任务三　节水型畦灌技术

目标：掌握四种节水型畦灌的灌水技术及其灌水要素，并能根据实际选用合适的畦灌技术。

要点：四种节水型畦灌的灌水技术及其灌水要素。

近年来，我国广大灌区为节约灌溉水、提高灌水质量、降低灌水成本，推广应用了很多项先进的节水型畦灌技术，取得了明显的节水和增产效果。这些先进的节水型畦灌技术主要包括小畦灌、长畦分段灌、宽浅式畦沟结合灌、水平畦灌等技术。

一、小畦灌灌水技术

1．小畦灌灌水技术的含义

小畦灌灌水技术又叫畦田“三改”灌水技术，也就是“长畦改短畦，宽畦改窄畦，大畦改小畦”的灌水方法。其关键是使灌溉水在田间分布均匀，节约时间，减少灌溉水的流失，从而促进作物健壮生长，增产节水。

小畦灌灌水技术是我国北方麦区行之有效的一种地面灌溉节水技术，河北、山东、河南等地的一些园田化标准较高的地方，均有相当规模的推广和应用。

2．小畦灌灌水技术的优点

（1）节约水量，易于实现小定额灌水。大量实验证明，入畦单宽流量一定时，灌水定额随畦长的增加而增大，即畦长越长，畦田水流的入渗时间就越长，灌水量也就越大。小畦灌通过缩短畦长，可减少灌水定额，一般不超过675m3/hm2，可节约水量20%～30%。

（2）灌水均匀度高，灌水质量高。小畦灌畦块面积小，水流流程短且比较集中，水量易于控制，入渗比较均匀，可以避免出现“高处浇不上，低处水汪汪”等不良现象。实验数据显示，畦灌的畦长在30～50m时，灌水均匀度可达80%以上，符合科学用水的要求；畦长大于100m时，灌水均匀度则低于80%。

（3）防止深层渗漏，提高田间水的有效利用率。灌水前后对200cm厚土层深度的土壤含水量测定表明：当畦长为30～50m时，未发现深层渗漏；畦长为100m时，深层渗漏量较小；畦长为200～300m时，深层渗漏水量平均要占灌水量的30%左右。

（4）减轻土壤冲刷，减少土壤养分流失，减轻土壤板结。传统畦灌的畦块大、畦块长、灌水量大，土壤冲刷比较严重，土壤养分容易随深层渗漏而损失；而小畦灌灌水量小，有利于保持土壤结构和土壤肥力，促进作物生长。测试表明，小畦灌可增加产量10%～15%。

（5）土地平整费用低。由于小畦灌畦块面积小，对整个田块的平整度要求不高，只要保证小畦块内平整就行了，这样既减少了大面积平地的土方工程量，又节约了平地用工量，降低土地平整费用。

3．小畦灌灌水技术的主要技术要素

小畦灌灌水技术的主要技术要素包括灌水定额、单宽流量、畦田地面坡度、畦长和畦宽。地面坡度为1/400～1/1000时，单宽流量为2．0～4．5L/（s·m），灌水定额为300～675m3/hm2。畦田长度自流灌区以30～50m为宜，最长不超过70m，机井和高扬程提水灌区以30m左右为宜。畦田宽度自流灌区一般为2～3m，机井提水灌区以1～2m为宜。畦埂高度一般为0．2～0．3m，底宽0．4m，地头埂和路边埂可适当加宽培厚。

二、长畦分段灌灌技术

1．长畦分段灌灌水技术的含义

长畦分段灌又称长畦短灌，是将一条长畦分成若干个没有横向畦埂的短畦，采用地面纵向输水沟或低压塑料薄壁软管，将灌溉水输送入畦田，然后自下而上或自上而下依次逐段向短畦内灌水，直至全部短畦灌完为止的灌水技术。长畦分段灌布置如图2-8所示。

2．长畦分段灌灌水技术的特点

长畦分段短灌法，畦田宽度可达5～10m，畦田长度可达200m以上，一般在100～400m，但其单宽流量并不增大。实践证明，长畦分段短灌技术是一种良好的节水型灌水方法，它具有以下优点：

（1）节水。长畦分段灌技术可以实现灌水定额450m3/hm2左右的低定额灌水，灌水均匀度、田间灌水存储率和田间灌水有效利用率均超过80%，且随畦长的增长而增加。与畦长相等的常规畦灌方法比较，可节水40%～60%。

