1前言

我國目前95％以上的灌溉面積仍采用不同形式的地面灌溉。傳統(tǒng)的地面灌溉包括畦灌、溝灌、格田淹灌和漫灌，由于田間灌溉工程設(shè)施不完善，土地不平整，灌溉管理粗放等問題，水的浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。地面灌溉不僅是發(fā)展中國家廣泛應(yīng)用的灌水技術(shù)，在發(fā)達(dá)國家也是主要的灌水方法。如美國，1997年地面灌溉面積仍占總灌溉面積的50.7 %^[1]。隨著土地集約化規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展，大型農(nóng)業(yè)機(jī)具的使用以及激光平地技術(shù)的應(yīng)用，使得地面灌溉在灌溉均勻度和灌溉效率兩方面都有很大提高。計(jì)算機(jī)技術(shù)在地面灌溉管理和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為改進(jìn)地面灌溉提供了更有力的工具。同時(shí)一些先進(jìn)的地面灌水技術(shù)，如波涌灌溉技術(shù)、水平畦田灌溉技術(shù)和田間閘管系統(tǒng)等，在發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)水效益^{[2, 3]}。

長期以來，對地面灌溉存有一種偏見，甚至將地面灌溉等同于大水漫灌。因此，對改進(jìn)地面灌水技術(shù)給予高度重視，研究推廣先進(jìn)的地面灌溉方法，顯得格外重要。隨著水資源供需矛盾的突出，改進(jìn)地面灌溉技術(shù)、提高地面灌溉方法的灌水質(zhì)量正成為當(dāng)今現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的重要組成部分“九五”期間“節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目列入國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，中國水科院承擔(dān)的“田間節(jié)水灌溉新技術(shù)研究”專題對波涌灌溉技術(shù)和水平畦田灌溉技術(shù)進(jìn)行了深入研究，取得了豐碩的成果^[4]；結(jié)合“948”項(xiàng)目，中國水科院引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，開發(fā)生產(chǎn)了田間柔性閘管，并對閘管灌溉技術(shù)進(jìn)行了推廣應(yīng)用；中國水科院與歐盟開展的合作項(xiàng)目“華北平原農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展水土資源管理研究”及“黃河流域節(jié)水策略研究”對改進(jìn)地面灌水技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究^[5]；國家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心通過承擔(dān)科技部農(nóng)業(yè)高效用水科技產(chǎn)業(yè)示范工程項(xiàng)目（新疆）中的“改進(jìn)地面灌溉新技術(shù)集成”研究，對激光控制平地技術(shù)、田間閘管灌溉技術(shù)和高效溝灌技術(shù)進(jìn)行了研究^[6]。本文結(jié)合我國國情，總結(jié)了國內(nèi)外改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的各項(xiàng)措施，探討了現(xiàn)代灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢，并對其在我國的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

2我國地面灌溉現(xiàn)狀評價(jià)

近幾十年來地面灌溉技術(shù)已得到較大發(fā)展，其中最重要的進(jìn)展之一就是建立了地面灌溉的田間評價(jià)方法。通過對地面灌水全過程內(nèi)的不同階段進(jìn)行量化觀測，了解和分析現(xiàn)有系統(tǒng)中可能存在的問題和不足，找出影響地面灌溉效果的主要因素，為改進(jìn)地面灌溉系統(tǒng)的性能提供科學(xué)依據(jù)。地面灌溉的田間評價(jià)方法已在國外已得到廣泛應(yīng)用^{[2, 7]}。

2．1田間灌溉效果

地面灌水技術(shù)在旱作地區(qū)大多采用畦灌和溝灌的形式，在西北、華北地區(qū)，采用傳統(tǒng)的大畦、長畦地面灌溉方式還相當(dāng)普遍，管理粗放，溝渠規(guī)格不合理，田間水的浪費(fèi)十分嚴(yán)重。如豫東平原井灌區(qū)的畦田，畦長小于50m的只占9.1%，超過100m的占45%，平均為100m；畦寬小于4m的只占14%，大于6m的占34%，平均為6m。田間灌溉水的利用率只有0.5~0.7左右。西北不少地區(qū)仍沿用大畦大水漫灌的舊習(xí)，水的浪費(fèi)更為嚴(yán)重。

