灌溉体系（精选4篇）
灌溉体系 篇1
本世纪中国各地方农业所面临的巨大压力和矛盾, 主要的制约因素与水土资源不足与分布不均有着必然的联系, 81%的水资源主要分布在我国的长江以南, 由于经济的快速发展, 人均生活水平的不断提高, 而耕地资源的有限与因为城市建设的占用使其不断减少的严重问题已经提到日程上来了, 解决问题的关键所在, 是努力发展规模化农业高效节水, 当然我国就目前来说与其它以达国家相比较, 水资源浪费相当严重, 因此要想保持我国农业的持续发展, 扩大灌溉面积, 在全国旱区推广和及节水灌溉, 意义非常重大。
1 我国旱作农业节水灌溉的重要性。
1.1 我国农业耕地的水资源面临的严峻问题
我国的耕地大部分都属于干旱地区, 尤其是我国的北方地区, 为了解决这一问题, 我们的前辈们挑战了多项世界难题, 病险水库的除险加固、南水北调、修建土工模袋防渗渠、修建水利节水大坝等等许多大的工程, 可是这些工程虽然投入了大量资金建, 但是使用灌溉的水任然采用旧的灌溉方式, 仍然会造成水资源的严重浪费, 当然了如果使用高效节水灌溉的方式, 不但会使我国的水资源得到最大限度节约, 也会促使农业生产得到大幅度的提高。
1.2 节水型农业的必要性与紧迫性
我国是农业大国, 随着人口的不断递增, 水资源供需矛盾日益突出, 农业节水灌溉技术已成为我国的一项基本国策, 近年来国家在推广农业灌溉技术上倾注了大量的物力、人力、财力。这些措施的推广也不断提高了农民的节水意识, 并且有了显著的促进作用, 但农业节水技术的发展速度仍远远不能适应人口增长和社会经济发展的需求, 目前农业用水的有效利用率还很低, 灌溉水利用效率也很低, 每立方米水生产粮食不足1kg, 一些发达国家大体都在2kg以上, 因此, 21世纪农业灌溉发展的严峻问题是高效节水, 这是形式的需要, 客观的需要, 势在必行。
1.3 农业节水设备产品的规范化、产业化
目前农业节水推广的力度不仅与农业节水的要求很不适应, 而且节水技术的服务也落后于节水事业的发展。由于节水意识不强, 又缺乏足够的投入和强大的科技和人才的支撑, 节水灌溉设备产品质量存在不少问题, 据国家质量检测部门的抽样捡查, 节水灌溉设备有二成不合格, 微灌设备质量问题更多, 合格率只有1/3左右。目前《节水型生活用水器具行业标准》已于今年10月1日起开始实施, 将会推动城镇节水工作的全面展开。因此, 农业节水应尽快制定《农业节水灌溉设备产品的行业标准》, 生产企业要掌握节水产品的先进技术和先进工艺, 提高节水灌溉设备和产品的质量。各级水行政主管部门要会同有关部门, 加强节水灌溉设备产品的认证、捡测和监督, 使其走向规范化、系列化、市场化、现代化、产业化。
2 节水农业
2.1 节水农业发展的必要性和可行性
随着近年来节水观念的加强和具体实践而形成的, 主要是三个部分, 一是农业生产和农学范畴的节水.如调整农业结构、作物结构、改进作物布局, 改善耕作制度、改进耕作技术、培育耐旱品牌等;二是农业管理范畴的节水, 包括管理政策、管理体制与机构、水价与水费政策、配水的控制与调节、节水措施的推广应用等;三是灌溉范畴的节水, 包括灌溉工程的节水措施和节水灌溉技术, 如喷灌、滴灌等。
2.2 北方旱区主要作物节水灌溉方法
我国北方大田多以种植玉米和小麦为主, 下面仅以这两种作物例浅析以下节水方式。
2.2.1 玉米的节水灌溉
玉米在生长过程中的各个时期如果缺水, 就要及时进行灌溉, 在东北地带的杂种玉米, 可以采用沟灌、涌流灌、喷灌等节水方式, 西北地区可以采用喷灌、畦灌、当然采用喷灌时, 在考虑风力的影响, 否则限制了亩吸水量, 影响了最后的产量, 如果是地膜玉米, 可以针对各地的具体情况采用相应的膜上灌技术。
2.2.2 小麦的节水灌溉
小麦在苗期最好采用沟灌和畦灌, 水量要适宜, 不留明水过夜为好, 冬前多雨, 封相对含水量达80%以上及晚茬麦, 底墒充足的麦田, 不灌冬水, 其它生长阶段可按当地情况和经济条件选择适宜的节水方式。
2.3 机械化旱作农业推广前景广阔
