农业用水节水灌溉技术

《节水灌溉技术》电子教案李保谦教授河南农业大学农业机械化系电话：[phone]E-mail：[e-mail]第二讲农业用水第一节农业用水的概念第二节农业用水途径第三节农业用水量计算及我国农业用水状况第四节农业节水技术思考题第一节农业用水的概念•水与作物生理活动1水与农作物作物的重要组成部分细胞原生质的重要成分光合作用的重要原料作物进行生化反应和吸收输送养分的介质保持作物固有形态的重要支撑维持作物叶面蒸腾的必备条件•水与作物生长环境土壤农田小气候•含水量•空气•温度•水与作物耕作措施第一节农业用水的概念♣作物需水量是指作物在适宜的土壤水分和肥力水平下，经过正常生长发育，获得高产时的植株蒸腾、株间蒸发以及构成植株体的水量之和。♣农田水分消耗的途径主要有三个方面：植株蒸腾、株间蒸发和深层渗漏（或田间渗漏）。2作物需水量植株蒸腾Traspiration株间蒸发Evaporation作物需水量=植株蒸腾+株间蒸发=腾发量Evapotranspiration(ET)作物根系从土壤中吸入体内，通过叶片的气孔扩散到大气中去的水分。Referstothemovementofwaterfromthesoilintoaplant,uptheplantbody,andouttheplant’sleavesintotheatmosphere.蒸腾（Transpiration）植株间土壤或田面蒸发的水分Referstothemovementofwaterfromthesoilsurfaceorwatersurfaceinfieldintotheatmosphere.蒸发（Evaporation）Percolation旱田（深层渗漏）中由于降水或灌溉水量太大，使土壤水分超过了田间持水量，水分渗透到根系以下深层的土壤中referstothemovementofwaterfromthesoilsurfaceintothedeepsoilofplantrootbecausethesoilwaterexceedsfieldcapictycontent稻田（田间渗漏）是指水稻田的渗漏Percolationinpaddyfield渗漏（Percolation）灌溉水量是指从灌溉供水水源所取得的总供水量。3灌溉用水量灌溉水量毛灌溉水量净灌溉水量损失水量=+灌水定额是指单位面积上灌溉一次所需要的水量，以m3/亩表示。灌溉定额是指在作物整个生育期内单位面积灌溉的水量，即各次灌水定额的总和，也叫总灌水量，以m3/亩表示。灌溉定额也分为净灌溉定额和毛灌溉定额。灌溉渠道系统是指从水源取水、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溉的工程系统。包括渠首工程、输配水工程和田间工程三大部分。灌溉渠道系统和排水沟道系统并存。由各级灌溉渠道和退（泄）水渠道组成。第二节农业用水途径灌溉系统的组成拦河坝冲沙闸进水闸节制闸排沙渠干渠斗渠支渠农渠农沟支沟斗沟干沟容泄区退水渠泄水闸渠首工程水工程固定渠道：干、支、斗、农、临时渠道：毛渠等田间工程1灌溉取水方式灌溉水源地面水：河流、湖泊地下水：潜水、层间水灌溉回归水污水地表水取水方式无坝取水有坝取水提水取水水库取水无坝取水有坝取水抽水取水水库取水灌区河流干渠地表水取水方式示意图无坝取水条件：水位流量均满足要求位置：河流凹岸中点偏下游组成：进水闸、冲沙闸、导流堤内江外江泯江鱼嘴宝瓶口飞沙堰岁修期供水暗渠灌县索桥金刚堤四川都江堰工程示意图有坝引水条件：水量丰富、水位低组成：拦河坝（闸）、进水闸、冲沙闸、防洪堤等侧面引水适用于含沙量较小的河流进水闸正面引水能形成横向环流，适用于含沙量大的河流进水闸引渠防洪堤抽水取水适用条件：水量满足要求，但水位低，且自流引水困难或不经济水库取水适用条件：水量、水位均不满足要求地下水取水方式垂直取水建筑物：管井、筒井水平取水建筑物：坎儿井多向取水建筑物：辐射井垂直取水建筑物管井（水井结构由一系列井管组成）分完整井和非完整井适用于开采浅层和深层地下水井深（m）＜6060-150＞150井径（m）0.7-1.00.3-0.40.2-0.3井台井壁管（实管）滤水管（花管）沉淀管封底塞筒井（又称大口井）大口径取水建筑物，直径一般1～2m，有的3～4m，最大12m。