溝灌適用于寬行距中耕作物，如棉花、玉米等。目前我國各地灌水溝長度在砂壤土?xí)r為30~50m，粘土?xí)r為50~100m。入溝流量一般為0.5~1.5l/s，溝距50~80cm，應(yīng)土壤質(zhì)地而異。因此，溝灌使地面灌溉中較好的一種方法，能控制較小的灌水定額，溝灌一般比畦灌省水30%左右。目前在井灌區(qū)，還采用細(xì)流溝灌，一般每條溝流量控制在0.1~0.5l/s以下，溝長20~50m，溝的深度為15~20cm，寬度30~40cm^[8]。

中國水科院與歐盟的合作項(xiàng)目以河北省雄縣作為華北黃淮海平原的典型代表，對冬小麥生長期內(nèi)的4次灌溉進(jìn)行了持續(xù)跟蹤評價(jià)^[5]。總體上說，研究區(qū)內(nèi)灌溉均勻度DU的變化范圍在84%到90%之間，反映了在現(xiàn)有條件下畦灌系統(tǒng)可保持較高的灌溉均勻度值。而且對不同的灌溉時(shí)節(jié)，灌溉均勻度值沒有明顯差異。較高的DU值與田間過量灌溉有關(guān)，因?yàn)閷?shí)測平均灌溉水深值Z_avg遠(yuǎn)大于實(shí)際灌溉需水量Z_req；而田間灌溉水利用率E_a值較低，變化范圍在52%到79%之間。整個(gè)冬小麥生長期內(nèi)的平均灌水量為545mm，灌溉需水量為330mm，畦灌條件下平均田間灌溉水利用率僅為60%。

溝灌的情況則可用新疆棉花的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)^[6]。根據(jù)農(nóng)七師127團(tuán)灌溉科的統(tǒng)計(jì)資料，2000年全團(tuán)棉花生育期平均灌水量為420mm（最大578mm），平均每次140mm（最大192mm）。其中，第1水平均138mm，第2水平均143mm，第3水平均140mm。田間實(shí)測3次灌水量的結(jié)果是，第1水192mm，第2水165mm，第3水120mm，平均每次159mm，3水合計(jì)為477mm。根據(jù)當(dāng)?shù)孛藁ㄐ杷�量�?jì)算，溝灌條件下平均田間灌溉水利用率僅為45%。

現(xiàn)有研究成果表明：我國地面灌溉條件下灌溉均勻度值較高，其原因與田間過量灌水直接相關(guān)；田間灌溉水利用率普遍較低，反映田間灌溉技術(shù)和灌溉管理方面問題突出，造成地面灌溉的灌溉效果較差。

2．2影響地面灌效果的因素

灌溉均勻度DU和田間灌溉水利用率E_a可表達(dá)為如下技術(shù)要素的函數(shù)^[9]：

                                              （1）

                                      （2）

其中：

                                                         （3）

式中q_in為入地單寬流量；L為畦（溝）長；n為曼寧系數(shù)；S₀為田塊微地形條件；I_c為土壤入滲參數(shù)；F_a為畦（溝）橫斷面參數(shù)；t_co為灌溉供水時(shí)間；SMD為灌溉時(shí)土壤水分虧缺值；q_fc為土壤田間持水量；q為灌溉時(shí)土壤含水量；RD為根區(qū)深度。

在影響地面灌溉效果的諸多因素中，q_in、L、及F_a可根據(jù)田間實(shí)測數(shù)據(jù)確定；S₀可由田塊地面高程確定；n和I_c受土壤空間變異性影響難以在實(shí)地精確測定，但可通過地面灌溉模型反求；t_co為重要的管理參數(shù)，是改進(jìn)現(xiàn)有地面畦灌管理的重要依據(jù)。灌溉均勻度DU反映了地面灌溉系統(tǒng)的自然特性，其值更多地取決于系統(tǒng)的自然條件與特征；田間灌溉水利用率E_a除受這些特征參數(shù)的影響外，還取決于灌溉制度和田間灌溉管理水平，如作物需水量、SMD值等。以上灌水技術(shù)要素對地面灌溉特性的影響并不是獨(dú)立的，各因素間往往存在著內(nèi)在聯(lián)系。在定量分析各技術(shù)要素對系統(tǒng)性能影響的基礎(chǔ)上，找出最主要的也是最重要的因素，進(jìn)而有針對性的對其加以改進(jìn)是提高地面灌溉系統(tǒng)運(yùn)行水平的重要基礎(chǔ)工作。通過對田間實(shí)測資料的分析，得到地面灌溉條件下影響灌溉效果的主要因素如下^{[5, 10]}：