机械化旱作农业在山西省实施几年来, 取得十分显著的成效。1997年, 山西在遭受百年不遇旱灾 (年降水量为平均年降水量的50%) 情况下, 全省34.87万公顷工程示范田粮食产量达16.1亿千克, 单产达4617.1公斤/公顷, 分别比示范前三年 (1987~1989) 平均产量和单产增加5.64亿公斤和1618.5公斤/公顷。实践和理论都表明, 机械化旱作农业模式是客观自然状况和市场经济发展的必然。它的应用较好地解决了蓄水、保水和用水问题, 有效地培肥地力, 改善土壤结构和性能, 改善作物生长环境, 增强抵御自然灾害能力, 促进了农业增产增收。其应用效益显著, 可操作性强, 集约性和技术含量高, 已成为北方旱地工农业转变增长方式切实而有效地重要途径, 有着广阔的推广前景。
对旱区实行节水灌溉的几点建议:一是当今社会由于水源紧缺, 有的地方提出“水是商品”的口号, 提高了人们的认识, 促进了实行节水灌溉的速度, 在我国现阶段只能从实际国情出发, 必要要搞适合中国国情的节水农业;二是在旱区发展节水灌溉的同时, 应注意培育和推广旱作品种, 在这方面国家同样应给予大力的政策与经济扶持, 因为它同发展节水灌溉有同样的优越性, 另外农机部门也在花大力气研制和推广旱作农机具, 为旱作农业和机械化提供技术保证;三是政府应花大力量组织当地群众积极绿化, 植树造林, 包括农田防护林和经济林, 这样既改变了生态环境, 又增加了经济收入, 以获得农业的最佳经济效益、社会效益和生态效益。
参考文献
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干旱区不同灌溉模式灌溉定额研究 篇2
1 研究方法
灌溉定额是水资源有效利用、合理配置、水利规划、总量调控、节水灌溉管理的重要技术指标和衡量尺度, 该研究采用彭曼-蒙特斯方法计算作物蒸散量 (ET0) ;以不同作物系数 (KC) 及其生长期分析作物全生育期需水量 (ETC) ;以灌区调查、灌溉试验、典型灌区灌水试验成果比较验证, 扣除灌区有效降水, 综合分析不同灌溉模式灌溉定额并研究其变化特征。
2 结果与分析
2.1 不同模式灌溉定额
根据灌溉类型, 新疆灌区主要为4种模式:常规地面自流沟畦灌、膜上灌、喷灌和微灌 (膜下滴灌、微喷灌) 。结果表明, 新疆常规沟畦灌、膜上灌、喷灌、微灌4种灌溉模式, 正常年份 (P=50%) 灌溉定额分别为5 100、4 350、3 820、3 600m3/hm2;干旱年份 (P=75%) 灌溉定额分别为5 625、4 800、4 200、3 975 m3/hm2。4种模式面积加权综合灌溉定额P=50%为4 515 m3/hm2, P=75%为4 980 m3/hm2。灌溉定额大小顺序为东疆灌区>南疆灌区>北疆灌区, 这与不同灌区气象水文土壤环境和作物灌溉实际吻合, 正常和干旱年份条件下不同灌溉模式的灌溉定额符合实际。
2.2 综合灌溉定额及变化
以4种灌溉模式灌溉定额对应分布面积, 加权分析1999—2011年灌区综合灌溉定额变化, 结果表明: (1) 1999—2011年, 随着农业节水灌溉技术的推广应用, 综合灌溉定额呈现明显下降态势, 新疆灌区综合灌溉定额 (P=50%) 由1999年的4 950 m3/hm2下降到2011年的4 515 m3/hm2, 降低8.8%, 其中南疆灌区由5 280 m3/hm2下降到4 935 m3/hm2, 降低6.5%;东疆灌区由6 495 m3/hm2下降到5 805 m3/hm2, 降低10.6%;北疆灌区由4 455 m3/hm2下降到3 915 m3/hm2, 降低12.1%, 下降幅度大小为北疆灌区>东疆灌区>南疆灌区, 该结果与各地灌区节水灌溉工程发展规模和灌溉管理水平相一致。 (2) 一般不同概率情况下所对应灌溉模式的灌溉定额是相对稳定的, 因此不同灌溉模式发展规模的大小将影响综合灌溉定额的变化, 所以实现综合灌溉定额的可持续下降, 必须大力推进高效节水技术的应用, 确保已应用成果的巩固和提高, 否则已经降低的综合灌溉定额将会重新反弹。
