灌溉排水新技术
百问百答
1、今后世界灌溉发展的趋势是什么？
据预测，全世界人口到本世纪中叶，将增加47%，而耕地只能增加4%，为满足未来对粮食的需求，主要靠提高单位面积产量，因此，发展灌溉仍将是今后发展农业的重要措施之一。今后世界灌溉发展的趋势是：
①灌溉方面仍将以地面灌溉为主，喷灌、微灌等现代灌溉将有较大的发展；
②为缓解水资源紧缺状况，提高灌溉水的利用系数，管道输水、渠道防渗、污水灌溉、雨水利用等可持续灌溉农业和科学的灌溉方法以及节水灌溉技术将日益发展；
③改进农田水土管理，提高自动控制技术；
④激光平地技术、红外线遥测、遥控等新技术将广泛地得到应用。
2、灌溉排水新技术的主要研究内容有哪些？
灌溉排水的基本任务是研究技术上先进、经济上合理的各种工程技术措施，调节和改变土壤水分状况和有关地区水情的变化规律、消除水旱灾害和高效利用水资源，促进农业生产稳定的发展。灌溉排水新技术主要研究以下一些基本内容。
⑴土壤水分、盐分的运移规律，探求作物生长与土壤水分状况、盐分状况之间的内在联系；
⑵作物水分生产函数及其变化规律；
⑶作物传统灌溉制度和非充分灌溉原理；
⑷现代节水灌溉技术的理论与设计方法；
⑸低洼易涝区治理和盐碱地改良的基本原理和工程技术措施；
⑹灌区水资源优化管理的基本原理和计算方法；
⑺灌溉管理理论、配水原理和计算方法；
⑻灌区现代化管理理论及计算机在灌排管理现代化中的应用。
第1章水分与作物
3、水对作物的生理作用主要表现在哪些方面？
水是原生质的主要成分。细胞作为植物的结构单位及功能单位，是由细胞壁和原生质体组成。原生质体外面是质膜，里面是无数颗粒状和膜状的内容物浸埋在衬质中。原生质含水量一般在80%以上才可以保持溶胶状态，以保证各种生理生化过程的进行。如果含水量减少，原生质由溶胶状态变成凝胶状态，细胞生命活动将大大减缓（例如休眠种子）。如果原生质失水过多，就会引起生物胶体的破坏，导致细胞的死亡。另外，细胞膜和蛋白质等生物大分子表面存在大量的亲水基团，吸引着大量的水分子形成一种水膜，正是由于这些水分子层的存在，维系着膜分子以及其它生物大分子的正常结构。
水对作物的生理作用，主要表现在以下5个方面：
⑴细胞原生质的重要成分：原生质是细胞的主体，很多生理过程都在原生质中进行。在正常情况下，原生质内含水量为80％以上。如果水分不足，原生质内的生理活动便会减弱，甚至停止。
⑵光合作用的重要原料：作物在生长发育过程中，能利用叶绿素吸收太阳的能量，同二氧化碳和水，制造出有机质，这就是光合作用。光合作用所产生的有机质主要是碳水化合物（糖、淀粉等）。在光合作用中，水是不可缺少的原料,水分不足，就会使光合作用受到抑制。
⑶一切生化反应的介质：例如CO2进入叶部后，只有溶于细胞液转成液相，才能参与光合作用。各种有机质的合成与分解也必须以水为介质，在水的参与下才能进行。
⑷溶解和输送养分：作物所需的矿质养分必须溶解于水中才能被利用；各种有机质也只有溶于水才能输送至植物的各个部位。
⑸保持作物体处于一定形态：作物体内水分充足时，细胞常保持数个大气压的膨压以维持细胞及作物的形态，使正常的生长、生理活动得以进行。例如，使叶片展开，以接受阳光和交换气体；使根尖具有刚性，能够伸入土壤，使花朵开放，便于授粉等。
4、水对作物的生态作用有哪些？
作物从种子发芽到新种子成熟的一生中，其生长发育状态与水有着十分密切的关系。大多数休眠种子必须吸收足够的水分才能恢复生命活动。种子萌发需要更多的水分使种皮软化，氧气透入，呼吸加强。同时水分能使种子内凝胶状态的原生质向溶胶状态转变，使生理活性增强，促进种子萌发。
土壤含水量的多少，直接影响根系的发育。当土壤含水量降低到田间持水量以下时，根系生长速度显著增快，根冠比率相应增大。在土壤较干的地方，根系往往较发达，主要的长度可比地上部分的高度大几倍甚至十几倍，并且根系扩展的范围广，以吸收更大范围的土壤水分。水稻在长期淹水、氧气缺乏的土壤中，一般多长出生命力弱的黄根，甚至出现很多黑根，而在水、气较协调的稻田中，则能长出一些生命力强的白根。
土壤水分状况也明显地影响作物茎叶的生长。当土壤水分缺乏时，茎叶生长缓慢，水分过多时往往使作物茎秆细长柔弱，后期容易倒伏。
水分对作物生长有一个最高、最适和最低的基点。低于最低点，作物生长停止，甚至枯死。高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根，植株生长困难甚至死亡。只有处于最适范围内，才能维持作物的水分平衡，保证作物生长发育良好。
土壤含水量对各种生理活动的影响是不一致的。大多数作物的生长最适含水量较高，蒸腾最适土壤含水量较低，而同化的最适含水量则更低。所以当土壤有效水分减少时，对生长的影响最大，其次是蒸腾，再次是同化。实验表明，在作物萎蔫前蒸腾量减少到正常的65％，同化减少到55％，而此时呼吸却增加62%，从而导致生长基本停止。
土壤含水量还影响作物的产品质量。作物氮素和蛋白质含量与土壤含水量有直接关系。以小麦为例，在生长期土壤含水量较小时，小麦的氮素和蛋白质含量都有所增加，说明在大陆性气候的少雨地区，有利于氮和蛋白质的形成和积累。
碳水化合物和土壤含水量的关系与蛋白质不同。土壤含水量减少时，淀粉含量相应减少，同时木质素和半纤维有所增加，纤维素不变，果胶质则减少。
脂肪含量与蛋白质的含量相反，土壤含水量增高时，脂肪含量和油的碘价（每一百克植物油因其所含不饱和脂肪酸的种类多寡不同所吸收碘的克数。碘价高则油质好。）都有增高的趋势。
纤维作物的纤维似乎也是在较干旱的环境下才比较发达。棉花和黄麻最适生长的土壤水分比纤维发育的最适水分要高。在土壤含水量较低的情况下，作物的导管发达。输导组织充实，纤维质量好。
5、如何衡量作物蒸腾作用的强弱？
衡量作物蒸腾强弱的表示方法有以下三种方法：
Ⅰ 蒸腾速率。是指作物在一定时间内单位叶面面积蒸腾的水量，一般用每小时每平方分米叶面蒸腾水量的克数表示。通常白天的叶面积蒸腾速率为0.5～2.5g/(h ·dm2)；晚上在0.1g/(h ·dm2)以下。
Ⅱ 蒸腾系数。作物制造1克干物质所需要的水分克数。大部分作物的蒸腾系数为100～500g/g 。例如：小麦为257～774g/g ；玉米为174～406g/g ；水稻为211～300g/g 。作物蒸腾系数越大,其利用水分的效率越低。
Ⅲ 蒸腾效率。作物每消耗1kg 水所形式的干物质克数，大部分作物的蒸腾效率是2～10g/kg 。蒸腾效率是蒸腾系数的倒数。
6、如何理解土壤－作物－大气连续体（SPAC ）的水分运动？
水分经由土壤到达植物根系、进入根系、通过细胞传输，进入植物茎，由植物木质部到达叶片，再由叶气孔扩散到宁静空气层，最后参与大气的湍流交换。这样一个过程形成了一个统一的、动态的系统，即土壤―作物―大气连续体（ Soil-Plant-Atmosphere Continuum ，简称SPAC ）。菲利普(Philip ，1966 )提出了系统的、较完整的关于SPAC 的概念：认为尽管介质不同，界面不一，但在物理上都是一个统一的连续体，水在该系统中的各种流动过程就像链环一样，互相衔接，而且完全可以应用统一的能量指标―“水势”来定量研究整个系统中各个环节能量水平的变化，并计算出水分通量。
现代农田水分循环与水分平衡的研究是以连续的、系统的、动态的观点和定量的方法为基础的。即把土壤、植物、大气作为一个物理上的连续体，研究田间水分的循环过程和规律，以及与农田能量平衡和转化间的关系，揭示田间水循环工程的各个方面，探讨以土壤水和作物关系为中心的农田水分调控机理。
在SPAC 中，水分运动的驱动力是水势梯度，即从水势高处向水势低处流动，其流动速度和水势梯度成正比，与水流阻力成反比。 象电容器一样，水贮存在薄壁组织细胞中用于补充蒸腾丧失的水分。在叶片和茎的薄壁组织细胞中的水量很大，系统中任何部分单位水势变化所引起的细胞组织内含水量（W ）的变化被定义为水容。但SPAC 中的水流过程是十分复杂的，在实际流动过程中各点的流速是不相等的，即使在叶片也会因为部位不同而在叶尖、叶中和叶基部有不同的蒸腾速率，各个部分的含水量也不同而且随时间产生变化。
SPAC 中的水流阻力包括土壤阻力、土根接触阻力、根系吸收阻力、茎内和枝条的木质部阻力、叶肉阻力和叶片气孔阻力以及空气边界层阻力。SPAC 中主要的水流阻力发生在水分进入植物根系和离开植株叶片这两个部分。植物根系吸收阻力和叶气孔阻力是决定SPAC 中液态水流与气态水扩散的控制因素。
7、如何让对土壤水进行分类？
根据作用力的类型和被作物利用的难易程度，常把土壤水中的液态水划分为以下几种类型：
⑴ 吸湿水与膜状水（束缚水）
由于土粒表面具有很大的吸附力，胶粒表面还有电场力和吸附离子的水合力，故当其与气态水和液态水接触时，即可在其表面吸持水分子而形成一定厚度的水膜。根据膜内水分子受力的强弱，又可分为吸湿水和膜状水。
⑵ 毛管水
当土壤孔隙小到足以产生液—气界面的凹形弯月面时，便会发生毛管现象。存在于毛细管中的水，称为毛管水。它能抗拒重力作用而不流失。毛管水所受的吸持力远小于植物根系的吸水力，因而可全部被吸收利用。同时，它的移动速度也快于膜状水。
按照根系分布土层中的毛管水与地下水的关系，可将毛管水分为两种：若地形部位较高，地下水埋藏较深，根系分布层中毛管水主要来自降水或灌溉，而与地下水毫无联系，这种毛管水称为毛管悬着水。如果地下水埋藏较浅，可借毛管作用上升至根区的水，称为毛管上升水。毛管悬着水的最大含量，称田间持水量，而毛管上升水的最大含量，则称为毛管持水量。
⑶ 重力水
