【正文】 是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要組成部分，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)和民生中起著舉足輕重的作用。通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施所形成的節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)集成體系及其一系列關(guān)鍵技術(shù)和成果，將對(duì)晉中市井渠結(jié)合地區(qū)解決水資源高效利用和農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)問(wèn)題起到一定指導(dǎo)性作用。太原理工大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文多水源灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究摘 要目前水資源利用中存在的主要問(wèn)題是：一是重視水利工程建設(shè)，輕視農(nóng)業(yè)水資源管理。關(guān)鍵詞：節(jié)水農(nóng)業(yè)，干旱地區(qū)，井渠，晉中市 RESEARCH ON THE TECHNOLOGY OF SAVING WATER AGRICULTURE IN IRRIGATIVE AREA OF MANY WATER SOURCEABSTRACTAt present there are three primary problems in water resource using: first, we only regard construct on water conservancy , but despise manage on agricultural water resource. Some advanced agricultural saving water technology and modern managing measure can not be extended in large area, in the great mass of irrigative area irrigative water using efficiency is low, irrigative ration is large, so water resource is heavy wasted。但如今隨著世界人口和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，人類對(duì)自然資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致水資源不斷遭到破壞，再加上基礎(chǔ)設(shè)施投入嚴(yán)重不足等因素的影響，水資源的供應(yīng)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類生產(chǎn)和生活的需要，這嚴(yán)重制約了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展，如今水資源短缺問(wèn)題已經(jīng)受到世人的密切關(guān)注，成為21世紀(jì)亟待解決的全球性問(wèn)題。而且水資源在時(shí)間上的分布也十分不均，江水過(guò)于集中，一般地區(qū)每年汛期（一般3~4個(gè)月）降水量占全年的70%左右，這意味著將有大部分水量形成洪水徑流而流失[4]。水和土地是糧食生產(chǎn)的戰(zhàn)略資源，在我國(guó)尤其如此，農(nóng)作物生產(chǎn)中灌溉面積上的生產(chǎn)占有舉足輕重的作用，近80%的糧食產(chǎn)于灌溉農(nóng)田。節(jié)水灌溉是根據(jù)作物需水規(guī)律及當(dāng)?shù)毓┧畻l件，為了有效的利用降水和灌溉水，獲取農(nóng)業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益而采取的多種措施的總稱[23]。滴灌技術(shù)隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。70年代噴灌技術(shù)在我國(guó)受到普遍的重視，從而推進(jìn)了我國(guó)噴灌技術(shù)的發(fā)展。大型、中型、。所以本項(xiàng)目的研究試驗(yàn)區(qū)確定在晉中市范圍內(nèi)。其東部邊界與洪積傾斜平原相連。一年四季氣候分明，晝夜溫差大。土壤耕作層深度一般為20～25cm，質(zhì)地粘壤到中壤。該灌區(qū)屬瀟河灌區(qū)范圍，渠灌灌溉水源的主體為瀟河來(lái)水。瀟河灌區(qū)以瀟河為界分為南北兩個(gè)灌區(qū)。瀟河灌區(qū)具有悠久的灌溉歷史，灌溉渠系完整，干、支、斗、農(nóng)、毛五級(jí)灌溉渠系配套。除現(xiàn)有的管灌管網(wǎng)外，井灌明渠的防滲率可達(dá)50%左右。擁有移動(dòng)噴灌機(jī)組39臺(tái)。兩項(xiàng)合計(jì)畝均灌水量為350m3/畝，從用水總量上看，項(xiàng)目區(qū)目前的地面水和地下水用水比例為1:1左右。近年來(lái)，榆次區(qū)把建設(shè)生態(tài)市放在首位，這個(gè)發(fā)展方向既遵循了可持續(xù)發(fā)展的原則，又符合山西省建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)的總體技術(shù)路線，被國(guó)務(wù)院確定為首批3000個(gè)節(jié)水增產(chǎn)重點(diǎn)縣（市）之一后，又被國(guó)家環(huán)保局確定為全國(guó)56個(gè)縣(市)生態(tài)示范市之一，被省政府確定為林業(yè)生態(tài)建設(shè)示范市和農(nóng)業(yè)生態(tài)示范市。