2.3 主要因素对综合灌溉定额的影响
应用道格拉斯模型建立高效节灌、常规灌溉2个因素与综合灌溉定额之间的函数关系, 并基于灌区1999—2011年高效节灌 (X1) 、常规灌溉 (X2) 影响因素与综合灌溉定额Mi信息, 进行量化分析, 结果表明分析因素与综合灌溉定额之间具有很好的相关性, 可分析综合灌溉定额的变化情况。分析研究结果表明, 对于新疆灌区, 每增加1 hm2的高效节水灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应下降2.176~2.237m3/hm2, 每增加1 hm2的常规灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应提高5.787~5.844 m3/hm2;对于南疆灌区, 每增加1hm2的高效节水灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应下降6.944~6.983 m3/hm2, 每增加1 hm2的常规灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应提高21.577~21.677 m3/hm2;对于东疆灌区, 每增加1 hm2的高效节水灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应下降68.854~69.655 m3/hm2, 每增加1 hm2的常规灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应提高51.162~51.682 m3/hm2;对于北疆灌区, 每增加1 hm2的高效节水灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应下降6.120~6.217 m3/hm2, 每增加1 hm2的常规灌溉面积, 综合灌溉定额Mi的影响效应提高6.614~7.043 m3/hm2。由此看出, 在农业灌溉系统大力推进高效节水灌溉发展规模, 对于减少综合灌溉定额的贡献效应明显, 尤其是南疆和东疆灌区显著, 而常规灌溉的存在和发展是综合灌溉定额增加水资源耗量过多的主要影响因素。
3 结语
新疆常规沟畦灌、膜上灌、喷灌和微灌4种灌溉模式正常年份 (P=50%) 灌溉定额分别为5 100、4 350、3 820、3 600m3/hm2;干旱年份 (P=75%) 灌溉定额分别为5 625、4 800、4 200、3 975 m3/hm2, 4种灌溉模式灌溉定额大小顺序为:东疆灌区>南疆灌区>北疆灌区, 研究结果与灌区气象水文土壤环境和作物灌溉实际吻合。以4种灌溉模式面积加权得新疆综合灌溉定额 (P=50%) 为4 515 m3/hm2, 比1999年降低8.8%, 其中:南疆灌区降低6.5%、东疆灌区降低10.6%、北疆灌区降低12.1%, 下降幅度北疆灌区>东疆灌区>南疆灌区, 结果与灌区节水灌溉发展和管理水平相一致。
运用道格拉斯函数分析1999—2011年相关因素与综合灌溉定额, 建立回归方程具有很好的相关性和检验效果。研究表明, 新疆灌区高效节水灌溉发展规模, 对于减少综合灌溉定额贡献效应明显, 尤其是南疆和东疆区更为显著, 常规灌溉规模是综合灌溉定额增加和水资源耗量过多的主因, 大力发展高效节水规模, 是降低综合灌溉定额、推进水资源节约的重要基础[3,4]。
参考文献
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灌溉体系 篇3