超过田间持水量的水分由于不能为毛管力保持，在重力作用下，沿着土壤中大孔隙向下渗透至根区以下，这种水分叫做重力水。由于它在根系分布层停留时间很短，所以对植物的吸收利用并无多大意义。当土壤全部孔隙都为水分所充满时，土壤便处于水分饱和状态，这时土壤的含水量称为饱和含水量或全持水量。
8、何谓土壤水分的有效性？处于有效水上下限之间的水分是否具有同等的有效性？
土壤水分的有效性是指土壤水分是否能被作物利用及其被利用的难易程度。土壤水分有效性的高低，主要取决于它存在的形态、性质和数量，以及作物吸水力与土壤持水力之差。传统上认为凋萎系数是土壤中有效水的下限，田间持水量则是其上限，所以
土壤最大有效水贮量（%）= 田间持水量（%）－ 凋萎系数（%）
土壤有效水贮量（%）= 土壤自然含水量（%）－ 凋萎系数（%）
土壤最大有效水贮量，受质地、结构、容重和有机质含量等的影响。在有机质含量低的土壤中，决定因素是土壤质地。一般壤质土的有效含水量最多，砂质土含量最少。质地粘重，结构不良的粘质土，其田间持水量虽高，但因其凋萎系数亦高，故有效水的含量并不高。处于有效水上下限之间的水分有效性是不同的，被植物的利用有难易区别，愈靠近凋萎系数（有效水下限）的水，则愈难吸收，有效性越低；反之，愈靠近田间持水率（有效水上限）的水，则愈容易吸收，有效性越高。
9、土壤含水量有哪些表示方法？如何计算？
自然条件下土壤保持的水分数量，称为土壤含水量或土壤湿度，北方地区俗称“墒”，其表示方法有以下几种。
（1）重量百分率（W 水重%，也称绝对含水量）：指土壤中含水的重量占绝对干土重的百分数。如从田间采回的湿土重用1W 表示，在105～110℃烘干后的重量以W 表示，那么
%
100%1?-=W W
W W 水重 （2）容积百分率（W 水容%） ：指土壤水的容积占土壤容积的百分数，它表明土壤水分在孔隙中充满的程度。在常温下水的密度
约为1g/cm 3，水的重量值与容量值相当，于是：
W
W W
W W W W W V V W ?=??=?=?=
%%100100/1/%100%水重干土水
干土水土壤水水容
土壤孔隙度减去水容%，便是土壤空气所占的容积百分数。
（3）相对含水量：在农田水量计算中，常用土壤自然含水量占田间持水量或全持水量的百分数来表示土壤水的相对含量。
%100(%)?=田间含水量土壤含水量旱地土壤的相对含水量
%
100(%)?=全持水量土壤含水量
水田土壤的相对含水量 （4）土壤水贮量 ：指一定厚度土层内水分的总贮量。为与气象资料比较，常用mm 表示，即相当于一定面积和土层厚度内有多少
mm 厚的水层，其计算公式为：
W W cm W W cm W
W cm mm ??=???=???=1010100
%水重水重
水重）土层厚度（）土层厚度（面积
）土层厚度（面积水 （5）土壤水饱和度（%）： 指土壤水分体积占土壤孔隙容积的百分数，即
%
100%?=土壤孔隙容积土壤水分体积
）饱和度（ 10、何谓土壤水分特征曲线？有何特点？
土壤水吸力或土水势（通常为基质势）是随土壤含水量而变化的，其关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线。
随土壤含水率的降低，土壤基质势呈较大下降（土壤水吸力负值），这表明区间土壤水分对作物利用并非同等有效。土壤质地对水分特征曲线有明显的影响。同一含水率时，粘土的土壤水吸力最大，而砂土的土壤水吸力最小，壤土的介乎其间。土壤水分特征曲线还和土壤中水分变化的过程有关。对于同一土壤，即使在恒温条件下，由脱水过程和吸水过程测得的水分特征曲线也是不同的，这种现象称为滞后现象。在含水率相同的条件下，脱水过程的吸力较吸水过程的吸力大。土壤从部分湿润状态开始排水或从部分脱水状态重新湿润时，吸力与含水率的关系曲线沿着一些中间曲线变化，这些中间曲线称为扫描曲线。在土壤水吸力相同的情况下，粘土的含水率比砂土大得多，因此，作物从土壤中吸水的难易取决于土壤水吸力的大小，而不是土壤含水率的高低。
第2章 作物水分生产函数
11、什么是作物水分生产函数？如何确定自变量和因变量？
农业生产的本质就是如何充分利用上述三种资源，获得尽可能多的产出，以满足人类需要。一般情况下，生产资源投入数量不同，所能获得的产出数量也就不同。反映这种投入与产出之间技术经济的数量关系的函数称为生产函数。作物产量与水分因子之间的数学关系称为作物水分生产函数（Water production function ）。
确定作物水分生产函数模型，首先要选定其因变量和自变量，才能写出具体表达式来。
因变量只有一个，即产量。按经济目标不同，产量可以是果实、根茎或整个地上部分（如牧草）。产量可以表示成绝对值，亦可取相对值如实际产量与最高产量的比值。
自变量应能反映作物水分状况，它可以用不同的物理量代替。例如蒸腾量显然是一种较理想的代替量。在一定气候、土壤、作物条件下，蒸腾量大时光合作用强，产量就高。为了方便，现有的作物水分生产函数模型多以腾发量或其相对值（如实际腾发量与最大腾发量之比）作为自变量。
水分作为生产函数的自变量一般用三种指标表示：灌水量（W ），实际腾发（蒸发蒸腾）量（a ET ），土壤含水量(θ)。表示因变量产量的指标也有三种：单位面积产量(Y )，平均产量(W Y K /=)，边际产量(dW dY y /=)。边际产量指水量变动时引起的产量变动率，为水分生产函数的一阶导数，在经济学中称为增值或增量。从数学定义可知，边际产量是产量特征曲线上任一点的斜率。
12、按总量计算的作物水分生产函数是如何表达的？
在供水受限制的条件下，可以按全生育期内总供水量满足作物最大需水量（m ET ）程度及其对最终产量的影响来确定作物水分生产函数。这种生产函数通常是以产量反应系数（y K ）解释相对产量的下降数（m a Y Y /1-）与全生育期相对腾发量差额总量［m a ET ET -
1］之间的关系，因此可简称为y K 法。具体表达式为
1－m a
Y Y = y K ??
????-m a ET ET 1 实际腾发量（a ET ）和最大腾发量（m ET ）之比，表示缺水程度。缺水可能持续发生在全生育期内，也可以发生在某一个生育期。一般说，作物整个生育期的缺水增多时，对苜蓿、花生、红花、甜菜等作物（第Ⅰ类）的减产比例较小（K y <1），而对香蕉、玉米，甘蔗等作物（第Ⅳ类）的减产比例较大（K y >1）。就各个生长期而言，缺水引起的减产在营养生长期和成熟期相对要少些，而在开花期和产品形成期则相对要多一些。
大部分作物的相对产量（m a Y Y /）与相对腾发量之间呈直线关系，该直线斜率即为y K 值。这种直线关系适用于缺水额（即[]m a ET ET /1-）不超过0.5范围。y K 值是在适宜生长环境及高水平栽培技术下，通过实地试验来确定。
全生育期作物水分生产函数的数学模型还有其他形式，如二次抛物线形式，如有兴趣可参见其他相关书籍。
13、分阶段考虑的作物水分生产函数模型有何共同假定？常见模型有哪几种？有何特点？
分阶段考虑的作物水分生产函数模型的共同假定是：
（1）各阶段缺水，即实际腾发量小于最大腾发量时，均对作物生长发育不利，最终形成的产量将会降低。
（2）全生育期由缺水造成的减产，是各个生育阶段缺水效应的综合结果。
按阶段缺水效应的综合方式不同，可将模型分为下列三种：
⑴ 加法模型
这种模型不考虑各阶段之间缺水对产量影响，同时认为各阶段的缺水效应可简单地叠加。例如，斯梯瓦尔特提出的模型
式中：i 为作物生育阶段的序号；n 为全生育期阶段个数；i β为第i 阶段敏
感性参数；其余符号同前。
加法模型考虑了各阶段不同水平缺水对总产量的影响，使用也较简单。但是，它将各阶段缺水对产量的影响孤立起来并简单地叠加，显然不够合理，例如，当某一阶段严重缺水致使作物死亡时就不会获得任何产量，但由加法模型却可以计算出产量来。所以，通常加法模型适用于较湿润地区或天然降雨基本能满足作物对水分的最低要求的地区。在干旱地区是否适用，尚需根据当地情况分析评价或更多试验资料进行验证与改进。
⑵ 相乘函数模型
这种模型以乘法形式反映各阶段缺水效应之间的联系。这样，每一阶段的缺水不仅影响本阶段，还对以后的阶段产生影响。若其中某一阶段严重缺水，相对腾发量接近于零，则最后形成的产量亦接近于零。这一概念符合干旱、半干旱地区的籽实或块根为产量的作物情况。 在相乘模型中，詹森（Jensen ）公式最为典型，它是用各阶段相对腾发量来计算相对产量，即 i i
m a n i m a
ET ET Y Y λ??????=∏=1 式中：i λ表示作物对i 阶段缺水的敏感性指标，i λ愈大，表示该阶段缺水对产量的影响愈大，反之愈小，i λ值由试验资料确定。
必须提出的是：詹森模型中的敏感性指标λi 值，不仅随各种作物的不同生育阶段变化，而且也随地区、年份不同而变。所以既不能将某一地区的λ值照搬到其它地区使用，也不能在同一地区的不同年份使用同一大小的λ值，现有的作物水分生产函数模型都是在一定的土壤、气象，农业技术等条件下，找寻水与产量之间的关系，如果水以外的其它因素有变化，则敏感指标λ值也随之变化。
⑶ 积和综合模型
它是由加法与乘法两类模型式综合而成，也可看成是加法模型的新发展。第12届国际灌排大会论文集第1卷（1984年）中，保加利亚学者提出用三项积和式建立产量增值与阶段供水的函数关系，即
a Y Y
??=i n ai oi k i i n oi i oi M M M M M φ????? ??????????????? ??--∑==2121