根據(jù)水資源可持續(xù)利用的這一基本內(nèi)涵，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)在水資源利用中存在的問(wèn)題，提出項(xiàng)目區(qū)水資源可持續(xù)利用方略：1)節(jié)水灌溉是水資源持續(xù)利用的基礎(chǔ)。節(jié)水灌溉是為了保證水資源的持續(xù)利用及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。井渠結(jié)合灌溉，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源的多年調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)示范區(qū)四水轉(zhuǎn)化關(guān)系分析，%，作為能夠連續(xù)地供給作物吸收利用的土壤水庫(kù)及土壤水，在四水中是不可忽視的重要組成部分。2)充分利用天然降水采用平整土地、深翻松土、秸稈還田、增施有機(jī)肥、耙耱保墑、填筑畦埂等農(nóng)業(yè)耕作措施，盡量增大土壤的降雨入滲能力和保水能力。節(jié)水要抓大頭，渠道防滲是減少輸水損失的主要措施。新發(fā)展該類工程面積應(yīng)按照三優(yōu)先的原則積極穩(wěn)步發(fā)展，即：優(yōu)先選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)、技術(shù)水平高、適度經(jīng)營(yíng)、統(tǒng)一種植、統(tǒng)一管理的城市郊區(qū)推廣使用；優(yōu)先選擇經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜、果樹(shù)等作物在田間或大棚中應(yīng)用；優(yōu)先在有天然水頭落差或?qū)嵤┑孛婀喔扔欣щy的地區(qū)采用。8)倡導(dǎo)用水戶參與灌溉管理并建立和完善兩套指標(biāo)體系用水戶參與灌溉管理是國(guó)際推薦的一個(gè)比較成熟的模式，我省進(jìn)行了一些試點(diǎn)。項(xiàng)目區(qū)所在的瀟河灌區(qū)是一個(gè)井渠結(jié)合灌區(qū)，地表水依賴于瀟河上游河道徑流，由于該灌區(qū)渠首為無(wú)調(diào)蓄低壩引水，而全年降水又幾乎集中在年度的7—8月份，因而地表來(lái)水利用率極低。項(xiàng)目區(qū)通過(guò)多年農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設(shè)，已有70%以上的農(nóng)田實(shí)現(xiàn)了管道灌溉。4)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)向綜合方向發(fā)展。灌區(qū)用水管理不善,在很大程度上與管理體制有關(guān)，因此，要重視運(yùn)用經(jīng)濟(jì)杠桿和政策實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的合理分配與有償使用。表32 不同春冬小麥品種產(chǎn)量試驗(yàn)結(jié)果Table 32 spring and winter wheat varieties yield results品種（系）名稱比對(duì)照增產(chǎn)（%）比對(duì)照WUE提高（%）臨豐536長(zhǎng)6878晉麥47西農(nóng)2911石家莊8號(hào)節(jié)優(yōu)218冬小麥水肥耦合技術(shù)的小區(qū)試驗(yàn)工作，設(shè)置了不同的水、肥組合處理，在30個(gè)小區(qū)（20m2）的小區(qū)上進(jìn)行試驗(yàn)。在半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)徑流量一般比較小，且主要出現(xiàn)在汛期，可以根據(jù)一定的產(chǎn)流機(jī)制來(lái)估算。通常情況下，被當(dāng)作一個(gè)常數(shù)處理(記作)。對(duì)于冬小麥。根據(jù)土壤特性及實(shí)測(cè)的土壤水分動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，可以確定以上公式中的參數(shù)，即可對(duì)冬小麥農(nóng)田水分消耗與轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行分析。圖33則給出了冬小麥生育期01m土壤臨界含水量和潛在騰發(fā)量的動(dòng)態(tài)變化曲線。中等灌水處理(105mm)的6小區(qū)和低灌水處理的23小區(qū)的騰發(fā)量則介于113之間。(5) 圖33(a)表明決定作物水分脅迫的臨界含水量并不是一個(gè)定值，而是在一個(gè)區(qū)間波動(dòng)。已有的研究成果表明，水分敏感指數(shù)具有一定的累加性，可以用logistic曲線來(lái)描述敏感指數(shù)累積曲線，即： (312)式中、為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。ANN中最常用的是基于BP算法的前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（權(quán)重和閾值）可以根據(jù)一定數(shù)量的訓(xùn)練樣本利用BP算法與遺傳算法（GA）相結(jié)合對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到。