新型节水节能地面灌溉技术在新疆盆地区域的应用研究

马千雅

(新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心，新疆 乌鲁木齐 83000)

自古以来，盆地绿洲便成为新疆经济社会发展的基础，而其中绿洲农业又是经济发展的主要支撑力量，绿洲农业主要依靠灌溉，灌溉又离不开水资源，因此水资源的利用率变得尤为重要。据资料显示，目前新疆农业灌溉面积仅有39.2%采用了高效节水灌溉技术，仍有超过一半的农业耕作面积未采用高效节水灌溉技术，农业灌溉有效利用系数为0.47。如果节水灌溉技术能够在新疆地区大面积推广，会明显提高该地区水资源利用率，极大减少水源浪费。因此，需要研究适用于新疆盆地农业节水灌溉新技术。

国内许多专家均对农业节水灌溉技术进行了调查研究，柴付军、汪希成对新疆兵团棉花膜下滴灌技术进行了经济效益研究，提出了技术改进与经济、社会和生态之间的联系[1]；王巧丽调查发现在我国北方地区，低压管道输水灌溉技术已逐渐成为主流灌溉技术[2]；孙晓琴研究发现传统灌溉技术在灌溉周期内平均水流速度只有波涌灌溉的1/3～1/2，并得到波涌灌溉节水效果显著其水资源利用率较传统灌溉提高18.82%[3]；康绍忠、杜太生、潘英华等对交替隔沟灌溉技术进行研究，发现该节水灌溉技术在提高水资源利用率的同时，也能保证农作物的光合作用效果[4- 6]。本文在总结前人研究理论和技术的前提下，对新疆地区管渠灌溉这种新型地面节水灌溉装置的适用性进行试验研究，对于提高新疆盆地农业用水效率具有重大意义。

1 工程概况

灌水试验区选定新疆东北部，该地区海拔550～1250m，地势平坦，起伏波动较小，最低处为湖泊，气候特点属于典型的温带大陆性气候，降雨量少，气候干燥，水资源匮乏[7]。据水文气象资料显示[8- 9]，试验区年均降水量40mm，蒸发量320mm，地区耕地土壤分布特征垂直分布，且层间差异较大，土壤层以砾质灰黄土、中砾石土为代表，土层中有机质、全氮、速效氮含量丰富，整片区域地势平坦、地质松软，适合大面积机械化耕种。试验区的土壤基本物理参数见表1。

表1 试验区表层土基本物理参数

2 灌溉试验及评价指标

2.1 试验设计

为获取不同灌溉技术在新疆盆地的适用性，特选取新疆昌吉市示范农田为试验对象进行不同灌溉技术试验研究，试验选定15个相邻田畦，田畦长120m，宽1.5m，其中1～5号为试验P组，采用传统联系畦灌；6～10号为试验S组，采用波涌流灌溉；11～15号为试验T组，采用自动管渠灌溉。其中，所有试验田开头结结尾试验田为缓冲畦，数据采集时不予考虑。分别在所有试验田畦里种植行距60cm，株距20cm的玉米，玉米生长期间，所有田畦间整地至管理均统一进行，试验过程中分别对各组田畦内玉米在同时期采用不同灌溉技术进行浇灌。

2.2 评价指标

试验过程中主要对3种不同灌溉方式下浇灌效果进行对比，选定评价指标分别为灌溉均匀度、节水率和灌溉水有效利用率进行分析，进而对灌溉效果进行评价。

灌溉均匀度是指灌溉水在田畦内的均匀分布程度，评价方法为灌溉结束2d后，沿畦长方向不同深度处土壤含水率进行对比分析。

节水率是满足浇灌前提下，相比较于传统畦灌(P组)方式下每畦灌溉水量，用不同灌溉技术所能节约的水量，具体计算如下：

式中，Vc—畦灌水量；Qc—畦灌流量；tc—畦灌时间；Vs—波涌灌水量；Qs—波涌灌流量；tc—波涌灌时间；SR—节水系数。

灌溉水有效利用率是指灌溉水被能被作用有效利用的程度，文章研究是指灌溉1d后，作物根系计算区域范围内存储水量与总灌溉量之间的比值，计算公式如下：

式中，Hi—第i个取样点作物根区沿畦长方向渗水深，mm；Vi—第i个取样点代表畦段作物根区沿畦长储水量，m3；V1—灌溉1d后，作物根区储水量，m3；bi—计算畦长宽度；Ea—灌溉水有效利用率；ΔWi—计算土层含水率变化值；Δhi—土层计算厚度，mm;Havg—计算田畦作物根区渗水深度平均值，mm；n—计算田畦长度方向段数；ΔH—第i个取样点作物根系水入渗深度与该计算段平均入渗深度。

