灌溉土壤滲流量和持水量模擬裝置初研究

劉杰 趙興 賈文豪 劉宇男 梁麗青

摘 要：眾所周知，我國是一個農業大國，農業的發展必然離不開水資源，但由于地形和氣候等因素的影響，導致我國水資源在空間和時間上的分布極不均勻。我國農業用水不僅存在著水資源短缺問題，同時還存在著農業灌溉用水的極大浪費現象，因此發展節水灌溉是不可或缺的。那如何知道此時農田應澆多少水就顯得尤為重要，現在大部分的農田灌溉都是根據常年的經驗。基于這些，設計了不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置。

關鍵詞：農田灌溉;用水效率;灌溉用水量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.210

1 引言

中國是一個干旱缺水的國家，人均淡水資源僅為世界平均水平的四分之一，是13個人均水資源最貧乏的國家之一。在全國669座城市中，有400座供水不足，110座嚴重缺水，特大城市中30座嚴重缺水，14座沿海城市中，9個嚴重缺水。據統計，2011年，我國全年總用水量6080億m?，其中農業用水所占比例高達61.5%，農業灌溉用水的有效利用率僅為45%[1]。因此，發展節水灌溉勢在必行。

2 滲流量和持水量的概念

滲流是指流體在孔隙介質中的流動，由顆粒狀或碎塊材料組成，含有許多孔隙或裂隙的物質稱為孔隙介質。滲流量是指單位時間內通過土中與滲透水流方向垂直的橫斷面的水量。

持水量是指某種狀態的土壤抵抗重力所能吸持的最大水量，用于比較土壤的保水能力，受土壤顆粒的物理化學性質特別是顆粒大小、結構和有機質含量影響。自然狀態下的土壤持水量稱為田間持水量，是決定植物有效水的上限值。

3 模擬目的

水是生命之源，人們在進行生產和生活時都是離不開水的，在我國農業用水是第一用水大戶，用水量占水資源總量的73%，而水資源的灌溉利用上還存在著很大不足。

近年來，噴灌技術雖然在部分地區推廣使用，并取得了明顯的節水效果，但是受經濟條件制約，對噴灌項目建設的投入仍顯不足。部分灌區還是土渠輸水，大水漫灌，而這些地區的灌溉水的有效利用率只有50%左右[2-3]，因此，還有很大的節水空間。

通過不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置，可得到某種狀態的土壤抵抗重力所能吸持的最大水量，通過此數據，就可知道此時土壤應澆多少水，而如果繼續進行灌溉不僅會造成灌溉水資源的浪費，對植物也會產生不良的影響。

4 工作流程及實施步驟

4.1 工作流程

工作時，不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置首先通過兩側的吸水裝置和抽水裝置將水抽至噴灑口處，由于進行噴灑的裝置不同，從而進行漫灌和噴灌的模擬;由土壤濕度測量儀讀出開始時土壤的濕度、實驗進行中和最后穩定時的實驗數據并記錄;通過水量測量裝置測出經由紗布和透水石流出的水量，獲得滲水量的數據;后期處理實驗記錄的數據，分析并給出實際土壤應澆的水量。

4.2 實施步驟

實驗開始前，首先將透水石、紗布等濕潤以減少實驗誤差，取要計算灌溉用水地區的土壤放入裝置中，并用土壤濕度測量儀測量出土壤最開始時的濕度，并記錄數據。

開始實驗時，用探針測土壤最底層的含水率并記錄數據，接著用吸水和抽水裝置分別進行漫灌和噴灌兩種不同灌溉方式下的實驗模擬，實施過程中土壤濕度測量儀會實時顯示出所測區域的土壤濕度，當土壤濕度測量儀上顯示的數值不再變化時，便停止吸水和抽水裝置的工作，等一段時間，當數值一直穩定時便記下此時數據，之后進行后期的數據記錄分析與計算。

數據記錄漫灌土壤和噴灌土壤吸水、抽水時所用的水量，土壤滲下流出的水量，將兩者進行計算得出漫灌土壤和噴灌土壤分別吸收的水量，而這些水量便是植物可以從土壤中吸收的水分，經過比例計算，從而得到灌溉用水地區在兩種不同的灌溉方式下整體應澆的水量。

5 裝置優勢及存在的不足

不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置適用于絕大部分土壤，但實驗測量的精確程度受土壤濕度測量儀的影響較大，對土壤濕度測量儀的要求較高。

現在的一些文獻和論文是對某一區域的整體研究，經過分析給出的這一區域存在的問題、改進的方案等，提出的是大范圍的灌溉分析規劃。而本裝置可以針對具體的某一灌溉地區進行灌溉分析規劃，通過在裝置中放入不同地區的土壤，測得不同的數據，從而給出當地土壤的灌溉分析規劃。

本裝置可以根據不同時期農作物的需水情況，給出合理的灌溉規劃方案，具有較強的實效性;實驗分析受干旱等惡劣天氣的影響較小，因為進行實驗的目的是為找到最適宜的灌溉用水量，所以在發生澇災時就不再需要此裝置。

6 結語

水是生命之源，人們的生產生活都離不開水資源，而農業是我國國民經濟的基礎，農業灌溉一直是政府部門和群眾都很關注話題，隨著科學技術的發展，對于農業灌溉用水的要求也在發生著變化，現在用水效率成了農業灌溉中的共同關注的關鍵問題。因此，關于農業的灌溉還需因地制宜，不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置就可根據不同地區的不同情況給出不同的灌溉規劃方案，而這樣也可以進一步提高農業灌溉用水的有效利用率。

參考文獻：

[1]王在柱，李鵬，郭玲玲.淺析我國水資源利用現狀及農業節水灌溉對策[J].內蒙古科技與經濟，2013（04）.

[2]李秀歌.農業灌溉用水效率及其影響因素分析[J].江西農業，2018

（02）.

[3]丁迅兵.農田灌溉用水趨勢及應對措施探討[J].科技風，2013（19）.

依托項目：吉林農業科技學院大學生創新項目：不同灌溉方式下滲流量和持水量模擬裝置

*通訊作者