实时灌溉预报是指根据土壤水分状况、气象资料、作物生长状态等实时信息对灌区内作物根区短期或逐日的水分变化进行准确预报,当作物根区土壤含水率或田间水层低于适宜作物生长的下限时,对作物进行适时、适量灌溉,它是实现灌区计划用水的关键。在灌溉用水决策支持系统的辅助下,计算机根据实时灌溉预报的结果,结合灌区的渠系分布、渠道水力特性、 作物种植结构、轮灌组划分以及水源来水量等信息作出准确的灌溉决策,包括灌溉的起始日期、延续时间、灌溉定额以及灌溉用水决策方案实施后对灌区产量、经济效益和环境的影响等方面的评价,从而为灌区用水管理提供科学的依据。实时灌溉预报与灌溉用水决策支持系统在灌区用水管理中的应用能够有效地指导灌溉,提高灌溉用水效率,促进节水型农业的推广和普及,对加快我国灌区信息化、智能化管理模式的发展具有重大意义。
决策支持系统由数据库子系统、模型库子系统以及人机交互子系统三部分组成,最初由美国科学家Scott Morton在20世纪70年代提出,90年代开始应用于灌溉管理。随着计算机技术、遥感遥测技术的进步,专家系统、3S、GIS等技术相 继引入决策支持系统,灌区用水管理决策软件的研发与应用取得了长足发展[1]。Joshi(1995年)通过模拟 作物根系 吸水,考虑土壤中的边界条件和水分平衡原理,实现了土壤水分动态变化过程模拟,基于此提 出了灌溉 决策软件CROSOWAT[2];Cabelguenne(1994年)提出EPIC-PHASE,在EPIC模型的基础上增加了部分新参数,考虑水分胁迫对作物的影响,并据此做出灌溉决策[3];Mateos(2002年)基于简单的水量平衡模型构建了灌溉用水管理工具SIMIS,帮助决策者制定短期或中长期的不同灌水方案,并提供不 同方案的 对比分析,选定最优 方案[4]; Bazzani(2005年)提出了可进行多尺度分析的灌溉决策支持系统DSIRR,该系统可比较分析灌水决策、水价、水管理政策以及水源限制等对灌溉效果的影响[5]。
我国关于灌溉用水管理软件的研发起步较晚,经过20年的发展也取得了较大的突破。汪志农(2002年)、夏继红(2001年)、杨宝祝(2002年)等人分别开发了基于不同尺度上的节水灌溉管理的专家决策系统[6,7,8];顾世祥等(1999年)开发了霍泉灌区灌溉用水决策支持系统,根据灌区基本数据和实时信息, 模拟田块中土壤水 分动态,实现了适 时、适量灌溉[9];王玉宝 (2006年)、王军(2006年)等将GIS技术引入灌溉管理,利用其强大的图形显示和空间分析功能,促进了灌区用水管理的现代化[10,11]。结合“九五”国家科技 攻关项目,本课题组 开发了实 时灌溉预报及灌溉用水实时调配决策支持系统[9,12],该系统先后在山西霍泉、山东陡山、湖北漳河 等灌区得 到应用,从2008年至今,通过漳河灌区的应用,本系统在模型结构、实现功能、 数据库结构及软件系统设计等方面得到较大改进,本文对有关内容进行介绍,以期为类似工作提供参考。
1系统功能设计
本系统主要实现以下几方面的功能。
(1)实时灌溉预报。在正常运行模式下需调用实时灌溉预报模块。该模块根据灌区片区的划分(一般为支渠控制范围), 以任意一天作为起始日(以往的系统多以每旬的第一天为起始日),根据普通的短期天气预报资料(晴、昙、阴、雨四种天气类型)预测未来10天内不同 片区作物 的需水量、田间净灌 溉定额、各条渠道所需的毛灌水量等。
(2)渠系动态配水。该模块根据实时灌溉预报的结果,制定动态配水计划,将灌溉水量适时适量供到制定田块。根据灌区内的渠系特性、轮灌组划分以及灌溉水利用系数等资料制定科学合理的动态配水计划,包括不同干支渠的灌溉次数、渠道流量、开闸时间、灌溉延续时间、灌溉终止时间等。
(3)人工干预。根据灌区内的实时反馈信息,对灌溉预报过程及动态配水计划进行修正,使作物灌溉需水及实际配水与生产实际相吻合,便于实施配水调度,而在很多类似系统中往往忽视这点,使得系统给出的调度方案不便于实施,最后被弃之不用。人工干预过程具体通过 以下三个 方面实现。1直接利用实时观测信息对系统模型库中预测模型的“初始状态”进行修正,如利用土壤墒情、田间水位遥测系统反馈的实时信息或人工实测资料对起始日的土壤水分状况、田间水层等信息进行初始化,重新运行模型更新配水计划。2通过修正过去10天内的预测结果实现对系统模型库中预测模型的“初始状态” 进行修正,如根据过去10天内的实测气象资料以及实际的灌水信息(灌水定额、灌水时间 等)对作物的 需水量进 行逐日修 正,实现对新一轮预测的“初始状态”的修正,从而更新动态配水计划。3直接修正系统的动态配水计划,如根据水库可供水量、渠道流量实时遥测信息以及用户实际需求等实时信息对动态配水计划进行调整,并输出最终的动态配水计划。