式中：k 为生育阶段数；ΔY a 为每一生育阶段充分供水（M oi ）情况下，单位面积平均最大的增产量，kg/ha ；ΔY 为在非充分供水M i 情况下，单位面积上的增产量，kg/ha ；M oi 为第i 生育阶段内需要的最大灌水量；M i 为第i 生育阶段灌水定额的多年平均值；n 为作物指数，变化于0.6～1.0之间，如玉米n =1.0苜蓿n =0.7；i φ为总增产中，某一生育阶段平均灌溉增产的分摊比例，0.1=∑i φ，资料不足时，
可按阶段供水定额M a 的比例决定i φ值。
该模型的优点是采用了灌溉定额来反映供水的充分程度，这比用腾发量容易做到，但是，公式过于复杂，而且未发现有更多的试验验证资料。
14、什么是灌溉制度？制定充分灌溉的灌溉制度方法有哪些？
农作物的灌溉制度是指作物播种前（或水稻栽秧前）及全生育期内的灌水次数、每次的灌水日期和灌水定额。灌水定额是指一次灌水单位灌溉面积上的灌水量，各次灌水定额之和，叫灌溉定额。灌水定额和灌溉定额常以m 3 /亩或mm 表示，它是灌区规划及管理的重要依据。
充分灌溉条件下的灌溉制度，是指灌溉供水能够充分满足作物各生育阶段的需水量要求而设计制定的灌溉制度。常采用以下三种方法来确定灌溉制度。
⑴ 总结群众丰富灌水经验
多年来进行灌水的实践经验是制定灌溉制度的重要依据。灌溉制度调查应根据设计要求的干旱年份，调查这些年份的不同生育期的作物田间耗水强度(mm/d)及灌水次数、灌水时间间距、灌水定额及灌溉定额。根据调查资料，可以分析确定这些年份的灌溉制度。
⑵ 根据灌溉试验资料制定灌溉制度
我国许多灌区设置了灌溉实验站，试验项目一般包括作物需水量、灌溉制度、灌水技术等。实验站积累的试验资料，是制定灌溉制度的主要依据。但是，在选用试验资料时，必须注意原试验的条件，不能一概照搬。
⑶ 按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度
这种方法是根据水稻淹灌水层和旱作物计划湿润层内水量平衡的原理进行灌溉制度的制定。在实践中一定要参考群众丰富灌水经验和田间试验资料，即这三种方法结合起来所制定的灌溉制度才比较完善。
15、如何让确定泡田定额和旱作物播前定额？
对于水田，泡田期的灌溉用水量（泡田定额）可用下式确定：
()111101667.0P t e S h M -++=
式中：1M 为泡田期灌溉用水量，m 3/亩；0h 为插秧时田面所需的水层深度，mm ；1S 为泡田期的渗漏量，即开始泡田到插秧期间的总渗漏量，mm ；1t 为泡田期的日数；1e 为1t 时期内水田田面平均蒸发强度，mm/d ；1P 为1t 时期内的降雨量，mm 。
通常，泡田定额按土壤、地势、地下水埋深和耕犁深度相类似田块上的实测资料确定，一般在0h =30～50㎜条件下，泡田定额大约等于以下数值：粘土和粘壤土为50～80m 3/亩；中壤土和沙壤土为80～120 m 3/亩（地下水埋深大于2m 时）或80～130 m 3/亩（地下水埋深小于2m 时）。
i m a m n i i m a
ET ET ET Y Y ??????--=∑=11β
对于旱作物播前灌水定额的确定：
播前灌水的目的在于保证作物种子发芽和出苗所必须的土壤含水量或储水于土壤中以供作物生育后期之用。播前灌水往往只进行一次。一般可按下式计算：
n H M )(6670max 1θθ-= 或 亩）水/()(66730max 1m H M γγθθ'-'=
式中：H 为土壤计划湿润层深度（m ），应根据播前灌水要求确定；n 为相应于H 土层内的土壤孔隙率，以占土壤体积百分数计；max θ常为田间持水率，以占孔隙的百分数计；0θ为前H 土层内的平均含水率，以占孔隙率的百分数计；max θ'、0θ'同max θ、0θ，但以占干土重的百分数计。
16、用水量平衡法确定旱作物灌溉制度时，参数如何确定？
拟定的灌溉制度是否正确，关键在于方程中各项数据如土壤计划湿润层深度、作物允许的土壤含水量变化范围以及有效降雨量等选用是否合理。
①土壤计划湿润层深度（H ）
土壤计划湿润层深度系指在旱田进行灌溉时，计划调节控制土壤水分状况的土层深度。它随作物根系活动层深度、土壤性质、地下水埋深等因素而变。在作物生长初期，根系虽然很浅，但为了维持土壤微生物活动，并为以后根系生长创造条件，需要在一定土层深度内有适当的含水量，一般采用30～40㎝；随着作物的成长和根系发育，需水量增多，计划湿润层也逐渐增加，至生长末期，由于作物根系停止发育，需水量减少，计划湿润层深度不宜继续加大，一般不超过0.8～1.0m 。在地下水位较高的盐碱化地区，计划湿润层深度不宜大于0.6m 。
②土壤最适宜含水率及允许的最大、最小含水率
土壤最适宜含水率(适θ)随作物种类、生育阶段的需水特点、施肥情况和土壤性质（包括含盐状况）等因素而异，通过试验或调查总结群众经验确定。为了保证作物正常生长，土壤含水率应控制在允许最大和允许最小含水率之间变化。允许最大含水率（max θ）以不致造成深层渗漏为原则，一般采用土壤田间持水率，见表2-10。作物允许最小含水率（min θ）应大于凋萎系数。具体数值可根据试验确定。
在土壤盐碱化较严重的地区，往往由于土壤溶液浓度过高，而妨碍作物吸取正常生长所需的水分，因此还要依作物不同生育阶段允许的土壤溶液浓度作为控制条件来确定允许最小含水率（min θ）。
③有效降雨量（0P ）
有效降雨量是指作物生长期间，能被作物利用的降雨量。在生产实践中，常用降雨的有效利用系数来简化计算有效降雨量，称有效利用系数法。其计算公式为 0P =αP
式中：α为降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。一般认为一次降雨量小于5mm 时，α为0；当一次降雨量在5～50mm 时，α约为l.0～0.8；当次降雨量大于50mm 时，α约为0.7～0.8。
④地下水补给量（K ）
地下水补给量指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而被作物利用的水量，其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润土层含水量等有关。地下水利用量（K ）应随灌区地下水动态和各阶段计划湿润层深度不同而变化。在设计灌溉制度时，必须根据当地或条件类似地区的试验、调查资料估算。
⑤由于计划湿润层增加而增加的水量（r W ）
在作物生育期内计划湿润层随着作物的生长而变化，由于计划湿润层增加，可利用一部分深层土壤的原有储水量，r W 可按下式计算： θn H H W r )(66712-=或亩）水/()(6673
12m H H W T θγγ'-= 式中：H 1为计划时段初计划湿润层深度，m ；H 2为计划时段末计划湿润层深度，m ；θ为（H 2-H 1）深度的土层中的平均含水率，以占孔隙率的百分数计，一般田θθ<；n 为土壤空隙率，以占土体积的百分数计；θ'同θ，但以占干土重的百分数计；γ、γ水分别为土壤干容
重和水的容重，t ／m 3。
当确定了以上各项设计依据后，即可分别计算旱作物的播前灌水定额和生育期的灌溉制度。
17、如何用图解法拟定旱作物的灌溉制度？
在采用水量平衡图解分析法拟定灌溉制度时，其步骤如下：
①根据各旬的计划湿润层深度H 和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率的上限max θ和下限min θ，求出H 土层内允许储水量上限max W 及下限min W ，绘于图上（max max 667θnH W =，min min 667θnH W =）；
②绘制作物田间需水量（ET ）累积曲线，由于计划湿润层加大而获得的水量（r W ）累积曲线、地下水补给量（K ）累积曲线以及净耗水量（K W ET r --）累积曲线；
③根据设计年雨量，求出渗入土壤的有效降雨量0P ，逐时段绘于图上；
④自作物生长初期土壤计划湿润层储水量0W 逐旬减去（K W ET r --）值，即自A 点引直线平行于（K W ET r --）曲线，当遇有降雨时再加上有效降雨量0P ，即得计划湿润土层实际储水量（W ）曲线。
⑤当W 曲线接近于min W 时，即进行灌水。灌水时期除考虑水量盈亏的因素外，还应考虑作物各发育阶段的生理要求，与灌水相关的农业技术措施以及灌水和耕作的劳动组织等。灌水定额的大小要适当，不应使灌水后土壤储水量大于max W ，也不宜给灌水技术的实施造成困难。灌水定额值也象有效降雨量一样加在W 曲线上。
⑥如此继续进行，即可得到全生育期的各次灌水定额、灌水日期和灌水次数。
⑦生育期灌溉定额2M =∑i m ，i m 为各次灌水定额。
播前灌水定额加上生育期灌溉定额，即可得到旱作物的总灌溉定额M 。
18、实践中如何实施非充分灌溉制度？
我国在非充分灌溉实践中，对旱作物有的是采用减少灌水次数的方法，即减少对作物生长影响不大的灌水，保证关键时期的灌水；也
有采用减少灌水定额的方法，不是使土壤达到最大田间持水量，而仅是田间持水量的一部分；另外，也有将削减下来的水量去扩大灌溉面积，以求得总产量的最高；或是将节省下来的水量去灌溉经济价值较高的作物，以求得全灌区的作物增产价值量最高。此外，在理论上对非充分灌溉的优化灌溉制度也进行了一些研究。但多是以M·E·Jensen提出的作物水分生产函数为目标函数，以土壤含水量和可供水量等为约束条件，进行优化计算，取得目标是总产量最高又省水的优化灌溉制度。也有一些研究在目标函数中同时引入生产费用等因素，以获得总灌溉净效益最高而又省水的优化灌溉制度。
