6地面灌溉节水技术

地面灌溉节水技术7.1概述7.1.1地面灌溉节水技术的发展地面灌溉就是利用各种地面灌水方法将灌溉水通过田间渠沟或管道输入田间，水流在田面上呈持续薄水层或细小水流沿田面流动，主要借重力作用兼毛细管作用下渗湿润土壤的灌溉技术。地面灌溉是最古老的田间灌水技术，也是目前世界上特别是发展中国家广泛采用的一种灌水方法。目前，全世界用地面灌水方法灌溉的面积占总灌溉面积的90%以上。由于我国水资源与能源短缺，广大农村地区经济势力不足，技术管理水平较低，大面积推广喷、微灌等先进灌水技术还受到很大的限制，因此在相当长的一段时间内，我国还仍须加大田间工程的建设力度，大力研究和推广节水型地面灌溉技术。我国现有98%以上的灌溉面积依然采用这类方法。传统地面灌水方法能充分满足作物的需水要求；技术要求不高，容易掌握运用且管理简便；设备投资省，运行费用低；适用于质地较密实的土壤，在砂性土壤上会产生大量深层渗漏损失；容易发生超量灌溉，导致地下水位上升、土壤渍害和盐碱化，或沿田面发生跑水现象，造成水资源的浪费；对土地平整要求较高，地形复杂的地区平整土地的投资相对较大。因此，地面灌水方法比喷灌和滴灌更要注意改善和提高其灌水技术，以达到节水、省工、稳产、高产和低成本的目的。目前，地面灌溉在灌水技术方面存在的主要问题是管理粗放，沟、畦规格不合理，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田，平均田间水利用率只有0.7左右，畦长小于50m的只占9.1%，畦长超过100m的占45%，平均为100m，畦宽小于4m的只占14%，畦宽大于6m的占34%。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。改进传统的沟、畦灌水技术，提高田间水利用率和灌水均匀度，减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。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、膜上灌溉、波涌灌溉等田间节水灌溉技术，取得了显著的节水增产效果。7.1.2地面灌溉节水技术的优缺点地面灌溉节水技术是在传统的地面灌溉方法的基础上，经过改进而形成的比较先进的灌水技术，与传统的地面灌溉相比较，具有以下优点：（1）节水。地面灌溉节水技术，通过改善灌水要素，田间灌溉用水量大大降低。以畦灌为例，大量试验资料表明，畦长越长，畦田水流的入渗时间越长，深层渗漏损失越大，因而灌水量也越大。所以，通过缩短畦长，就可以达到减少灌水量的目的。（2）灌水质量高。据测试，畦灌的畦长在30~50m时，灌水均匀度可达80%以上；畦长大雨100m时，灌水均匀度则低于80%。（3）增产。由于地面灌溉节水技术比传统的地面灌溉灌水质量高，为作物生长创造了良好的条件，因此有利于作物生长，促进作物增产。据新疆有关单位试验，在同样条件下，棉花采用膜上灌技术比常规沟灌单产皮棉增产5.12%。（4）改善作物生态环境。地面灌溉节水技术，改变了传统的耕作方式，改善了田间土壤水、肥、气、热等土壤肥力状况，可为作物生长创造良好的生态环境。但是，地面灌溉节水技术与传统地面灌溉相比较，存在投资相对较高、技术较复杂等不足；与喷灌、滴灌等灌水方法相比较，虽然投资少、节约能源、管理运行费用低、操作简便，但是节水、增产、灌水质量等方面明显不如喷灌、滴灌等。7.2传统地面灌溉技术根据灌溉水向田间输送的形式和湿润土壤的方式不同，地面灌溉可分为畦灌、沟灌和淹灌三类。7.2.1畦灌（一）畦灌的含义与分类在田间筑田埂，将大田块分割成许多狭长小地块（畦田），水从毛渠放入畦中以薄层水流向前移动，边流边渗，润湿土层，这种灌水方法称为畦灌（见图7-1）。图7-1畦田灌溉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，称为顺畦（见图7-2）。顺畦水流条件好。在地形平坦地区，采用沿等高线方向布置畦田，称为横畦（见图7-3）。因水流条件较差，横畦畦田一般较短。