(4)中长期灌溉需水量预测。根据历史及当年已有的气象资料等信息,建立主要灌溉作物灌溉需水量预测模型,为灌区制定年灌溉用水计划及水库调度方案提供依据。
(5)作物中长期产量预测和配水方案优选。根据作物产量与同期气象、灌水量、作物种植结构及农业生产等统计资料,建立作物产量与其主要影响因子之间的关系,应用中根据气象进行灌溉需水量的预 报,然后综合 考虑气象 及预报的 灌溉需水 量,对作物丰产产量进行预测。同时建立作物水分生产函数模型,依据作物水分生产函数模型,预测不同配水方案下的作物产量,以作物减产损失最小为目标,对有限供水条件下的配水方案进行优选。
(6)支持按用户需求模式实施配水。实时灌溉预报需要比较详细的气象、土壤、作物等方面的实时信息,有时由于信息监测系统获得的信息不满足要求,或者管理原因(比如某些用水户不交水费而导致不能及时供水),无法获得实时灌溉预报的灌溉需水过程,此时可直 接调用 “用户需求 模式”进行动态 配水。该模式下,根据灌区内用水户提交的需水信息(所属渠段、 需要灌水量、灌水起止时间等),系统自动统计分类,按照时间相近集中供水的原则,制定用户需求模式下的动态配水计划。 该模式下,无需运行实时灌溉预报模块,只针对不同用水需求作出合理的灌水决策。
(7)数据查询、编辑以及打印输出。系统运行结果以图表形式显示,可对系统数据库中的数据进行增加、删除及查询等操作,并支持打印输出,如不同时期内的灌水档案、气象资料、 产量等历史信息的查询、显示、导入以及输出等功能。
2系统结构
2.1系统逻辑结构
逻辑结构是指决策支持系统如何控制程序运行,如何体现决策者的决策意图。本系统的逻辑结构见图1,系统运行的基本步骤及其人工干预过程如下。
(1)选择系统运行模式并登录主界面,指定任意的预报起始日期,系统默认的预报起始日期为当前系统日期。
(2)输入灌区的基本信息,支持用户对灌区内基本信息数据库进行导入、导出、删除、增加等操作。灌区的基本信息包括初始含水率、气象资料、作物生长资料、渠道工程资料等,系统初次运行时需要输入或导入大量灌区基本信息,其后只需输入少量实时信息。
(3)系统根据用户的需求和操作指令调用模型库子系统, 完成灌水预报、动态配水、灌区产量预测、灌区中长期灌溉需水量预测等功能,并输出运行结果。
(4)用户根据实际情况(水源来水量、渠道流量反馈信息、 轮灌组调整、用水户要求等信息)对系统运行过程进行人工干预,包括渠系动态配水过程干预、配水方案选择等操作,如对动态配水结果中的灌水中间日、放水延续时间、可供流量等进行人工调整,重新生成调整之后符合实际情况或用户需求的配水结果。
(5)当实际供水不能满足灌溉需求时,系统为用户提供多种灌溉方案,并对不同灌溉方案下的作物产量进行预报,从而为用户提供优选灌水方案,使灌区粮食产量减产最小,保障灌区基本粮食生产。
(6)输出或打印最终结果,系统结束运行。
2.2数据库系统
在灌区建设信息管理中心,搜集并汇总灌区内的实时监测信息、气象资料以及灌区历史资料等信息,并通过数据库管理系统导入数据库,利用数据处理辅助系统对数据库中的数据加工存贮。包括灌区基本概况、渠道工程资料、季节资料、作物资料以及实时信息资料等。系统采用Microsoft Access作为数据库,采用VB中的Ado Data控件和ADO对象连接 数据库,运用SQL(Structured Query Language)语句实现数据库的查询、 增加、删除等编辑功能。
3数学模型
3.1参考作物蒸发蒸腾量预报及修正
采用逐日 均值修正 法进行逐 日参考作 物蒸发蒸 腾量 (ET0)的预报,具体预报采用指数模型[13]。ET0的修正模型是指根据实测气象资料对过去10d的逐日ET0进行修正,最终实现对初始 含水率的 修正,ET0的修正模 型采用PenmanMonteith公式[14]。
