第四章地面灌溉节水技术ppt课件.ppt

第四章 地面灌溉节水技术,地面灌溉：送入田块的灌溉水在沟、畦、格田中流动，形成连续的薄水层或细小的水流，借重力和毛细管作用浸润土壤的灌水方法。它包括漫、沟、畦、格田灌溉等。目前，世界90%采用此法。 鉴于目前我国经济实力不足，广大农村地区的技术管理水平较低的现实，大面积推广喷灌、滴灌、渗灌等先进灌水技术还受到很大的限制，97%灌溉采用地面灌溉方式。在今后相当长的一段时间内，我国还仍会以地面灌溉为主 。地面灌溉节水技术很多，如平整土地、长畦改短畦、宽畦改窄畦、隔沟灌、膜上灌、波涌灌等。,优点：耗能少，投入低，不需特殊设备，农民易于掌握，节水效果也比较明显。 不足：易超量灌溉，渗漏量大，抬高地下水位，发生土壤次生盐碱化； 对土地平整要求高，投工大； 地面蒸发所占比重大，水分利用效率低； 易板结。,第一节平整土地,要实现地面灌溉用水的高效率，首先要确保土地平整，平整的土地可以使水均匀地流向田间各处，避免局部积水。美国把平地作为灌区改造的第一位工作，埃及的经验是灌区建设投资平地占70。,平整土地要满足以下一些基本要求：整后的土地应能产生灌溉的最佳坡度，满足灌溉水能均匀输送于田面各处。要使平整土地过程中的土方移动量最小，使土地平整费用投入最少。使平整的土地不降低原有耕地的肥力，确保当年平地，当年受益。,土地平整方法包括常规土地平整措施和激光控制平地技术。 常规平地方法有人工法和机械法。机械法采用的设备有推土机、铲运机和刮平机，它具有土方移动量大、平地效率高、费用相对较低等特点，适合于在地面起伏较大、平整度较差的田面内进行粗平，改变田块的宏观地形。由于平地效果取决推土机和刮平机的施工精度、人工操作和人工测平精度等诸多因素的影响，当田面达到一定平整度后便很难再有所提高。,激光控制平地技术。激光控制装置使土地平整精度得到大幅度的提高，其感应系统的灵敏性比人工视觉判断准确1050倍。激光平地的作业效率高，适宜在常规粗平基础上完成田面精平，改善地面微地形条件，但平地费用相对较高，铲运设备容积有限。利用常规粗平方法和激光精平技术的长处及特点，二者结合可获得较好的土地平整效果。,激光平地机配套的激光发射设备可按照操作人员输入的坡度等参数，在待平土地上方扫射形成激光面，安装在平地机上方的激光接收装置在平地机运动时，将地形起伏与激光面比较高差，同时将数据传送至驾驶室主控电脑，主控电脑通过牵引设备液压系统控制铲土框高地铲土，洼地卸土，达到全自动精确土地平整。,2006年5月1日，由四川省农业科学院引进的激光平地系统完成整机组装，进行测量的3块田中：1号地面积1.6亩，平地前高低差异14.5cm，平地后差异2.0cm。2号地面积3.2亩，平地前高低差异7cm，平地后差异3cm。3号地面积2.7亩，平地前高低差异12.5cm，平地后差异2cm。,一、 漫灌(wild flooding) 在田间不做沟、不做埂，灌水时任水四处漫溢的灌溉方法。粗放和原始的方法。缺点：水资源浪费严重；土壤养分淋失；根系易短期缺氧；土壤易板结，发生次生盐碱化。优点（唯一） ：在盐碱地大水漫灌，可淋洗盐碱。现状已被淘汰。,第二节地面灌溉方法,二、 格田灌溉(basin),格田灌溉：先在灌溉地块上建造格田（四周围埂），然后放水形成水层，从而实施灌溉的方法。要求 ：为使淹灌水层深浅一致，要求格田田面平整，坡度宜控制在0.05%左右。格田通常为长方形，埂高3040cm。面积视地形土质而定，一般25亩。,格田灌溉类型1、串灌格田：指格田与格田互相联通，共用一个进水口和出水口。