水利運(yùn)用論文：灌溉水運(yùn)用幾率提升探索范文

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作者：彭世彰高曉麗單位：水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室河海大學(xué)水利水電學(xué)院

提高灌溉水利用系數(shù)的主要措施

（1）渠道防滲

渠道防滲是提高渠系水利用系數(shù)最有效、應(yīng)用最普遍的工程技術(shù)措施之一。渠道防滲主要有漿砌塊石襯砌、混凝土襯砌和塑料薄膜等方式，較土渠分別減少滲漏損失水量50%～60%、60%～70%和70%～80%。大型灌區(qū)的渠道防滲可使渠系水利用系數(shù)提高0.2～0.4，減少渠道滲漏損失50%～90%。到2009年年底，全國(guó)防滲渠道控制面積為1116.6萬(wàn)hm2，占全國(guó)工程節(jié)水灌溉面積的43.4％，支渠以下的渠道大部分仍是土質(zhì)渠道，渠道水利用系數(shù)具有很大的提升空間。渠道防滲有效地減少了滲漏損失水量，在一定范圍內(nèi)，渠系水利用系數(shù)隨著渠系防滲率的增加而增加。

（2）低壓管道代替明渠輸水

用低壓管道代替明渠輸水，既可減少輸水過(guò)程中的渠道滲漏和水面蒸發(fā)損失，又可嚴(yán)格控制灌溉用水，渠系水利用系數(shù)高達(dá)0.95～0.97，與土渠灌溉相比可節(jié)約水量25.5%～40%。渠道防滲和低壓管道輸水提高了渠系水利用系數(shù)，但減少了渠系和田間滲漏損失水量對(duì)地下水的補(bǔ)給，對(duì)地下水水位產(chǎn)生一定影響，可能導(dǎo)致生物棲息地破壞、自然植被衰竭、湖泊濕地萎縮、土壤鹽漬化等一系列生態(tài)問(wèn)題。

（3）加強(qiáng)渠系輸配水管理

渠系水的不合理配置，也是造成灌溉水浪費(fèi)的重要因素。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了渠系配水軟件、決策支持系統(tǒng)，并增加各種渠系配套建筑物，發(fā)展各種配水、量水技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)渠系水的優(yōu)化配置；美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本和法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)調(diào)控渠系輸配水，把計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等應(yīng)用于用水管理，運(yùn)用智能化的灌溉預(yù)報(bào)與節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集信息采集—處理—決策—信息反饋—監(jiān)控為一體的調(diào)度系統(tǒng)。其中，美國(guó)墾務(wù)局將自動(dòng)控制技術(shù)用于灌區(qū)配水調(diào)度，配水效率從過(guò)去的80%增加到96%。加強(qiáng)渠系輸配水管理，減少渠系的泄水、棄水和退水等水量損失，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置和灌溉水的合理調(diào)度，從而提高灌溉水利用率。

2.減少田間無(wú)效耗水，提高田間水利用系數(shù)

田間滲漏、徑流、地表蒸發(fā)和植株蒸騰等水量損失大大降低了田間水利用系數(shù)，為此，推廣先進(jìn)的灌水技術(shù)、高效用水調(diào)控技術(shù)以及農(nóng)藝措施，以減少田間無(wú)效耗水，提高田間水利用系數(shù)。

（1）先進(jìn)的灌水技術(shù)

美國(guó)、以色列、澳大利亞等國(guó)家已大面積采用水平畦灌、波涌灌等精細(xì)地面灌溉方法，激光控制平地技術(shù)使農(nóng)田灌溉水利用率提高了20%～30%。噴灌、微噴灌、滴灌和覆膜灌等先進(jìn)的灌水技術(shù)逐步推廣，減少了田間灌溉水滲漏、徑流、地表蒸發(fā)以及棵間蒸發(fā)損失水量，田間水利用率顯著提高。其中，噴灌可使灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.7以上，比地面灌溉減少水量損失30%～40%；滴灌進(jìn)一步減少了蒸發(fā)和滲漏的損失，比噴灌減少水量損失30%，比地面灌溉減少水量損失70%～80%；膜下滴灌比常規(guī)溝灌減少水量損失50%左右；涌流畦灌可減少水量損失10%～40%。美國(guó)在平移式噴灌機(jī)上對(duì)噴頭裝置和噴灑方式進(jìn)行了改造，灌溉水的利用系數(shù)可提高到0.9以上；以色列采用渠道輸水、噴灌、滴灌和自動(dòng)控制技術(shù)，使灌溉水利用系數(shù)平均達(dá)到0.9。大力開(kāi)發(fā)與推廣各種先進(jìn)灌水技術(shù)，可不同程度地提高灌溉水利用系數(shù)。

（2）高效用水調(diào)控技術(shù)

灌溉水的最終目標(biāo)不是灌入田間，而是被作物吸收利用。進(jìn)入田間的灌溉水很大部分以植株蒸騰和株間蒸發(fā)的形式而散失。如果充分利用作物自身根系吸水和葉片氣孔調(diào)節(jié)作用，可以減少這部分水量損失。近年特別注重作物高效用水生理學(xué)基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)土壤—植物—大氣連續(xù)體水分傳輸機(jī)理與植物適度缺水的補(bǔ)償效應(yīng)等問(wèn)題的研究，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)展了作物調(diào)虧灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻控制灌溉和精準(zhǔn)灌溉等作物高效用水調(diào)控技術(shù)，掌握田間土壤水分狀況和植物生理生態(tài)過(guò)程及其耗水規(guī)律，建立具有監(jiān)測(cè)、傳輸、診斷、決策等功能的作物精量控制灌溉系統(tǒng)，進(jìn)行科學(xué)合理的灌溉。因此，利用作物自身調(diào)控功能，開(kāi)展作物高效用水調(diào)控技術(shù)，減少植株蒸騰和株間蒸發(fā)等水量損失，降低作物需水量要求，也是提高灌溉水利用系數(shù)的重要途徑。