②在適宜的水分條件下水的增產(chǎn)效果較為顯著，過(guò)度干旱或過(guò)度濕潤(rùn)的水分條件下水的增產(chǎn)效果不明顯，也即是說(shuō)，適宜水分條件下水分增產(chǎn)的邊際效益較高。2) 灌水與施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響圖39表示冬小麥返青后灌水量對(duì)產(chǎn)量的影響。模型計(jì)算產(chǎn)量與實(shí)測(cè)產(chǎn)量的比較如圖311所示。對(duì)于灌溉水資源優(yōu)化配置問(wèn)題，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一系列的研究成果，但與農(nóng)業(yè)節(jié)水的實(shí)踐還有一定差距。按照模型中是否考慮氣象等因素的隨機(jī)性，灌溉制度優(yōu)化模型可以分為確定性模型和隨機(jī)性模型兩大類，其中確定性模型是應(yīng)用最多的模型。因此需要將降水、蒸發(fā)等過(guò)程視為隨機(jī)過(guò)程，根據(jù)歷史資料分析其隨機(jī)變化特點(diǎn)，進(jìn)而研究隨機(jī)因素影響下的農(nóng)田水分轉(zhuǎn)化與消耗規(guī)律、灌溉水資源優(yōu)化配置模型和方法。1) 灌溉水資源優(yōu)化配置模型對(duì)于一個(gè)灌區(qū)來(lái)說(shuō)，灌溉水量的時(shí)空優(yōu)化分配是一個(gè)多層次問(wèn)題，包括灌區(qū)內(nèi)各子區(qū)的水量?jī)?yōu)化分配、子區(qū)內(nèi)作物間的水量?jī)?yōu)化分配、作物生育期內(nèi)的水量?jī)?yōu)化分配（作物優(yōu)化灌溉制度）等層次，因此可以根據(jù)大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理建立灌區(qū)水量的優(yōu)化分配模型（圖312）。在以上分析中只考慮了灌水總量及底肥、追肥量對(duì)產(chǎn)量的影響。圖39 返青后灌水量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響Figure 39 reviving irrigation on winter wheat yield in與灌水量對(duì)產(chǎn)量的影響類似，圖310表明冬小麥產(chǎn)量隨底肥和追肥量的增加也都具有增加的趨勢(shì)。表37 冬小麥BP模型權(quán)值及閾值Table 37 winter wheat BP model weights and thresholdωijqiTliJl 圖37 BP網(wǎng)絡(luò)計(jì)算產(chǎn)量與實(shí)測(cè)產(chǎn)量比較 圖38 階段受旱對(duì)產(chǎn)量的影響Figure 37 BP network puting yield Figure 38 stages of the droughthit yieldwith the measured yieldANN模型分析得到的階段水分敏感性規(guī)律與Jensen模型分析得到的結(jié)果略有差異，主要是返青～拔節(jié)和抽穗～灌漿階段的水分敏感性大小順序發(fā)生變化，且ANN模型中灌漿～收獲階段的水分敏感性較Jensen模型同階段水分敏感性小。以1990、1991991995年為訓(xùn)練年，1994年為校準(zhǔn)年，1989年為校核年訓(xùn)練得到的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值見(jiàn)表37，計(jì)算產(chǎn)量與實(shí)測(cè)產(chǎn)量的比較見(jiàn)圖37。在本項(xiàng)研究中，利用BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述水分對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，取得了較好的效果。在6個(gè)生育階段中，后4個(gè)階段水分敏感指數(shù)較大，其中拔節(jié)～抽穗階段的水分敏感指數(shù)最大，其次是抽穗～灌漿階段，最后是返青～拔節(jié)和灌漿～收獲；播種～越冬和越冬～返青兩個(gè)階段的水分敏感指數(shù)最小，與其它階段水分敏感指數(shù)相比，幾乎可以忽略。隨后，作物潛在騰發(fā)量不斷增大（圖33(b)），在拔節(jié)至灌漿期達(dá)到較大的值，這樣也在一個(gè)較大值的范圍內(nèi)波動(dòng)，如果土壤水分不斷消耗而沒(méi)有得到及時(shí)的補(bǔ)充，作物很容易受到水分脅迫。而沒(méi)有灌水的13小區(qū)則受到較大的深層補(bǔ)給。但FAO模型與指數(shù)模型相比，其優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有、兩個(gè)待定參數(shù)，其尋優(yōu)過(guò)程更加簡(jiǎn)便，結(jié)果更易于收斂。利用瀟河灌溉試驗(yàn)站（位于山西省晉中市榆次區(qū)，176。所以(36)、(37)兩式全面的表達(dá)了土壤供水能力和作物潛在騰發(fā)量?jī)煞矫娴囊蛩嘏c的關(guān)系。不僅與土壤因素(、)有關(guān)，也與作物因素(種類、生長(zhǎng)階段、長(zhǎng)勢(shì)、根系分布、耐旱抗旱能力)和氣象因素有關(guān)。田間騰發(fā)量取決于大氣蒸發(fā)能力（以參考作物騰發(fā)量表示）、作物類型及生長(zhǎng)狀況（以作物系數(shù)表示）、土壤供水情況（以土壤水分脅迫系數(shù)表示），采用單作物系數(shù)計(jì)算騰發(fā)量的公式為： (32) (33)式中，為不受水分脅迫時(shí)的農(nóng)田潛在騰發(fā)量。