我國(guó)改進(jìn)地面灌溉技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望

1、 . . 9/9我國(guó)改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與展望益農(nóng)國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心摘要我國(guó)目前95%以上的灌溉面積采用地面灌溉方法。改進(jìn)地面灌溉技術(shù)，提高地面灌溉的灌水效果對(duì)緩解我國(guó)水資源短缺、保持灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文通過對(duì)國(guó)地面灌溉技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了影響地面灌溉效果的因素。根據(jù)改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)介紹了國(guó)外各項(xiàng)改進(jìn)地面灌溉效果的應(yīng)用技術(shù)，并結(jié)合國(guó)實(shí)際，探討了有關(guān)技術(shù)的應(yīng)用效果和應(yīng)用前景，對(duì)現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 灌溉技術(shù) 評(píng)價(jià) 發(fā)展 趨勢(shì)1前言我國(guó)目前95以上的灌溉面積仍采用不同形式的地面灌溉。傳統(tǒng)的地面灌溉包括畦灌、溝灌

2、、格田淹灌和漫灌，由于田間灌溉工程設(shè)施不完善，土地不平整，灌溉管理粗放等問題，水的浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。地面灌溉不僅是發(fā)展中國(guó)家廣泛應(yīng)用的灌水技術(shù)，在發(fā)達(dá)國(guó)家也是主要的灌水方法。如美國(guó)，1997年地面灌溉面積仍占總灌溉面積的50.7 %1。隨著土地集約化規(guī)模經(jīng)營(yíng)的發(fā)展，大型農(nóng)業(yè)機(jī)具的使用以與激光平地技術(shù)的應(yīng)用，使得地面灌溉在灌溉均勻度和灌溉效率兩方面都有很大提高。計(jì)算機(jī)技術(shù)在地面灌溉管理和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為改進(jìn)地面灌溉提供了更有力的工具。同時(shí)一些先進(jìn)的地面灌水技術(shù)，如波涌灌溉技術(shù)、水平畦田灌溉技術(shù)和田間閘管系統(tǒng)等，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)水效益2, 3。長(zhǎng)期以來，對(duì)地面灌溉存有一種偏見，甚

3、至將地面灌溉等同于大水漫灌。因此，對(duì)改進(jìn)地面灌水技術(shù)給予高度重視，研究推廣先進(jìn)的地面灌溉方法，顯得格外重要。隨著水資源供需矛盾的突出，改進(jìn)地面灌溉技術(shù)、提高地面灌溉方法的灌水質(zhì)量正成為當(dāng)今現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的重要組成部分“九五”期間“節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示”項(xiàng)目列入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，中國(guó)水科院承擔(dān)的“田間節(jié)水灌溉新技術(shù)研究”專題對(duì)波涌灌溉技術(shù)和水平畦田灌溉技術(shù)進(jìn)行了深入研究，取得了豐碩的成果4；結(jié)合“948”項(xiàng)目，中國(guó)水科院引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，開發(fā)生產(chǎn)了田間柔性閘管，并對(duì)閘管灌溉技術(shù)進(jìn)行了推廣應(yīng)用；中國(guó)水科院與歐盟開展的合作項(xiàng)目“華北平原農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展水土資源管理研究”與“黃河流域節(jié)水策略研

4、究”對(duì)改進(jìn)地面灌水技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究5；國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心通過承擔(dān)科技部農(nóng)業(yè)高效用水科技產(chǎn)業(yè)示工程項(xiàng)目（）中的“改進(jìn)地面灌溉新技術(shù)集成”研究，對(duì)激光控制平地技術(shù)、田間閘管灌溉技術(shù)和高效溝灌技術(shù)進(jìn)行了研究6。本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情，總結(jié)了國(guó)外改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的各項(xiàng)措施，探討了現(xiàn)代灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)其在我國(guó)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。2我國(guó)地面灌溉現(xiàn)狀評(píng)價(jià)近幾十年來地面灌溉技術(shù)已得到較大發(fā)展，其中最重要的進(jìn)展之一就是建立了地面灌溉的田間評(píng)價(jià)方法。通過對(duì)地面灌水全過程的不同階段進(jìn)行量化觀測(cè)，了解和分析現(xiàn)有系統(tǒng)中可能存在的問題和不足，找出影響地面灌溉效果的主要因素，為改進(jìn)地面灌溉系統(tǒng)的性能提供科學(xué)