图7-2顺畦图7-3横畦畦灌与大水漫灌相比较，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；与沟灌相比较，畦灌因地面全部受水，故容易使表层土壤板结。畦灌适宜于小麦、谷子和花生等窄行距、密植作物，在蔬菜、牧草和苗圃的灌溉中也常采用。（二）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、地形坡度和土地平整等状况的影响。畦田灌水要素包括畦田长度、入畦单宽流量、灌水定额和灌水时间。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（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，井灌区在20~30m左右。畦田宽度与地形、土壤和入畦流量大小有关，同时还要考虑机械耕作的要求。在土壤透水性好、地面坡度小、土地平整差时，畦田宽度宜小些；反之宜大些。畦田愈宽，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数倍确定，一般为2~3m，最大不超过4m。畦埂高度以不跑水为宜，一般为10~15cm。畦埂做到不跑水，是畦灌管理中很重要的一项工作。田间毛渠深多为15cm，顶宽30cm左右，一般采用半挖半填断面。单宽流量是指每米畦宽入畦流量，常用单位为L/s·m。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，入畦单宽流量宜大些；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，轻质土为2~4L/s·m，重质土为1~3L/s·m。7.2.2沟灌（一）沟灌的含义与分类在作物种植行间开挖灌水沟，灌溉水由毛渠进入灌水沟后，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，同时在沟底也有重力作用浸润土壤，这种灌溉方法称为沟灌。由于灌水工程中仅沟底有水，不是田面全部受水，因此有利于保持土壤结构，不会导致田面土壤板结，还可减少土面蒸发损失。但是，沟灌需要开挖灌水沟，劳动强度较大。沟灌有细流沟灌和蓄水沟灌两种。细流沟灌即沟中不留积水，水在沟中边流边渗，灌水时沟尾不需封闭；蓄水沟灌则要求沟深较大，灌水后沟尾封闭，沟中留有水层。细流沟灌适于地面坡度较大、土壤渗透性良好的地区；蓄水沟灌适于地形平缓、土壤渗透性差的地区。不同土质灌水沟浸润土壤状况如图7-4所示。图7-4不同土质灌水沟浸润土壤状况沟灌适于宽行距的中耕作物，如棉花、玉米和高粱等。（二）灌水沟的规格灌水沟的间距与不同土质灌水沟的湿润范围有关。一般轻质土壤的间距较窄，多设定为50~60cm；重质土壤的间距较宽，达75~80cm；中质土壤约为65~75cm。具体确定时需要结合作物的行距来考虑。灌水沟的断面一般呈梯形或三角形，沟深基本介于8~25cm之间，上口宽20~40cm；适宜坡度在0.005~0.02之间；入沟流量通常为0.2~0.3L/s，沟内水深一般为沟深的1/3~2/3。灌水沟的长度与土壤的透水性和地面坡度有直接关系。土壤透水性能较弱，地面坡度较大时，灌水沟长度宜长些；反之宜短些。不同土壤、灌水定额和地面坡度等条件下的灌水沟长度参见表7-1。表7-1不同土壤、灌水定额和地面坡度等条件下的灌水沟长度土壤粘壤土中壤土轻壤土灌水定额（m³/hm²）375450525375450525375450525地面坡度沟长（m）0.0013035452025352025300.001~0.0033540603040553045500.0045065804560704550607.2.3淹灌淹灌，又称格田灌，是在田间用较高的土埂筑成一块块方格格田，引入较大流量迅速在格田内建立起一定厚度的水层，水主要借重力作用渗入土壤而湿润土壤的灌水方法。淹灌主要适用于水稻、水生植物及盐碱地冲洗灌溉。旱作物严禁使用淹灌方法，以避免产生深层渗漏，损失浪费大量灌溉水。