目前已完成2年的試驗(yàn)觀測(cè)工作，對(duì)冬小麥水肥耦合試驗(yàn)資料進(jìn)行了系統(tǒng)的整編，同時(shí)收集整理項(xiàng)目區(qū)有關(guān)的試驗(yàn)成果。第三章 項(xiàng)目區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)研究針對(duì)項(xiàng)目區(qū)的主導(dǎo)作物玉米和冬小麥，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、小區(qū)試驗(yàn)、產(chǎn)量調(diào)查，對(duì)不同品種的產(chǎn)量、水分利用率進(jìn)行分析，篩選適合于本項(xiàng)目區(qū)的冬小麥、玉米抗旱品種。因此，節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用基本是單項(xiàng)性的。主要原因， m/畝，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求還有不小的差距，實(shí)際上許多管道只是起著遠(yuǎn)距離輸水的作用；第二是井水灌溉仍沿用大水漫灌的灌溉方式，畦田長(zhǎng)度在180—220m，使得灌溉時(shí)間長(zhǎng)、畝次用水量大、浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，—。許多現(xiàn)有機(jī)井出水量不足，甚至有的機(jī)井逐步報(bào)廢。協(xié)會(huì)作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)體，管理部門把斗渠以下經(jīng)營(yíng)權(quán)轉(zhuǎn)讓給協(xié)會(huì)。7)節(jié)水農(nóng)業(yè)在重視工程節(jié)水的同時(shí)，更要重視農(nóng)藝節(jié)水和管理節(jié)水節(jié)水農(nóng)業(yè)只有做到工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、管理節(jié)水三結(jié)合，才能真正達(dá)到高產(chǎn)、節(jié)水、高效。低壓管道灌溉在井灌區(qū)是行之有效的技術(shù)措施，有條件的渠灌區(qū)應(yīng)推廣應(yīng)用，以減少渠系輸水過(guò)程中的滲漏、蒸發(fā)、跑水、漏水等無(wú)效損失，提高渠系水利用率。3)將先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)與高效農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)組裝集成山西省長(zhǎng)期以來(lái)偏重于推廣應(yīng)用單一的節(jié)水灌溉工程技術(shù)，強(qiáng)調(diào)了節(jié)水但效益不高。同時(shí)，對(duì)于滲入土壤之中的水分，要采取措施盡量減少非生產(chǎn)性無(wú)效消耗。3)實(shí)施引洪補(bǔ)源和攔蓄地表徑流。因此，必須堅(jiān)定不移地堅(jiān)持大力發(fā)展節(jié)水灌溉。年內(nèi)降水多集中在6～9月份。糧食生產(chǎn)居全省十強(qiáng)縣（市）之一；蔬菜生產(chǎn)連續(xù)六年奪全省之冠；禽蛋和肉類產(chǎn)量分別名列全省第三和第四；果品產(chǎn)量居全區(qū)第二。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)概況項(xiàng)目區(qū)主要以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主，主要種植作物為小麥、玉米、棉花、蔬菜，小麥的種植面積約占42%～45%；%～%；棉花的種植面積4%～6%；蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物播種面積約26%～32%，其它豆類等種植面積約為5%～8%，復(fù)播指數(shù)接近30%，種植模式為：小麥復(fù)播豆類、蔬菜，次年種玉米，玉米收割后種小麥，這樣一種種植模式。目前，所鋪設(shè)管道的大部分用來(lái)解決無(wú)井地塊灌溉水的遠(yuǎn)距離輸送，或小流量井之間的并聯(lián)。項(xiàng)目區(qū)地形平坦，當(dāng)?shù)貜搅骷俺菂^(qū)污水通過(guò)退水區(qū)向項(xiàng)目區(qū)外排放。截止目前，灌區(qū)共有灌溉機(jī)井451眼，其中出水量大于30m3/h的機(jī)井110眼，%，出水量在20～29m3/h之間的機(jī)井169眼，%，出水量在10～19m3/h之間的機(jī)井109眼，%，出水量小于10t的機(jī)井63眼，%。本課題所選灌區(qū)位于瀟河北岸的民豐灌區(qū)上游，屬北干二支、三支、四支及中三支的灌溉范圍。瀟河灌區(qū)取水樞紐位于榆次區(qū)東南源渦村，屬于低壩引水樞紐。土壤粘粒比表面積大，粒間排列密實(shí)，毛管孔隙多，非毛管孔隙少，通氣透水性差，好氣性微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)質(zhì)分解慢，田間持水量大，保水抗旱力強(qiáng)。年均無(wú)霜期約171天，終霜日出現(xiàn)在4月下旬，初霜日出現(xiàn)在10月上旬。海拔高程在776m～803m之間。提出各種技術(shù)集成組合形式的投入產(chǎn)出效益關(guān)系。綜上所述，可以看出，我國(guó)灌溉水利用率相對(duì)較低。我國(guó)從1974年引進(jìn)滴灌，在20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始得以較快發(fā)展，但其對(duì)技術(shù)