因串灌不利于格田独立调控水层，又易引起肥料流失，应尽量避免。2、单灌格田：指每个格田都有独立的进水口和出水口，便于格田独立调控水层适用范围 主要适用于水稻等水生作物，另外，利于盐碱地冲洗改良。,三、 畦灌(border) 概念：在田间起土筑埂，将田块分割成许多狭长平整地块，即灌水畦，又称畦田。把水从输水沟或毛渠放入畦中，水流以薄层沿畦长方向向前移动，边流边渗润湿土层的灌水方法。畦灌法主要适用于灌溉窄行密植作物或撒播作物或保护地多数蔬菜、露地花卉、苗圃和密植果树等。,畦灌也称改进地面灌水技术，以往畦田灌溉方式比较粗放，近年来在激光控制平地技术基础上不断改进，自20世纪80年代起已在许多国家得到推广应用，是地面灌溉中推广应用最广泛的灌水方法之一 。 畦灌包括水平畦灌和波涌灌等。水平畦灌指田间做成水平的畦，水以较大流量流入畦内，并均匀分布后由重力作用渗入根区的畦灌。水平畦田灌水技术在我国的应用尚处于起步阶段，随着现代化规模经营农业的发展，传统的地面灌溉技术向现代地面灌溉技术的转变已成为大势所趋。,畦田改造在我国有两种方案：一是大畦改小畦实施小畦灌溉；另一种方案是采用激光平整土地技术，对土地进行精平，进行水平畦灌。,一、小畦灌溉 （一）、优点： （1）节约水量，易于实现小定额灌水 （2）灌水均匀，灌水质量高 （3）防止深层渗漏，提高田间水的利用率 （4）减轻土壤冲刷，减少养分淋失，减轻土壤板结 （5）土地平整费用低，技术简单、易掌握和推广。,（二）、畦田的坡度： 沿长边方向一定的畦田坡度，便于流入畦田的水在田面上形成流动的薄水层，实现均匀灌溉的目的。一般布置适宜的田面坡度为1/10003/1000，最大可达0.02。坡度过大会造成水对土壤的冲刷，而引发水土流失。畦面面积与畦面坡度大小要相适应，畦面越平灌溉水在畦面内的流动越慢，畦块就应该设计得小一些，这样才能减少畦首的渗漏损失。,(三)、畦田规格设计,畦田规格设计主要有畦田的长度、宽度和畦埂断面等。1畦宽 畦宽主要取决于畦田的土壤性质和农业技术要求以及农业机具的宽度。通常畦宽多按当地农业机具宽度的整倍数确定，一般为24m，传统畦灌法的畦宽一般都要求最宽不要超过4m。尤其在水源流量较小时或井灌区，为了迅速在整个畦田面上形成流动的薄水层，一般畦田的宽度都较小。,2、畦长 畦长随畦田纵向坡度、土壤质地及土壤透水性能、土地平整度等情况变化。畦田田面纵向坡度大时畦长可长些；砂质土壤透水性能强，畦田长度宜短；黏质土壤透水性能弱，畦长稍长。保护地畦长取决于保护地设施的长度或宽度。,畦长与灌水均匀度之间的关系,土壤性质、畦田纵向坡度与畦长和畦宽以及单宽流量之间的关系,3畦埂 畦埂断面一般为三角形，畦埂高0.2-0.25m，底宽0.30.4m，引浑水灌溉的地区应适当加大些。畦埂是临时性的，应与整地、播种相结合，最好采用筑埂器修筑。对于密植作物，畦埂也可以进行播种。为防止畦埂跑水，在畦田地边和路边最好修筑固定的地边畦埂，埂高不应小于0.3m，底宽为0.50.6m，顶宽为0.20.3m。,二、水平畦灌,水平畦灌是将田间做成水平的畦田，水以较大流量流人畦内，并作均匀分布，在重力作用下渗入根区。水平畦灌需建立在激光控制精细平整土地技术基础上的一种地面灌溉技术。它具有灌水技术要求低，田间灌水利用率高，拦蓄降雨，劳动生产率高等优点，特别适合地势平坦、面积较大、机械化程度较高的地区。,水平畦田灌溉系统中的田面与小畦灌溉的田面有所不同，它要求田面具有较高的水平状态，畦田可以是任意形状，周边由田埂封闭，畦块规格的设计取决于供水流量、土壤入渗特性等因素。