簡析農田灌溉過程中水力學問題

(周口市防汛物資管理站， 河南 周口 466000)

1、介紹水力學的理論

農田灌溉當中水力學的問題是水力學關鍵分支，這不但與材料力學以及工程力學有很大關系，還包含水工建筑相關的知識，在實際實踐生產過程中得到非常關鍵的應用。而水力學是為了分析水宏觀的運動規律還有水于生產生活當中應用，具體分成水靜力學以及水的動力學。在灌溉農田過程當中水力學的問題屬于水的動力學代表，當中涉及很多工程力學有關知識，比如灌溉農田過程當中計算水流速。

另一方面，對于農田灌溉過程當中水力學問題分析一般和生產實踐互相結合，屬于實踐科學，依靠在實踐過程中的觀察加強農田灌溉過程當中水力學問題的研究。

2、農田灌溉三個環節的力學分析

2.1 水流運輸

一般在生產實踐過程當中把灌溉用水自水源地輸送至農田過程叫做水流運輸。灌溉用到的水在運輸的過程當中常常受到很多不同力作用自水源地源源不斷流至田地中，在這個過程當中具體分成兩種狀況。

（1）水源地的重力勢能大于農田重力勢能的狀況

如果水源地的重力勢能比農田重力勢能高，那么水流會自發自水源地依靠水流渠道最后到達田地，就是把水重力勢能轉換成動力勢能過程。通常狀況之下，如果水源地重力勢能與農田重力勢能差距越大，那么水最后得到的動能就會越大，就是說水在進入田地的時候其速度就會更快。

（2）水源地的重力勢能比農田重力勢能低

如果水源地的重力勢能比農田重力勢能低，那么水必須依靠外力協助使之輸送到田地中。通常這種狀況處理的基本方法有兩種。

a.把水源地搬運輸送至高于田地地勢的區域模仿水源地的重力勢能大于農田重力勢能狀況。則會類似于第一種狀況，而后續操作也大體一致。

b.第二種方法是依靠管道輸送水。一般就是直接于水源地利用水泵把水抽至需要用水的區域，這個過程會消耗較多電能。

2.2 農田灌水

農田灌水的過程因為不同的農田地理地形條件以及不同的農田作物會選取不同農田灌水方法。一般農田灌水有以下三種情況。

（1）水地面灌溉

地面灌溉便是將水源地輸送來的水送至田地當中使之自由流動，此種通常運用在那些需要大量水的作物，比如水稻。但是在有些時候，因為采取地面灌溉的水流都是很快很大，短期地面灌溉，此種狀況對水深層次的滲透是不利的。（2）滴灌

滴灌便是利用特定滴灌水管使水緩慢均勻的運輸至田地各區域。滴灌水管是依靠特殊的有著致密孔材料制作而成，那些水管在遭受一定水壓的作用之時就會緩慢且均勻的向外滲水。

（3）噴灌

噴灌是利用特殊的設備把灌水模仿為天然降雨。而噴頭是利用專門材料制作而成，具有致密細孔，依靠巨大水壓，使水自噴頭細口中噴灑出來。此種方法最大的優點為，在噴灌過程當中植物枝葉同樣會吸收非常多水分，此種灌溉方法適合那些枝葉水分吸收能力比較出色的作物。

2.3 土壤的吸收

農田灌水中土壤的吸收具體是水遭受重力作用自上向下進行滲透，水滲透的過程當中還必須受到土壤的摩擦阻力，所以土壤對于水的吸收能力和土壤成分間也有非常大關系。比較疏松的土壤對水的吸收較為有利，板結土壤對水吸收是不利的，因此不少農田必須時常進行松土操作。

3、有關灌溉過程中的水力學計算問題

（1）一個農田擬建一個滴灌系統，滴頭的流量 4升/小時，其毛管的間距 1米，毛管滴頭的間距是0.7米，滴灌土壤的濕潤比是百分之80，土壤計劃的濕潤層深度是0.3米，土壤有效的持水率是百分之15，需水的高峰期日平均的耗水強度是6毫米/小時。因此：

滴灌的灌水定額：利用公式m= ph/1000（m為灌水定額 是指準許消耗水量占土壤的有效水量比例，取百分之20 h為計劃的濕潤層的厚度，0.3米 為土壤的有效持水率是百分之15 p為土壤的濕潤比是百分之80），代入上述數據：m=20x15x80x0.3/1000=7.2毫米。

（2）依照某農田水稻生育階段需水系數α以及日滲漏值（見下表）計算其生育階段蒸發量

?

借助公式ET=αETO，代入數據對其計算具體如下：

?

4、農田灌溉的總結

依靠上述對于農田灌溉三個環節的力學分析，初步總結在不同地勢水源、采取不同灌溉方法狀況下灌溉水流運動狀況下的水耗損狀況。在此過程當中具體需要考慮三個方面問題。

4.1 對水流速度造成影響的因素

對水流速度影響最主要的原因便是其重力勢差與水流運動遭受阻力的大小，詳細的實際表現便是水源與田地的地勢不同、土壤成分以及田地地形等等。而水流速度屬于重力與阻力的綜合作用結果，所以在實際當中需要得到灌溉何種速度便必須著手于阻力以及重力兩個方面去處理，當然其與水工建筑物材料的選擇也有聯系，某些材料表面摩擦力較小，某些比較大，現實當中會依照具體情況進行選取。

4.2 水的耗損

在灌溉過程當中水損耗的減少是非常關鍵的，特別是在缺水的區域。依靠上述的分析能夠了解，提升水于運輸過程中速度、運水渠道的加固以及采取滴灌方式都可以使水損耗得到有效降低。

4.3 水的吸收

根據以上分析，因為滴灌首先遭受的蒸發作用比較弱，而且水管的出水均勻，因此水吸收的狀況比較優秀。利用噴灌方法能夠使植物對水的吸收能力有效提升，主要是植物枝葉也能夠大量吸收空氣當中水分。非常多果蔬都利用此種方法進行灌溉，如此果蔬成長就會更好。

結論：

掌握灌溉中的水力學問題，將會使農田灌溉當中的諸多問題迎刃而解，能夠促進人們的生產生活水平。

[1]吳蒲螣，朱的嵐，呂虹醒，張臨.農田灌溉過程當中水力學相關問題[J].排灌機械工程學報，2014.

[2]朱蕭虹.節水方法在農田水利項目灌溉中作用分析[J].民營科技，2014.

[3]張婉舜，喬非，彭宏，李嵐淘，張彬.農田灌溉中退水水量水質平衡模型的研究[J].節水灌溉，2015.