南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)

南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)

    摘要:本文在非充分灌溉理論和調(diào)虧灌水技術(shù)指導(dǎo)下,采用參數(shù)修正法為主綜合修正法為輔的計(jì)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(shè)計(jì)原則與方法,編制了計(jì)算軟件,得到了和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合的灌溉制度。此設(shè)計(jì)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(jìn)一步研究,節(jié)水措施又非常多,目前尚缺乏充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證某些參數(shù)選用的合理性,本設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)一步完善。
    關(guān)鍵詞:季節(jié)性缺水 節(jié)水灌溉制度 設(shè)計(jì)
    前言
    在節(jié)水農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展中,節(jié)水灌溉制度的優(yōu)化設(shè)計(jì)越來(lái)越引起重視。但長(zhǎng)期以來(lái),節(jié)水灌溉制度沒(méi)有完善的設(shè)計(jì)方法,雖然國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家提出了一些基本理論,但實(shí)踐中仍然按照充分灌溉理論,基本沿用常規(guī)灌溉的設(shè)計(jì)方法,這和實(shí)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(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范”四川簡(jiǎn)陽(yáng)示范點(diǎn),本文在總結(jié)示范點(diǎn)采用的農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水灌溉技術(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,以非充分灌溉理論和調(diào)虧灌水技術(shù)為指導(dǎo),提出了可供實(shí)際應(yīng)用的節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)方法。
    1 四川簡(jiǎn)陽(yáng)“863”節(jié)水農(nóng)業(yè)示范基地農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù)
    我國(guó)南方地區(qū)年降雨量豐富,但時(shí)空分布不均,近年來(lái)季節(jié)性干旱較為嚴(yán)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(yán)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、灌溉水成本逐漸提高的影響,節(jié)水灌溉、科學(xué)灌溉的呼聲越來(lái)越高,特別是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化及高科技農(nóng)業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)灌溉用水進(jìn)行科學(xué)管理的市場(chǎng)需求也越來(lái)越大。四川簡(jiǎn)陽(yáng)“863”節(jié)水示范區(qū)針對(duì)我國(guó)南方地區(qū)季節(jié)性干旱的特點(diǎn),通過(guò)建立農(nóng)業(yè)用水基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)、灌溉水量監(jiān)測(cè)與農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)配水模型,科學(xué)合理地對(duì)灌區(qū)灌溉用水進(jìn)行了管理。
    灌溉制度設(shè)計(jì)是灌溉工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容,節(jié)水措施是節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。依據(jù)地形、地貌、農(nóng)業(yè)氣候等特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)有水利設(shè)施,該示范區(qū)集成與展示有十項(xiàng)農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水技術(shù),如下:
    (1)水稻綜合節(jié)水灌溉技術(shù)
    (2)玉米、紅苕綜合節(jié)水灌溉技術(shù)
    (3)小麥、油菜綜合節(jié)水灌溉技術(shù)
    (4)果樹(shù)綜合節(jié)水灌溉技術(shù)
    (5)渠道、塘堰防滲堵漏綜合節(jié)水技術(shù)
    (6)坡面集雨節(jié)灌綜合節(jié)水技術(shù)
    (7)噴、微灌綜合節(jié)水灌溉技術(shù)
    (8)沱江提灌站、萬(wàn)古水庫(kù)與仙女灘石河堰聯(lián)合調(diào)配技術(shù)
    (9)小水利工程(庫(kù)塘堰站池井)聯(lián)合運(yùn)行模式
    (10)降雨、地表水、地下水、土壤水四水聯(lián)動(dòng)調(diào)配技術(shù)
    2 節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)方法
    2.1 灌溉制度設(shè)計(jì)原則
    示范區(qū)所在地四川簡(jiǎn)陽(yáng)屬川中丘陵區(qū),旱作物生長(zhǎng)期內(nèi)土壤水分多數(shù)時(shí)間處于適宜土壤水分的中或下限,不少時(shí)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(shè)計(jì)基本上是按照充分灌溉理論(滿足作物全生育期內(nèi)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(shè)計(jì)的,這和實(shí)際情況不符。計(jì)算出的灌溉定額比當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)年份實(shí)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(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)際情況,采用上述十項(xiàng)農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水灌溉技術(shù),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(diào)虧灌水技術(shù)指導(dǎo)下進(jìn)行的。計(jì)算時(shí)采用了一些近年國(guó)內(nèi)外研究成果,受旱脅迫減產(chǎn)率小于5%。