²          入地單寬流量q_in：較大的q_in值意味著較快的推進(jìn)過程，有助于獲得較好的灌溉特性。畦田寬度是控制q_in值大小的主要因素。

²          畦（溝）長度L：畦（溝）較長時(shí)，微地形條件的影響更為顯著。

²          微地形條件：田塊的平整度對提高灌溉效率影響極大，較高的地面平整條件，將獲得較高DU和E_a值。

²          入滲參數(shù)：入滲參數(shù)對DU和E_a都有影響。入滲參數(shù)值較大時(shí)，需要的灌溉供水時(shí)間t_co也較長，在田間管理水平較低的情況下，極易造成DU和E_a值的降低。

2．3地面灌溉節(jié)水潛力分析

根據(jù)田間評價(jià)，可以對我國地面灌溉存在的主要問題概括如下：

²          灌溉均勻度低。一般的講，畦灌條件下進(jìn)地流量過小，與畦塊長寬比例不當(dāng)，造成水流推進(jìn)緩慢，灌溉均勻度較低。 

²          田塊地面高低不平，水流推進(jìn)慢；或是地塊尾部的反坡較大，造成壅水，影響了灌溉效果。

²          田間灌溉管理粗放，灌溉時(shí)畦（溝）跑水、漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。

針對上述存在問題，根據(jù)影響地面灌溉效果的主要技術(shù)要素，可以利用計(jì)算機(jī)模擬模型對地面灌溉節(jié)水潛力進(jìn)行分析。結(jié)果表明：整個(gè)生長期內(nèi)總灌水量得到降低，可節(jié)水138mm，整個(gè)生長期內(nèi)總的田間灌溉水利用率高達(dá)81%^[10]。

3改進(jìn)地面灌溉的主要措施

地面灌溉技術(shù)的改進(jìn)包括灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和田間管理水平的提高。式1和2中的諸因素可分為如下幾類：

²    設(shè)計(jì)時(shí)的可控制變量：q_in，L，S₀；即地面灌溉的系統(tǒng)變量；

²    土壤參數(shù)：n，I_c；不可控制變量，進(jìn)行地面灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要與這些參數(shù)協(xié)調(diào)；

²    管理參數(shù)：SMD，決定灌溉時(shí)間及灌溉需水量；

²    灌溉管理的目標(biāo)：t_co值。

因此，改進(jìn)地面灌溉的措施可分為三個(gè)不同層次。第一是在技術(shù)層次上，應(yīng)增加獲得較好灌溉效果的能力，如通過應(yīng)用土地平整技術(shù)改進(jìn)田塊微地形條件、應(yīng)用高效節(jié)水地面灌溉技術(shù)等；第二是在設(shè)計(jì)層次上，要保證灌溉系統(tǒng)得到合理設(shè)計(jì)；第三則是在管理層次上，要強(qiáng)調(diào)農(nóng)民的參與。下面則對目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的改進(jìn)地面灌溉技術(shù)措施進(jìn)行分析，評價(jià)不同技術(shù)措施的效果。

3．1土地平整技術(shù)

農(nóng)田土地平整是地面灌溉系統(tǒng)的重要組成部分之一。平整的農(nóng)田表面有利于進(jìn)地水量和灌水深度分布的變化相對均勻，使根區(qū)內(nèi)水分入滲保持較好的均一性，起到改善田間地面灌溉效率和灌水均勻度的作用。平整土地還有益于田間農(nóng)機(jī)耕作和栽培措施的實(shí)施，增加作物種植密度，提高出苗率等，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。國內(nèi)外的研究結(jié)果表明：土地平整能有效地提高水、勞力和能源的利用率，是改善地面灌溉方法的重要技術(shù)措施之一^{[7, 9, 10]}。

