【正文】 出地面。m為灌水定額(m3/hm2)。灌溉水層一般在 20 mm以下，灌水后要自然落干露田，露田程度和歷時則根據(jù)水稻不同生育階段的需水要求而定。對于開始曬田的時間，應(yīng)掌握苗足曬田和時夠曬田。灌區(qū)水資源優(yōu)化管理包括兩方面的內(nèi)容：①灌溉水量在空間上的合理分配，即在同一大型灌區(qū)內(nèi)各個分灌區(qū)全年用水量分別分配多少。 ? （ 2）綜合效益最大原則 可持續(xù)發(fā)展鼓勵經(jīng)濟增長，但它不僅重視增長數(shù)量，更追求改善質(zhì)量。 ? （ 4）水資源利用和水患防治相結(jié)合原則 在配置水資源的同時，也要注意與歷史、現(xiàn)在和將來出現(xiàn)的水患治理相結(jié)合?！伴_源”和“節(jié)流”是解決水資源需求的兩條基本途徑。 灌區(qū)用水量計算時，應(yīng)包括的內(nèi)容 ? 灌區(qū)用水是指工農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活及其他部門的具體用水要求。根據(jù)苗圃、果樹的面積和灌溉定額估算用水量。漁業(yè)用水量也可用調(diào)查補水定額與養(yǎng)殖水面面積的乘積進行估算。 灌區(qū)可利用水資源的類型以及確定方法 ? 灌區(qū)可利用水資源系指通過工程措施具有一定保證率的可利用水的水量。當(dāng)區(qū)域內(nèi)蓄、引、提水量較大，即水利化程度較高時，可以根據(jù)工程的類別和大小采用分類、分級分析法計算可利用水量。推求多年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)節(jié)水量，可根據(jù)資料分別采用時歷法和數(shù)理統(tǒng)計法?？筛鶕?jù)調(diào)查確定。 ? ③提水工程可供水量 ? 提水工程可供水量則指通過動力機械設(shè)備提取的水量。 ? （ 2）地下水可利用水量 ? 地下水的用水部門一般包括農(nóng)業(yè)、牧區(qū)草場、林業(yè)苗圃以及部分工業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水等。 ? (1)以物理量來表達：以灌區(qū)的灌溉面積最大或糧食產(chǎn)量最高為目標。 灌溉排水新技術(shù) 第十講 閆玉民 ? 以經(jīng)濟量來表達的幾種典型表達式如下： ? 1）以凈效益現(xiàn)值最大為目標 這種目標主要用于優(yōu)化規(guī)劃課題中。 ? （ 3）多目標問題的目標函數(shù) 對于多目標問題，其目標函數(shù)表示方式與單目標問題目標函數(shù)表達方式是類同的。 ? （ 1）階段變量的選擇 表明研究課題在發(fā)展過程中所處的時間或空間的變量。 ? （ 3）決策變量的選擇 從一狀態(tài)演變到下一階段狀態(tài)的選擇就稱為決策，描述這個決策的變量就稱為決策變量，在灌溉工程的系統(tǒng)分析中，一般常以流量或水量作為決策變量，在某些情況下，也可以進水閘尺寸、泵站裝機等工程規(guī)模作為決策變量，因為它們都可以通過物理關(guān)系方程式轉(zhuǎn)化為水量和流量。 ? （ 3）灌區(qū)田間灌水系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將地面水或地下水輸送分配到田間的灌溉溝渠及渠系上的建筑物和設(shè)備。子區(qū)按其組成分三種類型，特點分別如下： ? （ 1）井渠結(jié)合區(qū) 這類子區(qū)既有地面水供水系統(tǒng)，也有井灌系統(tǒng)，供水比較可靠，但是工程投資大，年運行費用高。因此，在管理策略上要使井灌區(qū)和渠灌區(qū)的投資負擔(dān)和管理費用相近，否則很難調(diào)度兩種資源的合理使用，以至導(dǎo)致偏向其中一種水資源的開發(fā)。 灌排系統(tǒng)模擬模型的運行規(guī)則 ? 在灌排系統(tǒng)的模擬研究中，運行規(guī)則是模擬模型的重要組成部分，引入運行規(guī)則正是模擬技術(shù)與數(shù)學(xué)規(guī)劃的主要區(qū)別之一。用水區(qū)的劃分，實際上包含了用水的優(yōu)先次序，即首先為生活用水，其次為工業(yè)用水，最后為農(nóng)業(yè)用水。