（2）省地。灌溉设施减占地少，可以省去1～2级田间输水渠沟，且畦埂数量少，节约耕地。

（3）适应性强。与传统的畦灌方法相比，长畦分段灌可以灵活适应地面坡度、糙率和种植作物的变化，可以采用较小的单宽流量，减少土壤冲刷。

（4）易于推广。该技术投资少，节约能源，管理费用低，技术操作简单，因而经济实用，易于推广应用。

（5）便于田间耕作。田间无横向畦埂或渠沟，方便机耕和采用其他先进的耕作方法，有利于作物增产。

3．长畦分段灌灌水技术的技术要素

长畦分段灌灌水技术的技术要素包括：畦长及畦宽、入畦灌水流量、分段改水时间或改水成数和分段进水口的间距（即短畦长度与间距）。

（1）畦长、畦宽。长畦分段灌的畦宽可以宽至5～10m，畦长可达200m以上，一般在100～400m，但其单宽流量并不大。

（2）单宽流量。依据畦灌灌水技术要素之间的关系可知，进入畦田的总灌水量与计划灌水量相等，即：

由式（2-1）可知，在相同土质、地面坡度和畦长情况下，单宽流量的大小主要与灌水定额有关。因此，可在不同条件下引入不同的单宽流量，以控制达到计划的灌水定额。坡度大的畦田，入畦单宽流量应选小些；坡度小的畦田，入畦单宽流量可选大些。坡度相同的情况下，畦田长，单宽流量可大些；畦田短，入畦单宽流量可小些。地面平整度差的畦田，单宽流量可大些，地面平整好的畦田，单宽流量可小些。

（3）改水成数。实施畦灌时，为使畦田内的土壤湿润均匀并节省水量，应掌握好畦口的放水时间，通常以改水成数作为控制畦口放水时间的依据。改水成数是指封闭畦口，并改水灌溉另一块畦田时，畦田内薄水层水流长度与畦长的比值。例如，当水流流到畦长的80%时，封口改水，即为“八成改水”。封口后的畦田，畦口虽然已经停止供水，但畦田田面上剩余水流仍将继续向畦尾流动，流至畦尾后再经过一段时间，畦尾存水刚好全部渗入土壤，以使整个畦田湿润土壤达到既定的灌水定额。这样可使畦田上的水流在畦田各点停留的时间大致相等，从而使畦田各点的土壤入渗时间和渗入水量大致相等。

改水成数应根据灌水定额、单宽流量、土壤性质、地面坡度和畦长等条件确定，一般可采用七成、八成、九成或十成。当土壤透水性较小、地面坡度较大、灌水定额不大时，可采用七成或八成改水；当土壤透水性较大、地面坡度较小、灌水定额又较大时，可采用九成改水。封口过早，会使畦尾漏灌，畦田灌水不足；封口过晚，畦尾又会产生跑水、积水现象，浪费灌溉水量。总之，正确控制封口改水，可以防止出现畦尾漏灌或发生跑水现象。

根据各地灌水经验，在一般土壤条件下，畦长为50m时宜采用八成改水，畦长为30～40m时宜采用九成改水。

（4）分段进水口的间距。根据水量平衡原理及畦灌水流运动基本规律，在满足计划灌水定额和十成改水的条件下，计算分段进水口的间距的基本公式如下：

有坡畦灌

水平畦灌

（5）长畦分段灌灌水技术的技术要素。长畦分段灌灌水技术的技术要素还可以参照表2-2。

三、宽浅式畦沟结合灌水技术

宽浅式畦沟结合灌水技术是一种适应间作套种或立体栽培作物“二密一稀”种植的灌水畦与灌水沟相结合的地面灌溉节水技术。近年来，通过试验和推广应用，已证实这是一项高产、节水、低成本的优良节水灌溉技术。

1．宽浅式畦沟结合灌水技术的应用

宽浅式畦沟结合灌水技术的特点是把畦田田面和灌水沟相间交替更换使用，分别用于间作套种的不同作物的种植与灌溉。下面以常见的小麦和夏播玉米为例说明。

（1）做畦。畦田田面宽度为40cm，可以种植两行小麦（即“二密”），行距10～20cm，如图2-9（a）所示。

（2）小麦的播种与灌溉。小麦播种于畦田后，可以采用常规畦灌法或长畦分段灌水法灌溉，如图2-9（a）所示。

（3）套种玉米。到小麦乳熟期，在每隔两行小麦之间挖掘浅沟，套种一行玉米（即“一稀”），行距90cm，如图2-9（b）所示。在此期间，如遇干旱，土壤水分不足，或遇有干热风时，可利用浅沟灌水，灌水后借浅沟湿润土壤，为玉米播种和发芽出苗提供良好的土壤水分条件。

