削減損失水量和灌溉水量的灌溉方法

1、削減損失水量和灌溉水量的灌溉方法安養(yǎng)寺久男 *安田裕 *Irrigation Method to Reduce Water Lossand Reduce Irrigation Water*Hisao ANYOJIHiroshi YASUDA日本沙丘學(xué)會(huì)雜志第 54 卷第 2 號(hào)（ 2007）增刊削減損失水量和灌溉水量的灌溉方法安養(yǎng)寺久男安田裕Irrigation Method to Reduce Water Lossand Reduce Irrigation WaterHisao AHiroshi YNYOJIASUDASummaryDeveloped water resources have

2、 to be used sustainably, because the development of new water resources hasbecomevery difficult.At the same time, water-useefficiencyin irrigationhas to be increased.The water-useefficiency of existing irrigation projects is not high but low. Both conveyance efficiency from the watersource to fields

3、 and application efficiency on each field have to be increased to attain higher water-useefficiency in irrigation. On each field, a reduction in water loss and irrigation water results in theattainment of high application efficiency. The possibility of reduction of water loss and irrigation wateris

4、discussedin thispaper with relationto irrigationmethods, because irrigationmethods affectapplicationefficiency. Only the drip irrigation of many micro-irrigation methods meets this objective. The cost of theinstallationof dripirrigationis the most expensive of the many irrigationmethods. However, in

5、 areas wherewater for irrigation is scarce and the necessity to reduce loss and irrigation water is very high, theinstallation of drip irrigation has to be considered to attain those objectives.Key words : drip irrigation, micro-irrigation, reduce of water loss, reduction of irrigation water1. 前言安養(yǎng)寺

6、和安田分析了國(guó)際灌溉排水委員會(huì)（ICID ）的調(diào)查數(shù)據(jù)，指出了在灌溉的各個(gè)階段中水的利用效率的實(shí)際情況。根據(jù)這種實(shí)際狀況，從水源到田間入口的輸水效率（conveyance efficiency）分布在0.22 0.93 的較大范圍內(nèi)，平均值為0.58 （ 58%）。同樣，田間的灌水效率（ application efficiency）分布在 0.14 0.87 的較大范圍內(nèi)，平均值為 0.51 （ 51%）。這些效率匯總計(jì)算出的綜合灌溉效率（total irrigation efficiency）分布在 0.07 0.60 的較大范圍內(nèi)，平均值為0.28 （ 28%）。由此可見，灌溉中的水資源

7、利用效率絕不能算高。要提高綜合灌溉效率，就需要同時(shí)提高輸水效率和灌水效率。本文將探討在農(nóng)田田間削減損失水量和灌溉水量的方法，并整理這些方法， 使水量的削減成為可能。其結(jié)果將會(huì)提高灌水效率，并對(duì)提高綜合灌溉效率做出貢獻(xiàn)。2. 損失水量的削減方法2.1關(guān)于農(nóng)田田間的水利用效率，其數(shù)值大小主要取決于灌溉的方法。如圖1 所示，假設(shè)將日本鳥取大學(xué)干旱地區(qū)研究中心（680-0001 日本鳥取市浜坂1390）Arid Land Research Center, Tottori University關(guān)鍵詞：滴灌，微灌，削減灌溉水量損失，削減損失水量灌溉到農(nóng)田里的水深按大小順序重新排列。例如，對(duì)于噴灌， 將 4

8、 個(gè)噴頭圍起來的部分劃分成格子形狀，在各個(gè)格子上安放接水罐，測(cè)定噴灑深度，并把它們按大小順序排列；對(duì)于滴灌，則是將沿滴灌管道分布的滴水器出水流量按大小順序排列；而對(duì)于溝灌， 則把它看作是從畦田上游端流到下游端的入滲深度的分布。DU：水深最大值（上游端的水深）A：根系區(qū)域所保持的水量DL：水深最小值（下游端的水深）B：滲透到根系區(qū)域下方的水量Dreq ：灌溉所需水深C：畦田下游端流出的水量D：通過灌溉仍未補(bǔ)足的水量圖 1灌溉水深的分布根據(jù)圖 1 來考慮水的利用效率。 假設(shè) AB C 是灌溉到農(nóng)田里的水量。 其中 A 為根系區(qū)域所保持的水量， B 為滲透到根系區(qū)域下方的水量。如果是溝灌，必須考慮畦