对水稻则是采用浅水、湿润、晒田相结合的灌水方法，不是以控制淹灌水层的上下限来设计灌溉制度，而是以控制稻田的土壤水分为主。例如，在山东济宁地区大面积推广的水稻灌溉制度是：插秧以后在田面保持薄水层，约5～25mm，以利返青活苗。返青以后在田面不保留水层，而是控制土壤含水量。控制的上限为土壤饱和含水量，下限为饱和含水量的60％～70％。浙江省绍兴地区普遍推广的“薄露”灌溉是：除返青期深灌（早稻保温，晚稻降温）以外，以后一律灌薄水层，水层越薄越好，只要求达到土壤饱和。每次灌水，包括降雨以后都要落干晒田。在拔节期以前轻度晒田，至田面表土将要开裂时，再进行灌水。孕穗期至抽穗期间，晒至田面不见水层时即复灌。乳熟期至收割以前，逐渐加重晒田程度，至田面出现微小裂缝，约为最大田间持水量的60％～70％。收割以前7～10天，停止灌水。此外，南北方灌区还推广“水稻旱种”、“旱育稀植”技术，取得了更好的节水效果。
第3章节水灌溉技术
19、如何理解节水灌溉的内涵？
节水灌溉是根据供水条件和作物需水规律，采用各种方法和措施，提高自然降水和灌溉水的利用率和利用效率，获取农业最佳经济效益、社会效益和生态环境效益。
灌溉水从水源到田间的各个环节都存在水量无益损耗，凡在这些环节中能够减少水量损耗、提高灌溉水利用率的各种措施，均属于节水灌溉范畴。由于灌溉是补充天然降水的不足从而使作物高产，节约用水当然应考虑提高天然降水的利用率。因此，把“节水灌溉”仅仅理解为节约灌溉用水是不全面的，广义的节水灌溉内涵不仅包括灌溉过程中的节水工程措施，还包括与灌溉密切相关、提高农业用水效率的其它措施，如雨水集蓄、非充分灌溉、水资源优化管理技术等。本章主要介绍节水灌溉工程措施。
节水灌溉不是无水灌溉的旱地农业的问题，也不是仅能维持作物生命的临时性抗旱灌溉，它是用尽可能少的灌溉水投入，取得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式，因此节水灌溉仍然是遵循农作物生长发育需水机制进行的适时灌溉，又是将各种水损失降低到最低限度的适量灌溉。节水灌溉是科学技术进步的产物，带有节水与高产、高效的双重要求。节水型灌溉农业绝不要求回到不要灌溉水的农业，而是最大限度将无效水和浪费水量降低到最少的农业，也是最大限度提高单位灌溉水量产出的农业。
20、渠道防渗工程措施有哪几类？衬砌技术有哪几种，各有何特点？
渠道防渗工程措施的种类很多，按防渗材料分，渠道防渗有土料、水泥土、石料、膜料、混凝土和沥青混凝土等类，但就其防渗特点而言,可以分为三大类:第一类是在渠床上加做防渗层(衬砌护面)；第二类是改变渠床土壤的渗漏性能；第三类是新的防渗渠槽结构形式。
衬砌护面常用类型有以下几种：
（1）土料类护面防渗
土料类护面防渗是指用压实素土、粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料进行渠槽护面防渗而言。通常利用土料类护面防渗能就地取材，造价低，施工简便。土料类护面防渗效果(允许最大渗漏量)为0.07～0.17 m3/(m2·d)，使用年限为5～25年。
（2）水泥土护面防渗
水泥土是一种性能较好而且比较价廉的新型地方性建筑材料。它主要由土料、水泥和水等原料按一定比例配合拌匀后，在渠槽表面铺衬，并经过压实和养护之后而形成的防渗护面。水泥土护面防渗具有一定的强度和耐久性，可就地取材，施工也较容易，造价较低，但抗冻性较差。适用于气候温暖、且渠道附近有壤土和砂壤土的地区，其防渗效果(即允许最大渗漏水量)为0.06~0.17 m3/(m2·d)，使用年限为8~30年。
（3）砌石护面防渗
砌石护面防渗是指用料石、块石、卵石、石板等进行浆砌，或用卵石进行干砌挂淤等作为渠道护面而进行防渗的技术。石料衬砌渠道抗冻、抗冲、抗磨及抗腐蚀性能好，施工简易，耐久性强，能适应渠道流速大，推移质多，气候严寒等特点，适用于石料资源丰富，能就地取材的地区，以及有抗冻和抗冲要求的渠道。砌石防渗一般均可减少渠道渗漏量70％~80％。浆砌石防渗效果大致为0.09~0.25m3/(m2·d)，干砌卵石挂淤的防渗效果为0.20~0.40m3/(m2·d)，使用年限约为25~40年。
（4）膜料防渗渠道护面衬砌
膜料防渗渠道护面主要采用塑料薄膜和沥青玻璃毡等材料衬砌。目前我国用于渠道防渗的塑料薄膜材料主要有：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜。采用塑料薄膜衬砌渠槽防渗，其防渗能力强，质轻，运输便利，有较高的抗冻性和抗热性，并具有良好的柔性和延伸性，施工技术简单，群众容易掌握。若用土保护层时，造价较低，一般仅为混凝土防渗渠道的1/3～1/4，但占地多，允许流速小，适用于中、小型低流速渠道防渗；若用刚性保护层时，造价较高，可用于大、中型渠道防渗。采用塑料薄膜衬砌渠槽防渗，可减少渗漏量80％～90％，防渗效果为0.04～0.08 m3/(m2·d)，使用年限约20～30年，其渠道糙率为0.02～0.025。
（5）混凝土衬砌渠道防渗
混凝土衬砌渠道，防渗性能好，防渗效果为0.04~0.14 m3/(m2d)，减少渗漏水量可达80％~95％，使用年限30~50年，糙率小，抗冲性能好，能耐高流速。在地形坡度较陡地区可节省连接建筑物，缩小渠道断面，减少土方工程量和占地面积，强度高，耐久性强，便于管理；对各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道都能适用。
（6）沥青混凝土防渗
沥青混凝土防渗能力强，适应变形能力较好，造价与混凝土相近。一般适用于冻胀性土基，且附近有沥青料源的渠道。其防渗效果好，为0.04~0.14 m3/(m2·d)，使用年限20~30年。
21、如何防止渠道冻胀？
在寒冷地区气温降至0℃以下时，常因渠床土壤水分冻结，土体膨胀而使防渗体受到冻胀破坏。为此，必须采取一定的防治冻胀措施。
造成渠道冻胀的基本因素是水和温度。为防止冻胀，应尽量避免冬季输水。防治冻胀有两种基本途径：一是抵抗冻胀破坏，消除冻胀引起的结构变形；另一种是设法适应或减缩冻胀所产生的结构变形。在我国当前的条件下，为了节省费用应以采取第二种途径为主，并根据渠道冻胀规律因地制宜制定不同的防治措施。
常用的渠道防治冻胀措施，主要有以下几种：
（1）降低渠基土壤水分，防止冻结过程的水分转移
降低渠基土壤水分的主要措施有：①修建填方渠道或暗渠；②排除渠堤顶面的雨雪水，降低渠道两侧地段的地下水位；③处理好工作缝和伸缩缝，防止渠水渗入渠基；④渠岸植树，通过生物排水降低渠基土壤水分。
（2）采用有利于防治冻胀的衬砌结构形式及防渗材料：为适应冻胀变形，采用沥青混凝土衬砌或采用沥青玻璃纤维布油毡、塑料薄膜与混凝土预制板两种材料复合衬砌结构形式。在石料丰富地区，可采用砌厚不小于30cm的砌石结构。在地下水较深地区，小型渠道可用“U”型或弧形渠道断面。
（3）采用砂砾料换填：对混凝土、沥青混凝土和砌石防渗渠道，当冻胀量较大时，可采用以砂砾料换填渠基的措施。
（4）铺设保温层：在防渗层下铺设保温层，也是一种效果显著的防冻胀措施，保温层厚度按《渠道防渗工程技术规范》SL18-91的要求确定。
22、低压管道输水系统由哪几部分组成？
低压管道输水灌溉系统组成可分为以下几个部分。
（1）水源与取水工程
管道输水灌溉系统的水源有井、泉、沟、渠道、塘坝、河湖和水库等。水质应符合农田灌溉用水标准，且不含有大量杂草、泥沙等杂物。井灌区取水部分除选择适宜机泵外，还应安装压力表及水表，并建管理房。而在自压灌区或大中型提水灌区的取水工程还应设置进水闸、分水闸、拦污栅、沉淀池和水质净化处理设施及量水建筑物。
（2）输水配水管网系统
输配水管网系统是指管道输水灌溉系统中的各级管道、分水设施、保护装置和其他附属设施。在面积较大的灌区，管网可由干管、分干管、支管、分支管等多级管道组成。
（3）给配水装置
一般称出水装置或出水口，主要作用是由地下输水管道向田间沟、畦配水，如果出水口能连接下一级田间移动管道的话，则称为给水栓。可以连接地面移动配水管道和多孔闸管系统。
（4）保护设备
保护设备主要指调压或进排气阀等，为防止水泵突然关闭或其它事故产生的水锤，导致管道产生负压而变形、弯曲、破裂、吸扁等，在管道系统首部或适当位置安装保护设备。
23、如何进行低压管道系统的规划布置？
（1）规划原则
①应准确掌握规划区自然地理、水文气象、水文地质、表层土壤、工程现状、农业生产、社会经济以及地形等资料。②规划应在当地农业区划和地下水资源评价基础上进行；应与农田水利基本建设总体规划相适应，做到因地制宜、统筹兼顾，全面规划、分期实施。③规划中应进行多方案的技术经济比较，达到投资省、效益高、节水、节能、省地及便于管理的目标。在进行技术经济比较时，宜以年费用最小为主要依据选定规划方案。
（2）根据当地资料确定合理的管灌畦沟灌水技术要素。
（3）管道系统布置
管网布置形式根据水源位置、控制范围、地面坡度、田块形状、作物种植方向等条件，有树枝状或环状两大类，常见有以下几种形式。
若水源(机井)位于田块一侧，常用“一”字形、“T”形和“L”形三种形式。这三种形式适用井的出水量20~40 m3/h，控制面积6.7~10hm2，田块的长宽比(l/b)不大于30。
若水源（机井）位于田块中心，常采用“H”型或环形。这两种形式适用于井出水量40~60m3/h，控制面积6.7~10 hm2，田块的长宽比(l/b)≤2。当长宽比大于2时，采用长“一”字形布置。