土地平整方法包括常規(guī)土地平整措施和激光控制平地技術(shù)。常規(guī)平地方法采用的設(shè)備有推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)和刮平機(jī)。它具有土方運(yùn)移量大、平地費(fèi)用相對較低的特點(diǎn)，適合于在地面起伏較大、原始平整度較差的田面內(nèi)完成粗平，改變田塊的宏觀地形。激光控制平地技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的平地技術(shù)，田間應(yīng)用結(jié)果表明，激光控制平地方法可以使田塊平整精度指標(biāo)S_d達(dá)到小于2cm的水平，在目前華北平原井灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)田地面平整狀況下，土地平整精度每改善1cm所需投入的直接平地費(fèi)用約為83RMB/hm²；考慮到我國渠灌區(qū)田塊平整條件較差的現(xiàn)實(shí)，應(yīng)先采用常規(guī)平地方法完成土地粗平，再實(shí)施激光控制下的土地精細(xì)平整^{[11, 12]}。

不同田面平整精度處理下的小區(qū)畦灌試驗(yàn)資料表明，地面平整精度對入畦水流推進(jìn)愈消退時(shí)間和畦田入滲分布狀況具有較大的影響。田間灌溉水利用率E_a、灌溉均勻度DU、用水效率WUE等參數(shù)隨田面平整精度下降而遞減的趨勢當(dāng)S_d值高于2cm后較為明顯，而低于2cm時(shí)彼此間的差異卻不顯著。受畦灌系統(tǒng)性能差異的影響，作物產(chǎn)量與田面平整精度間的關(guān)系也反映出與上述趨勢相似的變化規(guī)律，當(dāng)S_d值高于2cm后，產(chǎn)量遞減受地面平整狀態(tài)的影響亦較為顯著。這表明要實(shí)現(xiàn)改善畦田灌水質(zhì)量、節(jié)水增產(chǎn)的目的，田面平整精度應(yīng)以不大于2cm為最佳，為達(dá)到這個(gè)地面平整標(biāo)準(zhǔn)，則需實(shí)施激光控制下的土地精細(xì)平整技術(shù)^[13]。利用不同田面平整精度處理下獲得的田間畦灌試驗(yàn)資料，針對不同的灌水時(shí)間條件設(shè)置，采用地面灌溉模型SRFR模擬了3種典型地面平整狀況下的水流推進(jìn)與消退過程和畦田水分入滲分布狀況，分析討論田面平整精度對畦灌系統(tǒng)性能的影響。模擬結(jié)果表明，隨著田面平整精度的改善，畦灌系統(tǒng)性能評價(jià)指標(biāo)顯著提高。與田面粗平狀況相比，激光控制精細(xì)平地條件下的灌溉效率可提高34%，灌水均勻度可提高28%^[14]。

3．2閘管灌溉

田間閘管是可以移動(dòng)的管道，沿管道一測帶有許多小型閘門，水通過這些閘門進(jìn)入畦（溝）。閘門的間距可與畦（溝）間距一致，并且閘門開度可以調(diào)節(jié)，用以控制進(jìn)入畦（溝）的流量。根據(jù)使用材料的不同，可將田間閘管分為柔性閘管系統(tǒng)和硬閘管系統(tǒng)。其中柔性閘管系統(tǒng)有時(shí)也稱作地面軟管，可采用塑料、橡膠或帆布等材料制成。具有造價(jià)低、易于應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，但使用壽命相對較短；硬閘管系統(tǒng)采用抗老化PVC或鋁等材料，配有快速接頭，可根據(jù)畦（溝）條件在田間組裝使用。與柔性閘管系統(tǒng)相比，硬閘管使用壽命長，但造價(jià)相對較高。

我國目前普遍應(yīng)用的田間閘管為柔性閘管。在實(shí)際應(yīng)用中，田間閘管既可以替代土毛渠畦到田間配水的作用，同時(shí)通過閘閥控制，還可以調(diào)整配到畦（溝）水量。圖1分別顯示閘管灌溉在畦灌和溝灌條件下的應(yīng)用情況。田間應(yīng)用考核表明，該項(xiàng)技術(shù)投資少、見效快、施工方便、使用簡單，適應(yīng)我國大田作物節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展的需要,它的推廣應(yīng)用將會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

