南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設計

1、南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設計    摘要：本文在非充分灌溉理論和調虧灌水技術指導下，采用參數(shù)修正法為主綜合修正法為輔的計算方法，給出了南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度的設計原則與方法，編制了計算軟件，得到了和試驗數(shù)據(jù)基本吻合的灌溉制度。此設計方法不限制于南方季節(jié)性缺水灌區(qū)，可普遍采用。但由于節(jié)水灌溉情況下作物需水量尚需進一步研究，節(jié)水措施又非常多，目前尚缺乏充分的試驗數(shù)據(jù)驗證某些參數(shù)選用的合理性，本設計方法需要進一步完善。 關鍵詞：季節(jié)性缺水 節(jié)水灌溉制度 設計 前言在節(jié)水農業(yè)的迅速發(fā)展中，節(jié)水灌溉制度的優(yōu)化設計越來越引起重視。但長期以來，

2、節(jié)水灌溉制度沒有完善的設計方法，雖然國內外專家提出了一些基本理論，但實踐中仍然按照充分灌溉理論，基本沿用常規(guī)灌溉的設計方法，這和實際情況不符。依托863課題“南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水農業(yè)綜合技術體系集成與示范”四川簡陽示范點，本文在總結示范點采用的農業(yè)綜合節(jié)水灌溉技術及試驗數(shù)據(jù)的基礎上，以非充分灌溉理論和調虧灌水技術為指導，提出了可供實際應用的節(jié)水灌溉制度設計方法。1 四川簡陽“863”節(jié)水農業(yè)示范基地農業(yè)綜合節(jié)水技術我國南方地區(qū)年降雨量豐富，但時空分布不均，近年來季節(jié)性干旱較為嚴重。以四川為例，四川東部丘陵區(qū)的季節(jié)性干旱就非常嚴重，很多地區(qū)常常是春旱、夏旱連伏旱且十年九旱。隨著水資源的日益匱乏

3、、灌溉水成本逐漸提高的影響,節(jié)水灌溉、科學灌溉的呼聲越來越高，特別是農業(yè)產業(yè)化及高科技農業(yè)的規(guī)模不斷擴大,對灌溉用水進行科學管理的市場需求也越來越大。四川簡陽“863”節(jié)水示范區(qū)針對我國南方地區(qū)季節(jié)性干旱的特點，通過建立農業(yè)用水基本信息數(shù)據(jù)庫、灌溉水量監(jiān)測與農業(yè)用水監(jiān)測系統(tǒng)、動態(tài)配水模型，科學合理地對灌區(qū)灌溉用水進行了管理。灌溉制度設計是灌溉工程設計的核心內容，節(jié)水措施是節(jié)水灌溉制度設計的基礎。依據(jù)地形、地貌、農業(yè)氣候等特點結合現(xiàn)有水利設施，該示范區(qū)集成與展示有十項農業(yè)綜合節(jié)水技術，如下：（1）水稻綜合節(jié)水灌溉技術（2）玉米、紅苕綜合節(jié)水灌溉技術（3）小麥、油菜綜合節(jié)水灌溉技術 （4）果樹綜合

4、節(jié)水灌溉技術 （5）渠道、塘堰防滲堵漏綜合節(jié)水技術（6）坡面集雨節(jié)灌綜合節(jié)水技術（7）噴、微灌綜合節(jié)水灌溉技術（8）沱江提灌站、萬古水庫與仙女灘石河堰聯(lián)合調配技術（9）小水利工程（庫塘堰站池井）聯(lián)合運行模式（10）降雨、地表水、地下水、土壤水四水聯(lián)動調配技術2 節(jié)水灌溉制度設計方法2.1 灌溉制度設計原則示范區(qū)所在地四川簡陽屬川中丘陵區(qū)，旱作物生長期內土壤水分多數(shù)時間處于適宜土壤水分的中或下限，不少時間低于下限，作物或多或少地受到土壤水分脅迫。以往的灌溉制度設計基本上是按照充分灌溉理論（滿足作物全生育期內潛在蒸發(fā)蒸騰需水量，作物全生育期土壤水分在適宜水分的上、下限之間）設計的，這和實際情況不符

