南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)計

南方季節(jié)性缺水灌區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)計周蕓1，2王朝勇1王智育1

（1.四川省水利科學(xué)研究院成都610072；2.中國水利水電科學(xué)研究院北京100038） 【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(shè)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(jìn)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(shè)計方法需要進(jìn)一步完善?！娟P(guān)鍵詞】季節(jié)性缺水節(jié)水灌溉制度設(shè)計0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)計越來越引起重視。但長期以來，節(jié)水灌溉制度沒有完善的設(shè)計方法，雖然國內(nèi)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(shè)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(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系集成與示范”四川簡陽示范點(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)，提出了可供實際應(yīng)用的節(jié)水灌溉制度設(shè)計方法。1四川簡陽“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(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,對灌溉用水進(jìn)行科學(xué)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(diǎn)，通過建立農(nóng)業(yè)用水基本信息數(shù)據(jù)庫、灌溉水量監(jiān)測與農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測系統(tǒng)、動態(tài)配水模型，科學(xué)合理地對灌區(qū)灌溉用水進(jìn)行了管理。灌溉制度設(shè)計是灌溉工程設(shè)計的核心內(nèi)容，節(jié)水措施是節(jié)水灌溉制度設(shè)計的基礎(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、萬古水庫與仙女灘石河堰聯(lián)合調(diào)配技術(shù)(9)小水利工程(庫塘堰站池井)聯(lián)合運(yùn)行模式(10)降雨、地表水、地下水、土壤水四水聯(lián)動調(diào)配技術(shù)節(jié)水灌溉制度設(shè)計方法灌溉制度設(shè)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(nèi)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(shè)計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)計的，這和實際情況不符。計算出的灌溉定額比當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)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(shè)計是根據(jù)實際情況，采用上述十項農(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。計算時采用了一些近年國內(nèi)外研究成果，受旱脅迫減產(chǎn)率小于5%。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：ET=k?ET=k?k?ET0 ⑴k=ln600A+1)/點(diǎn)01) (2)ww式中：k為土壤水分脅迫修正系數(shù)；A為相對有效含水率，A=(0-0)/(0-0)，其中0為根系活動層的平均土壤含水率「0為凋萎系數(shù)，0為田間持水率。fp根據(jù)對四川省農(nóng)田水分盈虧的研究，為)了保證脅迫減產(chǎn)率小于5%，根活動層的平均土壤含水率0在作物生長敏感期(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)。計算方法在節(jié)水灌溉制度設(shè)計中，有兩種計算方法：一種是參數(shù)修正法，即對農(nóng)田水分平衡方程中的計算參數(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(fù)雜，適合于灌溉管理、大、中水利工程節(jié)水規(guī)劃設(shè)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(jié)果進(jìn)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(biāo)。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(shè)計，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。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，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，對水稻面積進(jìn)行了控制。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)主要是通過促進(jìn)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(dá)到節(jié)水的目的。果樹綜合節(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。節(jié)水灌溉制度設(shè)計參數(shù)水稻根據(jù)參數(shù)修正法和節(jié)水灌溉制度設(shè)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(diào)整。旱作物根據(jù)參數(shù)修正法和節(jié)水灌溉制度設(shè)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(diào)整。四川簡陽“863”節(jié)水農(nóng)業(yè)示范區(qū)節(jié)水灌溉制度設(shè)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(jìn)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(jìn)行分解，然后分別對水量平衡方程的參數(shù)作相應(yīng)的修正，計算出秸稈覆蓋、薄膜覆蓋的單項灌溉定額，再結(jié)合各自的使用面積綜合而成。旱作物及果樹節(jié)水灌溉單項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)水效果和實施面積計算得出的加權(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，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(shè)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(shè)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)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)試驗資料總結(jié)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?jǐn)?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35.0050.000.0060.0060.0060.0050.0030.000.000.00適宜灌溉水層下限5.0020.000.0020.0020.0020.0020.005.000.000.00（mm）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(qiáng)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18.0025.0025.0030.0030.0030.0025.0015.000.000.00適宜灌溉水層下限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）》=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2147272033148266灌水次數(shù)111126表5示范區(qū)水5下灌水量灌水次數(shù)k稻節(jié)水灌溉制6上6中171度表（薄膜覆蓋與強(qiáng)化大三圍）（P=75%）單位：m3/畝6下7 8中8本田全生育期 全生育期6中 7下8上8下 （凈灌溉定 （凈灌溉定中 下 額） 額）40 20 77 1952 1 4結(jié)論采用本設(shè)計方法得到的灌溉制度和和示范區(qū)試驗數(shù)據(jù)基本吻合。本設(shè)計方法不限制于南方季節(jié)性缺水灌區(qū)，可在全國普遍采用。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，節(jié)水灌溉制度設(shè)