灌溉土壤渗流量和持水量模拟装置初研究

刘杰 赵兴 贾文豪 刘宇男 梁丽青

摘 要：众所周知，我国是一个农业大国，农业的发展必然离不开水资源，但由于地形和气候等因素的影响，导致我国水资源在空间和时间上的分布极不均匀。我国农业用水不仅存在着水资源短缺问题，同时还存在着农业灌溉用水的极大浪费现象，因此发展节水灌溉是不可或缺的。那如何知道此时农田应浇多少水就显得尤为重要，现在大部分的农田灌溉都是根据常年的经验。基于这些，设计了不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置。

关键词：农田灌溉;用水效率;灌溉用水量

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

1 引言

中国是一个干旱缺水的国家，人均淡水资源仅为世界平均水平的四分之一，是13个人均水资源最贫乏的国家之一。在全国669座城市中，有400座供水不足，110座严重缺水，特大城市中30座严重缺水，14座沿海城市中，9个严重缺水。据统计，2011年，我国全年总用水量6080亿m?，其中农业用水所占比例高达61.5%，农业灌溉用水的有效利用率仅为45%[1]。因此，发展节水灌溉势在必行。

2 渗流量和持水量的概念

渗流是指流体在孔隙介质中的流动，由颗粒状或碎块材料组成，含有许多孔隙或裂隙的物质称为孔隙介质。渗流量是指单位时间内通过土中与渗透水流方向垂直的横断面的水量。

持水量是指某种状态的土壤抵抗重力所能吸持的最大水量，用于比较土壤的保水能力，受土壤颗粒的物理化学性质特别是颗粒大小、结构和有机质含量影响。自然状态下的土壤持水量称为田间持水量，是决定植物有效水的上限值。

3 模拟目的

水是生命之源，人们在进行生产和生活时都是离不开水的，在我国农业用水是第一用水大户，用水量占水资源总量的73%，而水资源的灌溉利用上还存在着很大不足。

近年来，喷灌技术虽然在部分地区推广使用，并取得了明显的节水效果，但是受经济条件制约，对喷灌项目建设的投入仍显不足。部分灌区还是土渠输水，大水漫灌，而这些地区的灌溉水的有效利用率只有50%左右[2-3]，因此，还有很大的节水空间。

通过不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置，可得到某种状态的土壤抵抗重力所能吸持的最大水量，通过此数据，就可知道此时土壤应浇多少水，而如果继续进行灌溉不仅会造成灌溉水资源的浪费，对植物也会产生不良的影响。

4 工作流程及实施步骤

4.1 工作流程

工作时，不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置首先通过两侧的吸水装置和抽水装置将水抽至喷洒口处，由于进行喷洒的装置不同，从而进行漫灌和喷灌的模拟;由土壤湿度测量仪读出开始时土壤的湿度、实验进行中和最后稳定时的实验数据并记录;通过水量测量装置测出经由纱布和透水石流出的水量，获得渗水量的数据;后期处理实验记录的数据，分析并给出实际土壤应浇的水量。

4.2 实施步骤

实验开始前，首先将透水石、纱布等湿润以减少实验误差，取要计算灌溉用水地区的土壤放入装置中，并用土壤湿度测量仪测量出土壤最开始时的湿度，并记录数据。

开始实验时，用探针测土壤最底层的含水率并记录数据，接着用吸水和抽水装置分别进行漫灌和喷灌两种不同灌溉方式下的实验模拟，实施过程中土壤湿度测量仪会实时显示出所测区域的土壤湿度，当土壤湿度测量仪上显示的数值不再变化时，便停止吸水和抽水装置的工作，等一段时间，当数值一直稳定时便记下此时数据，之后进行后期的数据记录分析与计算。

数据记录漫灌土壤和喷灌土壤吸水、抽水时所用的水量，土壤渗下流出的水量，将两者进行计算得出漫灌土壤和喷灌土壤分别吸收的水量，而这些水量便是植物可以从土壤中吸收的水分，经过比例计算，从而得到灌溉用水地区在两种不同的灌溉方式下整体应浇的水量。

5 装置优势及存在的不足

不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置适用于绝大部分土壤，但实验测量的精确程度受土壤湿度测量仪的影响较大，对土壤湿度测量仪的要求较高。

现在的一些文献和论文是对某一区域的整体研究，经过分析给出的这一区域存在的问题、改进的方案等，提出的是大范围的灌溉分析规划。而本装置可以针对具体的某一灌溉地区进行灌溉分析规划，通过在装置中放入不同地区的土壤，测得不同的数据，从而给出当地土壤的灌溉分析规划。

本装置可以根据不同时期农作物的需水情况，给出合理的灌溉规划方案，具有较强的实效性;实验分析受干旱等恶劣天气的影响较小，因为进行实验的目的是为找到最适宜的灌溉用水量，所以在发生涝灾时就不再需要此装置。

6 结语

水是生命之源，人们的生产生活都离不开水资源，而农业是我国国民经济的基础，农业灌溉一直是政府部门和群众都很关注话题，随着科学技术的发展，对于农业灌溉用水的要求也在发生着变化，现在用水效率成了农业灌溉中的共同关注的关键问题。因此，关于农业的灌溉还需因地制宜，不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置就可根据不同地区的不同情况给出不同的灌溉规划方案，而这样也可以进一步提高农业灌溉用水的有效利用率。

参考文献：

[1]王在柱，李鹏，郭玲玲.浅析我国水资源利用现状及农业节水灌溉对策[J].内蒙古科技与经济，2013（04）.

[2]李秀歌.农业灌溉用水效率及其影响因素分析[J].江西农业，2018

（02）.

[3]丁迅兵.农田灌溉用水趨势及应对措施探讨[J].科技风，2013（19）.

依托项目：吉林农业科技学院大学生创新项目：不同灌溉方式下渗流量和持水量模拟装置

*通讯作者