9、田下游端流走的水。因此，假設(shè)畦田長(zhǎng)度 L 保持原樣一直延伸到 L，將畦田下游端流出的水量 C 作為入滲水量。 A D 是灌溉前根系區(qū)域所需要的水量。 其中 A 為灌溉補(bǔ)充的水量， D為通過灌溉仍未補(bǔ)足的水量。灌水效率（ Ea，小數(shù)）是用來評(píng)價(jià)根系區(qū)域所保持的水量占灌溉到田間的水量的比例的一個(gè)數(shù)據(jù)，可用下式計(jì)算：A（ 1）Ea=A+B+C損失水量比率（ Dp，小數(shù)）是用來評(píng)價(jià)滲透到根系區(qū)域下方的水量和畦田下游端流出水量占灌溉到田間的水量的比例的一個(gè)數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式如下。 此外，灌水效率和損失水量比率為相反關(guān)系， E和 D之和為 1.0。apB+C（ 2）D p=A+B+C僅有 Ea 和 Dp 還

10、不能評(píng)價(jià)田間的灌水效率。蓄水效率（Es，小數(shù)）是用來評(píng)價(jià)灌溉所補(bǔ)充的水量占灌溉前根系區(qū)域所需要水量的比例的一個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下：A（ 3）Es=A+D水量不足比率（Pd，小數(shù)）是用來評(píng)價(jià)灌溉未補(bǔ)足水量占灌溉前根系區(qū)域所需要水量的比例的一個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下。此外，蓄水效率和水量不足比率為相反關(guān)系，Es 和 Pd 之和為 1.0。D（ 4）Pd=A+D2.2 損失水量的削減灌溉中減少損失水量的方法，首先是削減圖1 中的 C。從公式（ 1）可以清楚地看到，如果減少或去掉 C，就會(huì)提高 Ea。根據(jù)灌溉方法的不同， Ea 也會(huì)有很大的差異。例如，對(duì)于溝灌以外的其他灌溉方法，因?yàn)镃 0，所以與溝灌相比

11、，其灌水效率就會(huì)變高。即使是溝灌，如果流出畦田下游端的水能得到再利用，那么C 0。對(duì)于流出畦田下游端的水得不到再利用的情況，作為減少C的方法，有減量式灌溉和涌流式灌溉。對(duì)于溝灌來說，重要的是讓水盡快地從畦田上游端流到下游端。這樣，上游端的水深DU 和下游端的水深 DL 的差距就將變小，Ea 和 Es 同時(shí)提高， Dp 和 Pd 同時(shí)降低。為此，適當(dāng)?shù)钠栝L(zhǎng)、畦田上游端的流入流量大小和流入方式十分重要。如圖 2 所示，畦田上游端的水流流入方法有連續(xù)式和間歇式。減量式指的是雖然水連續(xù)流入，但流量分階段遞減的一種方式。即在灌溉開始時(shí)，只要不引起侵蝕，必須讓盡可能大的水流流量持續(xù)地從畦田上游端流入，并盡

12、快流到下游端。 但是，從水流到達(dá)畦田下游端時(shí)開始，分階段地減少水流流入流量，這樣可以減少圖1中的 C。如圖 2 所示，涌流式灌溉指的是讓水間歇性地流入畦田上游端，并盡快到達(dá)下游端的一種方法。 停止水流流入時(shí)， 土壤中會(huì)發(fā)生水的重力下沉和毛細(xì)管中水的二次移動(dòng)，同時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)。由于出現(xiàn)這種負(fù)壓狀態(tài)，土壤表面會(huì)被壓縮。在這種狀態(tài)下如果再進(jìn)水，與向土壤中滲水相關(guān)的動(dòng)水流坡降會(huì)比連續(xù)灌水時(shí)加大。但是，土壤表面收縮所引起的透水性降低超過了動(dòng)水流坡降增加所產(chǎn)生的影響，結(jié)果土壤滲水受到抑制， 水的前進(jìn)速度加快14）。為了反復(fù)灌水和停水，灌溉作業(yè)需要的時(shí)間確實(shí)會(huì)增加。但是，如果單從水的流入時(shí)間來看，和連續(xù)灌水