因此，對地下水位的最大和最小埋深必須有所限制，對深層地下水的開采量有所制約，同時對地面水和地下水的用水次序、用水比例等都應(yīng)有所規(guī)定。 ? 對于確定灌排系統(tǒng)的運行策略研究，則常將運行的參數(shù)作為變量，通過不同參數(shù)組合的產(chǎn)出變化，研究最優(yōu)運行規(guī)則。 我國北方低洼易澇區(qū)的類型以及分區(qū)方法 ? 北方低洼易澇耕地，主要分布在黃淮海平原、松遼平原和三江平原等地區(qū)，在西北干旱地區(qū)也有較大面積，可概括為 2個分區(qū)和 3種類型。 ? （２）三種類型 ? 沼澤型 因地勢低洼和土質(zhì)粘重，極易發(fā)生較長期地面積水的農(nóng)田，其土壤剖面特征是存在泥炭層和潛育層。其中澇后成漬的列入雨澇型，因漬而出現(xiàn)鹽堿的列入鹽漬型。 ? 澇漬型：因地勢低洼或排水出路不暢等原因，易雨澇成漬者。 ? 酸漬型：指沿海咸酸田， pH值小于 5。如果超出允許的淹水時間和淹水深度，將影響作物正常生長，輕者減產(chǎn)重者失收?！把退币话阏J為是在設(shè)計暴雨停止時開始的。 ? 水稻雖宜于水田中生長，但若田面水層長期過深，則同樣不利于水稻生長，也會引起減產(chǎn)甚至死亡?！逼渲斜┯曛噩F(xiàn)期應(yīng)根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展水平和效益分析確定。 ? 除澇標準的暴雨歷時和排除時間可根據(jù)排水地區(qū)具體條件決定。對于單純用于除澇的排水工程，一般沒有經(jīng)濟效益，而用工程的減災(zāi)效能確定工程經(jīng)濟效益；對于進行綜合經(jīng)營和綜合利用的排水工程，則應(yīng)根據(jù)綜合收益和減災(zāi)效果，共同分析確定。但漬害地面一般不出現(xiàn)積水現(xiàn)象，只是土壤含水量過大，嚴重的有時也可能達到飽和，對作物的傷害不如澇災(zāi)來得明顯和快速，所以往往不被重視，對作物造成很大危害。其目的是通過排水調(diào)節(jié)區(qū)域水文狀況，滿足作物對土壤水分、空氣、養(yǎng)分和溫度的要求。選擇排水溝線路，通常要對技術(shù)上可能的方案；根據(jù)排水區(qū)內(nèi)外的地形和水文條件、排水目的和方式、工程投資和維修管理等因素進行比較，從中選用最優(yōu)方案。 ? (3)干溝出口應(yīng)選擇在承泄區(qū)水位較低和河床比較穩(wěn)定的地方。例如干溝盡可能布置成直線，但當(dāng)利用天然河流作為于溝時，就不能要求過于直線化；另外，排水溝還要避開土質(zhì)差的地帶，同時也不給居民區(qū)的交通設(shè)施帶來麻煩等。由于平原地區(qū)水文測站少，資料年限短，設(shè)計標準較低，受人類活動的影響較大，同樣的暴雨所形成的流量過程相差很大等，故一般難以根據(jù)實測徑流資料進行統(tǒng)計分析，而往往采用由設(shè)計暴雨推求排澇流量的方法。 ? 如排水區(qū)既有旱地又有水田時，則首先按上式分別計算水田、旱地的排澇模數(shù)，然后按旱地和水田的面積比例加權(quán)平均，即得綜合排澇模數(shù)。單位面積上的排漬流量稱為設(shè)計地下水排水模數(shù)或排漬模數(shù) [m3／ s／ km2]，其值決定于作物品種、土壤質(zhì)地、水文地質(zhì)條件和氣候條件等。 ? 在非鹽堿土地區(qū)農(nóng)作物對地下水排水的要求，一是防止降雨或灌水后土壤過濕，二是保持地下水對土壤有一定的補給量，以減少灌溉用水量。主要為防漬或防止土壤鹽堿化對控制地下水位的要求來確定。 ? 當(dāng)承泄區(qū)水位一般較低，如汛期干溝出口處排澇設(shè)計水位始終高于承泄區(qū)水位，此時干溝排澇水位可按排澇設(shè)計流量確定，其余支、斗溝的排澇水位亦可由干溝排澇水位按比降逐級推得。此時溝道最高水位要分兩種情況考慮：一種情況是沒有內(nèi)排站的情況，這時最高水位一般不超出地面，以離地面 ～ ，最高可與地面齊平，以利排澇和防止漫溢，最高水位以下的溝道斷面應(yīng)能承泄除澇設(shè)計流量和滿足蓄澇要求；另一種情況是有內(nèi)排站的情況，則溝道最高水位可以超出地面一定高度，相應(yīng)溝道兩岸，亦需筑堤。