3.2实时灌溉预报
(1)实际作物需水量实时预报。作物需水量计算采用间接方法,即:
式中:ETci、ET0i、Kci、Ksi分别为第i日实际作 物蒸发蒸 腾量 (即作物需水量,mm/d)、参考作物蒸发蒸腾量(mm/d)、作物系数和土壤水分胁迫系数。
(2)土壤含水率实时预报。采用土层水量平衡法实时预报土壤含水率。数学表达式为:
式中:Wi-1、Wi分别为第i-1、i日土壤计划湿润层的蓄水量; Pi为i日降雨量;Ii为第i日灌水量;Vi为第i日土壤计划湿润层的侧向补给量;Ki为第i日地下水对土壤计划湿润层的补给量;ETci为第i日作物蒸发蒸腾量;Roi为第i日地面径流量; Qi为第i日土壤计划湿润层侧向流出量;Gi为第i日深层渗漏量。所有变量单位均为mm。
(3)灌溉预报。根据作物的需水规律及生长特性,在作物不同生育阶段设置适宜的土壤含水率上、下限,当预测的土壤含水率低于适宜土壤含水率下限时即作为灌溉起始日期。净灌溉定额按公式(3)计算。
式中:H为土壤计划湿润土的深度,m;θ上为i阶段适宜土壤含水率上限,m3/m3;θ下为i阶段适宜土壤含水率下限,m3/m3。
3.3渠系动态配水
灌区内各支渠控制范围内的水源条件、灌溉面积、各级渠道的供水能力等存在差异,轮灌组的划分十分必要。因此,系统需要对不同轮灌组的灌溉起始日期、灌溉延续时间、灌溉流量等进行实时动态 调整,最大程度 地满足整 个灌区的 灌溉需求。各轮灌组的延续时间按公式(4)初步确定。
式中:Ti为第i轮灌组灌水 延续时间,h;Tij为第i轮灌组第j支渠所需灌水延续时间,h。
放水延续时间初步确定后,还应反算各级渠道输水流量, 倘若实际流量大于1.2Q设,或者小于0.4Q设,则须延长或缩短放水时间。Q设为渠道设计流量,m3/s。
3.4中长期灌溉需水量预测
中长期灌溉需水量的预测主要是毛灌溉定额的预测,作物毛灌溉定额受到很多因素的影响,如温度、日照等影响作物蒸发蒸腾量的随机气象因子的影响;渠系水利用系数(取决于工程状况及管理水平)、田间水利用系数(取决于灌溉技术、田间管理、种植技术)等人为因素的影响;还受到作物品种及管理水平提高等趋势的影响。为此,可将其划分为两个部分,即:
式中:m毛为作物毛灌溉定额;m趋势为作物毛灌溉定额的趋势项,主要反映人为因素对毛灌溉定额的影响;m气候为作物毛灌溉定额的气候项,是指气象因素对作物毛灌溉定额的影响,通过分析毛灌溉定额与同期主要气象因子之间的关系得到。
实际应用中,毛灌溉定额的趋势项在某个特定阶段已知, 代入实测或预报的气象资料后即可计算毛灌溉定额的气候项, 从而对毛灌溉定额进行预测。
3.5中长期作物产量预测
(1)丰水条件下 中长期作 物产量预 测模型。在丰水条 件下,不考虑灌水量对作物平均单产量的影响,此时作物中长期产量主要受到气象因子的影响,汪文超等(2014年)据此构建丰水条件下中长期作物产量预测模型[15],即:
式中:Y为每公顷平均产量,kg/hm2;Y趋势为每公顷平均产量的趋势项,kg/hm2;Y气候为每公顷平均产量的气候项,kg/hm2。
实际应用中,趋势产量在某个特定阶段已知,代入实测或预报的气象资料后即可计算丰水条件下的产量。
(2)供水不足条件下中长期作物产量预测模型。以全生育期作物水分生产函数模型为基础,构建每公顷平均单产量与灌溉水量之间的函数关系,即:
式中:y0为正常灌溉条件下中稻的平均产量,kg/hm2;y为受旱条件下中稻的平均产量,kg/hm2;w0为正常灌溉条件下中稻的灌溉定额,m3/hm2;w为受旱条 件下中稻 的灌溉定 额,m3/ hm2;a、b、c均为拟合系数。
实际应用中已知整个生育期单位面积可供水量,即可代入式(7)对生育期产量进行预测。
4软件系统开发与应用
本系统摒弃原系统的LOTUS宏语言[12],改用Visual Basic程序开发语言,设计了简洁、直观的人机交互界面,结合Microsoft Access数据库+SQL(Structured Query Language),在Visual Basic 6.0软件环境下开发而成。经过多次测试运行,该软件能够兼容Windows XP/2000/2003/2007操作系统,且运行稳定。硬件要求CPU为Intel? 或其兼容 机,内存2GB以上,硬盘剩余空间20GB以上,图形工具要求1024×800或更高分辨率,鼠标、打印机及其他兼容设备。