13、相比，水流到達(dá)畦田下游端的時(shí)間加快了，圖1 中的 C就能夠得到削減。連續(xù)流入流量滲流入流量 2.0l/sec連續(xù)流入（減量式）入速流度連續(xù)流入比量間歇流入流入 10 分鐘間歇流入（涌流式）停水 10 分鐘流量經(jīng)過時(shí)間經(jīng)過時(shí)間 (min)圖 2 畦田上游端水流流入方法圖 3水流滲入速度的降低表 1 間歇流入引起的蓄水常數(shù)的變化流入流量間歇流入連續(xù)流入有無碾壓蓄水常數(shù)1 次2 次3 次4 次l/sec2.0a17.0024.9026.8413.34有b0.540.650.670.63a13.1323.6525.1324.9716.23有b0.760.770.810.820.632.5a15.582

14、4.7623.0826.3613無b0.630.700.820.840.68a15.4669.6929.3630.5718.31有b0.700.720.760.800.543.0a16.6127.5829.5931.9917.7無b0.630.740.780.790.57中國(guó)黑龍江省水利科學(xué)研究所進(jìn)行了很多關(guān)于溝灌的實(shí)驗(yàn)。表1 表示的是水流入10 分鐘、停水 10 分鐘、重復(fù)3 4 次時(shí)公式（ 6）的蓄水常數(shù)?？梢悦黠@地看出，第二次灌水時(shí)，蓄水常數(shù) a 大幅度增加，水的前進(jìn)速度變快了。但是第三次灌水時(shí)，和第二次灌水時(shí)相比，蓄水常數(shù)未見有大幅度增加。同樣地，圖3 表示了土壤的滲水速度。和連續(xù)流入

15、相比，間歇流入時(shí)水的滲入速度明顯降低。其次，減少損失水量的方法就是使圖1 中的 B 變小。從公式（1）可以明顯地看出， B減小， Ea 就會(huì)變大。反過來說，如果對(duì)灌溉設(shè)施進(jìn)行了提高Ea 的灌溉設(shè)計(jì)，就可以減小B。除了灌溉方法， 將灌溉水深分布中的哪一個(gè)數(shù)值設(shè)定為灌溉所需水深，也將影響B(tài)值的變化。例如在圖1 中，如果將上游端的水深D（水深最大值）設(shè)定為灌溉所需水深D，其Ureq他水深就將低于Dreq ，那么 B 0， Ea 就會(huì)變高，但是 D 變大了， Es 就會(huì)變小。相反，如果將下游端的水深D（水深最小值）設(shè)定為D，其他水深就將大于 D。D 0，E 變高了，但是LreqreqsB 會(huì)變大， E

16、a 會(huì)變小。象這樣，必須通過B 和 D 的關(guān)系，考慮將灌溉水深分布中的哪一個(gè)數(shù)值設(shè)定為 Dreq 。2.3 溝灌的效率2.3.1 水的滲入公式與前進(jìn)公式對(duì)于離畦田上游端的距離為任意距離l 的一個(gè)地點(diǎn)， 滲水時(shí)間 （任意地點(diǎn)處于蓄水狀態(tài)的時(shí)間）是指從水到達(dá)的時(shí)刻開始到水退去的時(shí)刻之間的時(shí)間。因此，對(duì)于溝灌的設(shè)計(jì)，就需要有水的前進(jìn)公式、水的退去公式以及水的滲入公式。農(nóng)田田面的坡度如果在0.05%以下，就不能忽略水的退去時(shí)間，但是如果在0.05%以上，由于水很快就會(huì)退走，就可以忽略退去時(shí)間11）適用。另一方面，對(duì)于濕潤(rùn)地區(qū)的溝灌來說，坡度的下限值為0.03 0.05%，上限值為 0.30%11）0.