若水源位于田块一侧，控制面积较大成近似方形地块，作物种植方向与灌水方向不同时，可布置成梳齿形、鱼骨形两种形式。这些布置形式适用出水量60~100m3/h，控制面积10~20hm2，田块的长宽比(l/b)≈1的情况。
在管道系统布置时，应注意以下原则：
管道系统尽量采用单井管道系统，因这种布置形式输水距离短，总流量小，没有井泵之间的干扰等，投资和运行费都是最经济的。但是若单井出流量小于入畦流量，则应采用多井汇流管道系统。
管道级数，应根据系统灌溉面积(或流量)和经济条件等因素确定。对旱作物区，当系统流量小于30m3/h时，可采用一级固定管道；系统流量在30~60m3/h时，可采用干管输水、支管配水两级固定管道；系统流量大于60m3/h时，可采用两级或多级固定管道。对于渗透性强的砂质土灌区，末级还应增设地面移动管，以提高田间水利用率。
管道布置应力求总长度短、管线平直、减少折点和起伏。支管走向宜平行作物种植行；支管适宜间距为50~150m，单向浇地时取较小值，双向浇地时取较大值。给水栓(或出水口)应按灌溉面积均衡布设。给水栓(或出水口)间距一般取1~2倍畦长(50~l00m)；对于大田作物，单口灌溉面积控制在0.25~0.6hm2，单向浇地取小值，双向浇地取大值，菜区可适当加密。
24、低压管道灌溉系统的附属设备有哪些？
附属设备是指能使管道安全、正常运行并实施科学管理的装置，主要有给水装置和保护装置。
①给水装置
给水装置是低压输水管道的主要田间灌水装置。给水装置形式较多，目前常用的有螺杆压盖型、丝盖型、提拉型等。从材质上分两类，一类为金属件、一类为塑料件。从用途上也可分两类，一类是直接向土渠供水，称出水口，另一类是可以按下级软管或闸管系统，称为给水栓。给水装置应尽量满足以下条件：结构简单，坚固耐用；密封性能好，关闭时不渗不漏；水力性能好，局部水头损失小；整体性好，开关方便，易于装卸；功能多，除供水外，尽可能具有进排气、消除水锈、真空等功能，以保证管路安全运行；造价低。
②管道保护装置
为确保管道系统可靠运行和长期正常工作，管道系统必须安装保护装置。保护装置包括进气装置、排气装置、过压保护装置和调压装置。
进、排气装置：为防止停泵时管道系统中的水流倒流入井中致使管内出现负压现象，以及在运行中大量空气集聚在管中产生气堵现象，应在管道系统首部安装必要的进、排气装置。常用的进、排气装置有球阀型进排气阀、平板型进排气阀、活塞式进排气阀。
压力保护装置：当管道发生堵塞或未及时开启出水口时，会使管道内水压力猛增，从而造成管道系统破坏。为了防止此类事故的发生，在管道系统中必须安装压力保护装置。常用的压力保护装置有水泵塔、调压井和集进气、排气和限压于一体的三用阀等。
25、低压管道灌溉系统的水力计算包括哪些内容？
（1）设计流量的确定：首先确定系统的设计流量，然后根据不同的布置形式和轮灌方式确定各级管道的流量。
①灌溉系统设计流量
Tt mA
Q
ηα
0001
.0
=
式中：Q 0为灌溉系统设计流量(m 3／h)；α为控制性作物种植比例；m 为灌水定额（m 3/hm 2）；A 为灌溉系统设计灌溉面积(m 2)；η为灌溉水利用系数，一般在0.8以上；t 为日工作小时数(h/d)，一般为12～16h/d ；T 为灌水周期(d)，T =m /E a ，E a 为作物临界期日需水量(mm/d)。
②树状管网各级管道设计流量 0Q N
n Q =
式中：Q 为管道设计流量(m 3/s)；n 为管道控制范围内同时开启的给水栓(或出水口)个数；N 为全系统同时开启的给水栓(或出水口)个数。
③环状管网各级管道设计流量应根据具体情况确定。单井单环设计流量为灌溉系统设计流量的一半。
（2）水头损失计算
①初选管径：根据经济流速计算。
初选管径计算式： v Q
d 8.18=
式中：d 为管道内径(mm)，v 为管内经济流速(m/s)。
②水头损失
管道沿程水头损失 L d Q f h b m f =
式中：h f 为沿程水头损失(m)；L 为管长(m)；f 、m 、b 为与管材有关的参数。
管道局部水头损失 g
v h j 22ξ= 式中：h j 为局部水头损失(m)；ξ为局部损失系数；g 为重力加速度，取9.8m/s 2。
（3）管道系统设计扬程
①管道系统最大和最小工作水头
在管道系统中，各给水栓(出水口)实行轮灌，因开启的出水口不同，管道系统工作水头在一定范围内变动，这一个范围的上、下界，就是管道系统最大、最小工作水头。为了确定管道系统的最大和最小工作水头，应选择两个参考点，设参考点2和参考1分别为产生最大和最小工作水头的出水口，其位置应视管道水头损失和地形而定，在平原井区参考点1和参考点2分别为距水源最近和最远的出水口。
H max =Z 2－Z 0+△Z 2+∑h 2
H min =Z 1－Z 0+△Z 1+∑h 1
式中：H max 、H min 为管道系统最大和最小工作水头(m)；Z 0为管道系统进口高程(m)；Z 1、Z 2为分别为参考点1和2的地面高程(m)；△Z 1、△Z 2分别为参考点1和2出水口中心线与地面高差(m)，出水口中心线高程应为所控制的田间最高地面高程加0.15m ；∑h 1、∑h 2分别为管道系统进
口(管道系统与泵管连接处)至参考点1和2的水头损失(m)，水头损失包括管道沿程和局部水头损失以及出水口局部水头损失。
②管道系统设计工作水头
H 0= （H max +H min ）/ 2
③管道系统设计扬程
H p = H 0 +Z 0 －Z d +∑h 0
式中：H p 为灌溉系统设计扬程(m)；Z d 为机井动水位；∑h 0为水泵吸水管沿程和局部水头损失之和(m)。
（4）水泵选型与配套
选用水泵的流量应满足灌溉设计流量的要求，且不大于根据抽水试验确定的机井出水量，扬程应根据灌溉系统设计扬程合理选定，在灌溉系统设计流量下，应分别校核在管道系统最大工作水头和最小工作水头下，水泵的工作点是否在高效区，若偏离过大应重新选泵或调整管道系统设计。井用潜水泵的配套泵管，在经济上合理的情况下可增大一级管径，但不应影响水泵的安装和检修。
（5）管道系统工作压力校核
管道系统各管段的设计工作压力，应为正常运行情况下最大工作压力的1.4倍。正常运行情况下，管道工作压力不得为负值。
26、改进的地面灌溉技术有哪几种？
改进地面灌水技术包括采用先进的平地技术和地面灌水技术，改进沟畦灌规格和技术要素等。
（1）平整土地
局部平整土地的目的就是要消除一些不利耕作和灌溉的坑穴、废沟、废堤和个别面积较小的高地或低地，使耕地基本满足一般的耕作和灌水要求，以利于保水、保土、保肥，为农业高产稳产创造条件。
（2）沟、畦灌节水技术
①小畦灌：小畦灌溉的特点是水流流程短，灌水均匀，只要管理好，可显著减少深层渗漏，提高灌水均匀度和田间水利用率，减少灌水定额，达到节水和增产的目的。
推广小畦灌溉由于畦块面积小，可以做到小平大不平对整个田块平整度要求不高，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。由于小畦内地平，灌水均匀度可达80%以上，比一般畦灌可节水40%左右，增产10%~15%。
②长畦分段灌：长畦分段灌又称为长畦短灌，是我国北方一些渠、井灌区群众在长期的灌水实践中摸索出的一种省水灌溉技术。 长畦分段灌溉可以达到小畦灌溉同样的节水效果，而且减少了田间渠道，节约了耕地，也便于农业机械化耕作。长畦分段灌与传统畦灌方法相比，具有明显的节水、节能、灌水均匀、灌溉效率高、投资小、效益大等优点，灌水定额一般为525m 3/hm 2左右，节水30%~50%，灌溉周期可缩短1/3以上，田间水利用率可达80%以上，不足之处就是灌溉过程相对较麻烦。
③水平畦灌：水平畦灌是一种在短时间内供水给大块水平畦田的地面灌水方法。是一种先进的节水灌溉技术。水经过进水口流入水平畦田时，先使灌水在短时间内布满整个畦田，形成畦面水层，然后再缓慢入渗。由于水流在短时间内迅速布满整个畦田，深层渗漏损失小，也不易产生地表径流。对入渗率较低的土壤，灌水均匀度可达90%以上。水平畦灌对土地平整要求较高，因此，推广水平畦灌技术离不开现代化的土地平整技术。
④细流沟灌：细流沟灌与一般沟灌的沟规格相同，所不同的是，在灌水时，每条沟引入的流量较小，一般为0.1~0.5l /s ，沟内水深不超过沟深的一半，沟内没有蓄水阶段，水在流动过程中全部渗入土壤。其优点是灌水均匀，节水保肥，不破坏土壤团粒结构。由于水在流动中，主要借助于毛管作用浸润土壤，减少了对土壤结构的破坏；由于水量小，流速慢，渗吸时间长，所以渗得深，保墒时间长，降低地面蒸发量。比传统沟灌可减少蒸发损失2/3~3/4。这种方法适用于地面坡度大、透水性中等的农田。
⑤隔沟灌溉：隔沟灌也是沟灌的一种节水形式，灌水时一条沟灌水，一条沟不灌水，即隔沟灌水。该方法具有灌水量小，灌水定额仅225~300m3/hm2，可减轻灌后遇雨对作物的不利影响，适用于缺水地区或适宜采用小定额灌溉的作物生长阶段，如棉花的幼苗期等。
为了改进沟、畦灌水技术质量，提高节水效果，不仅要选用适宜的节水灌溉方法，更重要的是应根据当地条件合理地确定灌水技术要素。灌水技术要素间的优化组合是保证灌水质量的必要条件。然而，各灌水技术要素又受土壤特性、地面平整程度和作物种植情况等因素的影响，在确定时应因地制宜，灵活调整。
27、膜上灌的节水增产机理是什么？
膜上灌是可控的局部灌溉，施水面积仅占灌溉面积的2%左右，且输水速度快，靠主孔和附加孔调整首尾人渗量，灌水均匀度高。灌溉水集中于膜下土壤中，从而大大减少了棵间的无效蒸发。在麦棉套种区，在麦棉共生的40~50天内，小麦生长旺盛，叶面积蒸腾量大，而棉花正处幼苗阶段。适时适量灌水对小麦抽穗灌浆和棉花幼苗生长均有良好作用。利用棉田膜上输水灌溉，一方面水从放苗孔入渗浸润棉苗，另一方面，水从膜侧过水灌溉麦田，起到一水两用效果。