臨界深度是擬訂排水溝深度的主要依據(jù)。 ? 2）由地下水蒸發(fā)量確定地下水臨界深度。所以，應(yīng)當(dāng)因地制宜地依據(jù)不同自然條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，擬定各地區(qū)的地下水臨界深度?？刂频叵滤缓团披}主要依靠末級排水溝。承泄區(qū)設(shè)計洪水位一般是由地區(qū)防洪規(guī)劃規(guī)定的，在設(shè)計排水溝時必須收集這一資料。 ? （ 2）排澇水位的確定 ? 排澇水位是排水溝宣泄排澇設(shè)計流量 (或滿足滯澇要求 )時的水位。根據(jù)某些地區(qū)資料，由于降雨而產(chǎn)生的設(shè)計排漬模數(shù)：輕砂壤土為 ～ m3／ s／ km2；中壤土為 ～ m3／ s／ km2；重壤或粘土為 ～ m3／ s／ km2。土壤鹽堿化地區(qū)的地下水排水任務(wù)主要是結(jié)合灌水和沖洗促進土壤脫鹽和地下水淡化，并防止土壤過濕和返鹽。當(dāng)?shù)叵滤贿_到一定控制要求時的地下水流量稱為日常流量，也稱排漬流量。 ? 影響排澇模數(shù)的因素有很多，在生產(chǎn)實踐中，根據(jù)實測暴雨徑流資料分析，得出平原地區(qū)排澇模數(shù)經(jīng)驗公式如下 ? ? 式中： q為設(shè)計排澇模數(shù)， m3／ (s?km2)； F 為排水溝設(shè)計斷面所控制的排澇面積， km2； R為設(shè)計徑流深，mm； K為綜合系數(shù) (反映河網(wǎng)配套程度、排水溝坡度、降雨歷時及流域形狀等因素 )； m為峰量指數(shù) (反映洪峰與洪量的關(guān)系 )； n為遞減指數(shù) (反映排澇模數(shù)與面積的關(guān)系 )。 排澇流量的計算方法 , 計算公式及物理意義。 ? (5)各級溝道要與灌溉渠系的布置、土地利用規(guī)劃、道路網(wǎng)、林帶和行政區(qū)劃等協(xié)調(diào)。 ? 排水溝的布置一般應(yīng)遵循以下原則： ? (1)各級排水溝盡量要布置在各區(qū)控制范圍的最低處，以便能排除整個排水地區(qū)多余的水量。田間排水有明溝排水、暗管排水和豎井排水等多種方式。 低洼易澇區(qū)除澇防漬的水利工程的措施 ? 低洼易澇區(qū)除澇防漬的水利工程措施是排水及控制地下水位。漬害輕則造成作物減產(chǎn)，重則可能導(dǎo)致作物死亡失收。對具有滯澇容積的排水系統(tǒng)，則應(yīng)考慮采用長歷時的暴雨，有的還須采用有一定間隙的前后兩次暴雨作為設(shè)計標準。對于經(jīng)濟水平較高、條件較好地區(qū)，可適當(dāng)提高標準；對于經(jīng)濟條件較差地區(qū)，也可適當(dāng)降低標準或分階段提高標準。 選擇除澇標準的方法 ? 除澇設(shè)計標準一般涉及設(shè)計暴雨、設(shè)計外水位、設(shè)計內(nèi)水位和設(shè)計排除歷時等。作物允許淹水時間和深度與作物品種、作物生育階段有關(guān)，棉花、小麥、春谷等作物耐淹能力較差，一般在地面積水 10cm的情況下，淹水 1d就會引起減產(chǎn)，受淹 6－ 7d以上就會死亡。 ? 農(nóng)作物受淹減產(chǎn)的情況與作物允許淹水時間和淹水深度有關(guān)，除澇排水系統(tǒng)的設(shè)計首先要滿足作物允許淹水時間和淹水深度的要求。為了使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)達到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，防止洪災(zāi)的發(fā)生，對低洼易澇農(nóng)田，必須通過修建排水工程滿足農(nóng)作物對農(nóng)田除澇排水的要求，及時排除由于降雨產(chǎn)生的田面積水，減少淹水時間和淹水深度，以保證作物正常生長。 ? 泉漬型：指農(nóng)田受冷泉水浸漬或溢出地面而形成的冷浸、爛泥、銹水等漬害低產(chǎn)田。 ? 主要類型有以下 6種。 ? 暗漬型 或稱潛漬型，又叫啞澇。 ? 澇漬與鹽堿并存區(qū) 系指當(dāng)?shù)丶扔袧碀n又受鹽堿危害的中低產(chǎn)田區(qū)。