南方季节性缺水灌区节水灌溉制度设计

南方季节性缺水灌区节水灌溉制度设计 南方季节性缺水灌区节水灌溉制度设计 南方季节性缺水灌区节水灌溉制度设计

摘要:本文在非充分灌溉理论和调亏灌水技术指导下,采用参数修正法为主综合修正法为辅的计算方法,给出了南方季节性缺水灌区节水灌溉制度的设计原则与方法,编制了计算软件,得到了和试验数据基本吻合的灌溉制度。此设计方法不限制于南方季节性缺水灌区,可普遍采用。但由于节水灌溉情况下作物需水量尚需进一步研究,节水措施又非常多,目前尚缺乏充分的试验数据验证某些参数选用的合理性,本设计方法需要进一步完善。

关键词:季节性缺水 节水灌溉制度 设计

前言

在节水农业的迅速发展中,节水灌溉制度的优化设计越来越引起重视。但长期以来,节水灌溉制度没有完善的设计方法,虽然国内外专家提出了一些基本理论,但实践中仍然按照充分灌溉理论,基本沿用常规灌溉的设计方法,这和实际情况不符。依托863课题“南方季节性缺水灌区节水农业综合技术体系集成与示范”四川简阳示范点,本文在总结示范点采用的农业综合节水灌溉技术及试验数据的基础上,以非充分灌溉理论和调亏灌水技术为指导,提出了可供实际应用的节水灌溉制度设计方法。

1 四川简阳“863”节水农业示范基地农业综合节水技术

我国南方地区年降雨量丰富,但时空分布不均,近年来季节性干旱较为严重。以四川为例,四川东部丘陵区的季节性干旱就非常严重,很多地区常常是春旱、夏旱连伏旱且十年九旱。随着水资源的日益匮乏、灌溉水成本逐渐提高的影响,节水灌溉、科学灌溉的呼声越来越高,特别是农业产业化及高科技农业的规模不断扩大,对灌溉用水进行科学管理的市场需求也越来越大。四川简阳“863”节水示范区针对我国南方地区季节性干旱的特点,通过建立农业用水基本信息数据库、灌溉水量监测与农业用水监测系统、动态配水模型,科学合理地对灌区灌溉用水进行了管理。

灌溉制度设计是灌溉工程设计的核心内容,节水措施是节水灌溉制度设计的基础。依据地形、地貌、农业气候等特点结合现有水利设施,该示范区集成与展示有十项农业综合节水技术,如下:

(1)水稻综合节水灌溉技术

(2)玉米、红苕综合节水灌溉技术

(3)小麦、油菜综合节水灌溉技术

(4)果树综合节水灌溉技术

(5)渠道、塘堰防渗堵漏综合节水技术

(6)坡面集雨节灌综合节水技术

(7)喷、微灌综合节水灌溉技术

(8)沱江提灌站、万古水库与仙女滩石河堰联合调配技术

(9)小水利工程(库塘堰站池井)联合运行模式

(10)降雨、地表水、地下水、土壤水四水联动调配技术

2 节水灌溉制度设计方法

2.1 灌溉制度设计原则

示范区所在地四川简阳属川中丘陵区,旱作物生长期内土壤水分多数时间处于适宜土壤水分的中或下限,不少时间低于下限,作物或多或少地受到土壤水分胁迫。以往的灌溉制度设计基本上是按照充分灌溉理论(满足作物全生育期内潜在蒸发蒸腾需水量,作物全生育期土壤水分在适宜水分的上、下限之间)设计的,这和实际情况不符。计算出的灌溉定额比当地高产年份实际采用的灌溉定额要高,而且高的幅度较大。

该示范区灌溉制度设计是根据实际情况,采用上述十项农业综合节水灌溉技术,着力于提高示范区水的有效利用率和作物水分利用效率,在非充分灌溉理论和调亏灌水技术指导下进行的。计算时采用了一些近年国内外研究成果,受旱胁迫减产率小于5%。

2.1.1 旱作物需水量计算公式

在非充分灌溉条件下,旱作物需水量计算可采用Jensen对数公式:

(1)

(2)

式中:为土壤水分胁迫修正系数;为相对有效含水率,,其中为根系活动层的平均土壤含水率,为凋萎系数,为田间持水率。

根据对四川省农田水分盈亏的研究,为了保证胁迫减产率小于5%,根活动层的平均土壤含水率在作物生长敏感期(关键期)应保持在适宜土壤含水率下限以上,在其余生育期可低于适宜土壤含水率下限0.82以上(轻度缺水,轻微度受旱)。 在节水灌溉制度设计中,有两种计算方法:一种是参数修正法,即对农田水分平衡方程中的计算参数按相应节水灌溉技术要求进行修正。这种方法可以计算出灌水时间、灌水定额、灌溉定额等节水灌溉制度的全部数据。这种方法较为复杂,适合于灌溉管理、大、中水利工程节水规划设计。另一种是综合修正法,这种方法直接对常规灌溉制度计算的灌溉定额结果进行打折修正,得出节水灌溉定额,但无法获得节水灌溉制度的其它指标。这种方法较为简单,适合于水资源平衡计算,小型水利工程节水规划设计,目前许多节水规划是采用这种方法计算的。这里采用参数修正法为主综合修正法为辅的计算方法。

2.1.3 种植结构调整

由于示范区均为提水灌区,特别是沱江灌区,提水扬程较高,渠道较长,灌溉供水成本较高,不适合进一步发展高耗水作物。根据现有情况,对水稻面积进行了控制。

2.1.4 节水措施 旱作物综合节水灌溉技术构成比水稻复杂,一般都是几种节水灌溉技术一起采用,种子包衣技术、控制性灌水、秸秆覆盖等,这些技术主要是通过促进种子及根系生长能力、减少棵间蒸发、抑制植株无效蒸发、多蓄雨水来达到节水的目的。

果树综合节水灌溉技术主要由优质苗木靠接技术、关键期水肥结合沟(点)灌技术、抗旱剂喷施技术和棵间覆盖(秸秆、种壳、杂草、肥料等有机混合物覆盖)技术组成。

2.2 节水灌溉制度设计参数

2.2.1 水稻

根据参数修正法和节水灌溉制度设计要求,分秸秆覆盖和薄膜覆盖两种情况对水稻节水灌溉制度计算参数如作物系数、初始水层、降雨深蓄限、适宜灌溉水层上限、适宜灌溉水层下限等作调整。

2.2.2 旱作物

根据参数修正法和节水灌溉制度设计要求,对旱作物节水灌溉制度计算参数土壤适宜水分上、下限作调整。

3 四川简阳“863”节水农业示范区节水灌溉制度设计成果 表1 示范区水稻节水灌溉技术节水效果表

采用技术

减少泡田水量

减少需水量

减少渗漏量

综合节水

实施面积

旱育秧技术

35~45%

15~30%

85~95%

40~65%

30%

秸秆覆盖技术

/ 20~35%

15~30%

15%

薄膜覆盖及“强化大三围”技术

20~35%

30~50%

50~65%

30~50%

35%

备注:

1、本表根据省内外相关试验资料