閘管灌溉系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)田間控制灌溉，田間灌溉水利用率達(dá)到了80%，可比現(xiàn)狀節(jié)水30%~40%，而且具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少田間毛渠及田埂占地等優(yōu)點(diǎn)。此外，從灌水溝長50m、100m、150m的節(jié)水效果看，隨著溝長的增加，其節(jié)水效果不斷下降。綜合考慮節(jié)水及閘管設(shè)備投資等因素，在常規(guī)機(jī)械平地的條件下，閘管灌溉的灌水長度以100m為宜，最長150m^[6]。

閘管灌溉在畦灌中的應(yīng)用

閘管灌溉在溝灌中的應(yīng)用

圖1        閘管灌溉在畦灌和溝灌條件下的應(yīng)用情況

3．3水平畦田灌溉

水平畦田灌溉技術(shù)是建立在激光控制土地精細(xì)平整技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上的一種地面灌溉技術(shù)，自80年代起在許多國家已得到推廣應(yīng)用^[15]。國外的水平畦田灌溉系統(tǒng)中的田面通常為水平狀態(tài)，灌水時(shí)的流量較大，水能在較短的時(shí)間內(nèi)充滿田塊，均勻地分布在整個(gè)土壤表面。畦田可以是任意形狀，周邊由田埂封閉。畦塊規(guī)格的設(shè)計(jì)取決于供水流量、土壤入滲特性等因素，一般在4hm²左右，較大的可達(dá)到16hm²。國外目前采用的水平畦田灌溉技術(shù)，就畦田的規(guī)格形式和灌水方式而言，均類似于我國的格田灌溉技術(shù)。但不同之處首先在于，國外采用激光控制平地技術(shù)完成二維畦面的無坡度平整，我國則一直采用常規(guī)機(jī)械平地設(shè)備進(jìn)行土地粗平，田面平整精度上的差異顯然較大；其次水平畦田灌溉方式在國外的大田作物中得到推廣應(yīng)用，而格田灌溉方式主要應(yīng)用于我國南方的水稻作物，大田作物中幾乎沒有采用；最后水平畦田灌溉技術(shù)中對入地流量的要求較高，只有較大的供水流量才能滿足入滲水分在田塊內(nèi)均勻分布的要求，而我國農(nóng)田灌溉工程系統(tǒng)的末級進(jìn)地流量受井灌區(qū)農(nóng)用機(jī)井出水量和渠灌區(qū)田間輸配水設(shè)施容量的制約普遍較小，難以達(dá)到實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)所需達(dá)到的流量標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到從國情條件出發(fā)的原則，對水平畦田灌溉技術(shù)在我國北方大田作物耕地上的應(yīng)用進(jìn)行因地制宜地改造，即在對現(xiàn)有田間灌溉工程進(jìn)行必要改進(jìn)與配套的基礎(chǔ)上，采用激光控制平地技術(shù)完成對現(xiàn)有畦塊的田面平整工作。通過激光控制平地作業(yè)，在水流推進(jìn)方向上減小田塊坡面上下起伏的不平整程度，消除局部倒坡或反坡，保持田塊具有適宜的畦面縱坡，提高水流在田間的平暢推進(jìn)速度；在垂直水流運(yùn)動(dòng)方向的田面上，則通過改善地面平整精度，使之達(dá)到水平的無坡度狀態(tài)，導(dǎo)致水流橫向擴(kuò)散的田面凸凹障礙點(diǎn)的消除有利于水流推進(jìn)鋒面保持較高的均勻一致性，便于水流快速推進(jìn)到畦尾（圖2）。

應(yīng)用水平畦田灌溉技術(shù)，田間灌溉水利用率由平均50%提高到80%，灌溉均勻度由70%左右提高到85%左右；與其他農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)措施配合后，采用常規(guī)機(jī)械進(jìn)行粗平后年使可增產(chǎn)20%，采用激光控制進(jìn)行精平后年使可增產(chǎn)30%；作物的水分生產(chǎn)效率由1.13kg/m³的提高到1.7kg/m³。因此，水平畦田灌溉技術(shù)的節(jié)水增產(chǎn)效益顯著^[4]。