5、依據(jù)。地面灌溉的田間評(píng)價(jià)方法已在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用2, 7。21田間灌溉效果地面灌水技術(shù)在旱作地區(qū)大多采用畦灌和溝灌的形式，在西北、華北地區(qū)，采用傳統(tǒng)的大畦、長(zhǎng)畦地面灌溉方式還相當(dāng)普遍，管理粗放，溝渠規(guī)格不合理，田間水的浪費(fèi)十分嚴(yán)重。如豫東平原井灌區(qū)的畦田，畦長(zhǎng)小于50m的只占9.1%，超過100m的占45%，平均為100m；畦寬小于4m的只占14%，大于6m的占34%，平均為6m。田間灌溉水的利用率只有0.50.7左右。西北不少地區(qū)仍沿用大畦大水漫灌的舊習(xí)，水的浪費(fèi)更為嚴(yán)重。溝灌適用于寬行距中耕作物，如棉花、玉米等。目前我國(guó)各地灌水溝長(zhǎng)度在砂壤土?xí)r為3050m，粘土?xí)r為50100m。入溝流量

6、一般為0.51.5l/s，溝距5080cm，應(yīng)土壤質(zhì)地而異。因此，溝灌使地面灌溉中較好的一種方法，能控制較小的灌水定額，溝灌一般比畦灌省水30%左右。目前在井灌區(qū)，還采用細(xì)流溝灌，一般每條溝流量控制在0.10.5l/s以下，溝長(zhǎng)2050m，溝的深度為1520cm，寬度3040cm8。中國(guó)水科院與歐盟的合作項(xiàng)目以省雄縣作為華北黃淮海平原的典型代表，對(duì)冬小麥生長(zhǎng)期的4次灌溉進(jìn)行了持續(xù)跟蹤評(píng)價(jià)5?？傮w上說，研究區(qū)灌溉均勻度DU的變化圍在84%到90%之間，反映了在現(xiàn)有條件下畦灌系統(tǒng)可保持較高的灌溉均勻度值。而且對(duì)不同的灌溉時(shí)節(jié)，灌溉均勻度值沒有明顯差異。較高的DU值與田間過量灌溉有關(guān)，因?yàn)閷?shí)測(cè)平均灌

7、溉水深值Zavg遠(yuǎn)大于實(shí)際灌溉需水量Zreq；而田間灌溉水利用率Ea值較低，變化圍在52%到79%之間。整個(gè)冬小麥生長(zhǎng)期的平均灌水量為545mm，灌溉需水量為330mm，畦灌條件下平均田間灌溉水利用率僅為60%。溝灌的情況則可用棉花的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)6。根據(jù)農(nóng)七師127團(tuán)灌溉科的統(tǒng)計(jì)資料，2000年全團(tuán)棉花生育期平均灌水量為420mm（最大578mm），平均每次140mm（最大192mm）。其中，第1水平均138mm，第2水平均143mm，第3水平均140mm。田間實(shí)測(cè)3次灌水量的結(jié)果是，第1水192mm，第2水165mm，第3水120mm，平均每次159mm，3水合計(jì)為477mm。根據(jù)當(dāng)?shù)孛?/p>

8、花需水量計(jì)算，溝灌條件下平均田間灌溉水利用率僅為45%?，F(xiàn)有研究成果表明：我國(guó)地面灌溉條件下灌溉均勻度值較高，其原因與田間過量灌水直接相關(guān)；田間灌溉水利用率普遍較低，反映田間灌溉技術(shù)和灌溉管理方面問題突出，造成地面灌溉的灌溉效果較差。22影響地面灌效果的因素灌溉均勻度DU和田間灌溉水利用率Ea可表達(dá)為如下技術(shù)要素的函數(shù)9：（1）（2）其中：（3）式中qin為入地單寬流量；L為畦（溝）長(zhǎng)；n為曼寧系數(shù)；S0為田塊微地形條件；Ic為土壤入滲參數(shù)；Fa為畦（溝）橫斷面參數(shù)；tco為灌溉供水時(shí)間；SMD為灌溉時(shí)土壤水分虧缺值；fc為土壤田間持水量；為灌溉時(shí)土壤含水量；RD為根區(qū)深度。在影響地面灌溉效果