3 灌溉结果分析

3.1 灌溉均匀度分析

利用不同灌溉方式下，灌溉24h和48h后玉米在畦长方向和计算深度80cm范围内土壤含水率进行测量分析，详细测量结果如图1—2所示。

图1 灌溉前24h土壤水分含量

由图1中灌溉前24h土壤水分含量可以看出，灌溉前田畦内水分沿畦长呈现无差异变化，整体变化幅度不大；沿深度方向整体呈现深度越大，土壤含水率越大的趋势。

图2 灌溉后48h土壤水分含量

由图2中灌溉后48h土壤含水率随着深度增加，土壤含水率逐渐增大明显，对比图1和图2可以得到，土壤含水率在灌溉后出现明显增加。分析图2中，灌溉后土壤含水率沿畦长方向变化趋势发现，沿畦长0～30cm范围内，3种灌溉技术下土壤含水率差异不大，均表现为沿畦长方向均匀变化；30～60cm范围内，3种灌溉技术下土壤含水率沿畦长方向开始表现出一定的差异性，但差异性较小；60～90cm范围内，3种灌溉技术下土壤含水率差异较为明显，具体表现为传统畦灌技术灌溉时，畦尾与畦首测土壤含水率差异较大，波涌灌溉次之；管渠灌溉时，畦首和畦尾土壤含水率差异较小，均保持在33%～37%范围内。由此说明，管渠灌溉较其他两种灌溉方式具备明显的灌溉均匀性，使用管渠灌溉能够有效提高灌溉均匀度[10- 13]。

3.2 节水率分析

依据试验田3种灌溉技术作用下灌溉流量和灌溉时间，分别得到传统畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉下各畦田灌水量，得到相应的节水率见表2。

由表2中不同灌溉方式下节水率关系可以看出，相比较传统畦灌，波涌灌溉节水率为16.16%，管渠灌溉节水率为19.35%。对比可知，

表2 不同灌溉方式下灌溉节水率

管渠灌溉节水效果更为明显。

3.3 灌溉水有效利用率分析

利用灌溉水有效利用率计算式对灌溉结束后48h作物灌溉水有效利用率进行计算，见表3。

表3 灌溉水有效利用率

由表3可知，传统畦灌灌溉水有效利用率为42.53%，波涌灌溉水有效利用率为57.41%，管渠灌溉中灌溉水利用率为59.69%，即波涌灌溉和管渠灌溉较传统畦灌灌溉水有效利用率分别提高14.88%和17.16%。由此说明，管渠灌溉水利用率最高，波涌灌溉次之，传统畦灌最低，得出地面灌溉中使用管渠灌溉能够有效提高灌溉水利用率，使灌溉水得到充分的利用[14- 15]。

3.4 渠灌技术与水质要求

传统畦灌和波涌灌溉由于其灌溉适用度大而被广泛应用，其对水质要求不高，普通沟渠水即可直接使用。分析目前较为先进的微灌和喷灌技术，其具有明显节水率高、受环境影响小等特点，但是微灌和喷灌技术投资高，需要专人进行维护和检修，同时，微灌和喷灌技术需要使用专用喷灌设备，且浇灌过程需要水头较大，因此，微灌和喷灌出水孔较小。所以对水质要求较高，进一步增加了浇灌成本。对比之下，管渠灌溉制造过程经济，且制造过程简单，由于其管道口径大，管渠灌溉对水质要求不高，值得进一步在其他地区进行推广使用。

4 结语

为研究管渠灌溉技术在新疆盆地的应用研究，利用疆昌吉市某试验田进行了不同灌溉方式作用下试验研究得到了如下结论：

(1)管渠灌溉后土壤不同深度含水率差异性最小，波涌灌溉次之，传统畦灌最大，表明管渠灌溉具备较好的灌溉均匀性。

(2)相比较传统畦灌，波涌灌溉节水率提升16.16%，管渠灌溉节水率提升19.35，表明管渠灌溉具备较好的节水性。

(3)传统畦灌、波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分别为42.53%、57.41%和59.69%，相较于传统畦灌，波涌灌溉和管渠灌溉灌溉水利用率分别提升14.88%和17.16%，得出了管渠灌溉灌溉水利用率较高。

(4)管渠灌溉具备投资经济、适用性广等特点，且对水质要求较低，值得进一步推广使用。