3．4波涌灌溉

波涌灌溉是一種新型的地面灌水方法，它采用間歇供水、大流量的方式向溝（畦）放水，整個(gè)灌水過程依據(jù)田塊長度被劃分為幾個(gè)周期，入地水流不是一次性的連續(xù)推進(jìn)到溝（畦）末端，而是分階段的由首端推進(jìn)至末端。這種供水與停水交替發(fā)生的間歇灌水方式可以形成表土致密層，能夠降低土壤的入滲率，同時(shí)先期灌溉濕潤的溝（畦）段上田面糙率的減少有利于加快后期灌溉水流的推進(jìn)速度，進(jìn)而提高田間灌溉效率和灌水均勻度^[2]。波涌灌溉技術(shù)在灌溉自動(dòng)化程度較高的國家已得到較為廣泛的應(yīng)用，我國也已經(jīng)完成了機(jī)理研究、波涌灌設(shè)備國產(chǎn)化開發(fā)及初步的田間試驗(yàn)示范^{[4, 16]}。

波涌灌溉系統(tǒng)一般由波涌閥、自控器和田間輸配水管道等組成，其中波涌閥和自控器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，稱為波涌灌溉設(shè)備。在田間應(yīng)用過程中，需要根據(jù)土壤墑情、作物、田塊尺寸等條件確定波涌灌溉的次數(shù)、每次波涌灌溉的時(shí)間及波涌灌溉的間歇比等技術(shù)參數(shù)。

新疆棉花波涌溝灌結(jié)果顯示，采用波涌溝灌方法下的田間水流推進(jìn)速度明顯高于連續(xù)溝灌，且在棉花澆第1水時(shí)的效果最為明顯，高達(dá)2倍左右。隨著澆水次數(shù)的增多，波涌灌水的效果有所減弱，但總體仍達(dá)到1.5倍。在同樣的入地流量條件下，由于波涌溝灌的水流推進(jìn)速度快，因而既減少了地塊首末受水時(shí)間上的差別，又減少了灌水時(shí)間，起到節(jié)水和灌水均勻的雙重效果。波涌灌與連續(xù)灌相比較，可節(jié)水10~23%，增產(chǎn)10%左右，節(jié)水增產(chǎn)效果顯著^[4]。

4現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)體系

傳統(tǒng)地面灌溉是一門古老的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳統(tǒng)地面灌溉技術(shù)也得到巨大的改變。其中以精細(xì)地面灌溉技術(shù)為特征的現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)已得到世界各國的普遍重視，并在發(fā)達(dá)國家開始實(shí)地應(yīng)用。我國在“863”國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃中也專門立題開展精細(xì)地面灌溉技術(shù)研究，對國際上先進(jìn)的地面灌溉技術(shù)進(jìn)行跟蹤研究。

4．1現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)特征

與噴灌、微灌等壓力灌溉系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)地面灌存在的最大不足在于缺乏對灌溉過程的控制。對噴灌、微灌而言，可以根據(jù)作物的需求精確控制灌溉水的總量及其在田塊內(nèi)的分布。傳統(tǒng)地面灌溉雖然可對灌溉水總量進(jìn)行控制，卻難以控制灌溉水在田塊內(nèi)的分布，由此造成傳統(tǒng)地面灌溉的灌溉效果較差。因此，現(xiàn)代地面灌溉具有如下技術(shù)特征：

1．應(yīng)用激光控制平地技術(shù)構(gòu)筑精細(xì)地面灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)。高精度的土地平整是現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)平臺，只有具備了高精度的土地平整，才能真正實(shí)現(xiàn)精量播種、精量施肥、精確收割（機(jī)械采棉）等。國外在農(nóng)田水利工程建設(shè)中，都把平地作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。激光控制平地技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

2．應(yīng)用地面灌溉實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)提高對灌溉過程的控制。與其他壓力灌溉方法相比，地面灌溉條件下水流在田間運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的過程較為復(fù)雜。世界各國一直都把改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的重點(diǎn)放在加強(qiáng)對灌溉全過程的控制和管理上，以便提高地面灌溉的灌水質(zhì)量。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)學(xué)模型對地面灌溉全過程進(jìn)行分析已成為改進(jìn)地面灌溉技術(shù)的重要手段。地面灌溉實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)通過對田間水流運(yùn)動(dòng)過程的監(jiān)控，利用田間觀測數(shù)據(jù)反求地面灌溉的控制參數(shù)，制定高效節(jié)水的地面灌溉方案，并對地面灌溉過程實(shí)施反饋控制，實(shí)現(xiàn)對地面灌溉全過程的精細(xì)控制。