深度一般6～20m。适用于开采浅层地下水井台井筒进水部分井底垂直取水建筑物水平取水建筑物坎儿井由地下廊道和立井组成。地下廊道截取地下潜流并起输水作用；立井用于施工出土和通风。主要分布于新疆山前冲积扇下部和冲积平原地区潜水位立井地下廊道渠道融雪水卧管井截潜流工程埋设在地下水位以下的水平集水管道，与提水竖井相通。多用于沼泽地和盐碱地排水，灌溉上使用较少山区河流河床下部筑地下坝，拦截地下潜流河床截水墙引水渠水平取水建筑物截水墙枯水河槽等高线双向取水建筑物辐射井在大口井的下部沿径向呈辐射状布设水平集水管，以提高井的出水量。集水井的下部设沉沙段2灌溉渠系规划灌溉渠道按其使用寿命可分为固定渠道和临时渠道两种：多年使用的永久性渠道称为固定式渠道；使用寿命小于一年的季节性渠道称为临时渠道。按其控制面积大小和水量分配层次可分为若干等级：大、中型灌区的固定渠道一般分为干渠、支渠、斗渠、农渠四级；在地形复杂的大型灌区，固定渠道的级数往往多于四级，干渠可分成总干渠和分干渠，支渠可下设分支渠，甚至斗渠也可下设分斗渠；在灌溉面积较小的灌区，固定渠道的级数较少。灌溉渠系布置原则2.1总布置原则◙干渠应布置在灌区的较高地带，尽可能自流控制较大的灌溉面积；◙渠系布置要求总的工程量和工程费用最小，并且工程安全可靠；◙灌溉渠道的位置应参照行政区划确定，以便管理；◙布置时应考虑发挥灌区内原有小型水利工程的作用，并应为上、下级渠道的布置创造良好条件；◙灌溉渠系布置应和排水系统规划结合进行。渠道布置形式：干渠沿等高线布置•多见于分水岭与山溪或河流间的狭长地带•渠线长而缓水库山塘河流干渠支渠2.2干支渠布置原则（1）山区、丘陵区灌区第二节农业用水途径渠道布置形式：干渠沿主要分水岭布置•多见于浅丘岗地•比降由地面坡度决定水库山塘河流地形特点：地形开阔平坦;耕地集中，面积较大山前平原：靠近山麓，地势较高，排水条件好；冲积平原：位于河流中下游平原坡水地区，地面坡度平缓，地下水位较高。渠道布置：干渠多沿等高线布置，支渠垂直等高线河流干渠一支渠二支渠三支渠（2）平原区灌区（3）圩垸区灌区地形特点：分布于沿江、湖滩地和三角洲地区，地形平坦低洼；多河湖港汊，水网密集；汛期外河水位常高于圩内地面，四周有圩堤，四周高，中间低渠系布置：以排为主，兼顾灌溉；一般提排提灌，少有自流排灌干渠支渠2.3斗渠布置原则山区、丘陵区的斗渠长度较短，控制面积较小。平原地区斗渠较长，控制面积较大。我国北方地区一些大型自流灌区的斗渠长度一般为3～5km，控制面积为3000~5000亩。2.4农渠布置原则农渠控制范围为一个耕作单元，长度根据机耕要求确定。平原区通常为500～1000m，间距为200～400m，控制面积为200～600亩。丘陵区农渠的长度和控制面积较小。在有控制地下水位要求的地区，农渠间距根据农沟间距而定。2.5灌溉渠道和排水沟道的布置相间布置相邻布置支渠支渠斗渠斗沟斗渠斗沟农渠农渠农沟农沟在地形平坦或有微地形变化的地区，灌溉渠道和排水沟道交错布置。当地面有一侧倾斜，渠道只能向一侧灌水，排水沟也只能接纳一边的径流时，灌排采取相邻布置。渠系建筑物是指为安全、合理的输配水量，满足各部门的需要而在渠道系统上修建的建筑物，担负着输配水、控制渠道水位、量测渠道过水流量、宣泄灌区多余水量以及便利交通等任务。渠系建筑物规划布置2.5.1渠系建筑物布置原则♠（1）应满足灌溉系统各项使用要求，以最大限度的满足作物灌水需求。♠（2）尽量采用联合枢纽布置的形式，以节省投资和管理方便。♠（3）尽量采用定型设计和装配式建筑物，可简化设计，加快施工进度。