节水灌溉理论与技术

第一章绪论节水灌溉（water saving irrigation，缩写WSI）：是根据作物需水规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境而采取的多种措施的总称。

提高农业水利用效率的途径：1)提高全民的节水意识：2)加大对工业企业的污水排放和污水净化处理监督；3)强化渠道陈彻改造，增加管道输水比重；4)加快研发节水新技术、新设备步伐，分阶段推广先进的地面灌水技术；5)增大科研投入，制定科学的灌水制度和合理的作物用水定额，提高作物水分生产效率。

发展节水灌溉的重要意义：①节约灌溉用水，改变传统的用水、管水方法；②促进农田水利科学技术进步，提高灌溉的科技含量；③减轻劳动强度，同时所节省出的水用于工业和城镇生活，缓解用水供需矛盾，有利于国民经济快速、健康、持续的发展；④有利于促进人们在用水方面的思想观念更新，提高用水管理水平。

我国传统灌溉面临的问题：灌溉工程设施老化、灌水技术比较老化、管理水平低国内外现阶段采用的主要节水灌溉技术包括：1、节水工程技术：①渠道防渗技术②低压管道输水技术③喷灌与微灌技术④地面灌溉改进技术2、节水农业技术：①耕作保墒技术②覆盖保墒技术③培肥改土，土肥耦合技术④节水生化制剂实用技术⑤抗旱品种选育3、节水灌溉管理技术：①制度管理②制定节水灌溉制度③采用先进的水分监测，控制设备和计算机技术第二章节水灌溉理论基础农田水分状况：农田水分状况是指农田地面水、土壤水和地下水数量的多少，存在的形式及其在时空上的分布规律与变化情况。

吸湿系数：干燥的土粒能够吸收空气中的水汽而成为吸湿水，当空气相对湿度接近饱和时，土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量称土壤的吸湿系数。

凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量，称凋萎系数，也称凋萎含水量。

毛管断裂含水量：随着作物的吸收和土表的蒸发土壤水分不断减少，当减少一定程度时，土壤空隙中的毛管水连续状态将会遭到破坏而断裂，对应的土壤含水量称为毛管断裂含水量。

田间持水量：土壤的悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。

一般认为田间持水量是土壤有效水分的上限，凋萎系数是土壤有效水分的下限，当土壤含水量为田间持水量的60%—80%时最适于旱地作物生长。

大气干旱：由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到干热风造成植物蒸腾耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸腾需要，这种情况谓之大气干旱。

土壤干旱：当土壤含水率过低，会出现植物根系从土壤中所能吸取的水量难于满足叶面蒸腾的消耗，而影响作物的生长，这种现象称为土壤干旱。

土壤—植物—大气连续体水分运移（SPAC）在SPAC中，水分运动的驱动力是水势梯度，即从水势高处向水势低处移动。

农田水分的消耗组成：植物蒸腾、棵间蒸发、深层渗漏作物需水量：指在适宜的外界环境条件（包括土壤水分，养分的充分供应）下，作物正常发育达到或接近该作物品种的最高产量水平时所需要的水量。

影响需水量的因素：1、自然因素：①气象条件②土壤特性③作物性状2、人为因素：农田排灌措施、农田耕作措施等。

阶段需水模数：作物各生育阶段的需水量占全生育期总需水量的百分数。

作物需水量与耗水量的异同：{肯定会考}（1）不同点①概念不同作物需水量：指在适宜的外界环境条件（包括土壤水分，养分的充分供应）下，作物正常发育达到或接近该作物品种的最高产量水平时所需要的水量。

作物耗水量：是指实际条件下作物获得一定产量时所消耗的水量。

②需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量）耗水量是一个实际值，又称实际蒸散量（2）相同点：单位一样，m 3/hm 2或mm 水层表示。

作物需（耗）水系数：作物生产单位产量（如1g 小麦）的需（耗）水量。

作物水分生产效率（常表示为WUE ）：作物每消耗单位水量（mm 或m 3）所能生产的产量（kg/mm 或kg/m 3）。

农作物的灌溉制度：是指作物播种前（或水稻栽秧前）及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期，灌水定额以及灌溉定额。

灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。

灌溉定额：作物全生育期各次灌水定额之和。

灌溉制度制定方法：经验法、试验法、水量平衡原理水分亏缺对作物生理过程的影响：① 抑制作物器官和个体的生长发育；② 影响作物的光合呼吸作用；③ 影响作物碳水化合物代谢与同化物的运输；④ 影响作物的生化反应；⑤ 影响作物对矿物质的吸收。

作物水分生产函数（water production function ）：指作物产量与需水量之间的函数关系。

作物特征曲线可分为两个区：1区 （C 点以左）是非充分灌溉区2区 （C 点以右）是过量灌溉区第三章 地面灌水方法地面灌水技术优缺点：（1）优点：①能充分满足作物的需水要求；②对灌水技术要求不高，很容易被人们掌握运用；③不需要特殊的专门设备、投资省；④由于水流是借重力和毛管作用下渗，故可以节省能源、运行费用低。

（2）缺点：①田间灌水有效利用率低；②易发生超量灌溉；③对土壤平整要求较高。

根据灌溉向田间输送的形式和湿润土壤的方式不同，传统地面灌溉方式分为：畦灌、沟灌、淹灌，畦灌按地形坡度划分：顺坡畦灌、横坡畦灌，按畦田的长度划分为：长畦灌、短畦灌。

✧ 计算达到灌水定额所需要时间H t =K 0 t n1-α 式中Ht —tn 时间渗入到土壤中的水量，cm ； m —计划的灌水定额，cm ； k 0—第一个单位时间内的平均入渗速度，cm/h ；t n —入渗量达到计划灌水定额所需要的下渗时间，h ；α—土壤入渗递减指数α一般可取0.3—0.8，轻质土壤选用小值，重质土壤选用大值。

✧ 计算入畦单宽流量Qt=mbl 令q=Q/b,则3.6qt=ml,则q=ml/3.6t式中 Q 为畦首控制的入畦流量L/s ；单位：m 3/hm 2或mm t n =(m/k 0)(1/1-α) H t =mt为畦首处畦口的供水时间（h）；m为灌水定额（m）；b为畦宽（m）；l为畦长（m）；q为入畦单宽流量[L/(s.m)]例题1：某灌区种植小麦，灌水定额m=50m3/亩，土壤渗水性中等，有土壤入渗试验资料得知：第一小时内平均入渗速度k0=150mm/h，α=0.5，地面坡度（畦田纵方向）为0.2，畦田长度选择60m。

（1）计算灌水时间；（2）计算入畦单宽流量解：已知 m=50m3/亩，k0=150mm/h，α=0.5，l=60mt=(m/k0)(1/1-α)=0.25h q=ml/3.6t=5[L/(s.m)]沟灌依地形坡度大小划分：顺坡沟灌、横坡沟灌；依灌水沟断面划分：深灌水沟、浅灌水沟。

灌水沟间距：在轻质土壤上，土壤湿润范围呈长椭圆形；在重质土壤上，土壤湿润范围呈扁椭圆形；粘土＞壤土＞沙土。

封闭灌水沟的沟长与地面坡度及沟中水深的关系，用下述计算式表示： L=|h1-h2|/i 式中h1—灌水停止时封闭灌水沟的沟首水深，m；h2—灌水停止时封闭灌水沟的沟尾水深，m；L—沟长，m； i—灌水沟的坡度；✧为了使土壤湿润均匀，式中h2-h1的差值应不超过0.06—0.07m，如灌水沟的最小极限坡度为0.002，则股水沟的长度约为：30—35m。

（上面的公式计算，结果一定要带单位）改进地面灌水技术：1、小畦灌技术：主要指畦田“三改”灌水技术，即“长畦改短畦、宽畦改窄畦、大畦改小畦”的三改畦灌灌水技术。

2、小畦灌技术的优点：①节约水量，容易实现小定额灌水；②灌水均匀，浇地质量高；③防止深层漏水，提高田间水的有效利用率；④减少土壤冲刷，减少土壤养分淋湿，土壤板结减轻。