少數(shù)復(fù)雜的水資源模擬模型則將規(guī)劃設(shè)計的決策和運行決策都作為變量進行研究。 ? 社會和生態(tài)環(huán)境約束 灌排工程可以改善發(fā)展農(nóng)業(yè)的環(huán)境，同時也可能產(chǎn)生負面影響，這是必須防范的。同一個用水部門也有分配規(guī)則，是同比例供水還是重點保證，也應(yīng)在模型中予以規(guī)定。 ? 用水規(guī)則 是指在不同水源狀態(tài)下的用水次序和分配方式及原則。由于這類灌區(qū)的滲漏水量難于使用，故防滲是渠灌區(qū)節(jié)水的重要措施。井渠結(jié)合不僅提高了灌區(qū)的供水保證程度，還能起到降低地下水位的作用，有利于除漬和防治次生鹽堿化。 ? （ 5）其余組成部分 如回灌地下水的設(shè)施等。有些情況下還包括防洪、排沙等輔助工程。 ? （ 2）狀態(tài)變量的選擇 在多階段決策過程中，說明過程演變狀況的變量就稱為狀態(tài)變量。前者稱為權(quán)重法，后者稱為約束法。 ? 如果水庫灌區(qū)中還有電站、泵站等工程項目，則以這些項目的規(guī)模（或發(fā)電量、流量等）作為決策變量，寫出其相應(yīng)的效益、投資及運行費用的函數(shù)表達式，乘以現(xiàn)值因子后，綜合到相應(yīng)的目標函數(shù)式中即可。 ? (2)以經(jīng)濟量來表達：用經(jīng)濟量作目標有較多優(yōu)點，例如，不同計量單位可以通過貨幣轉(zhuǎn)換為同一計量單位，于是用物理量表達的某些多目標課題，就能轉(zhuǎn)化為單目標的課題。 ? 在淺層地下水開發(fā)利用程度不高的地區(qū)，通常直接以農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水量作為可供水量；而在地下水開發(fā)利用程度較高的地區(qū)，則需考慮補給量與用水量之間的平衡關(guān)系，計算有一定補給保證率的可開采量，以此作為該地區(qū)的地下水可供水量或可利用地下水量。如提水工程在水庫放水渠道上，在計算水庫可利用水量時，就不要計入提水工程內(nèi)，以避免重復(fù)計算。 ? ②引水工程可供水量 ? 引水工程可供水量系指通過引水工程直接從江河、湖泊中自流引用的水量。 ? 對小型水庫及塘壩工程，缺少實測資料時，一般采用“復(fù)蓄指數(shù)”法來估算可利用地表水資源量。 ? 大、中型水庫和重點水庫，一般都有實測資料。（ 1）地表水資源可利用水量 ? 廣義的地表水資源是指存在于地球表面不同形態(tài)的水體總量，包括河流水、湖泊水、冰川水、沼澤水和海洋水等。對于這部分用水量的發(fā)展預(yù)測，可參考工業(yè)用水產(chǎn)值法或趨勢法進行。根據(jù)牲畜或家禽的頭數(shù)和用水定額估算用水量。 ? 農(nóng)業(yè)灌溉用水計算步驟大致如下： (1)估算灌區(qū)凈灌溉用水量 (2)確定渠系水利用系數(shù) (3)計算地下水凈灌溉水量 (4)計算灌區(qū)需用地表水毛水量 (5)計算灌區(qū)總毛用水量。但是，在水資源相對貧乏、水資源利用率已很高的地區(qū)，增大水源供水能力已沒有多大潛力，特別是在供水能力已經(jīng)超過水資源可承載能力的地區(qū)，“開源” 已經(jīng)不可能。 ? （ 5）水資源利用和水資源保護相結(jié)合原則 在面向可持續(xù)發(fā)展的水資源優(yōu)化配置過程中，實際上已經(jīng)考慮到水資源的保護問題，這里需要強調(diào)的是：在制定水資源配置方案時應(yīng)盡可能將廢污水的排放減小到最低程度，以保持在水資源承載能力允許范圍內(nèi)。 ? （ 3）可持續(xù)性原則 通過水資源配置，以維持自然生態(tài)系統(tǒng)的更新能力和持續(xù)利用。②灌溉水量在時程上的合理分配，即根據(jù)各種不同來水過程，考慮灌區(qū)土質(zhì)、氣候特點和農(nóng)作物布局等條件在時程上進行優(yōu)化配水，使有限的灌溉水源獲得最大的經(jīng)濟效益。即根據(jù)水稻不同葉齡期的生理生態(tài)耗水規(guī)律，以葉齡進程為主軸，產(chǎn)量形成為目標，調(diào)節(jié)器官