3．應(yīng)用高效節(jié)水地面灌溉技術(shù)和設(shè)備，提高地面灌溉的自動(dòng)化。通過積極采用水平畦田灌溉技術(shù)、波涌灌溉技術(shù)、繩索灌溉技術(shù)等先進(jìn)的地面灌溉技術(shù)，不僅使地面灌溉具有一定的自動(dòng)化能力，而且也保證了高效節(jié)水效果的實(shí)現(xiàn)。

4．制定合理的灌溉制度，加強(qiáng)地面灌溉的田間管理。由于地面灌溉方法的局限，采用地面灌溉技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)小定額灌溉。因此，在制定地面灌溉的灌溉制度時(shí)，要充分考慮到灌溉技術(shù)的制約。

4．2我國現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式及其應(yīng)用前景

我國現(xiàn)有灌溉面積8.0億畝，其中地面灌溉占95%以上。由于農(nóng)田土地平整程度差，田間灌溉工程規(guī)格不合理、地面灌溉技術(shù)落后、灌溉管理粗放等問題，致使我國地面灌溉的田間水利用率不高。通過應(yīng)用現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)，可以大幅度減少地面灌溉過程中的水量損失浪費(fèi)。這對改變我國地面灌溉的落后狀況、從整體上緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的矛盾、促進(jìn)灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也將為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。

根據(jù)上述現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)特征，提出如下適合我國國情的現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式：

1．以冬小麥等大田作物為代表的現(xiàn)代畦灌模式

該模式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用精量播種技術(shù)，降低播種量；采用水平畦田灌溉、波涌灌溉及噴、微灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用精量施肥技術(shù)，提高化肥利用率；采用聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成小麥等大田作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+精量播種+高效節(jié)水灌溉技術(shù)+精量施肥技術(shù)+機(jī)械化收割。

2．以棉花為代表的現(xiàn)代溝灌模式

該模式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用精量播種技術(shù)，降低播種量；采用閘管灌溉、波涌灌溉、膜下滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用機(jī)采棉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)棉花采摘機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成棉花作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+精量播種+高效節(jié)水灌溉技術(shù)+機(jī)械化采棉。

3．以水稻為代表的現(xiàn)代地面灌溉模式

該模式采用的主要技術(shù)為：采用激光控制平地技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的土地平整，擴(kuò)大田塊規(guī)格，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率；采用機(jī)插秧技術(shù)實(shí)現(xiàn)精量插秧，降低播種量；采用塑料隔板技術(shù)，減少原來土埂占地，提高土地利用率；采用水稻“淺、薄、濕、曬”控制節(jié)水灌溉技術(shù)，提高田間水的利用率；采用聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水稻收割機(jī)械化。通過上述技術(shù)組合配套，集成水稻作物的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系：高精度土地平整+機(jī)械化插秧+塑料隔板+控制節(jié)水灌溉技術(shù)+機(jī)械化收割。

現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)不僅具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效益，其具有的其他綜合效益還可為農(nóng)民帶來實(shí)實(shí)在在的好處，例如提高土地利用率、提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率、便于田間管理等。隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代地面灌溉技術(shù)模式也將得到廣泛應(yīng)用。

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Tendency and Prospects of the Improving Surface Irrigation Technologies in China

Li Yinong

National Center on Efficient Irrigation Technology Research-Beijing

Abstract

Now more than 85% irrigated areas are applied with surface irrigation method in China. Enhancing the surface irrigation performances through application of different improving technologies play very important rule for decreasing the water resources shortage and maintaining the sustainable development of the irrigated agriculture. Based on the evaluation of the surface irrigation performances under the current situations the effected factors are analyzed. The technologies for the improving of the surface irrigation are summarized according to the development tendency. The prospects of such technologies and their functions to irrigated agriculture are presented.

Key words: Irrigation technology  Evaluation  Development  Tendency