5、。計算出的灌溉定額比當?shù)馗弋a年份實際采用的灌溉定額要高，而且高的幅度較大。該示范區(qū)灌溉制度設計是根據(jù)實際情況，采用上述十項農業(yè)綜合節(jié)水灌溉技術，著力于提高示范區(qū)水的有效利用率和作物水分利用效率，在非充分灌溉理論和調虧灌水技術指導下進行的。計算時采用了一些近年國內外研究成果，受旱脅迫減產率小于5%。2.1.1 旱作物需水量計算公式在非充分灌溉條件下，旱作物需水量計算可采用Jensen對數(shù)公式：（1）（2）式中：為土壤水分脅迫修正系數(shù)；為相對有效含水率，其中為根系活動層的平均土壤含水率，為凋萎系數(shù)，為田間持水率。根據(jù)對四川省農田水分盈虧的研究，為了保證脅迫減產率小于5%，根活動層的平均土壤含水率在

6、作物生長敏感期（關鍵期）應保持在適宜土壤含水率下限以上，在其余生育期可低于適宜土壤含水率下限0.82以上（輕度缺水，輕微度受旱）。2.1.2 計算方法在節(jié)水灌溉制度設計中，有兩種計算方法：一種是參數(shù)修正法，即對農田水分平衡方程中的計算參數(shù)按相應節(jié)水灌溉技術要求進行修正。這種方法可以計算出灌水時間、灌水定額、灌溉定額等節(jié)水灌溉制度的全部數(shù)據(jù)。這種方法較為復雜，適合于灌溉管理、大、中水利工程節(jié)水規(guī)劃設計。另一種是綜合修正法，這種方法直接對常規(guī)灌溉制度計算的灌溉定額結果進行打折修正，得出節(jié)水灌溉定額，但無法獲得節(jié)水灌溉制度的其它指標。這種方法較為簡單，適合于水資源平衡計算，小型水利工程節(jié)水規(guī)劃設計，

7、目前許多節(jié)水規(guī)劃是采用這種方法計算的。這里采用參數(shù)修正法為主綜合修正法為輔的計算方法。2.1.3 種植結構調整由于示范區(qū)均為提水灌區(qū)，特別是沱江灌區(qū)，提水揚程較高，渠道較長，灌溉供水成本較高，不適合進一步發(fā)展高耗水作物。根據(jù)現(xiàn)有情況，對水稻面積進行了控制。2.1.4 節(jié)水措施水稻：四川、貴州等南方季節(jié)性缺水灌區(qū)，一般屬中、小型灌區(qū)。渠道和泵站的運行都是間斷性的。除冬水田、沖、槽田外，水稻“淺、濕、薄、曬”灌水技術并不適合這些地區(qū)。淺灌中（深）蓄灌水技術有利于節(jié)水(1020%)和蓄雨(增加蓄雨530%)，已為當?shù)剞r民普遍采用，是一種常規(guī)的灌水技術。該示范區(qū)主要采用的節(jié)水技術有旱育秧技術、塑料薄膜

8、、秸稈覆蓋技術和“強化大三圍”栽培技術等，這些技術主要是通過減少泡田水量、減少棵間蒸發(fā)、減少滲漏量達到省水的目的。旱作物綜合節(jié)水灌溉技術構成比水稻復雜，一般都是幾種節(jié)水灌溉技術一起采用,種子包衣技術、控制性灌水、秸稈覆蓋等，這些技術主要是通過促進種子及根系生長能力、減少棵間蒸發(fā)、抑制植株無效蒸發(fā)、多蓄雨水來達到節(jié)水的目的。果樹綜合節(jié)水灌溉技術主要由優(yōu)質苗木靠接技術、關鍵期水肥結合溝（點）灌技術、抗旱劑噴施技術和棵間覆蓋（秸稈、種殼、雜草、肥料等有機混合物覆蓋）技術組成。2.2 節(jié)水灌溉制度設計參數(shù)2.2.1 水稻根據(jù)參數(shù)修正法和節(jié)水灌溉制度設計要求，分秸稈覆蓋和薄膜覆蓋兩種情況對水稻節(jié)水灌溉制