17、05% 0.30%，。在這里，假設(shè)農(nóng)田的坡度為不考慮水的退去時(shí)間。對(duì)于水的滲入，使用公式（ 5）科司齊亞科夫的滲入公式7）。水的前進(jìn)則使用公式（ 6）指數(shù)函數(shù)公式15）。D=ct 0n（ 5）l=at lb（ 6）to=T-t l（ 7）這里， D：表示時(shí)間t 0 時(shí)的滲入水深；t 0：表示距離畦田上游端距離為l的地點(diǎn)的滲水時(shí)間（蓄水狀態(tài)下的時(shí)間）； c，n：表示實(shí)驗(yàn)常數(shù)（滲水常數(shù)）； l ：表示離畦田上游端的距離；t l ：表示水從畦田上游端到達(dá)距離為l 的地點(diǎn)的時(shí)間； a，b：表示實(shí)驗(yàn)常數(shù) （蓄水常數(shù)）；T：表示全部灌溉時(shí)間。灌水效率利用公式（ 5）（ 7），求溝灌的灌水效率。如果流出畦田

18、下游端的水沒有再利用，那么灌水效率計(jì)算如下所示：X b -nX b+1（ 8）Ea=nb11+btLX=T這里， T：表示全部灌溉時(shí)間；t L：表示水從畦田上游端到達(dá)下游端的時(shí)間；n：表示滲水常數(shù)； b：表示蓄水常數(shù)。這樣， Ea 就成了 X， n，b 的函數(shù)。但是，如果確定了作為測(cè)定對(duì)象的田間，n 和 b 就是一個(gè)固定值，所以只有X 是可能變化的。如果將公式（8）對(duì) X 進(jìn)行微分并使其為 0，則 X為公式（ 9）時(shí) Ea 為最大值。因此，如根據(jù)這個(gè)X 確定畦田的長(zhǎng)度，灌水效率將達(dá)到最大。Xb（ 9）n（1+ b）3）如果對(duì)流出畦田下游端的水加以再利用，則灌水效率如下所示：E=1-nXanbX

19、11+bEa也成為 X，n，b 的函數(shù)，這時(shí)仍然只有 X 是可變量。用 X 將公式（ 10）微分，整理其分子，則為 -n/ （1 b）。由于 n 和 b 均為正數(shù)，則公式（ 10）的導(dǎo)數(shù)總是為負(fù)數(shù)，得不到最大最小值，因此不能以 Ea為指標(biāo)從解析的角度來確定X 的最佳值。假設(shè) n 0.75 ，b 0.75 ，那么根據(jù)公式（ 9），X 0.57 。將這些數(shù)值代入公式（8），則Ea 0.55 （ 55%）。即，水在占全部灌溉時(shí)間T 的 57%的時(shí)間里流過的距離為畦田的最佳長(zhǎng)度。但是，由于對(duì)流出畦田下游端的水沒有加以再利用，灌水效率將停留于55%。但如果假設(shè)對(duì)流出畦田下游端的水加以再利用，將n0.75

20、 ， b0.75 ， X0.57 代入公式（ 10），則 Ea將提高到0.70 （ 70%）。針對(duì)每種情況下的X，計(jì)算 Ea 和 Ea的數(shù)值。 從圖 4 可以明顯地看出， 雖然 Ea 有最大值，但 Ea卻同樣隨 X 的增加而減少。并且不管 X 為哪一個(gè)數(shù)值， Ea都大于 Ea。這樣，如果對(duì)畦田下游端流出的水加以再利用，灌水效率就會(huì)提高。但是，為收集流出水，需要在農(nóng)田下游側(cè)修建蓄水池。 并且為了將收集到的水送到上游側(cè)的供水渠道里，需要有水泵和輸水管道。流出水的再利用并不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的辦法。如圖 5 所示，必須假設(shè)在畦田下游端的流出水得不到再利用的情況下，來設(shè)計(jì)溝灌。 這時(shí)，如圖4 所示， Ea 的

21、最大值為0.60 （ 60%）左右。此外，圖6 不是溝灌，而是畦灌，農(nóng)田明顯太長(zhǎng)。 這種太長(zhǎng)的農(nóng)田如果使用溝灌，由圖1 所示， DU 與 DL 之間的差距極度增大，灌水效率就會(huì)變得很低。如上所示，溝灌在削減損失水量方面是有一定局限性的。灌水效率（圖 5畦田下游端的流出水%）的值圖 4 X 與灌水效率的關(guān)系圖 6過長(zhǎng)農(nóng)田實(shí)施的畦灌2.4噴灌與滴灌的效率灌溉用水的分布效率在噴灌的設(shè)計(jì)中，將對(duì)噴頭進(jìn)行選擇，確定其安裝間隔，以便使 4 個(gè)噴頭圍起來的矩形區(qū)域內(nèi)的噴灑深度分布效率超過標(biāo)準(zhǔn)值。分布效率用于表示噴灑深度的分布狀況，普遍使用的是均勻系數(shù)和噴灑效率。均勻系數(shù)8）x 的平均值以及該平均值與各個(gè)噴灑