本系统应用于湖北漳河灌区杨树垱试验区,试验区内渠道系统完整,土壤墒情监测、渠道流量监测、自动控制闸门等设备比较完善,本系统投入运行之后改善了传统的灌区用水管理模式,为灌区的管理者提供了较好的灌水决策辅助,适时适量灌溉的同时节省了大量的劳力,取得了良好的效果。
5结论
本系统是基于课题组十余年的研究成果对老一代的实时灌溉预报及灌溉用水决策支持系统进行改进和更新升级而成, 功能更强大,具有以下特点:
(1)系统的起始预报日期为任意一天,预报更加灵活,不再拘泥于每旬的第一天。
(2)支持充分和非充分供水条件下作物中长期产量预测、 灌溉需水量预报等功能,通过水分生产函数关系分析不同供水方案对产量的影响,在供水不足条件下优选供水方案,为灌区决策者在保证基本粮食产量的前提下合理配置水资源提供了重要依据。
(3)支持两种运行模式,考虑了用水大户特殊的灌溉需求, 使供水目标更明确,灌溉用水管理更灵活、切合实际。
(4)运用了大量的对话框和图表,支持人工干预配水过程, 融合了土壤墒情、渠道流量等实时监测反馈信息,极大地增加了人、机互动性和友好性。
(5)界面简洁、操作简单,大部分核心模块都能直接运用到其他灌区或不同作物,具有较强的普适性,易推广。
灌溉体系 篇4
关键词：节水,地面,灌溉技术,节水灌溉,技术
长期以来, 在农业发展中我国一直都是采用的地面灌溉的方式, 但是在全球都面临着水资源匮乏的形势下, 就要对灌溉方式进行改进。我国的广大农村地区, 由于经济实力问题和管理技术的问题, 要想实行大面积的技术化灌溉是比较困难的, 所以说就要在传统的地面灌溉上进行技术革新, 研究和推广地面节水技术。
1 平整土地, 设计合理的沟、畦尺寸与灌水技术参数
平整土地是提高地面灌水技术和灌水质量, 缩短灌水时间, 提高灌水劳动效率和节水增产的一项重要措施。结合土地平整, 进行田间工程改造, 划长畦 (沟) 为短畦 (沟) , 改宽畦为窄畦, 设计合理的畦沟尺寸和入畦 (沟) 流量, 可大大提高灌水均匀度和灌水效率。
陕西洛惠渠的研究表明, 在入畦单宽流量为3~5L/s时, 灌水定额随畦长而变, 当畦长由100米改为30米时, 灌水定额减少150~204m3/hm2;当畦长30~100米时, 畦单宽流量从2L/s增加到5L/s, 灌水定额可降低150~225m3/hm2。
宝鸡峡灌区进行深层渗漏的对比试验, 灌水定额小于675m3/hm2, 基本不发生深层渗漏;灌水定额825~990m3/hm2时, 约有150m3/hm2水产生深层渗漏;灌水定额1350m3/hm2时, 有一半水成为深层渗漏水。我国幅员辽阔, 各地地形和土质差异较大, 因此难有统一标准, 各地应根据田间试验结果, 建立计算机模型, 通过实验和计算机模拟, 给出适合本地的适宜畦沟尺寸和灌水技术参数。
2 改进地面灌溉湿润方式, 发展局部湿润灌溉
改进传统的地面灌溉全部湿润方式, 进行隔沟 (畦) 交替灌溉或局部湿润灌溉, 不仅减少了课间土壤蒸发占农田总蒸散量的比例, 使田间土壤水的利用效率得以显著提高, 而且可以较好地改善作物根区土壤的通透性, 促进根系深扎, 有利于根系利用深层土壤储水, 兼具节水和增产双重特点, 值得大力推广。实践证明, 春小麦与春玉米套种隔畦灌, 棉花、玉米等宽行作物隔沟灌或隔沟交替灌, 湿润面积可减少50%, 节水高达30%以上, 增产幅度5%~10%。玉米坐水种, 可节水900m3/hm2, 节电90~105千瓦时, 增产幅度约16%, 增收幅度约28%。
3 改进放水方式, 发展间歇灌溉
改进放水方式, 把传统的沟、畦一次放水改为间歇放水, 进行间歇灌 (又称波涌灌) , 被称为80年代地面灌水技术的一大突破。间歇放水使水流呈波涌状推进, 由于土壤孔隙会自动封闭, 在土壤表层形成一薄封闭层, 水流推进速度快。在用相同水量灌水时, 间歇灌水流前进距离为连续灌的1~3倍, 从而大大减少了深层渗漏, 提高了灌水均匀度, 田间水利用系数可达0.8~0.9。