波涌灌溉技术：又称波涌灌溉或间歇灌溉，先用较大流量把水推进一段距离，暂停灌水，间隔一定时间之后再次防水，如此断断续续使水流呈波涌状推进。

涌流灌系统主要由水源、管道、间歇阀、控制器等组成。

涌流灌溉主要灌水类型：①定时段—变流程法（放水流量和时间一定，水量推进长度不同）②定时段—变时段法（水流新推进长度和流量相同，放水时间不同）③定时段—变流量法（第一个周期增大流量，到3/4后停止，后以较小流量满足灌水定额）第四章喷灌技术喷灌：就是利用水泵和管道系统，在一定的压力下把水喷到空中，碎成细小水滴，均匀降落在田间，供给作物水分的一种灌溉方法。

喷灌技术的优缺点：1、优点：①省水、增产、提高作物品质；②提高土地利用率；③节省劳动力；④保持土壤结构，保持土壤肥力、适应性强。

2、缺点：①风和湿度对喷管的影响（当风力大于三级是就不适宜）；②要求较高投资；③相对耗能高。

喷灌系统的组成：水源工程、水泵和动力机、压力管道、喷头及附属设备等组成。

喷灌系统按获得压力方式分为：机压喷灌系统、自压喷灌系统；按管道可移动程度分：固定式喷灌系统、移动式喷灌系统、半固定式喷灌系统；按喷灌机组喷洒特征分：定喷机组式喷灌系统、行喷机组式喷灌系统。

喷头的种类：按喷头工作压力大小可分为：低压喷头、中压喷头、高压喷头。

喷头按其结构分类：旋转式喷头、固定式喷头、孔管式喷头。

喷头的基本参数1)喷头的几何参数：进水口直径、喷嘴直径、喷射仰角；2)喷头的工作参数：工作压力、喷头流量、射程；3)喷头的水利性能参数：喷灌强度、喷灌均匀度、喷灌打击强度。

计算喷灌强度：Ps=（1000qη）/SPs—计算喷灌强度，mm/h；q—喷头流量，m3/h；η—喷洒水有效利用系数（一般取0.8-0.95）喷灌中对管道的技术要求：①能承受设计工作压力，一般要求管壁有相应的厚度，并特别注意厚度要均匀。

对于不同工作压力要选用不同的管材。

②能通过设计的流量，而不至造成较大的水头损失，以节约能量。

除要求有一定的过水断面外，还要求管道内壁尽量光滑，以减少摩阻系数。

③价格低廉，使用寿命长，塑料管材要注意防老化，钢材管材注意防锈蚀。

④便于运输，易于安装与施工，接头连接要方便，而且有一定的抗震和抗折能力。

⑤对于移动管道，则要求轻便，耐撞磨，并能经受风吹日晒。

设计灌水定额：m=10H(θmax-θmin)/η式中：m为设计灌水定额（mm）；H为喷灌土壤计划湿润层厚度（cm）；θmax为灌后土层含水量上限（以土体百分数计）体积含水量θmin为灌前土层含水量下限（以占土体百分数计）η为喷洒水有效利用率，一般选用0.7-0.9。

设计灌水周期：T=(mη)/e T为设计灌水周期（d）； m为设计灌水定额（mm）；e为作物日平均需水量（mm/d）；η为为喷洒水有效利用率。

某一次灌水喷头的喷洒时间：t=m/p式中：t为喷头的喷洒时间（h）；p为喷灌系统的平均喷灌强度（mm/h）；第五章微灌技术微灌：微灌是利用专门的设备，将有压水流变成细小的水滴，以微笑的流量湿润作物根区附近土壤的一种局部灌水方法。

微灌的优缺点：1、优点：①节水；②省工省能源；③灌水均匀；④提高作物产量；⑤对土壤和地形的适应性强；⑥便与自动化管理。