22、深度的偏差是根據(jù)測(cè)得的噴灑深度分布的絕對(duì)值的平均值計(jì)算出來的分布效率，如下式所示。 如果將 x 的分布作為沿滴灌管道分布的滴水器的出水流量分布，那么公式（11）就可以用于滴灌。NixxUCC=1i=1（ 11）N x這里， UCC ：表示均勻系數(shù)（小數(shù)）， xi：表示測(cè)得的各個(gè)噴灑水深，x ：表示x 的平均值， N：表示測(cè)定噴灑深度的數(shù)量。9）噴灑效率 是根據(jù)測(cè)得的噴灑深度分布 x 的平均值以及按從小到大的順序選取相當(dāng)于測(cè)定數(shù)量的 25%的噴灑深度求得的平均值而計(jì)算出來的分布效率，計(jì)算方法如下所示。公式（ 12）同樣可用于滴灌。PE=x1 / 4（ 12）x這里， PE：表示噴灑效率（小數(shù)），

23、 x 1/4 ：表示從小到大排列，第一個(gè)四分之一處（噴灑深度測(cè)定數(shù)量N的 25%）以下的噴灑水深的平均值。均勻系數(shù)和噴灑效率都是評(píng)價(jià)測(cè)定數(shù)據(jù)的分布狀態(tài)的指標(biāo)。數(shù)（ CV，小數(shù)）是用于評(píng)價(jià)所測(cè)得數(shù)據(jù)的分布狀態(tài)的指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)學(xué)上普遍使用的變動(dòng)系UCC和 CV的關(guān)系如下：UCC 1 0.798CV（ 13）同樣， PE和 CV的關(guān)系如下所示10）：PE=1 1.268CV（ 14）根據(jù)公式（ 13）和（ 14）， PE和 UCC的關(guān)系如下所示：PE=-0.589+1.589UCC（ 15）日本的噴灌設(shè)計(jì)要求確定噴頭的安裝間隔時(shí)，必須使PE 達(dá)到 0.60 （60%）以上12 ）。如果將 PE0.60

24、代入公式（ 14）和（ 15），將分別得到CV0.32 和 UCC 0.75 （ 75%）。對(duì)于滴灌設(shè)計(jì)，要求滴灌管道設(shè)計(jì)必須使CV小于 0.1013）。如果將 CV0.10 代入公式（ 13）和（14），分別得到UCC 0.92 （ 92%）和 PE 0.87 （ 87%）。累積概率密度值A(chǔ)1A2：根系區(qū)域保持的水量B：滲透至根系區(qū)域下方的水量D：灌溉未補(bǔ)足水量圖 7正規(guī)分布的累積概率密度2.4.2 灌溉用水的利用效率假設(shè)噴灌的噴灑深度分布及沿滴灌管道分布的滴水器出水流量分布為正規(guī)分布，將這些流量按大小順序排列，用正規(guī)分布的累積概率密度可表示為如圖74） 所示。在噴灌中，從噴嘴噴射到空中的一

25、部分水在到達(dá)地表之前就蒸發(fā)了，或者附著在植物表面，另外一部分則被風(fēng)吹散。因此，圖7 中顯示的是田間供水水量減去這些損失水量之后的數(shù)值。圖 7 和圖 1 相似。但是噴灌和滴灌沒有必要考慮圖1 中的 C，故根據(jù)圖7 來考慮水的利用效率。把 A A B 看作灌溉到農(nóng)田里的水量。其中，A A 為根系區(qū)域所保持的水量，B1212為滲透至根系區(qū)域下方的水量。A1 A2 D 為灌溉前根系區(qū)域所需灌溉水量，其中A1 A2為灌溉補(bǔ)充的水量，D為灌溉后仍未補(bǔ)足的水量。將圖 7 所表示的噴灑深度或出水流量分布作為x。 x 與灌溉所必需的水深的關(guān)系為公式（ 16）。即，根據(jù)公式（ 16）的 值的大小和正負(fù)，就可以找出