4 改进沟畦放水设施
改进沟畦放水设施, 采用虹吸管 (用于明渠输水) 或地面移动闸门孔管 (用于管道输水) 放水, 与人工开口放水相比, 田间水利用率可提高5%~10%。目前这些设施国内仍处于试验阶段, 尚未批量生产。因此, 有必要开展联合攻关, 对这些设施的材料和加工工艺进行深入研究, 向着技术标准化、生产规模化、推广应用普及化方向去发展。
5 新的节水技术
5.1 污水喷灌技术
利用污水喷灌技术, 是一举两得的一项措施, 这种技术是将污水处理和农业用水进行了有利的结合, 一方面解决了污水的处理, 避免了浪费, 另一方面又解决了农业用水的问题。主要是将污水喷灌到农田中, 然后利用土壤中的微生物和植物来对污水进行净化, 其中的一部分水通过大气蒸发散发到空气中, 还有一部分水渗透到土壤中, 经过循环后可以被再次利用。
在采用这项技术的时候, 首先要对污水进行初步的处理, 将污水中的固体物质进行过滤, 还要在其中加入一定的消毒剂。在使用污水灌溉的时候, 不要喷洒在蔬菜上, 对于谷类物最好的生育的前期使用, 农作物在收获的前期应该停止使用污水灌。使用污水灌, 对于农田的土质也是有一定的要求的, 农田的土质要以砂土壤, 壤土为好, 对于数量的施加应该根据作物生长的不同时期进行不同程度的调整。如果喷洒的污水不符合规范标准时, 可以向其中掺入一定的清水再实行灌溉。但是采用污水灌溉这种技术比较复杂, 最好是在有专家的指导下进行。
5.2 咸水灌溉技术
在进行咸水灌溉时, 主要是对不同水的水质进行混合使用, 其中主要是有混灌和轮灌。
混灌主要是将不同的灌溉用水进行混合之后再利用, 这种做法既可以降低灌溉水中的盐度或者是碱度, 改善了灌溉水的水质, 而且还提高了灌溉水的总量, 使以前不能够用的水都可以得到有效的利用。
所谓的轮灌就是根据一定的特点来选择用什么样的水尽心灌溉, 要根据水资源的分布, 农作物的种类和生长发育情况等来进行选择, 在作物的不同生长时期对水分的需求是不同的, 这样就可以利用这些特点来对作物施以不同的灌溉用水, 提高了水资源的利用率, 减少了淡水的用量。
5.3 利用空气中的水分进行灌溉
所谓的利用空气中的水分进行灌溉, 就是利用一定的设施来对空气中的水分进行那个收集, 然后直接灌溉给作物或者是储存在一定的容器内然后再实行灌溉。这种方法在很多国家已经得到了使用, 在德国的使用方法是, 在农间田头设置一个圆筒, 然后在圆筒的四周和喷嘴连接, 将这些喷嘴直接放置于两排植物的根茎部位。在白天的时候, 温度升高, 空气进入到圆筒中传递到喷嘴内, 在晚间的时候, 气温下降, 喷嘴内的空气就会凝结成水分直接流到作物的根茎处。在秘鲁地区, 研究人员是在海岸处挂一些比较大型的尼龙的网, 这样可以将空气中的雾气聚集到网上, 待雾变成水以后流入到蓄水池中, 以供灌溉之用。在其它的地区, 也是采用相似的办法, 利用一定的设施来对空气中的水蒸气或者是雾气进行收集, 然后利用温度差使气体凝集成水分, 从而达到灌溉的目的, 以供灌溉之需。这些方法对于沙漠地区和那些在沿海地区比较缺乏淡水的地区是比较适用的, 但是在实际的使用中, 应该对其成本进行有效的降低, 在实用性和效率性方面还应该有所加强。
结语
我国在现阶段对于农业发展投入了很大的精力, 在三农问题上也是特别的重视, 所以说对于农业的发展要给予重视。我国幅员辽阔, 农业用地面积比较大, 在农田灌溉方式上基本都是采用的地面灌溉, 这种方式对水源的浪费也是比较大的, 面对全球水资源日益紧张的情况下, 要对地面灌溉实行节水措施。本文对地面灌溉进行了节水措施的探讨, 列出了几种方法, 那么在实际的使用过程中, 应该根据不同的地质情况, 不同的环境采用不同的节水方法, 因地制宜, 采取最有效的方法。
参考文献
[1]陈黎星、蒋金狮.节水灌溉技术浅析[J].能源与环境, 2009.