膜上灌水技术，不仅具有节水保水作用，而且具有明显的增温保温作用。根据灌水前后对地温的观测，膜上灌23天积温比膜侧沟灌积温高5.2℃，平均每天高0.23℃。膜上灌水对地膜热效应明显提高。原因是膜上灌土壤水分集中于膜下，增大了膜下土壤的热容量，所以，地温高而稳定。
由于地膜覆盖棉花利用膜上灌一水，具有提高地温、节水保墒、防风的作用，增产效果明显。膜上灌较沟灌棉花株高增加3.2cm，叶片多2.4片，果枝多2.4个，蕾数多4.4个，平均增产可达50%。
28、膜上灌的灌水形式有哪些？
膜上灌的灌水形式主要有以下四种。
①膜畦膜上灌：是在畦田覆膜种植作物。灌水时将水引入畦内，水在膜上流动并由放苗孔和膜缝渗入土中。按筑埂方法可分为培埂膜畦膜上灌和膜孔膜畦灌。
培埂膜畦灌：利用打埂器的铺膜机，在铺膜的同时在膜侧筑成20cm高的土埂。膜畦宽一般为70~90cm。膜两侧各有10cm左右宽的渗水带。这种膜上灌由于两侧有土埂，膜上水流不会溢出膜畦，且膜两侧的渗水带可以补充供水不足的问题，入膜流量可加大到5l/s左右。
膜孔膜畦灌：这种膜上灌是在培埂膜畦膜上灌的基础上改进的。由专门的铺膜机完成铺膜，将膜宽70cm的农膜铺成梯形，两侧翘起5cm 埋入土埂中，畦宽只有40cm。灌水时，水通过放苗孔和增设孔渗入土壤，人膜流量为1~2l/s，此种形式灌水均匀度高，节水效果好。
②膜沟灌：膜孔沟灌和膜缝沟灌适合于瓜菜作物灌溉。分为膜缝沟灌和膜孔沟灌。
膜缝沟灌：此种形式为膜孔灌的改进型。它是将膜铺在沟坡上，在沟底两膜相会处预留2~4cm的缝隙，水流通过缝隙渗入土中。
膜孔沟灌：此法是先将土地整成沟垄相间的地块，再在沟底和沟坡上铺膜，作物种在沟坡或垄背上。沟的规格因作物而异，灌水时，水流通过沟中地膜孔渗入土中，再通过毛细作用浸润作物根区。孔距、孔径因土质和作物灌水量而定。
③细流膜上灌：它是在普通地膜种植下，利用第一次灌水前追肥之机，用专门机械将作物行间的地膜划开一条膜缝，再压成一个U形小沟，灌水时，将水放人U形小沟内进行灌溉，类似膜缝沟灌，但进沟流量很少，约为0.5l/s，该法适合于1%以上的大坡度地区。
④格田膜上灌：是将土地平整成网格形式的畦田，畦埂成三角形，高15~20cm，每块畦田可由零点几公顷到数公顷。畦田内要求平整。然后铺膜灌溉。此法适合于稻田膜上灌。
29、波涌灌的田间灌水方法有哪两种？其主要技术要素有哪些？
波涌灌溉，是对地面沟、畦灌的发展，又称涌流灌溉或间歇灌溉。
（1）波涌灌溉法的田间灌水方式
波涌灌溉法的田间灌水方式有定时段变流程法和定流程变时段法两种。目前多采用定时段变流程法，即指在灌水的全过程中，每个灌水周期(一个供水时间和一个停水时间构成一个灌水周期)的放水流量和放水时间一定，而水流推进长度则不相同。这种方式对灌水沟(畦)长度小于400m的情况很有效，需要的自动控制装置比较简单、操作方便，而且在灌水过程中也很容易控制。对灌水沟(畦)长度大于400m的情况，采用定流程变时段法灌水效果更佳。这种灌水方式每个灌水周期的水流新增推进长度和放水流量相同，而放水时间不相等。但是，这种灌水方式不易控制，劳动强度大，灌水设备也相对复杂。对于土壤透水性能较强的情况，可以采用增量法，即以调整控制灌水流量来达到较高灌水质量的一种涌流灌水方式。
（2）波涌灌技术要素
①流量：确定波涌灌适宜流量较好的方法是在应用中观察波涌灌的运行情况，当水流推进速度太慢，灌水效率不高时，可以通过减少同时供水的每一组沟(畦)的数量来增加入沟(畦)流量。如果发现有尾水存在时，就采用减少流量的方法。流量的上限应使灌水沟(畦)首不发生冲刷，不漫顶。对于沟灌，长度不小于80m，入沟流量以0.6~0.8 l/s为宜，对于畦灌，畦长小于80m时，单宽流量为2~3 l/s。
②供水时间：确定供水时间的方法是根据已有试验资料来确定，由连续沟(畦)灌所需时间来估算。
在波涌灌实际运作中，为了保证灌水均匀，提高灌水效率，每一灌水周期的供水时间可根据情况适当调整，以达到最佳灌水效果。
第3章节水灌溉技术
上一期对应教材第3章的3.1~3.4节，本期对应教材的3.5~3.9节，主要内容为喷灌、微灌、水稻节水灌溉以及雨水集蓄灌溉工程。
30、何谓喷灌？与其他灌水方式相比，喷灌有何优缺点？
喷灌是利用压力管道输水，经喷头将水喷射到空中，形成细小的水滴，象降雨一样均匀地洒落在地面，湿润土壤并满足作物需水要求的一种灌溉方式。
与传统的地面灌水方法相比，喷灌具有明显的优点：节约用水、增加农作物产量、提高农作物品质、省工省地、适应性强，而且有利于实现灌水机械化和自动化，还可结合喷灌进行喷肥、喷药、防干热风、防霜冻等。
喷灌也有一些缺点，如初期投资大、能源消耗大、运行维修费较高。此外，喷灌受风影响大，风速大于3级时不宜采用。但随着生产发展和国民经济建设的需要，以及喷灌技术和设备的改进与提高，喷灌将会得到稳定的发展。
31、喷灌系统由哪几部分组成？系统主要类型有哪些？
（1）喷灌系统的组成
喷灌系统是由水源取水并输送、分配到田间进行喷洒灌溉的水利工程设施，按其设备组成可分为管道式和机组式两大类。一个完整的管道式喷灌系统一般应包括水源、机泵、压力管道和田间喷灌设备。
水源：喷灌水源要符合灌溉水质要求，除高含沙水及一些劣质水质外，河流、渠道、库塘和井泉等都可作为喷灌水源。
机泵：喷灌系统常采用离心泵、潜水泵、深井泵等作为提水加压工具，
其配备的动力可由电动机、柴油机、汽油机等，其配套功率根据水泵要求确定。
压力管道：喷灌使用有压水，一般采用压力管道进行输配水。喷灌管道一般分为干管、支管两级，干管起输配水作用，支管是工作管
道。
田间喷灌设备：包括喷头、竖管、支架等，喷头是喷灌专用设备，竖管是连接支管和喷头的专用管道，其高度要满足作物生长需要，支架主要用于支撑竖管、减少竖管及喷头的震动。
（2）喷灌系统的分类
按照管道可移动程度喷灌系统分为固定式、半固定式和移动式。
①固定式喷灌 其干支管全部固定不动，其田间喷灌设备固定或移动。这种方式运行管理方便，工作效率高，易于保证喷灌质量，但系统所需管材量大、投资高，目前多用于经济作物灌溉及所需灌溉次数频繁、劳动力价值高的地区。对地形复杂的丘陵地区，管道移动不便，故多采用固定式喷灌。
②半固定式喷灌 干管固定，支管及喷头移动的系统称为半固定式。当支管在一个位置喷洒完毕，就移动到下一个灌水位置。因此整个系统可以减少支管及喷头数量，设备费用减少，但相应增加了劳动强度及运行管理的难度。
③移动式喷灌 移动式喷灌系统分为移动管道式喷灌系统和喷灌机组。移动管道式喷灌系统除水源、机泵外，其余的各级管道和喷头等均能移动，这样一套管道及喷洒设备可在不同地块上轮流使用，从而提高了管道及喷洒设备的利用率，降低了系统投资，但拆装管道及设备的劳动强度大、工作条件差。机组式喷灌系统以喷灌机为主要设备构成。喷灌机组具有集成度高、配套完整、机动性好、设备利用率高和生产效率高等优点，在农业机械化程度高的地区适宜采用。
32、喷灌的主要技术参数有哪些？如何计算？
喷灌技术参数主要有喷灌强度、喷灌均匀度和水滴打击强度几项指标，是衡量喷灌灌水质量的指标和设计喷灌系统的重要依据。 ①喷灌强度
喷灌强度ρ是指单位时间内喷洒在单位面积上的水量，也就是单位时间内喷洒在灌溉面积上的水深，单位一般用mm/h 或mm/min 表示。 对于喷洒水量分布不均匀性，一般用点喷灌强度i ρ、平均喷灌强度ρ和设计喷灌强度s ρ三种概念来表示。点喷灌强度i ρ指单位时间内喷洒在某一点的水深。平均喷灌强度ρ指喷洒范围内各点喷灌强度的平均值。设计喷灌强度s ρ是指在设计情况下可能出现的最大喷
灌强度，一般采用设计喷灌强度评价喷头的水力性能，可按下式进行计算。
210001000R
q A q s πηηρ== 式中：s ρ为单喷头全圆喷洒时的设计喷灌强度（mm/h ）；q 为喷头流量（m 3/h ）；η为喷洒水的有效利用系数，取决于水滴在空气中的蒸发和飘移损失，一般为0.8~0.95；A 为全圆转动时一个喷头的湿润面积（m 2），为准确起见，可用有效湿润面积A e 代替上式中的A 值。；R 为喷头射程（m ）。
②喷灌均匀度
喷灌均匀度是指喷灌面积上水量分布的均匀程度，它是衡量喷灌质量的重要指标之一，直接影响到喷灌农作物的增产幅度。在喷灌系统中，喷灌均匀度是指喷头组合的均匀度，与喷头结构、工作压力、组合间距、风向、风速等因素有关。常用均匀系数和水量分布图来表示。下面仅对均匀系数进行介绍。
计算均匀系数的公式有很多，我国的国家标准《喷灌工程技术规范》中规定采用克里斯琴森（Christiansen ）系数。
h
h C u ?-=1 式中：u C 为均匀系数，%；h 为喷洒面积上各测点平均喷洒水深，mm ；h ?为喷洒水深平均偏差，mm 。
③水滴打击强度
水滴打击强度是指在单位时间内、单位受水面积所获得的水滴撞击能量。它与水滴大小、降落速度和密集程度有关。实践中一般用水滴直径或雾化指标来间接反映水滴打击强度。
水滴直径是指落在地面或作物叶面上的水滴的直径（mm ）。若水滴直径大，则容易破坏土壤表层的团粒结构，并造成板结，甚至会打伤幼苗；水滴直径小，则耗能多，射程降低，在空中受风影响大，容易蒸发或飘移。因此要根据灌溉作物、土壤性质确定水滴直径的适宜值。
雾化指标d ρ是用喷头工作压力和主喷嘴直径的比值来表示的，计算公式： d
H d 1000=ρ ，式中：H 为喷头工作压力，m ；d 为喷嘴直径，mm 。