    2.1.1 旱作物需水量計(jì)算公式
    在非充分灌溉條件下,旱作物需水量計(jì)算可采用Jensen對(duì)數(shù)公式:
    (1)
    (2)
    式中:為土壤水分脅迫修正系數(shù);為相對(duì)有效含水率,,其中為根系活動(dòng)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(duì)四川省農(nóng)田水分盈虧的研究,為了保證脅迫減產(chǎn)率小于5%,根活動(dòng)層的平均土壤含水率在作物生長(zhǎng)敏感期(關(guān)鍵期)應(yīng)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(jì)算方法
    在節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)中,有兩種計(jì)算方法:一種是參數(shù)修正法,即對(duì)農(nóng)田水分平衡方程中的計(jì)算參數(shù)按相應(yīng)節(jié)水灌溉技術(shù)要求進(jìn)行修正。這種方法可以計(jì)算出灌水時(shí)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(fù)雜,適合于灌溉管理、大、中水利工程節(jié)水規(guī)劃設(shè)計(jì)。另一種是綜合修正法,這種方法直接對(duì)常規(guī)灌溉制度計(jì)算的灌溉定額結(jié)果進(jìn)行打折修正,得出節(jié)水灌溉定額,但無(wú)法獲得節(jié)水灌溉制度的其它指標(biāo)。這種方法較為簡(jiǎn)單,適合于水資源平衡計(jì)算,小型水利工程節(jié)水規(guī)劃設(shè)計(jì),目前許多節(jié)水規(guī)劃是采用這種方法計(jì)算的。這里采用參數(shù)修正法為主綜合修正法為輔的計(jì)算方法。
    2.1.3 種植結(jié)構(gòu)調(diào)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(yáng)程較高,渠道較長(zhǎng),灌溉供水成本較高,不適合進(jìn)一步發(fā)展高耗水作物。根據(jù)現(xiàn)有情況,對(duì)水稻面積進(jìn)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(yùn)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(shù)并不適合這些地區(qū)。淺灌中(深)蓄灌水技術(shù)有利于節(jié)水(10~20%)和蓄雨(增加蓄雨5~30%),已為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍采用,是一種常規(guī)的灌水技術(shù)。該示范區(qū)主要采用的節(jié)水技術(shù)有旱育秧技術(shù)、塑料薄膜、秸稈覆蓋技術(shù)和“強(qiáng)化大三圍”栽培技術(shù)等,這些技術(shù)主要是通過(guò)減少泡田水量、減少棵間蒸發(fā)、減少滲漏量達(dá)到省水的目的。
    旱作物綜合節(jié)水灌溉技術(shù)構(gòu)成比水稻復(fù)雜,一般都是幾種節(jié)水灌溉技術(shù)一起采用,種子包衣技術(shù)、控制性灌水、秸稈覆蓋等,這些技術(shù)主要是通過(guò)促進(jìn)種子及根系生長(zhǎng)能力、減少棵間蒸發(fā)、抑制植株無(wú)效蒸發(fā)、多蓄雨水來(lái)達(dá)到節(jié)水的目的。
    果樹(shù)綜合節(jié)水灌溉技術(shù)主要由優(yōu)質(zhì)苗木靠接技術(shù)、關(guān)鍵期水肥結(jié)合溝(點(diǎn))灌技術(shù)、抗旱劑噴施技術(shù)和棵間覆蓋(秸稈、種殼、雜草、肥料等有機(jī)混合物覆蓋)技術(shù)組成。
    2.2 節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求,分秸稈覆蓋和薄膜覆蓋兩種情況對(duì)水稻節(jié)水灌溉制度計(jì)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(diào)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(shè)計(jì)要求,對(duì)旱作物節(jié)水灌溉制度計(jì)算參數(shù)土壤適宜水分上、下限作調(diào)整。
    3 四川簡(jiǎn)陽(yáng)“863”節(jié)水農(nóng)業(yè)示范區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)計(jì)成果
    采用上述方法,編制計(jì)算軟件,對(duì)示范區(qū)主要作物以旬為單位進(jìn)行了長(zhǎng)系列(1960-2000年)的節(jié)水灌溉制度計(jì)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(jìn)行分解,然后分別對(duì)水量平衡方程的參數(shù)作相應(yīng)的修正,計(jì)算出秸稈覆蓋、薄膜覆蓋的單項(xiàng)灌溉定額,再結(jié)合各自的使用面積綜合而成。旱作物及果樹(shù)節(jié)水灌溉單項(xiàng)定額是在考慮土壤水分脅迫和非關(guān)鍵期限制性灌溉的基礎(chǔ)上,按水量平衡方程及農(nóng)田水分調(diào)蓄計(jì)算得出的結(jié)果,再用其它不同節(jié)水措施的節(jié)水效果和實(shí)施面積計(jì)算得出的加權(quán)綜合節(jié)水比例進(jìn)行修正后得出。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)示范區(qū)節(jié)水與常規(guī)灌溉面積比例,加權(quán)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(quán)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(shí),對(duì)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(shè)計(jì)成果見(jiàn)表1、表2、表3、表4、表5,旱作物及果樹(shù)的灌溉制度設(shè)計(jì)及計(jì)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)水灌溉技術(shù)節(jié)水效果表
    采用技術(shù)
    減少泡田水量
    減少需水量
    減少滲漏量
    綜合節(jié)水
    實(shí)施面積
    旱育秧技術(shù)
    35~45%
    15~30%
    85~95%
    40~65%
    30%
    秸稈覆蓋技術(shù)
    /
    15~25%
    20~35%
    15~30%
    15%
    薄膜覆蓋及“強(qiáng)化大三圍”技術(shù)
    20~35%
    30~50%
    50~65%
    30~50%
    35%
    備注:1、本表根據(jù)省內(nèi)外相關(guān)試驗(yàn)資料

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