♠（4）根据当地实际情况，尽量采用当地材料修建。♠（5）应方便交通、航运和群众生产、生活需要。2.5.2渠系建筑物的分类控制建筑物：交叉建筑物：衔接建筑物：泄水建筑物：量水建筑物：进水闸、分水闸、节制闸隧洞、渡槽、倒虹吸、涵洞、桥梁跌水、陡坡溢流堰、退水闸、泄水闸巴歇尔量水槽衔接建筑物跌水陡坡量水建筑物3田间工程规划田间工程通常指最末一级固定渠道(农渠)和固定沟道(农沟)之间的条田范围内的临时渠道、排水小沟、田间道路、稻田的格田和田埂、旱地的灌水畦和灌水沟、小型建筑物以及土地平整等农田建设工程。•有完善的田间灌排系统，旱地有沟、畦，种稻有格田，配置必要的建筑物，灌水能控制，排水有出路，消灭旱地漫灌和稻田串灌串排现象，并能控制地下水位，防止土壤过湿和产生土壤次生盐渍化现象。•田面平整，灌水时土壤湿润均匀，排水时田面不留积水。•田块的形状和大小要适应农业现代化需要，有利于农业机械作业和提高土地利用率。田间工程规划要求在农业发展规划和水利建设规划的基础上进行。着眼长远、立足当前，既要充分考虑农业现代化发展的要求，又要满足当前农业生产发展的实际需要。因地制宜，讲求实效。以治水改土为中心，实行山、水、田、林、路综合治理。田间工程规划原则3.1条田规划指末级固定灌溉渠道(农渠)和末级固定沟道(农沟)之间的田块，有的地方称为耕作区。排水基本尺寸满足以下要求：机耕田间用水管理间距为100～200m长度400～800m长度不超过500～600m宽度：100～200m长度：400～800m3.2田间渠系布置田间渠系指条田内部的灌溉网，包括毛渠、输水垄沟和灌水沟、畦等，有纵向布置和横向布置两种形式。布置形式选择：灌水沟、畦尽量垂直于等于等高线（便于灌水）；作物行向一般为南北方向（通风光照条件好），由此确定灌水沟、畦的方向。若灌水沟、畦垂直于农渠，采用纵向布置；若灌水沟、畦平行于农渠，则采用横向布置。纵向布置适用于地形变化较复杂、土地平整较差的条田；横向布置适用于地面坡向一致、坡度较小的条田。纵向布置水流流向：农渠→毛渠→输水垄沟→灌水沟、畦特点：毛渠∥灌水沟、畦布置规格：•输水垄沟间距等于灌水沟畦的长度，为30~50m•输水垄沟长等于毛渠的间距，为50~70m•毛渠间渠等于输水垄沟的长度。若毛渠双向控制，则毛渠的间距是输水垄沟长度的两倍•毛渠长度与条田宽度相近横向布置水流流向：农渠→毛渠→灌水沟、畦特点：无输水垄沟；毛渠⊥灌水沟、畦面垂直布置规格：•灌水沟、畦长度一般为30~50m•单向控制时，毛渠间距等于灌水沟、畦的长度，双向控制时，毛渠的间距是灌水沟、畦长度的两倍•毛渠长度与条田宽度相近3.3稻田区的格田规划◙格田长度与宽度的确定应考虑到有利灌溉，以及有利于提高机耕、机收的效率，一般长约100~150m，宽约15~20m；◙在山丘区坡地上布置格田，一般格田长边方向与等高线平行（有利于减少修筑梯田的工程量），此时农渠垂直于等高线、顺坡布置；◙在平原地区，格田方向以南北向为好，利于作物通风采光；◙消灭串灌串排；◙田面平整，便于采用浅水勤灌或其它节水灌溉方法；◙与早作田块相邻时，应开设隔水沟。3.4土地平整•田面平整，符合灌水技术要求。•合理分配土方，就近挖、填平衡。•注意保持土壤肥力。•改良土壤，扩大耕地。3.5田、林、路的规划布置♦田间道路与灌排沟渠的结合形式。有沟－渠－路、沟－路－渠、路－沟－渠三种配置形式。♦紧密结合灌排渠系和道路的布置，进行防护林网的规划布置，在居民点附近以及宅旁空地植树植株造林，建立完善的防护林体系。♦林带的主林带应尽量与主害风垂直，一般要求偏离角不超过30°，副林带与主林带处置；林带的间距一般为树高的20～25倍，一般主林带间距200～250m，副林带间距为500～1000m；林带的宽度应是主林带要宽些，副林带窄些。4.1渠道水量损失内容4灌溉渠道流量推求水面蒸发:渗水:漏水:5%15%85%mnQA100nlLQQ4.2渠道水量损失计算（1）经验公式估