9、的諸多因素中，qin、L、與Fa可根據(jù)田間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定；S0可由田塊地面高程確定；n和Ic受土壤空間變異性影響難以在實(shí)地精確測(cè)定，但可通過地面灌溉模型反求；tco為重要的管理參數(shù)，是改進(jìn)現(xiàn)有地面畦灌管理的重要依據(jù)。灌溉均勻度DU反映了地面灌溉系統(tǒng)的自然特性，其值更多地取決于系統(tǒng)的自然條件與特征；田間灌溉水利用率Ea除受這些特征參數(shù)的影響外，還取決于灌溉制度和田間灌溉管理水平，如作物需水量、SMD值等。以上灌水技術(shù)要素對(duì)地面灌溉特性的影響并不是獨(dú)立的，各因素間往往存在著在聯(lián)系。在定量分析各技術(shù)要素對(duì)系統(tǒng)性能影響的基礎(chǔ)上，找出最主要的也是最重要的因素，進(jìn)而有針對(duì)性的對(duì)其加以改進(jìn)是提高地面灌溉系統(tǒng)運(yùn)

10、行水平的重要基礎(chǔ)工作。通過對(duì)田間實(shí)測(cè)資料的分析，得到地面灌溉條件下影響灌溉效果的主要因素如下5, 10：入地單寬流量qin：較大的qin值意味著較快的推進(jìn)過程，有助于獲得較好的灌溉特性。畦田寬度是控制qin值大小的主要因素。畦（溝）長(zhǎng)度L：畦（溝）較長(zhǎng)時(shí)，微地形條件的影響更為顯著。微地形條件：田塊的平整度對(duì)提高灌溉效率影響極大，較高的地面平整條件，將獲得較高DU和Ea值。入滲參數(shù)：入滲參數(shù)對(duì)DU和Ea都有影響。入滲參數(shù)值較大時(shí)，需要的灌溉供水時(shí)間tco也較長(zhǎng)，在田間管理水平較低的情況下，極易造成DU和Ea值的降低。23地面灌溉節(jié)水潛力分析根據(jù)田間評(píng)價(jià)，可以對(duì)我國(guó)地面灌溉存在的主要問題概括如下：

11、灌溉均勻度低。一般的講，畦灌條件下進(jìn)地流量過小，與畦塊長(zhǎng)寬比例不當(dāng)，造成水流推進(jìn)緩慢，灌溉均勻度較低。田塊地面高低不平，水流推進(jìn)慢；或是地塊尾部的反坡較大，造成壅水，影響了灌溉效果。田間灌溉管理粗放，灌溉時(shí)畦（溝）跑水、漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。針對(duì)上述存在問題，根據(jù)影響地面灌溉效果的主要技術(shù)要素，可以利用計(jì)算機(jī)模擬模型對(duì)地面灌溉節(jié)水潛力進(jìn)行分析。結(jié)果表明：整個(gè)生長(zhǎng)期總灌水量得到降低，可節(jié)水138mm，整個(gè)生長(zhǎng)期總的田間灌溉水利用率高達(dá)81%10。3改進(jìn)地面灌溉的主要措施地面灌溉技術(shù)的改進(jìn)包括灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和田間管理水平的提高。式1和2中的諸因素可分為如下幾類：設(shè)計(jì)時(shí)的可控制變量：qin，L，S0；即