33、喷灌系统管网布置形式有哪些？喷头组合形式有哪几种？
骨干管道的布置形式有树枝状、环状和鱼骨状布置三种。树枝状布置线路总长度短，水力计算简单，适于土地分散、地形起伏地区；环状布置多用于给水工程，鱼骨状布置适用于山丘区脊梁地形。田间管网布置形式主要有丰字形布置和梳齿型布置两种。田间管网布置应综合考虑地形地块、作物种植、风向风速、水源位置等因素。
喷头的喷洒方式有全圆喷洒、扇形喷洒两种。喷头的组合形式一般用四个相邻喷头在平面位置上的组合图形表示，其基本布置形式有6种，分别为圆形喷洒正方形组合、圆形喷洒矩形组合、扇形喷洒矩形组合、圆形喷洒正三角形组合、圆形喷洒等腰三角形组合、扇形喷洒等腰三角形组合。
34、如何拟定喷灌系统的工作制度？
喷灌工作制度包括喷头在工作点上的喷洒时间、喷头日喷洒工作点数、每次同时喷洒的喷头数及轮灌方案。
喷头在工作点上的喷洒时间与设计灌水定额、喷头流量和喷头组合间距有关，可按下列公式求得
t = abm /1000q
式中：t 为喷头在喷洒点上的工作时间，h ；a 、b 分别为喷头及支管间距，m ；m 为设计灌水定额，mm ；q 为喷头流量，m 3/s 。
每日可喷洒的工作点数n 可由每日喷洒的作业时间确定，即
n = t r / ( t + t g )
式中：t r 为每日喷洒作业时间，对于固定式管道喷灌系统不宜小于12小时，半固定式管道喷灌系统不宜小于10小时，移动管道式和喷灌机组式喷灌系统不宜小于8小时，行喷式喷灌系统不宜小于6小时；t g 为喷灌设备拆装及移动时间，有备用支管时取0。
每次同时工作的喷头数n p 为
n p = N / ( n ?T )
式中：N为灌区内喷点总数；T为设计周期。
轮灌方案根据每次喷洒的喷头数来确定，其确定原则：第一，轮灌编组要有一定的规律，以方便运行管理，同时应使各轮灌组工作的喷头总数尽量一致，以保证系统流量比较平稳；第二，轮灌编组应有利于提高管道设备的利用率，制定轮灌顺序时，尽量把流量分散到各配水管道，避免流量集中。
35、微灌系统有何特点？如何分类？
（1）微灌系统的特点主要有：
①灌水流量小，水的利用率高。②工作压力低，节省能源。③对土壤及地形适应性强。微灌只是局部湿润土壤，不受地形、土壤条件的限制，灌水均匀，能有效的调节土壤中水、肥、气、热状况，为作物生长提供良好的环境。④可结合灌水施肥，增产明显。因水肥适时，一般较其他灌水方法增产20 %左右。⑤适于咸水地区。实践证明，使用咸水滴灌，灌溉水含盐量在2~4g／L，作物生长正常，这对于干旱和半干旱咸水地区提供了一条增产出路。⑥当前微灌技术存在的主要问题是灌水器易于引起堵塞；由于属局部灌溉，作物根系发展会受到一定影响。
（2）微灌技术可按水流出流方式和管道布置不同形式进行分类。
①按灌水时水流出流方式分类
滴灌滴灌是通过安装在毛管上的滴头或滴灌带等灌水器的出水孔使水流成滴状进入土壤的一种灌水形式。滴灌水入渗主要借助毛细管力的作用，在作物根部附近形成饱和区，并向周围扩散。
地表下滴灌地表下滴灌是将全部滴灌管道和灌水器埋入地表下面的灌水形式。它与地下渗灌和通过控制地下水位的浸润灌溉相比，区别仍然是仅湿润部分土体，故称地表下滴灌。
微喷灌将水通过微喷头洒在枝叶上或树冠下灌水方法称为微喷灌。它与喷灌的主要区别在于喷头压力低、流量小，一般把水头5~15m、喷嘴孔径0.8~2mm、流量小于240L／h的微喷划在微灌的范围内。
涌泉灌溉涌泉灌溉是通过安装在毛管上的涌泉器形成的小股水流，以涌泉的方式进入土壤的一种灌水形式。
②按毛管在田间布置的方式划分
地面固定式微灌系统毛管布置在地面，在灌水期间毛管和灌水器不移动的系统称为地面固定式系统。其适用于条播作物和果园灌溉。这种系统安装、清洗、拆卸、检查均较方便，但易损坏、老化和影响农业耕作。
地下固定式微灌系统与地表下滴灌类似，将所有微灌设备与器材埋入地下进行灌溉。优点是不影响耕作，避免了反复的安装、拆卸，延长了设备的使用寿命，缺点是不易检查堵塞状况。
移动式微灌系统在灌水期间，毛管和灌水器由一个位置灌完后移向另一个位置的灌水系统称为移动式微灌系统。按移动毛管的方式又可分为人工移动和机械移动两种，与固定式系统相比，移动式系统投资较低但运行管理费用较高。
间歇式微灌系统又称脉冲式微灌系统，工作方式是每隔一定时间喷水一次，此系统的灌水器流量比普通滴头流量大4~10倍。因灌水器孔口较大，减少了堵塞，由于间歇灌水，避免了产生地面径流和深层渗漏损失，但灌水器制造工艺要求高，设备成本也高。
36、微灌系统由哪几部分组成？针对不同的灌水方式有哪些常用的灌水器？
（1）微灌系统通常由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器四部分组成。
水源河、湖、渠、塘、井都可作微灌的水源，但含污物和含沙大的水体易造成灌水器堵塞，均不宜作微灌水源。为保证微灌的水源，常需要修建专门的水源工程，如蓄水池、引水渠等。
首部枢纽微灌工程的首部枢纽由水泵、动力机械、控制阀门、过滤器、施肥装置、测量和保护设备等组成。它是全系统控制调度的重要组成部分，也是系统的中心。
输配水管网微灌系统的管网一般分为干、支、毛三级管道。干、支管两级承担输配水任务，一般均埋人地下，毛管承担田间灌水任务，根据情况可埋入地下也可放在地面，通过比较确定。
灌水器灌水器安装在毛管上或是通过连接小管与毛管相连，水流通过灌水器进入土壤湿润作物。
（2）灌水器的作用是把末级管道中的压力水流均匀稳定地分配到田间，满足作物对水分的要求。
微灌的灌水器有滴头、微喷头、涌水器和滴灌带(管)等多种形式，按其结构和水流的出流形式不同又可分成滴水式、漫射式、喷水式和涌泉式等，其相应灌水方法便称为滴灌、微喷灌和涌泉灌。
①地表滴灌灌水器为滴头，常用形式有管间式滴头、微管滴头和孔口式滴头。此外，还有涡流型滴头和压力补偿型滴头等形式。
②滴灌的另一类灌水器为滴灌管(带)，常用于地表下滴灌。滴头与毛管制造成一整体，兼具配水和滴水功能的管称为滴灌管(带)。按滴灌管(带)的结构可分为内镶式和薄壁滴灌带两种。
③微喷灌的灌水器为微喷头，微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌水器。单个微喷头的喷水量一般不超过250L／h，射程一般小于7m。按照结构和工作原理，微喷头分为射流式、离心式、折射式和缝隙式四种。
37、滴灌的毛管和灌水器布置有哪几种形式？各适用于什么类型的作物？
滴灌的毛管和灌水器布置有以下几种形式。
单行毛管直线布置毛管顺作物行向布置，一行作物布置一条毛管，滴头安装在毛管上，这种布置适用于窄行密植作物，如蔬菜和幼树。
单行毛管带环状布置对成龄果树滴灌时可沿一行树布置一条输水毛管，然后再转绕每棵树布置一根分毛管并在上面安装3~5个单出水口滴头。这种布置增加了毛管总长度。
双行毛管平行布置当滴灌高大作物时可采用此种布置。如灌果树可沿树两侧布置两条毛管，每株树的两边各安装2~3个滴头。
单行毛管带微管布置当使用微管滴灌果树时，每一行树布置一条毛管，再用一段分水管与毛管连接，在分水管上安装4~6条微管。这种布置减少了毛管用量，相应也减少了造价。
38、渗灌有何特点？有哪两种类型？
渗灌，即地下灌溉，是利用地下管道将灌溉水输入田间埋于地下一定深度的渗水管道或鼠洞内，借助土壤毛细管作用湿润土壤的灌水方法。
（1）渗灌的优缺点
渗灌的主要优点是：①灌水后土壤仍保持疏松状态，不破坏土壤结构，不产生土壤表面板结，为作物能提供良好的土壤水分状况；②地表土壤湿度低，可减少地面蒸发；③管道埋入地下，可减少占地，便于交通和田间作业，可同时进行灌水和农事活动；④灌水量省，灌水效率高；⑤能减少杂草生长和植物病虫害；⑥渗灌系统流量小，压力低，故可减小动力消耗，节约能源。
渗灌存在的主要缺点是：①表层土壤湿度较差，不利于作物种子发芽和幼苗生长，也不利于浅根作物生长；②投资高，施工复杂，且
管理维修困难；一旦管道堵塞或破坏，难以检查和修理；③易产生深层渗漏，特别对透水性较强的轻质土壤，更容易产生渗漏损失。
（2）渗灌的类型主要有以下两种：
①地下水浸润灌溉
它是利用沟渠网及其调节建筑物，将地下水位升高，再借毛细管作用向上层土壤补给水分，以达到灌溉目的。灌溉时关闭节制闸门，使地下水位逐渐升高至一定高度，向上浸润土壤。平时则开启闸门，使地下水位下降到原规定的深度，以防作物遭受渍害，使土壤水分保持在适于作物生长的状态。
②地下渗水暗管(或鼠洞)灌溉
通过埋设于地下一定深度的渗水暗管(鼠洞)，使灌溉水进入土壤，并主要借毛细管作用向四周扩散运移，进行灌溉。
39、渗灌的主要技术要素有哪些？如何确定？
渗灌的技术要素主要包括管道的埋设深度和灌水定额以及管道间距、长度和坡度等。
(1)渗水管的埋设深度
渗水管的埋深，主要取决于土壤性质、作物种类和耕作情况及冻土层深度等因素，应使灌溉水能借毛细管作用上升湿润表层土壤，而深层渗漏又最小。不同土质的渗水管适宜埋深：壤土为50cm ，粘土为45cm ，砂土为40cm 。依各种作物根系的要求，棉花主根系分布在45~65cm ，故渗水管埋深以40cm 为宜；葡萄和果树等根系分布较深，渗水管宜埋深为40~50cm 。依机耕要求，渗水管埋深一般应在40cm 以下，以免被深耕机具工作时破坏。
(2)渗水管的间距
渗水管的间距，主要取决于作物行距、土质和供水压力，也与管径和埋深有关，并应满足土壤湿润均匀的要求，对密植作物应使相邻两条渗水管道的湿润曲线有一定的重叠。