7.3改进型地面灌溉节水技术近十多年来，我国广大灌区为杜绝大水漫灌、大畦漫灌，以节约灌溉水、提高灌水质量、降低灌水成本，推广应用了许多项改进型地面灌水技术，取得了明显的节水和增产效果。7.3.1节水型畦灌技术（一）小畦灌水技术小畦灌水技术主要是指畦田“三改”灌水技术，也就是“长畦改短畦，宽畦改窄畦，大畦改小畦”，是我国北方井灌区行之有效的一种地面灌溉节水技术，河北、山东、河南等省的一些园田化标准较高的地方，正在逐步推广应用。其优点是灌水流程短，减少了沿畦长产生的深层渗漏，因此能节约灌水量，提高灌水均匀度和灌水效率。缺点是灌水单元缩小，整畦时费工。小畦灌溉技术的关键指标是灌水定额、单宽流量、畦田地面坡度和畦长。地面坡度为1/400~1/1000时，单宽流量为2.0~4.5L/s·m，灌水定额为300~675m³/hm²；畦田宽度自流灌区一般为2~3m，机井提水灌区以1~2m为宜。畦田长度自流灌区以30~50m为宜，最长不超过70m，机井和高扬程提水灌区以30m左右为宜。（二）长畦分段短灌技术长畦分段短灌技术是将一条长畦分成若干个没有横向畦埂的短畦，采用毛渠或塑料软管，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技术。长畦分段短灌，若用毛渠输水、灌水，第一次灌水时，应由长畦尾端短畦自下而上分段向各个短畦内灌水，第二次灌水时，应由长畦首端开始自上而下向各分段短畦内灌水；若用塑料软管输水、灌水，每次灌水时均可将软管直接铺设在长畦田面上，软管尾端出口放置在长畦的最末一个短畦的上端放水口处开始灌水，该短畦灌水结束后脱掉一节软管，自下而上逐段向短畦内灌水，直至全部短畦灌水结束为止。应用长畦分段短灌法，畦田宽度可达5~10m，畦田长度可达200m以上，一般在100~400m，但其单宽流量并不增大。实践证明，长畦分段短灌技术是一种良好的节水型灌水方法，它具有以下优点：（1）节水。长畦分段灌溉技术，可以实现灌水定额在450m³/hm²左右的低定额灌水，灌水均匀度大于80～85%，与畦田长度相同的常规畦灌法相比较，可省水40～60%，田间灌水有效利用率可提高1倍左右或更多。（2）省工。灌溉设施占地少，可以省去一至二级田间毛渠。（3）适应性强。与常规畦灌法相比，可以灵活适应地面坡度、糙率和种植作物的变化，可以采用较小的单宽流量，减少土壤冲刷。（4）投资少，节约能源，管理费用低，技术操作简单，易于推广。（5）田间无横向畦埂或渠沟，方便机耕和采用其他先进的耕作方法，更有利于作物增产。（三）宽浅式畦沟结合灌水技术宽浅式畦沟结合灌水技术是群众创造的一种适应间作套种或立体栽培作物即“二密一稀”种植，灌水畦与灌水沟相结合的低成本地面灌溉节水技术。这种灌水方法的技术特点是，畦田和灌水沟相间交替更换。它的畦田宽度为40cm，可以种植两行小麦，就是“二密”，行距10~20cm。见图7-5（a）。小麦播种于畦田后，可以采用常规畦灌法或长畦分段灌水法灌溉。到小麦乳熟期，在每隔两行小麦之间挖掘浅沟，套种一行玉米，就是“一稀”，行距90cm。见图7-5（b）。在此期间，如遇干旱，土壤水分不足，或遇有干热风时，可利用浅沟灌水，灌水后借浅沟湿润土壤，为玉米播种和发芽出苗提供良好的土壤水分条件。小麦收获后，玉米已近拔节期，可在小麦收割后的空白畦田处开挖灌水沟，并结合玉米中耕培土，把从畦田田面上挖出的土壤覆在玉米根部，就形成了灌水沟沟埂，而原来的畦田田面则成为灌水沟沟底，其灌水沟的间距正好是玉米的行距，灌水沟的上口宽则为50cm。见图7-5（c）。（a）（b）（c）图7-5宽浅式畦沟灌结合灌溉示意图这种做法既可使玉米根部牢固，防止倒伏，又能多蓄水分，增强耐旱能力。宽浅式畦沟结合灌水方法，最适宜于在遭遇干旱天气时，采用“未割先浇技术”，以一水促两种作物。就是在小麦即将收割之前，先在小麦行间浅沟内，玉米播种前进行一次小定额灌水，这次灌水不仅对小麦籽粒饱满和提早成熟有促进作用，而且也提高了玉米播种出苗、幼苗期的土壤含水量，对玉米出苗、壮苗都有促进作用。宽浅式畦沟结合灌水技术的主要优点