12、地面灌溉的系統(tǒng)變量；土壤參數(shù)：n，Ic；不可控制變量，進(jìn)行地面灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要與這些參數(shù)協(xié)調(diào)；管理參數(shù)：SMD，決定灌溉時(shí)間與灌溉需水量；灌溉管理的目標(biāo)：tco值。因此，改進(jìn)地面灌溉的措施可分為三個(gè)不同層次。第一是在技術(shù)層次上，應(yīng)增加獲得較好灌溉效果的能力，如通過應(yīng)用土地平整技術(shù)改進(jìn)田塊微地形條件、應(yīng)用高效節(jié)水地面灌溉技術(shù)等；第二是在設(shè)計(jì)層次上，要保證灌溉系統(tǒng)得到合理設(shè)計(jì)；第三則是在管理層次上，要強(qiáng)調(diào)農(nóng)民的參與。下面則對(duì)目前國(guó)外廣泛應(yīng)用的改進(jìn)地面灌溉技術(shù)措施進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)不同技術(shù)措施的效果。31土地平整技術(shù)農(nóng)田土地平整是地面灌溉系統(tǒng)的重要組成部分之一。平整的農(nóng)田表面有利于進(jìn)地水量和灌水深度分布

13、的變化相對(duì)均勻，使根區(qū)水分入滲保持較好的均一性，起到改善田間地面灌溉效率和灌水均勻度的作用。平整土地還有益于田間農(nóng)機(jī)耕作和栽培措施的實(shí)施，增加作物種植密度，提高出苗率等，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。國(guó)外的研究結(jié)果表明：土地平整能有效地提高水、勞力和能源的利用率，是改善地面灌溉方法的重要技術(shù)措施之一7, 9, 10。土地平整方法包括常規(guī)土地平整措施和激光控制平地技術(shù)。常規(guī)平地方法采用的設(shè)備有推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)和刮平機(jī)。它具有土方運(yùn)移量大、平地費(fèi)用相對(duì)較低的特點(diǎn)，適合于在地面起伏較大、原始平整度較差的田面完成粗平，改變田塊的宏觀地形。激光控制平地技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的平地技術(shù)，田間應(yīng)用結(jié)果表明，激光控制平地

14、方法可以使田塊平整精度指標(biāo)Sd達(dá)到小于2cm的水平，在目前華北平原井灌區(qū)現(xiàn)有農(nóng)田地面平整狀況下，土地平整精度每改善1cm所需投入的直接平地費(fèi)用約為83RMB/hm2；考慮到我國(guó)渠灌區(qū)田塊平整條件較差的現(xiàn)實(shí)，應(yīng)先采用常規(guī)平地方法完成土地粗平，再實(shí)施激光控制下的土地精細(xì)平整11, 12。不同田面平整精度處理下的小區(qū)畦灌試驗(yàn)資料表明，地面平整精度對(duì)入畦水流推進(jìn)愈消退時(shí)間和畦田入滲分布狀況具有較大的影響。田間灌溉水利用率Ea、灌溉均勻度DU、用水效率WUE等參數(shù)隨田面平整精度下降而遞減的趨勢(shì)當(dāng)Sd值高于2cm后較為明顯，而低于2cm時(shí)彼此間的差異卻不顯著。受畦灌系統(tǒng)性能差異的影響，作物產(chǎn)量與田面平整精

15、度間的關(guān)系也反映出與上述趨勢(shì)相似的變化規(guī)律，當(dāng)Sd值高于2cm后，產(chǎn)量遞減受地面平整狀態(tài)的影響亦較為顯著。這表明要實(shí)現(xiàn)改善畦田灌水質(zhì)量、節(jié)水增產(chǎn)的目的，田面平整精度應(yīng)以不大于2cm為最佳，為達(dá)到這個(gè)地面平整標(biāo)準(zhǔn)，則需實(shí)施激光控制下的土地精細(xì)平整技術(shù)13。利用不同田面平整精度處理下獲得的田間畦灌試驗(yàn)資料，針對(duì)不同的灌水時(shí)間條件設(shè)置，采用地面灌溉模型SRFR模擬了3種典型地面平整狀況下的水流推進(jìn)與消退過程和畦田水分入滲分布狀況，分析討論田面平整精度對(duì)畦灌系統(tǒng)性能的影響。模擬結(jié)果表明，隨著田面平整精度的改善，畦灌系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)顯著提高。與田面粗平狀況相比，激光控制精細(xì)平地條件下的灌溉效率可提高34

