道输水工程的地区推广普及。三、长畦短灌长畦短灌又称长畦分段灌溉，是将长畦划
11、分为若干不打横向畦境的小段，用软管或纵向输水沟将水送人各段灌溉，采用软管输水时灌水通常由远及近，采用输水沟输水时灌水则由近及远。长畦分段灌溉可以达到小畦灌溉同样的节水效果，而且减少了田间渠道，节约了耕地，也便于农机作业，易为农民接受。长畦分段灌溉方法不但适用于单井出水量小的井灌区，在渠灌区也是一项具有推广价值的田间节水增产灌溉技术，如陕西关中地区。小麦、玉米高产需留必要的空带，实行长畦分段灌溉的纵向输水沟可起到空带的作用，不但不会因输水沟占地而减产，而且可以增产，故比小畦灌溉更容易组织实施。四、细流沟灌沟灌水流集中，湿周小，推进速度快，通常沟内需有一个蓄水过程才能满足设计灌水定额的要求。在地面
12、坡度较大，土壤透水性小的地区，实践中多采用细流沟灌。沟内没有蓄水阶段，水在流动过程中全部渗入土壤。细流沟灌的灌水沟规格与一般沟灌相同，只是用小管控制人沟流量，一般流量不大于0.31Zs,水深不超过沟深的一半。细流沟灌灌水均匀，节水保肥，不破坏土壤团粒结构。五、膜上灌溉膜上灌溉是在地膜栽培的基础上，把膜侧行水改为膜上行水，通过放苗孔直接向作物供水的一项田间节水增产灌溉技术。它类似滴灌，是一种局部灌溉，可有效地防止深层渗漏，地膜覆盖也大大减少了棵间无效蒸发。据测算，每公顷年增加费用仅15-30元（机具改装费），一般可节水20%-30%,增产10%15%。膜上灌溉自1986年在新疆开始生产性试验以来
13、，发展迅速，全疆膜上灌溉面积已稳定在23.3万h左右。目前这项田间节水增产灌溉技术已推广到甘肃、河南等地，节水增产效果显著。膜上灌溉是一项新的、发展中的田间节水增产灌溉技术，在推广中也面临一些必须尽快解决的技术问题，如开发适用于膜上灌溉的成套农业机械，解决地膜污染等。六、涌流灌溉利用间歇供水进行灌溉的最初目的是希望减小某一时段内的流量，改善灌水质量。但在试验中发现间歇灌水条件下的水流推进速度比连续灌水快，显然涌流的这一特点可以提高灌水均匀度和田间水利用率。美国农业部于20世纪80年代初立项开展涌流灌溉的试验研究，并在取得一系列成果的基础上编写了涌流灌溉田间指南，向农民提供技术指导，此后涌流灌溉
14、在美国中西部地区得到广泛应用。我国自90年代初开始进行这项技术的试验研究，已取得的成果表明涌流灌较连续灌水水流推进速度快，灌水质量明显提高，节水效果显著。根据陕西机械学院在泾惠渠灌区进行的试验，涌流畦灌节水率（涌流灌灌水定额相对连续灌灌水定额的减少率）达10%-40%,灌水质量明显提图。从图2可以看出，第二次灌水的水流推进速度大于第一次灌水，第三次灌水的水流推进速度又大于第二次。由于涌流灌条件下水流在一前次过水区间可快速流过,在尚未过水区间又可保持较大的流量继续推进，不仅有效地调整了沿畦各点受水时间上的差异，而且直接减少一了畦田首部以至中部的人渗水量。从图3可以看出，涌流灌水条件下畦田首部和中
15、部的受水时间减少，尾部的受水时间增加。沿畦长方向各点累计受水时间的差异减小。图3所示涌流灌时沿畦长方向。入渗曲线明显平直并接近计划灌水深度的结果表明，除各点受水时间差异减小外，首部和中部在首次受水后入渗减小也起到了直接的作用。间歇供水条件下土壤入渗水量的减小已有专项试验证实。图4所示结果表明，在总供水时间相同（60min）的情况下，间歇供水比连续灌水入渗速度减少35%。间歇供水影响土壤入渗速度的机理尚不完全清楚，但影响的结果是明确的。国内对涌流灌的试验研究尚不充分，生产中也还没有实际应用，但从目前的研究结果来看，已有了一些初步的共识。沟、畦长度较大时涌流灌的节水效果明显，反之则不明显。图5是在
16、一定条件下得出的涌流灌节水率与畦长的关系。在一定的沟、畦长度下间歇灌水的次数存在一个临界值，小于此值时，节水效果随间歇灌水次数的增加而增加，大于此值后节水效果则不再增加。田面不平整影响沟、畦灌的灌水质量，也同样影响涌流灌的灌水质量，涌流灌试验中节水效果不理想的处理大多与此有关。涌流灌的节水效果是明显的，人工改口不需额外的灌水设备，即使采用管道输水和自动间歇供水，所需设备（移动管道、涌流控制阀、自动控制器、太阳能电池等）我国也有能力解决，但涌流灌技术传人我国后并没有很快进入应用阶段。这一方面反映了涌流灌技术在应用上的复杂性，也说明人们认识上的差异。这种差异主要反映在对涌流灌适用性的认识上。沟、畦
17、长度大时涌流灌水流推进速度快，可明显改善灌水质量，减少灌水定额，但在沟、畦长度适中的条件下，水流推进速度快往往造成灌水达不到计划深度，甚至产生尾水。在改善长沟、长畦灌水质量时实际上有两种选择，一是采用涌流灌，二是改为较短的沟、畦或采用长畦短灌的方式，显然在目前条件下后者一般更容易实现。涌流灌的节水效果对土地平整程度的敏感性，甚至考虑有必要采用激光平地，这些都更增加了人们选择后者的理由。总之，目前在我国推广应用涌流灌这项新技术的时机和条件尚不成熟，今后除应进一步深入进行技术方面的研究外，还需要从我国农业现状和今后实现现代化的要求出发研究这项新技术的适用性。七、沟，畦灌灌水工具井灌区向田间配水通常
18、从垂直于配水渠的临时性毛渠开口引水入畦。毛渠渗漏造成水的田间损失，反复开口、堵口管理上也不方便。利用虹吸管或插管由配水渠直接引水入畦可取代毛渠。据新乡灌溉所在清丰试区测验的结果，这项改进可提高田间水利用率5%-10%,但采用这种配水方式将影响渠系的配置，应进行技术经济分析和方案比较。八、推广沟、哇灌技术的必要措施改善沟、畦灌灌水质量，降低灌水定额，除改进灌水技术外，还需采取必要的配套措施。如平整土地；加大宣传力度，发挥节水增产示范工程的示范作用；合理调整水价；强化用水管理和水费计征等。还应注意沟、畦灌水技术与低压管道、田间渠道防渗、秸秆覆盖、灌溉制度、土壤蓄水灌溉，农业增产、农机作业等有关技术的集成。总之，推广节水灌溉应高度重视田间配套工程的建设和管理。沟、畦灌溉技术改进的实现必须有广大农民的支持和参与，各级领导的重视，强有力的组织形式以及必要的配套政策是这项节水措施能否普及和发挥实效的关键。各地在改进和推广沟、畦灌溉技术方面已积累了不少好的经验，水稻节水灌溉新技术推广中的成功经验也是值得借鉴的。