9、度計算參數(shù)如作物系數(shù)、初始水層、降雨深蓄限、適宜灌溉水層上限、適宜灌溉水層下限等作調整。2.2.2 旱作物根據(jù)參數(shù)修正法和節(jié)水灌溉制度設計要求，對旱作物節(jié)水灌溉制度計算參數(shù)土壤適宜水分上、下限作調整。3 四川簡陽“863”節(jié)水農業(yè)示范區(qū)節(jié)水灌溉制度設計成果采用上述方法，編制計算軟件，對示范區(qū)主要作物以旬為單位進行了長系列（1960-2000年）的節(jié)水灌溉制度計算。水稻節(jié)水灌溉定額是將秸稈覆蓋、薄膜覆蓋以及旱育秧的節(jié)水原理進行分解，然后分別對水量平衡方程的參數(shù)作相應的修正，計算出秸稈覆蓋、薄膜覆蓋的單項灌溉定額，再結合各自的使用面積綜合而成。旱作物及果樹節(jié)水灌溉單項定額是在考慮土壤水分脅迫和非關

10、鍵期限制性灌溉的基礎上，按水量平衡方程及農田水分調蓄計算得出的結果，再用其它不同節(jié)水措施的節(jié)水效果和實施面積計算得出的加權綜合節(jié)水比例進行修正后得出。在此基礎上，根據(jù)示范區(qū)節(jié)水與常規(guī)灌溉面積比例，加權平均得到主要作物的綜合凈灌溉定額。再根據(jù)各種作物的面積加權平均得到示范區(qū)田綜合凈灌溉定額、土綜合凈灌溉定額以及田土綜合凈灌溉定額。同時，對各種作物的凈灌溉定額以及綜合凈灌溉定額作了排頻分析，得到了75%典型年的凈灌溉定額供水資源平衡分析采用。其中，示范區(qū)水稻節(jié)水灌溉制度設計成果見表1、表2、表3、表4、表5，旱作物及果樹的灌溉制度設計及計算軟件等成果略，有興趣的讀者可向作者索取。表1 示范區(qū)水稻節(jié)

11、水灌溉技術節(jié)水效果表采用技術減少泡田水量減少需水量減少滲漏量綜合節(jié)水實施面積旱育秧技術3545%1530%8595%4065%30%秸稈覆蓋技術/1525%2035%1530%15%薄膜覆蓋及“強化大三圍”技術2035%3050%5065%3050%35%備注：1、本表根據(jù)省內外相關試驗資料總結而得。2、表中減少水量是相對常規(guī)灌溉而言，本次計算綜合節(jié)水效果取中值。3、實施面積為占播種面積的百分數(shù)。 表2 示范區(qū)水稻節(jié)水灌溉制度參數(shù)表（秸桿覆蓋） 5下6上6中6下7上7中7下8上8中8下作物系數(shù)0.810.981.051.091.241.281.241.351.261.17滲

12、漏量（mm/d）1.481.440.001.441.961.961.961.770.000.00初始水層（mm）40.00            降雨深蓄限（mm）40.0070.000.0090.0090.0090.0080.0050.000.000.00適宜灌溉水層上限(mm)35.0050.000.0060.0060.0060.0050.0030.000.000.00適宜灌溉水層下限(mm)5.0020.000.0020.0020.0020.0020.005.000.0

13、00.00表3 示范區(qū)水稻節(jié)水灌溉制度參數(shù)表（薄膜覆蓋與強化大三圍） 5下6上6中6下7上7中7下8上8中8下作物系數(shù)0.580.700.900.930.931.121.091.051.121.04滲漏量（mm/d）0.740.720.720.720.980.980.980.890.000.00初始水層（mm）15.00         降雨深蓄限（mm）20.0035.0035.0045.0045.0045.0040.0025.000.000.00適宜灌溉水層上限(mm)18.0025.002

14、5.0030.0030.0030.0025.0015.000.000.00適宜灌溉水層下限(mm)0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00表4 示范區(qū)水稻節(jié)水灌溉制度表（秸桿覆蓋）（P=75%） 單位：m3/畝 5下6上6中6下-7中7下8上8中-8下本田全生育期（凈灌溉定額）全生育期（凈灌溉定額）灌水量 2147272033 148266灌水次數(shù) 11112 6 表5 示范區(qū)水稻節(jié)水灌溉制度表（薄膜覆蓋與強化大三圍）（P=75%） 單位：m3/畝 5下6上6中6下-7中7下8上8中-8下本田全生育期（凈灌溉定額）全生育期（凈灌溉定額）灌水量  1740 20 77195灌水次數(shù)  12 1 4 4 結論采用本設計方法得