16、%，灌水均勻度可提高28%14。32閘管灌溉田間閘管是可以移動(dòng)的管道，沿管道一測(cè)帶有許多小型閘門，水通過這些閘門進(jìn)入畦（溝）。閘門的間距可與畦（溝）間距一致，并且閘門開度可以調(diào)節(jié)，用以控制進(jìn)入畦（溝）的流量。根據(jù)使用材料的不同，可將田間閘管分為柔性閘管系統(tǒng)和硬閘管系統(tǒng)。其中柔性閘管系統(tǒng)有時(shí)也稱作地面軟管，可采用塑料、橡膠或帆布等材料制成。具有造價(jià)低、易于應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，但使用壽命相對(duì)較短；硬閘管系統(tǒng)采用抗老化PVC或鋁等材料，配有快速接頭，可根據(jù)畦（溝）條件在田間組裝使用。與柔性閘管系統(tǒng)相比，硬閘管使用壽命長(zhǎng)，但造價(jià)相對(duì)較高。我國(guó)目前普遍應(yīng)用的田間閘管為柔性閘管。在實(shí)際應(yīng)用中，田間閘管既可以替代土

17、毛渠畦到田間配水的作用，同時(shí)通過閘閥控制，還可以調(diào)整配到畦（溝）水量。圖1分別顯示閘管灌溉在畦灌和溝灌條件下的應(yīng)用情況。田間應(yīng)用考核表明，該項(xiàng)技術(shù)投資少、見效快、施工方便、使用簡(jiǎn)單，適應(yīng)我國(guó)大田作物節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展的需要,它的推廣應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。閘管灌溉系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)田間控制灌溉，田間灌溉水利用率達(dá)到了80%，可比現(xiàn)狀節(jié)水30%40%，而且具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少田間毛渠與田埂占地等優(yōu)點(diǎn)。此外，從灌水溝長(zhǎng)50m、100m、150m的節(jié)水效果看，隨著溝長(zhǎng)的增加，其節(jié)水效果不斷下降。綜合考慮節(jié)水與閘管設(shè)備投資等因素，在常規(guī)機(jī)械平地的條件下，閘管灌溉的灌水長(zhǎng)度以100m為宜，

18、最長(zhǎng)150m6。閘管灌溉在畦灌中的應(yīng)用閘管灌溉在溝灌中的應(yīng)用圖1閘管灌溉在畦灌和溝灌條件下的應(yīng)用情況33水平畦田灌溉水平畦田灌溉技術(shù)是建立在激光控制土地精細(xì)平整技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上的一種地面灌溉技術(shù)，自80年代起在許多國(guó)家已得到推廣應(yīng)用15。國(guó)外的水平畦田灌溉系統(tǒng)中的田面通常為水平狀態(tài)，灌水時(shí)的流量較大，水能在較短的時(shí)間充滿田塊，均勻地分布在整個(gè)土壤表面。畦田可以是任意形狀，周邊由田埂封閉。畦塊規(guī)格的設(shè)計(jì)取決于供水流量、土壤入滲特性等因素，一般在4hm2左右，較大的可達(dá)到16hm2。國(guó)外目前采用的水平畦田灌溉技術(shù)，就畦田的規(guī)格形式和灌水方式而言，均類似于我國(guó)的格田灌溉技術(shù)。但不同之處首先在于，國(guó)外采