（4）畦田田面更换为灌水沟。小麦收获后，玉米已近拔节期，可在小麦收割后的空白畦田田面处开挖灌水沟，并结合玉米中耕培土，把从畦田田面上挖出的土壤覆在玉米根部，就形成了垄梁及灌水沟沟埂，而原来的畦田田面则成为灌水沟沟底，其灌水沟的间距正好是玉米的行距，灌水沟的上口宽则为50cm，如图2-9（c）所示。这样既能牢固玉米根部、防止倒伏，又能多蓄水分、增强耐旱能力。

宽浅式畦沟结合灌水方法，最适宜于在遭遇干旱天气时，采用“未割先浇技术”，以一水促两种作物。就是在小麦即将收割之前，先在小麦行间浅沟内，玉米播种前进行一次小定额灌水，这次灌水不仅对小麦籽粒饱满和提早成熟有促进作用，而且也提高了玉米播种出苗、幼苗期的土壤含水量，对玉米出苗、壮苗都有促进作用。

2．宽浅式畦沟结合灌水技术的优点

（1）节水。宽浅式畦沟结合灌水技术灌水均匀度高、灌水量小，一般灌水定额525m3/hm2左右，而且玉米全生育期灌水次数比传统地面灌溉可以减少1～2次，耐旱时间较长。

（2）有利于保持土壤结构。灌溉水流入浅沟后，由浅沟沟壁向畦田土壤侧渗湿润土壤，因此对土壤结构破坏小，能使土壤疏松透气，有利于作物根系的生长。

（3）增产。“二密一稀”的种植方式使得田间作物的通风透光条件得到改善，有利于作物的生长。该项灌水方法还可以促使玉米适当早播，解决小麦、玉米两种作物“争水、争时、争劳”的尖锐矛盾和随后的秋夏两季作物“迟种迟收”的恶性循环问题，并使施肥集中，养分利用充分，有利于两种作物获得稳产、高产。

宽浅式畦沟结合灌水技术是我国北方广大旱作物灌区值得推广的节水灌溉新技术。但是，它也存在田间沟多畦多、沟畦轮番交替、劳动强度较大、费工较多等缺点。

四、水平畦灌灌水技术

水平畦田灌溉技术是建立在激光控制土地精细平整技术应用基础上的，田块纵向和横向两个方向的田面坡度均很小或为零时，短时间内给大面积田块供水的一种地面节水灌溉技术。

1．激光控制平地技术

激光控制平地技术是目前世界上最先进的土地精细平整技术。它利用激光辐射在田面上方形成的平面作为操平的控制标准，使用液压控制系统自动地、敏捷地控制平地铲的升降，实施土地的精平作业。

（1）工作原理。激光发射器发出的旋转光束，在作业地块的定位高度上形成一光平面，此光面就是平地机组作业时平整土地的基准平面，光面可以水平，也可以与水平面成一倾角（用于坡地平整作业）。激光接收器安装在靠近刮土铲铲刃的伸缩杆上，从激光束到铲刃之间的这段固定距离即为标高定位测量的基准。当接收器检测到激光信号后，不停地向控制箱发送电信号。控制箱接收到标高变化的电信号后，进行自动修正，修正后的电信号控制液压控制阀，以改变液压油输向油缸的流向与流量，自动控制刮土铲的高度，使之保持达到定位的标高平面。

如激光束扫描在激光接收器标准上方，表明刮土铲铲刃处于平面平整线的下部，接收传送的电信号由控制箱进行修正，并控制液压阀致使油缸提升刮土铲；反之刮土铲下降，以此保持铲刃处在定位的标高平面上。

（2）激光平地系统主要工作部件。激光平地系统由激光发射器，激光接收器，控制箱，液压机构，刮土铲等组成，如图2-10所示。

1）激光发射器（蓄电池做电源）。该发射器固定在三脚架顶上。在激光发射机内，有一只功率为4MW的氦氖激光管。激光管发射出一束像铅笔尖那样粗细的红色光束，光束朝下，经过两个反光镜，将光束变位朝上，又经过一个透镜变为平行光束，然后再经棱镜系统转90°发射出去。棱镜系统是安装在一个旋转轴上，因而在一定高度形成一旋转360°的激光基准平面，转速为300～600r/min，有效光束半径为300～500m（根据功率而定）。机械部分安装在一个万向接头系统上，因而光束平面能按照预定的坡度倾斜。

2）激光接收器。激光接收器固定安装在平地机的伸缩杆上，并用电线与控制箱连接。当接收到来自激光发射器发出的旋转的红色光束时，即将激光信号转换成电信号，并通过连接线输送给控制箱。