（3）農(nóng)藝措施

對(duì)土壤進(jìn)行深耕中耕，增施有機(jī)肥，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤涵蓄水能力，增強(qiáng)根系對(duì)土壤水分的吸收能力；在秸稈覆蓋、砂土、薄膜和人工保水劑等方面也進(jìn)行了許多研究，可以提高耕層土壤貯水量；調(diào)整和優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，合理分配灌溉水，提高農(nóng)田整體水分利用效率。采取各種農(nóng)藝措施，減少了灌溉水在土壤中的滲漏與表土蒸發(fā)等水量損失，從而增加耕作層土壤的保水能力，提高了田間水利用系數(shù)。

3.加強(qiáng)回歸水的重復(fù)利用，減少渠首灌溉引水量

眾多研究表明，灌溉水利用系數(shù)隨空間尺度的增加而降低，存在一定的尺度效應(yīng)。回歸水及其重復(fù)利用是導(dǎo)致灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)產(chǎn)生尺度效應(yīng)的主要原因。通過(guò)加強(qiáng)灌溉管理和增設(shè)重復(fù)利用灌溉水設(shè)施，提高回歸水的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的目標(biāo)。

隨著空間尺度的加大，回歸水量也增多。有效的管理可以提高回歸水的重復(fù)利用率，比如采取按田分水、提高水價(jià)等措施，促進(jìn)不同尺度下回歸水的重復(fù)利用；制定科學(xué)的灌溉制度，采取先遠(yuǎn)后近、先高后低的輪灌制度，充分利用滲漏水。湖北漳河灌區(qū)依靠提高回歸水重復(fù)利用率，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)均得以顯著提高。從水資源平衡的角度分析，徑流和滲漏損失的水量一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的水，通過(guò)引、蓄、提相結(jié)合的工程，部分可以重復(fù)利用。

在北方灌區(qū)，多通過(guò)井渠結(jié)合的方式，聯(lián)合調(diào)配地表水與地下水，重復(fù)利用渠系和田間的滲漏水；在南方丘陵地區(qū)，采用長(zhǎng)藤結(jié)瓜灌溉系統(tǒng)，利用灌區(qū)內(nèi)的塘堰及中小型水庫(kù)攔截部分灌溉水徑流損失的水量。增設(shè)水重復(fù)利用設(shè)施，力爭(zhēng)水資源在灌區(qū)內(nèi)部重復(fù)利用，可以提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。分析灌溉水利用系數(shù)的尺度效應(yīng)，并加強(qiáng)回歸水的重復(fù)利用，有助于提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。但以往對(duì)灌溉水利用系數(shù)尺度效應(yīng)的研究多集中于下墊面均一的情況，具有很大的局限性。

需要研究的主要內(nèi)容

1.跟蹤灌溉水利用系數(shù)動(dòng)態(tài)變化

進(jìn)一步探索適合我國(guó)灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)指標(biāo)體系，并健全灌溉水利用系數(shù)全國(guó)測(cè)算分析網(wǎng)絡(luò)，因地制宜地選擇測(cè)算方式，動(dòng)態(tài)分析全國(guó)及各地區(qū)的灌溉水利用系數(shù)及其變化情況，有助于灌溉水利用系數(shù)較低的地區(qū)及時(shí)采取相應(yīng)的措施，以提高整體灌溉水利用系數(shù)。

2.確定不同類(lèi)型地區(qū)適宜的渠

道襯砌率和灌溉水利用系數(shù)閾值考慮不同類(lèi)型地區(qū)灌區(qū)適宜的渠道襯砌率和地下水水位等問(wèn)題，對(duì)水資源利用率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，探討維持人水和諧、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用等多目標(biāo)的渠道襯砌率和灌溉水利用系數(shù)閾值，確保水資源的永續(xù)利用。

3.制定多水源聯(lián)合調(diào)配與優(yōu)化調(diào)度方案

應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，掌握渠系和田間水分運(yùn)行狀況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)劃用水管理，實(shí)施多水源聯(lián)合調(diào)配，充分、合理、高效地利用干支流及地下水等水資源，在井渠結(jié)合灌區(qū)，研究不同防滲率與灌溉水利用系數(shù)的關(guān)系，構(gòu)建最佳井渠比調(diào)控模式，聯(lián)合調(diào)配地表水與地下水，提高灌區(qū)內(nèi)部灌溉水的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。

4.研究下墊面非均一條件下灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)的尺度效應(yīng)

以區(qū)域尺度水轉(zhuǎn)化與水平衡動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，探明下墊面非均一條件下灌溉水利用系數(shù)的尺度效應(yīng)，充分挖掘每一個(gè)可能的節(jié)水環(huán)節(jié)，解決不同類(lèi)型灌區(qū)、不同種類(lèi)作物和不同種植面積而導(dǎo)致的作物需水量時(shí)空尺度和用水結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

5.揭示節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)及環(huán)境友好的水分—產(chǎn)量—品質(zhì)—環(huán)境效應(yīng)綜合響應(yīng)關(guān)系

基于SPAC水分連續(xù)系統(tǒng)，研究不同灌水量對(duì)土壤水分、作物產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境的綜合相應(yīng)關(guān)系，并給出定量的描述，進(jìn)而合理分配灌溉水量，解決提高灌溉水利用系數(shù)這一前沿性基礎(chǔ)問(wèn)題。