19、用激光控制平地技術(shù)完成二維畦面的無坡度平整，我國(guó)則一直采用常規(guī)機(jī)械平地設(shè)備進(jìn)行土地粗平，田面平整精度上的差異顯然較大；其次水平畦田灌溉方式在國(guó)外的大田作物中得到推廣應(yīng)用，而格田灌溉方式主要應(yīng)用于我國(guó)南方的水稻作物，大田作物中幾乎沒有采用；最后水平畦田灌溉技術(shù)中對(duì)入地流量的要求較高，只有較大的供水流量才能滿足入滲水分在田塊均勻分布的要求，而我國(guó)農(nóng)田灌溉工程系統(tǒng)的末級(jí)進(jìn)地流量受井灌區(qū)農(nóng)用機(jī)井出水量和渠灌區(qū)田間輸配水設(shè)施容量的制約普遍較小，難以圖2 水平畦田灌溉技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用達(dá)到實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)所需達(dá)到的流量標(biāo)準(zhǔn)。考慮到從國(guó)情條件出發(fā)的原則，對(duì)水平畦田灌溉技術(shù)在我國(guó)北方大田作物耕地上的應(yīng)用進(jìn)行因地制宜

20、地改造，即在對(duì)現(xiàn)有田間灌溉工程進(jìn)行必要改進(jìn)與配套的基礎(chǔ)上，采用激光控制平地技術(shù)完成對(duì)現(xiàn)有畦塊的田面平整工作。通過激光控制平地作業(yè)，在水流推進(jìn)方向上減小田塊坡面上下起伏的不平整程度，消除局部倒坡或反坡，保持田塊具有適宜的畦面縱坡，提高水流在田間的平暢推進(jìn)速度；在垂直水流運(yùn)動(dòng)方向的田面上，則通過改善地面平整精度，使之達(dá)到水平的無坡度狀態(tài)，導(dǎo)致水流橫向擴(kuò)散的田面凸凹障礙點(diǎn)的消除有利于水流推進(jìn)鋒面保持較高的均勻一致性，便于水流快速推進(jìn)到畦尾（圖2）。應(yīng)用水平畦田灌溉技術(shù)，田間灌溉水利用率由平均50%提高到80%，灌溉均勻度由70%左右提高到85%左右；與其他農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)措施配合后，采用常規(guī)機(jī)械進(jìn)行粗平

21、后年使可增產(chǎn)20%，采用激光控制進(jìn)行精平后年使可增產(chǎn)30%；作物的水分生產(chǎn)效率由1.13kg/m3的提高到1.7kg/m3。因此，水平畦田灌溉技術(shù)的節(jié)水增產(chǎn)效益顯著4。34波涌灌溉波涌灌溉是一種新型的地面灌水方法，它采用間歇供水、大流量的方式向溝（畦）放水，整個(gè)灌水過程依據(jù)田塊長(zhǎng)度被劃分為幾個(gè)周期，入地水流不是一次性的連續(xù)推進(jìn)到溝（畦）末端，而是分階段的由首端推進(jìn)至末端。這種供水與停水交替發(fā)生的間歇灌水方式可以形成表土致密層，能夠降低土壤的入滲率，同時(shí)先期灌溉濕潤(rùn)的溝（畦）段上田面糙率的減少有利于加快后期灌溉水流的推進(jìn)速度，進(jìn)而提高田間灌溉效率和灌水均勻度2。波涌灌溉技術(shù)在灌溉自動(dòng)化程度較高的

22、國(guó)家已得到較為廣泛的應(yīng)用，我國(guó)也已經(jīng)完成了機(jī)理研究、波涌灌設(shè)備國(guó)產(chǎn)化開發(fā)與初步的田間試驗(yàn)示4, 16。圖3波涌灌溉的田間應(yīng)用閘孔出流波涌灌設(shè)備波涌灌溉系統(tǒng)一般由波涌閥、自控器和田間輸配水管道等組成，其中波涌閥和自控器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，稱為波涌灌溉設(shè)備。在田間應(yīng)用過程中，需要根據(jù)土壤墑情、作物、田塊尺寸等條件確定波涌灌溉的次數(shù)、每次波涌灌溉的時(shí)間與波涌灌溉的間歇比等技術(shù)參數(shù)。棉花波涌溝灌結(jié)果顯示，采用波涌溝灌方法下的田間水流推進(jìn)速度明顯高于連續(xù)溝灌，且在棉花澆第1水時(shí)的效果最為明顯，高達(dá)2倍左右。隨著澆水次數(shù)的增多，波涌灌水的效果有所減弱，但總體仍達(dá)到1.5倍。在同樣的入地流量條件下，由于波涌溝