畦块的规格一般在2- 4hm2左右，较大的可达到16hm2。灌溉时要求的灌水流量较大，使灌溉水能在较短的时间内进入整个田块。,三、灌水质量评价 1 、灌水效率Ea,Zr水分渗入根层的平均水深进入田块的平均供水深度,2、灌水均匀度d,Ed灌水均匀度；反映了入畦水深在田间入渗分布的 均匀程度。 Z灌水后沿畦长方向各点土壤实际蓄水深度Zi与平均蓄水深度Z的离差绝对值的平均值。,第三节沟灌(furrow),沟灌：在作物行间开沟，灌水时，水在沟中边流边渗的灌溉方法。种类：细流沟灌与蓄水沟灌。细流沟灌 水在沟中边流边渗，灌完后沟尾不封闭，沟中不留积水；细流沟灌适于地面坡度较大、土壤渗透性良好的地区；蓄水沟灌 沟较深，灌水后沟尾封闭，沟中留有水层。蓄水沟灌适于土壤透水性差、地形平缓的地区。,灌水沟规格 断面，梯形或三角形，上口宽2040cm，沟深825cm； 适宜坡度0. 52%； 沟长取决于地面坡度、土壤透水性。当坡度小、土壤透水性强，沟长宜短些；反之，宜长些。一般30-100m； 间距取决于质地，因质地与灌水沟的湿润范围有关。轻质土壤间距较窄，50-60cm；重质土壤较宽，7580cm；中等质地，65-75cm。具体确定时还要结合作物的行距来考虑。入沟流量取决于地面坡度及土壤透水性。坡度小，透水性强，入沟流量要大些；反之，要小些。一般为0.22.0 L s-1 。,沟灌优点 1、灌水后不会破坏作物根系附近的土壤结构，可以保持根部土壤疏松，通气良好。2、不会形成严重的土壤表面板结，能减少深层渗漏，防止地下水位升高和上壤养分淋失。3、在多雨季节，还可利用灌水沟汇集地面径流并及时进行排水防涝。4、沟灌能减少株间土壤蒸发，有利干土壤保墒（局部灌）。5、开灌水沟时还可对作物兼起培土作用，防止作物倒伏。适应范围 适于宽行距的中耕作物，如棉花、玉米、高粱、甘薯等。,河南省引黄灌区灌水沟长度与灌水流量关系表,第四节波涌灌溉,波涌灌溉又称间歇灌溉或涌流灌溉，是指利用适当的设备(方法)形成间隙流，水流以波涌状流向灌区的一种灌溉方式。 它是人们在研究沟(畦)灌的基础上发展起来的地面灌水技术，它可分为波涌沟灌和波涌畦灌。与传统的沟(畦)灌不同，它不是将灌溉水流一次推进到沟(畦)末端，而是将水流按一定周期间歇式地逐次推进到沟(畦)末端。,优点：1、节水效果好。节水率的大小与畦（沟）长短、土壤性质和灌溉季节有关。一般比连续灌可节水15-30%。2、水流推进速度快，节省时间，缩短灌期。例如，在相同的田块上用连续灌要24小时，而波涌灌为16小时。3、解决长畦（沟）灌水难的问题。目前一些灌区的畦（沟）比较长，有的长达300-400m，若采用连续灌，田间深层渗漏严重；若长畦改短畦又存在一定的难度，群众怕占地、费工。采用波涌灌可解决这个问题。4、灌水均匀、保肥。减少畦首（头）入渗量，避免大量深层渗漏损失，而使畦尾的入渗量增加。这就缩小了畦首、尾入渗量的差距，灌水更加均匀。同时，还可防止肥料淋失，把肥料保存在根层内。,在波涌灌溉过程中，随着田面供水的一放一停，田面水流相应地经历了一个起涨和落干的过程。当水流流经上一个周期湿润过的田面时，因田面的粗糙率减小，水流速度加快，入渗能力减小。这就使得波涌沟(畦)灌溉较传统的地面沟(畦)灌具有省时、省水、节能、灌水质量高等优点。并能基本解决长畦(沟)灌水难的问题。,一、波涌灌溉的灌溉机理,（一）、产生光滑的表面层。