26、灌溉所必需的水深和噴灑水深或出水流量分布中某一個(gè)特定數(shù)值之間的關(guān)系。例如，假設(shè) 0， x 就是灌溉所必需的水深 xreq 。xrep= + = (1+ CV)（ 16）這里， xreq ：表示灌溉所必需的水深，：為 x 的平均值， ：為 x 的標(biāo)準(zhǔn)偏差， CV：為 x 的變動(dòng)系數(shù)， ：為任意數(shù)值。對(duì)于滴灌， 使用正規(guī)分布的概率密度函數(shù)可求出CV與 Ea 之間關(guān)系的公式4）。公式（ 17）也可用于噴灌，并且1.0 減去公式（ 17）就得到Dp（這時(shí)為深層滲透損失率）。112CV（17）Ea=1+a CV-e 22這里， a：表示大于（ ）的 x 的累積概率密度。同樣，對(duì)于滴灌，利用正規(guī)分布的概率

27、密度函數(shù)可求出CV 與 Es 之間關(guān)系的公式4）。公式（ 18）也可用于噴灌。 1.0 減去公式（ 18）就得到 Dd。1+a CV-1eEs=2CV1+2CV（18）如公式（ 17）和（ 18）所示， Ea 和 Es 不僅和噴灑深度或出水流量分布效率CV有關(guān)，還和 a 與 有關(guān)系。假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)使用噴灑深度或出水流量分布的平均值，由于xreq ，公式（ 16）的 0，公式（ 17）和公式（ 18）就成為簡(jiǎn)單的相同公式。Dp 和 Pd 則變成公式 （20）。Ea=E s=1-0.399CV（19）Dp=P d=0.399CV（20）從公式（ 19）和（ 20）可以清楚地看到，要同時(shí)降低p 和d、提

28、高 Ea 和 Es，設(shè)計(jì)時(shí)就DP必須使噴灑深度或出水流量分布效率變高，使CV變小。這樣，可就表示出aspd和 CV之間的關(guān)系。由于已經(jīng)表示出了UCC與 CV以及E ， E，D，PPE 與 CV的關(guān)系，通過CV，就可以找出UCC， PE與 Ea， Es ， Dp ，Pd 之間的關(guān)系。前面提到過，對(duì)于噴灌的設(shè)計(jì)，要求確定噴頭的安裝間隔時(shí)必須使PE大于 0.60 （ 60%）11 ）代入公式（ 14），那么 CV 0.32 。下面如果將 CV 0.32代入公式（ 19）。如果將 PE 0.60和公式（ 20），分別得到Ea Es 0.87 （ 87%）和 Dp Pd 0.13 （ 13%）。對(duì)于滴灌

29、的設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)滴灌管道時(shí)必須使CV小于 0.1012）代入公式（ 19）和公式（ 20），。如果將 CV 0.10將分別得到 E E 0.96 （ 96%）和 D P 0.04 （ 4%）。aspd如上所示，與溝灌相比，噴灌和滴灌可以減少損失水量。灌溉水量的削減方法3.1非充分灌溉如圖 1 所示，根據(jù)將灌溉水深分布中的哪一個(gè)數(shù)值設(shè)定為灌溉所必需的水深，B和 D就會(huì)不一樣， Ea， Es， Dp， Pd 也會(huì)發(fā)生變化。非充分灌溉（deficit irrigation）是為了同時(shí)提高 Ea 和 Es，在可以容許的范圍內(nèi)允許D的存在，不以Pd 0 為目標(biāo)的一種灌溉管理方式。這樣，可以減少灌溉水量。

30、假設(shè)灌溉水深呈正規(guī)分布，如果將水深分布的平均值作為灌溉所必需的水深，那么E ，aE ， D ， P 就可以使用公式（19）和（ 20）。spd如果設(shè)計(jì)灌溉設(shè)施時(shí)，選擇分布效率高的灌溉方法，使CV變小，那么就可以將Dp 和 Pd控制在較低水平，并可同時(shí)提高E 和 E 。例如 , 選擇滴灌并在設(shè)計(jì)時(shí)將滴水器出水流量的分as布效率設(shè)為 CV0.1, 那么就可以將 Dp 和 Pd 控制在 0.04 （ 4%）的較低水平，同時(shí)將Ea 和 Es提高到 0.96 （ 96%）。如果將 CV進(jìn)一步縮小， Dp和 Pd 就會(huì)降低， Ea 和 Es 就會(huì)提高。3.2垂直式部分灌溉通過灌溉，土壤水分的管理方法如圖8