一般砂性土中的管距较小，大约为1.5m 左右；壤土和粘性土中的管距较大，一般为2.0m 左右。有压渗水管间距可达2.4m ，无压渗水管间距一般为2~3m 。若渗水管下有不透水层时，管距可加大。管径大，供水流量大时，管距亦应加大。
(3)渗水管的长度和坡度
适宜的渗水管长度应使渗水管首尾两端土壤湿润均匀，而渗漏损失最小。它与渗水管的坡度、供水压力、流量大小和渗水情况等有关。目前我国采用的渗水管长度，无压供水时为50~80m ，有压供水时为80~120m 。
渗水管的坡度应基本上与地面坡度保持一致。无压供水时适宜的渗水管坡度为0.001~0.004；有压供水时，要视地面坡度而定，但要保证沿渗水管长度上各点的土壤湿润均匀，且各点的水流不致溢出地面。
(4)渗水管的工作压力
渗水管有压供水时，管道长度和间距大，土壤湿润速度快，管理方便。因此，一般都采用有压供水方式，但压力不可过大，以免引起深层渗漏或水流溢出地面。一般渗水管的工作压力(压力水头)以控制在0.4~1.2m 为宜。
(5)渗灌的灌水定额
渗灌灌水定额主要取决于土壤性质和计划湿润土层深度，一般应使相邻两条渗水管间的土层得到足够的湿润，而又不发生深层渗漏为准。据国内外经验，有压供水时的适宜灌水定额，砂土为210~345m 3/hm 2；壤土为303~375 m 3/hm 2；粘土为375~450 m 3/hm 2。
无压供水时，易产生深层渗漏，灌水定额应适当减小。
(6)渗水管的灌水流量
当灌水定额和渗水管的间距和长度确定以后，则可按下式计算每条渗水管所需要的入管流量
式中：Q 为渗水管流量(L/s)；m 为灌水定额(m 3/hm 2)；b 为渗水管间距(m)；L 为渗水管长度(m)；t 为一次灌水的延续时间(h)，应根据试验确定，一般以不超过24h 为宜，若超过36h ，深层渗漏严重。
40、水稻薄露灌溉在不同生育时期如何实施灌溉措施？
薄露灌溉是一种稻田灌薄水层、适时落干露田的灌水技术。
根据水稻的生育期，露田程度略有差异，一般可分为三个时期。
（1）前期
从移栽后经返青期和分蘖期至拔节期，主要是营养生长阶段，拔节期转入生殖生长。这阶段首先要明确第一次露田的日期与程度，其最佳时间是移栽后的第5天，如果田间已成自然落干的状况最为理想。若田间尚有水层，则要排水落干，表土都要露面，没有积水，肥力稍好的田还会出现蜂泥，说明表土毛细管已形成，氧气已进入表土，此时要复灌薄水，再让其自然落干，即进行第二次落干露田。这次露田程度要加重，可至表土开始微裂才再灌薄水，如此一直至分蘖后期。在分蘖量(包括主茎)已达450万/hm 2，或每丛(有的地方称穴)分蘖已有13~15个，且稻苗嫩绿，还有分蘖长势，要加重露田，可露到田周开裂10mm 左右，田中间不陷足，叶色退淡。此时切断了土壤对稻苗根系的水分与养分的供应，使稻苗无能力分蘖，这叫重露控蘖。拔节期仍每次露田到开微裂时灌薄水。
薄露灌溉比淹灌容易长草，应使用除草剂除草。移栽后第4~5天应施除草剂，并要保持4~5天的水层。若不到4~5天的水层，自然落干效果也可以，因落干后药剂粘在土面上，草芽同样会死亡。采用药物除草，先要灌足能维持4~5天的水量，则采用除草剂的稻田第一次露田时间要推迟4~5天，也就是要在移栽后的第9或第10天才可第一次露田。这次露田程度可重一点，与不用除草剂的第二次露田程度一样，即当表土开始微裂再灌薄水。
（2）中期
孕穗期与抽穗期的茎叶最茂盛，是需水高峰期，只要土壤水分接近饱和就能满足此时期的生理需水，所以，落干程度比前期略轻，每次露田到田间全无积水，土壤中略有脱水，尽量不要使表土开裂就复灌薄水。此时期如遇雨，要打开田缺，自然排水，田间不能产生积水。如果遇纹枯病暴发时，除及时用药物防治外，可加重露田，减低田间相对温度，有利于抑制纹枯病等病害。
（3）后期
水稻进入乳熟期与黄熟期渐渐转入衰老，绿叶面积随之减少，蒸腾量亦慢慢减少。但水稻还需一定的水分，以供最后三片叶的光合作用，制造有机养分，并把土壤中的养分与植株各部位积存的有机养分输送到穗部。这就要根系保持一定的活力，达到养根保叶。该时期要加重露田程度，使氧气更易进入土壤中，减少有毒物的产生，保持根系活力，才能使茎叶保持青绿。
乳熟期每次灌薄水后，落干露田到田面表土开裂2mm 左右，直到稻穗顶端谷粒变成淡黄色，即进入黄熟期，落干露田再加重，可到表土开裂5mm 左右时再灌薄水。
（4）收割前提前断水
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经多次多处理试验，断水过迟会延迟成熟，尤其早稻收割因晚稻要适时下种，延迟成熟会造成割青而影响产量。断水过早会造成早衰，灌浆不足。所以，断水过迟过早都会造成减产，且米质易碎，整米性不高，出米率低。如果气温高、天晴干燥，早稻宜提前5天断水，晚稻宜提前10天断水。如气温不高，经常阴雨，早稻提前7天、晚稻提前5天断水。
41、水稻“薄、浅、湿、晒”灌溉的田间水分控制标准如何？
南方（广西）具体田间水分控制标准为：①薄水插秧、浅水返青：插秧时为15~20mm 的薄水层，插秧后田间保持20~40mm 的浅水层。②分蘖前期湿润：每3~5天灌一次10mm 以下的薄水，保持土壤水分处于饱和状态。③分蘖后期晒田。④拔节孕穗、抽穗扬花期薄水：拔节孕穗期保持10~20mm 薄水层，抽穗扬花期保持5~15mm 薄水层。⑤乳熟期湿润：隔3~5天灌水约10mm 。⑥黄熟期先湿润后落干：水稻穗部勾头前湿润，勾头后自然落干。
北方地区(辽宁等省)所采用浅湿灌溉的田间水分控制标准为：①插秧和返青期浅水：保持30~50mm 浅水层。②分蘖前期、孕穗期、抽穗开花期浅湿交替：每次灌水30~50mm ，田面落干至无水层时再灌水。③分蘖后期晒田。④乳熟期浅、湿、干、晒交替：灌水后水深为10~20mm ，至土壤含水率降至田间持水率的80％左右再灌水。⑤黄熟期停水、自然落干。
42、雨水集蓄灌溉工程由哪几部分组成？如何对工程进行分类？
（1）雨水径流集蓄灌溉工程的组成
从工程技术的角度分析，雨水径流集蓄灌溉工程基本上是由三大部分组成，即集水工程、蓄水工程和灌溉工程。集水工程是雨水集蓄灌溉工程的基础；蓄水工程是雨水集蓄灌溉工程的“心脏”(起调节作用，类似于调节水库)；灌溉工程则是其目的。
集水工程的作用是，建立集水区，应用工程技术措施处理集水面，以减少渗漏，提高集水效率，尽量聚集天然降水，充分发挥降水作为一种有效的灌溉补充水源和人蓄饮用供水水源的作用，为旱区农业持续发展提供保证。
蓄水工程是蓄存由集水区导引聚集的雨水径流水量，以备灌溉利用的工程技术设施。蓄水工程通常由引水渠沟或管道、入水口、拦污栅、沉沙槽、蓄水设施以及放水装置等部分组成。
灌溉工程：利用集蓄雨水径流灌溉作物，通常都采用最为节水的灌溉方式，目前主要选用滴灌、微喷灌和渗灌。
（2）雨水径流集蓄灌溉工程类型
雨水径流集蓄灌溉工程的分类方法有多种，一般常依据雨水径流微型聚集区域的结构性质划分为以下四种类型：
①田面集蓄灌溉工程类
利用轮作、间作套种或宽窄行种植的休闲田块、暂时性未种植的农田条带以及打谷场等农业用地修建临时性的集水区，配合蓄水设施，进行灌溉的工程类型。集水区集水面常采用塑料薄膜铺垫或原土夯实，用于临时性聚集雨水，一般使用年限较短，最长不超过两年，或采取一季或一年轮换。蓄水设施主要用水窖，靠近农田地头或农田生产路路边修。
②坡面集蓄灌溉工程类
利用坡面人工营造集水区聚集雨水径流，并在靠近集水区适当位置处修筑蓄水设施，利用蓄水设施内贮存的雨水，进行灌溉的类型。坡面集水区，我国旱区目前最常用的集水面处理措施是铺砌素混凝土板，也有少数采用水泥土板、沥青混凝土板等材料处理集水面的形式，通常均为固定式集水区，其使用年限大多都可在10年以上。也可利用塑料薄膜、三七灰土等材料铺砌集水面，但其使用年限很短。
③路面集蓄灌溉工程类
利用村内、村间道路以及交通大路和公路作为集水区。沿道路一侧或两侧开挖导引雨水径流进入蓄水设施的截水沟渠或暗管，并修筑蓄水设施群，以分段集蓄径流而进行灌溉的工程类型。
④屋面庭院集蓄灌溉工程类
在干旱严重缺水或水质极劣的地区，往往利用屋面和庭院集蓄天然降水，主要为人畜饮用提供水质良好的水源，多余的水量则可适当灌溉房前屋后庭院作物。近年来，由于屋面、庭院集蓄灌溉工程的发展，已可以利用其集蓄的水量滴灌、渗灌温室瓜果蔬菜，对当地农民生活质量的改善和健康水平的提高，起到了很好的作用。
43、集水面的处理措施有哪些？集水量如何确定？
（1）集水面的处理
对集水面的处理，国外主要采用：植被管理、地表处理、化学处理三类方法。我国常用的集水面材料及其处理措施有：混凝土集水面、水泥土夯实处理、塑料薄膜、三七灰土夯实处理、原土夯实处理、水泥瓦青瓦屋面、沥青喷洒处理等。
（2）集水量的计算
集水量的计算有多种形式的经验、半理论半经验的计算方法和公式。其中有些过于简单，计算结果误差较大，如降雨量~径流量的线性回归计算方法；有些方法，虽然在理论上比较完善，但实际应用时，又不得不作一些假定，加上降水事件本身的不确定性，也就削弱了它的实用价值，如流域超渗~蓄满兼容的产流模型等。
对于次降水集水量，其与次降水量和次降水强度关系密切，在设计计算时，应充分考虑它们的影响。因此，若已知集水效率和次降水量，进行集水量的计算方法可采用：1）先依据试验资料，在一般性产流理论的指导下，得出次降水的集水效率E hi ；2）用公式P o i =E hi P i 可计算出该次降水的集水量；式中，P i 、E hi 、P oi 分别为次降水量、次降水集水效率，次降水集水量；3）累加各次集水量∑P oi 即得到该时段
内的总集水量；4）考虑到集水面积的影响，实际集水量为：∑==n
i oi