波涌灌溉采用的是间歇式灌水方式，当第一次灌水停止后，田面表层土壤的结构状态发生了改变，使凸凹不平的块状土壤被浸泡破碎，地表会变成较为光滑的土壤致密层。,当第一次波涌停水后，由于土壤浸泡破碎，颗粒膨胀，致密层形成，土壤糙率减小，这一过程的不断形成与发展构成波涌灌溉的特点。形成的表土致密层为下一周期的灌溉水流创造了一个有利于减少入渗量，加快水流推进速度的新边界。间歇一定时间后进行第二次波涌灌水，其田间水流界面流畅，犹如渠中输水，灌水进度要比上次明显加快。美国犹他州立大学测试棉花波涌沟灌，在同样的流量、沟长及灌沟数情况下，灌水作业完成计时，波涌灌为5h，连续灌为8h。,（二）减少土壤水分入渗速率,波涌灌的入渗率比连续灌有所减少，这种减少发生在土壤受到湿润之后的灌水停止时段。以下几方面因素是使波涌灌入渗率减小的主要原因。(1) 黏土颗粒的水合作用。黏土颗粒在水合过程中会发生膨胀。通常，这些黏土颗粒夹在土壤中的砂粒和粉粒之中。在间歇式的水流运行过程中，这些黏土颗粒遇水开始膨胀，在灌水停止时间黏土颗粒继续膨胀，从而减少了土壤的水力传导度，使再次灌水时的入渗率减小。,(2) 波涌灌条件下表土致密层的形成。在波涌灌水流停止时段，顶部极薄的土层会产生致密层。这种致密层一般由两种因素引起。一是顶层土壤黏土颗粒膨胀；二是由于前一次波涌灌水流运行时，其土粒间的引力逐渐减弱，在水流冲刷的机械作用下，表层土壤崩解成微小颗粒，解体后悬浮在水中的土壤颗粒逐渐下沉，使土壤表面孔隙封闭，在表层土壤板结形成一薄层结皮。土壤致密层的形成使已湿润地段的田面糙率及入渗能力明显地减小。,(3) 表土层下空气的渗入。在波涌灌水流停止时段，空气从顶层的空隙进入顶层以下的土壤中，使土壤毛细孔道吸入气泡，形成气塞，这些气泡阻塞了表土的小孔隙而使水的入渗减缓，从而也减小了入渗率。,波涌灌溉表层010cm范围的土壤容重比常规连续灌溉容重增幅59，而土壤孔隙率变化量则比常规连续灌溉减少1一5。虽然波涌灌会产生土壤致密层，如土壤容重增加，孔隙度下降，土壤密实，这似乎不利于土壤疏松和透气性能，但因波涌灌产生的土壤致密层多在25cm的地表层，表层以下与常规连续灌基本一致，不影响作物正常生长。,二、波涌灌的田间布设方式 目前，实现波涌灌溉的途径有两大类。 第一，采用人工的方法，此方法不需要任何设备，而是经人工控制实现波涌灌溉，但它增加了劳动强度，同时，灌溉参数不容易掌握。 第二，采用波涌灌水装置进行灌溉，即通过一定的控制设备来完成波涌灌溉。如波涌阀，它可以对灌溉中的各种性能参数实施自动控制，如：单宽流量、周期灌水时间、周期停水时间和循环率等。,波涌阀,波涌阀是波涌灌溉系统中的主要设备。波涌阀可以根据控制器的指令，实现对水流的控制，特别是灌溉完成后可自动切断水源，避免过量灌溉和水资源浪费。波涌阀的阀体呈“T”字形三通结构。水流从进水口引入后，通过阀体两侧的阀门自动转向实现交替分水，阀门启闭由控制器中的电动机驱动。,以波涌阀为主体的波涌灌系统，一般布设在条(畦)田的首端。取(进)水流量3050Ls的范围，每套波涌灌系统在条田地头横向布置2030m长，这样每组入畦或沟的波涌单宽流量就可控制在24L(sm)之间。 采用PE软管或PVC软(硬)管作为波涌灌的输水管，一端与井灌机械出水口或水渠分水口连接，另一端与波涌阀进水口相连，在波涌阀出水口处装有软管(硬管)伸向两侧，起到传统毛渠的配水作用。在控制器作用下可实现阀门的自动转向和水流切换，完成交替供水过程。波涌灌溉系统也可与田间闸管灌溉系统配套使用。,（1）周期、周期数和循环率 。