3）控制箱。激光平地机的驾驶员靠驾驶室内的控制箱来操作各控制开关，因此控制箱应安装在驾驶员容易监视，并能伸手操作控制开头的位置上。控制箱组成：①三个操纵杆；②加减开关，用以改变数码显示器中的预定坡度；使机手能迅速预定出所需的坡度数；③接收杆的升降开关，用以调节接收杆的高度；④二极管保险丝；⑤自动、手动开关；⑥数码显示器、显示坡降度数；⑦刮土铲升降开关；⑧指示控制开关，用以选择自动或手动运行方式。

4）液压控制阀。液压阀安装在拖拉机上，并与拖拉机液压系统连接。在处于自控状态时，经控制箱转换修正后的电信号，启动电磁阀，变动液压控制阀的位置，改变液压油的流量和流向，通过油缸柱塞的伸缩控制平地铲升降。

（3）激光平地系统的操作。

1）建立激光。首先根据需刮平的场地大小，确定激光器的位置，如长、宽度超过300m，激光器大致放在场地中间位置。如长、宽度小于300m，则可安装于场地的周边。激光器位置确定后，将它安装在支撑的三脚架上并调平。激光的标高，应处在拖拉机平地机组最高点上方0．5～1m，以避免机组和操作人员遮挡住激光束。

2）测量场地。利用激光技术进行地面测量，1人操作发射器，配3～5人移动标尺（每测点间距为10～20m，每个地块按横列竖行排列），每个杆尺高3m，其上装有可上、下滑动的激光接收器。顺序详细记录测定的测点方向和高低数据，绘制出地块的地形地势图，并计算出整块地的平均高度。这个平均标高的位置，作为平地机械作业的基准点，也是刮土铲铲刃初始作业位置。

3）作业。以铲刃初始作业位置为基准，调整激光接收器伸缩杆的高度，使激光发射器发出的激光束与接收器相吻合。即在红、黄、绿显示灯的中间绿灯闪亮为止（红灯亮表示接收不到激光仪发出的信号；绿灯亮时，表示接收范围正常，当三个绿灯亮时，即为水平；黄灯亮，表示地面高低差已超出平整的范围）。然后，将控制开关置于自动位置，就可以启动拖拉机平地机组开始平整作业。

2．水平畦田灌溉技术的特点

水平畦田灌溉技术具有灌水技术要求低，田间灌水利用率高，可以拦蓄降雨、劳动生产率高等优点，特别适用于地势平坦，面积较大，机械化程度高的灌区，尤其适用于入渗速度比较低的黏性土，同时也适用于砂性土壤的一种良好的节水灌溉方法。

3．水平畦田灌溉技术的技术要素

小畦灌灌水技术的主要技术要素包括平整精度（Sd）、畦长、畦宽、单宽流量及灌水时间等。

（1）畦田平整精度。较差的田面平整精度意味着较为起伏的畦田微地形条件。其中沿纵坡方向的田面不平整，会阻碍水流的顺畅推进，形成局部积水；沿畦长的畦块横断面方向上，地面的凹凸不平会引起水分入渗深度的非均匀性，从而会影响灌溉质量。适宜的畦田纵坡在0．001～0．003之间，地面平整精度至少小于3cm，当地面平整精度小于2cm时，会获得很高的灌溉质量。

（2）畦长、畦宽。如何选择适宜的畦长、畦宽，主要取决于田面平整的精度和入畦流量的大小。在入畦单宽流量保持在3～5L/（s·m）的范围内时，当地面平整状况较差时（平整精度Sd≥8cm），畦长宜为30～50m，畦宽为1～2m；田面平整精度在5cm左右时，推荐的畦长为50～70m，畦宽2～3m；在畦田平整条件较好的情况下（平整精度Sd≤2cm），畦田长度可增大到100m左右，畦宽扩到10m左右。

（3）入畦单宽流量。较大的入畦单宽流量能加快水流在畦田内的推进速度，缩短推进历时，使水分沿畦长的入渗分布较为均匀，有利于提高灌溉效率和灌水均匀度；但单宽流量过大容易对畦面土壤造成冲刷。根据田间土壤质地，并结合畦块宽度选择，一般入畦单宽流量为3～5L/（s·m），且不超过5L/（s·m）。

（4）灌水时间。灌水时间过长易造成灌水过量，且会使畦田水分入渗分布不均匀，灌溉效率和灌水均匀度下降。应根据设计条件确定合理的灌水时间，并加强田间灌溉管理。