31、 所示2）。（ a）計(jì)劃間歇天數(shù)的水分管理，是指在根系區(qū)域內(nèi)對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育有很大影響的限制土層的有效水分被消耗，達(dá)到阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)的時(shí)候，一次性地灌溉此前根系區(qū)域消耗的全部水量（總速效性有效水分，TRAM），使土壤的水分狀態(tài)恢復(fù)到田間的持水量。這是一種充分利用土壤的持水能力的灌溉方式，在旱地灌溉的用水計(jì)劃中12），要求農(nóng)田應(yīng)全面實(shí)行這種土壤水分的管理。圖 8 中的（ b）低水分張力水分管理，與其說是通過阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)來判斷是否需要灌溉， 不如說是通過低水分張力來進(jìn)行判斷。這種方式在設(shè)施栽培中被普遍應(yīng)用。與其他兩種方式相比， 這種方法的土壤水分可容量總是很小。露天栽培如果采用這種水分管理，有效利

32、用降雨的可能性較低。圖 8 的（ c）高水分張力水分管理， 是指在水分張力達(dá)到阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)的時(shí)候灌溉，但是相對(duì)于田間持水量， 恢復(fù)后的水分狀態(tài)停留于干燥狀態(tài)的一種方式。 這樣，與其他兩種方法相比，土壤水分的可容量總是很大。如果使水分張力的恢復(fù)點(diǎn)接近阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)，土壤水分的可容量就會(huì)更大。 露天栽培如果采用這種水分管理， 有效利用降雨的可能性就會(huì)很高。對(duì)田間全面實(shí)行土壤水分的低水分張力或高水分張力管理是一種部分利用土壤保水功能的方法。 特別是露天栽培， 如果采用高水分張力來管理土壤水分， 有效利用降雨的可能性就會(huì)提高，就可以減少灌溉水量。（ a）計(jì)劃間歇天數(shù)的水分管理計(jì)劃間歇天數(shù)田間容水

33、量阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)灌溉灌溉（ b）低水分張力水分管理田間容水量灌灌溉點(diǎn)的溉水分張力阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)c）高水分張力水分管理田間容水量恢復(fù)點(diǎn)的水分張力灌溉阻礙生長(zhǎng)的水分點(diǎn)圖 8間歇天數(shù)灌溉灌溉間歇天數(shù)土壤水分的管理方法3.3平面式部分灌溉土壤蓄水機(jī)能的部分利用還包括從平面來看僅灌溉農(nóng)田的有限部分，使農(nóng)田平面形成濕潤(rùn)區(qū)和非濕潤(rùn)區(qū)的方法。滴灌所形成的濕潤(rùn)區(qū)和非濕潤(rùn)區(qū)就是一個(gè)典型。如圖 9 所示， 只有靠近農(nóng)作物種植行列的部分是濕潤(rùn)的，而種植行列之間很寬的區(qū)域是干燥的。在旱地灌溉的用水計(jì)劃中，耗水量是以水深來表示的，并以耗水量乘以整個(gè)農(nóng)田面積來計(jì)算所需要的水量。但是，如圖9 所示，如果形成濕潤(rùn)區(qū)和非濕潤(rùn)

34、區(qū)，那么理所當(dāng)然的是，非濕潤(rùn)區(qū)的土壤表面蒸發(fā)量就會(huì)減少。并且如果將滴灌設(shè)施埋在地下，由于農(nóng)田表面不會(huì)形成濕潤(rùn)區(qū)，所以土壤表面的蒸發(fā)量就會(huì)進(jìn)一步減少，從而使耗水量本身得以減少。此外，與濕潤(rùn)區(qū)相比， 非濕潤(rùn)區(qū)有效利用降雨的可能性加大，從這一點(diǎn)來考慮， 也可以減少灌溉水量。圖 9滴灌條件下的濕潤(rùn)區(qū)和非濕潤(rùn)區(qū)3.4削減方法的組合不管什么樣的灌溉方法，都可以實(shí)施非充分灌溉。但是非充分灌溉的目標(biāo)是使Dp 和Pd同時(shí)降低、 Ea 和 Es 同時(shí)提高。 以減少灌溉水量為目的的非充分灌溉的實(shí)施應(yīng)該僅限于分布效率高的灌溉方法和分布效率高的灌溉設(shè)施。如果使用噴灌對(duì)整個(gè)農(nóng)田實(shí)施土壤水分的高水分張力管理，那么這就是垂直