周期数过多或过少灌溉效果都不好，过少时均匀度低，过多时灌水效果也不再提高。一般畦长200米以上时，以3-4个周期为宜，畦长200米以下时，以23个周期为宜；循环率是指放水时间与周期时间之比，一般为1/2（停水时间等于放水时间）或1/3（停水时间大于放水时间）。（2）放水时间。进行波涌灌的放水时间应取连续灌水时间的65-90。 （3）放水流量 应根据水源、田面和土壤状况确定。放水流量大时，田面流速大，推进速度快，可节约水量。但应以不冲刷土壤为原则。,四、波涌灌溉的技术要点：,第四节 膜上灌水技术,膜上灌水技术是我国新疆地区20世纪80年代发展起来的。膜上灌溉技术是在地膜栽培的基础上，把过去的地膜旁侧流水改为膜上流水，水在地膜上流动过程中，从放苗孔或膜缝慢慢地流入到作物根部土层，进行局部浸润灌溉。它在不增加地膜投入下实现了一膜多用。它是利用地膜输水，由放苗孔和增补的专用渗水孔向土壤中渗水，所以它是地面灌溉方法中的一种可以控制的微局部灌溉，其灌溉定额、灌水强度，施水面积类似滴灌，但两者投资相差悬殊。,在膜上灌条件下，97以上的面积都是依靠灌水孔的旁渗浸润来实现灌溉的，所以就大大防止了地面灌的深层渗漏。同时，由于覆膜避免了棵间无效蒸发，从而使灌溉用水效率得到提高。该项技术的田间试验研究表明，与常规的玉米、棉花沟灌相比，省水40一60，并有明显增产效果。,一、膜上灌溉的基本形式,膜上灌是在地面沟灌、畦灌基础上的一种改进地面灌溉技术。根据地膜的不同铺设方式与渗水孔的不同结构，形成了多种膜上灌溉形式。 1畦田膜上灌 畦田膜上灌是将地膜铺在畦田内，灌溉时水在膜上流入畦田内的各个角落，由放苗孔(或渗水孔)和膜缝渗入土壤中，如棉花膜上灌基本就是此种形式。但根据筑埂方法不同又分为打埂膜上灌和膜孔灌。,(1)打埂膜上灌 将原来使用的铺膜机前面的平土板改装成打埂器，刮去地表58cm左右的土层，在膜床两侧筑起约20cm高的土埂，根据选用不同幅宽的农膜形成一个0.70.9m的灌水畦，操作时平地、刮土打埂、铺膜、施肥、播种等一次完成。在农膜的两边各留有10cm左右的渗水带。这种形式的膜上灌，膜面低于原来的田面，膜上的水流不易溢出。,(2)膜孔灌溉 由专门铺膜机完成铺膜，将70cm宽农膜铺成梯形断面，两侧翘起5cm，并且埋入土埂内，畦宽仅为40cm。供水完全靠放苗孔和增打的渗水孔灌水，可以消除畦首尾供水不均匀的问题，由于水在梯形的地膜内流动，避免了畦首的深层渗漏和旁侧渗漏，又减少了棵间蒸发，是膜上灌的理想形式，灌溉效果类似滴灌，节水效果可达50以上。,2膜孔沟灌(沟内膜上灌) 膜孔沟灌是将土地犁成沟、垄相间的地块，在沟底和沟坡上以及一部分垄背上铺上农膜，作物种在沟坡或垄背上(西瓜、甜瓜等)。水流在沟中铺设的地膜上流动时，水通过渗水孔渗入土壤中，再通过土壤的毛细作用润湿到作物根部，有的也可通过种在沟坡上的作物放苗孔浸润土壤。,3膜缝沟灌 膜缝沟灌是膜孔灌的改进型。它是将地膜铺在沟坡上，沟底两膜相会处留有24cm的缝隙，通过放苗孔和膜缝向作物供水，膜缝沟灌的沟长为50m左右，这种方法减少了垄背杂草和土壤水分的蒸发，多用于蔬菜，其节水效果好。,4细流膜上灌 细流膜上灌是在普通地膜种植下，利用第一次浇水前追肥之机，用机械将作物行间地膜轻轻划破，形成一条膜缝，再通过机械将膜缝压成一条U字形小沟，浇水时将水放入U形小沟内，水在U形沟中流动，同时渗入土中浸润作物，达到灌溉目的。这类似膜缝沟灌，但进沟流量很小，约控制在0.5ls较宜，所以它又类似细流沟灌。此种膜上灌适应于10以上的大坡度地区。,