23、灌的水流推進(jìn)速度快，因而既減少了地塊首末受水時(shí)間上的差別，又減少了灌水時(shí)間，起到節(jié)水和灌水均勻的雙重效果。波涌灌與連續(xù)灌相比較，可節(jié)水1023%，增產(chǎn)10%左右，節(jié)水增產(chǎn)效果顯著4。4現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)體系傳統(tǒng)地面灌溉是一門古老的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳統(tǒng)地面灌溉技術(shù)也得到巨大的改變。其中以精細(xì)地面灌溉技術(shù)為特征的現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)已得到世界各國(guó)的普遍重視，并在發(fā)達(dá)國(guó)家開始實(shí)地應(yīng)用。我國(guó)在“863”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃中也專門立題開展精細(xì)地面灌溉技術(shù)研究，對(duì)國(guó)際上先進(jìn)的地面灌溉技術(shù)進(jìn)行跟蹤研究。41現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)特征與噴灌、微灌等壓力灌溉系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)地面灌存在的最大不足在于缺乏對(duì)灌溉過程

24、的控制。對(duì)噴灌、微灌而言，可以根據(jù)作物的需求精確控制灌溉水的總量與其在田塊的分布。傳統(tǒng)地面灌溉雖然可對(duì)灌溉水總量進(jìn)行控制，卻難以控制灌溉水在田塊的分布，由此造成傳統(tǒng)地面灌溉的灌溉效果較差。因此，現(xiàn)代地面灌溉具有如下技術(shù)特征：1應(yīng)用激光控制平地技術(shù)構(gòu)筑精細(xì)地面灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)。高精度的土地平整是現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，只有具備了高精度的土地平整，才能真正實(shí)現(xiàn)精量播種、精量施肥、精確收割（機(jī)械采棉）等。國(guó)外在農(nóng)田水利工程建設(shè)中，都把平地作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。激光控制平地技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，因此得到了廣泛的應(yīng)用。2應(yīng)用地面灌溉實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)提高對(duì)灌溉過程的控制。與其他壓力灌溉方法相比，地面

25、灌溉條件下水流在田間運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的過程較為復(fù)雜。世界各國(guó)一直都把改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的重點(diǎn)放在加強(qiáng)對(duì)灌溉全過程的控制和管理上，以便提高地面灌溉的灌水質(zhì)量。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)地面灌溉全過程進(jìn)行分析已成為改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的重要手段。地面灌溉實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)通過對(duì)田間水流運(yùn)動(dòng)過程的監(jiān)控，利用田間觀測(cè)數(shù)據(jù)反求地面灌溉的控制參數(shù)，制定高效節(jié)水的地面灌溉方案，并對(duì)地面灌溉過程實(shí)施反饋控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面灌溉全過程的精細(xì)控制。3應(yīng)用高效節(jié)水地面灌溉技術(shù)和設(shè)備，提高地面灌溉的自動(dòng)化。通過積極采用水平畦田灌溉技術(shù)、波涌灌溉技術(shù)、繩索灌溉技術(shù)等先進(jìn)的地面灌溉技術(shù)，不僅使地面灌溉具有一定的自動(dòng)化能力，而且也保證

26、了高效節(jié)水效果的實(shí)現(xiàn)。4制定合理的灌溉制度，加強(qiáng)地面灌溉的田間管理。由于地面灌溉方法的局限，采用地面灌溉技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)小定額灌溉。因此，在制定地面灌溉的灌溉制度時(shí)，要充分考慮到灌溉技術(shù)的制約。42我國(guó)現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式與其應(yīng)用前景我國(guó)現(xiàn)有灌溉面積8.0億畝，其中地面灌溉占95%以上。由于農(nóng)田土地平整程度差，田間灌溉工程規(guī)格不合理、地面灌溉技術(shù)落后、灌溉管理粗放等問題，致使我國(guó)地面灌溉的田間水利用率不高。通過應(yīng)用現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)，可以大幅度減少地面灌溉過程中的水量損失浪費(fèi)。這對(duì)改變我國(guó)地面灌溉的落后狀況、從整體上緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的矛盾、促進(jìn)灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也將為我國(guó)農(nóng)業(yè)