35、式部分灌溉，有效利用降雨的可能性就會(huì)加大， 灌溉水量能得到減少。 但是由于整個(gè)農(nóng)田都變成濕潤(rùn)區(qū)，土壤表面的蒸發(fā)量不會(huì)減少。溝灌是向田間的一部分供水， 由于會(huì)形成濕潤(rùn)區(qū)與非濕潤(rùn)區(qū)， 所以屬于平面式部分灌溉。非濕潤(rùn)區(qū)的土壤表面蒸發(fā)量會(huì)減少。此外，非濕潤(rùn)區(qū)有效利用降雨的概率也會(huì)變大。但是，足以抵消這些效果的是，會(huì)產(chǎn)生根系區(qū)域下方的深層滲漏損失和畦田下游端的流出水損失。為了減少灌溉水量，需要組合使用非充分灌溉、垂直式部分灌溉以及平面式部分灌溉。必須選擇能發(fā)揮這種組合效果的灌溉方法， 進(jìn)行減少損失水量的灌溉設(shè)施設(shè)計(jì)。 能夠達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的，就是包括滴灌在內(nèi)的微灌。微灌4.1什么是微灌安養(yǎng)寺和凌5） 對(duì)微灌

36、進(jìn)行了整理，這里將從中摘錄微灌的概要。根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)學(xué)會(huì)的解1）釋 ，微灌是指對(duì)土壤表面或地下進(jìn)行少量而頻繁的灌溉，供水形態(tài)是通過沿供水支管方向安裝的出水器，供給間歇性水滴、連續(xù)性水滴、細(xì)小水流以及噴霧等等。根據(jù)日本的土地改良事業(yè)規(guī)劃指南微灌13），它指的是使連接到供水管道的供水支管的管內(nèi)水壓保持低壓，從而對(duì)作物的根系區(qū)域等有限的部位進(jìn)行頻繁的灌溉，它是滴灌、 多孔管灌、 微噴灌溉等的總稱。如上所述， 微灌指的是向根系區(qū)域等有限部位少量而頻繁地供水的一種方法。它是垂直式以及平面式的部分灌溉，它在減少土壤表面蒸發(fā)量的同時(shí)， 還將提高降雨的有效利用概率，因此能減少灌溉水量。要高效地進(jìn)行少量而頻繁的供

37、水，灌溉方法就會(huì)受到限制。 也就是說， 只有灌溉設(shè)施的水流控制精準(zhǔn)， 并且出水器出水流量的分布差異較小的方法才可以選用。如果出水流量分布差較小， 則分布效率就會(huì)提高。 分布效率變高， 就可以將深層滲漏損失水量以及缺水量占灌溉所需水量的比例控制在較低的水平，因此灌水效率和蓄水效率就會(huì)提高。其結(jié)果是能夠減少損失水量。4.2 出水器出水器是安裝在供水支管上、 最終調(diào)節(jié)出水流量的裝置。 一條供水支管上安裝的出水器數(shù)量以及間隔根據(jù)出水器出水流量、土壤的保水機(jī)能、 灌溉水的擴(kuò)散方式、農(nóng)作物種類與生長(zhǎng)發(fā)育階段、根系區(qū)域、出水器的供水形態(tài)等不同而有所不同。此外，根據(jù)出水器的種類與功能，水的供給形態(tài)有噴灑式、噴水式、噴霧式、點(diǎn)滴式、地下供水等等。出水器種類與供水形態(tài)的關(guān)系如下所示：噴灑式：微噴、小噴嘴、多孔管道、多孔軟管、多孔細(xì)管。噴水式：噴水器。 噴霧式：微噴霧器、微噴射器、霧狀噴嘴。 點(diǎn)滴式：孔流出水器、孔流及渦流出水器、長(zhǎng)流程出水器、雙層強(qiáng)化瓦楞紙管、三層強(qiáng)化瓦楞紙管、滲透管。地下供水：長(zhǎng)流程出水器、滲透管。以上出水器有安裝