27、現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。根據(jù)上述現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)特征，提出如下適合我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式：1以冬小麥等大田作物為代表的現(xiàn)代畦灌模式該模式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用精量播種技術(shù)，降低播種量；采用水平畦田灌溉、波涌灌溉與噴、微灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用精量施肥技術(shù)，提高化肥利用率；采用聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成小麥等大田作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+精量播種+高效節(jié)水灌溉技術(shù)+精量施肥技術(shù)+機(jī)械化收割。2以棉花為代表的現(xiàn)代溝灌模式該模

28、式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用精量播種技術(shù)，降低播種量；采用閘管灌溉、波涌灌溉、膜下滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用機(jī)采棉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)棉花采摘機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成棉花作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+精量播種+高效節(jié)水灌溉技術(shù)+機(jī)械化采棉。3以水稻為代表的現(xiàn)代地面灌溉模式該模式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用機(jī)插秧技術(shù)實(shí)現(xiàn)精量插秧，降低播種量；采用塑料隔板技術(shù)，減少原來土埂占地，提高土地利用率；采用水稻“淺、薄、濕、曬”控制節(jié)水灌

29、溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水稻收割機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成水稻作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+機(jī)械化插秧+塑料隔板+控制節(jié)水灌溉技術(shù)+機(jī)械化收割?，F(xiàn)代地面灌溉技術(shù)不僅具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效益，其具有的其他綜合效益還可為農(nóng)民帶來實(shí)實(shí)在在的好處，例如提高土地利用率、提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率、便于田間管理等。隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式也將得到廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)段愛旺、白曉君，美國(guó)灌溉現(xiàn)狀分析J，灌溉排水，1999，（1）。Walker, W.R., G.V. Skogerboe, Surface Irrigation: Theory and Pr

30、actice, Prentice-HallInc., New Jersey, 1987。Dedrick, A.R., L.J.Erie et al, Lever-basin irrigation, InAdvances in Irrigation, Volume 1.ed D.I.Hillel, Academic Press, New York, 1982。許迪、益農(nóng)等，田間節(jié)水灌溉新技術(shù)研究與應(yīng)用，：中國(guó)農(nóng)業(yè)，2002。益農(nóng)，改進(jìn)地面灌溉方法，農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的農(nóng)田水土管理研究，：中國(guó)水利水電，2000。繼富、益農(nóng)等，規(guī)?；r(nóng)業(yè)類型區(qū)改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的初步成果J，節(jié)水灌溉，2001，(4)。FA

31、O，地面灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)指南，：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技，1992。竟成,論我國(guó)的農(nóng)田溝、畦灌溉技術(shù)的完善與改進(jìn),節(jié)水灌溉，：中國(guó)農(nóng)業(yè)，1998。Pereira, L.S., Surface irrigation systems, In: Sustainability of Irrigated Agriculture, NATO ASI series, Eds.L.S. Pereira, R.A. Feddes, J.R. Gilly and B. Lesaffre, Kluwer, Dordrecht, 1996。錢蘊(yùn)璧、益農(nóng)，地面灌溉技術(shù)的評(píng)價(jià)與節(jié)水潛力J，灌溉排水，1999，增刊。益農(nóng)、許迪等，農(nóng)田土地激光平整技術(shù)應(yīng)用與初步評(píng)價(jià)J，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，（2）。許迪、益農(nóng)等，常規(guī)土地平整與激光平地技術(shù)組合應(yīng)用初步分析J，水利學(xué)報(bào)，1999，（10）。益農(nóng)、許迪等，田面平整精度對(duì)畦灌性能和作物產(chǎn)量影響的試驗(yàn)研究J，水利學(xué)報(bào)，2000，（12）。益農(nóng)、許迪