科学计算灌溉用水量

文摘   2024-10-23 07:06   广西  
点击上方华最灌溉知识科普关注公众号
这是华最灌溉知识科普的第31篇原创文章
传统教科书及参考资料主要集中在农业灌溉工程的规划设计阶段,详细介绍了设计和施工的要求。因此,在进行灌溉系统的设计时,可以轻松找到大量相关资料、手册甚至教科书作为参考。然而,与设计相比,施工阶段的参考资料相对较少;而关于运行管理阶段的信息则更加稀缺。这种情况导致许多新进入该领域的工作者误将规划与设计指南当作运行管理手册使用,从而产生了一系列问题。
01             

问题与挑战

1. 规划设计与运行管理的差异:
  • 规划设计阶段:侧重于系统布局和技术规范,提供了详细的灌溉水量计算方法,但这些方法往往基于最大多数条件下的假设。
  • 运行管理阶段:需要考虑实际操作中的各种因素,如土壤湿度变化、气象条件、作物生长状况等。如果直接应用规划设计阶段的方法,可能导致水资源浪费或灌溉效果不佳。
2. 缺乏专门的运行管理说明书:
  •  初入行者难以找到针对灌溉系统运行管理的有效指导材料,这使得他们在管理和维护灌溉设施(如喷灌、滴灌等)时面临诸多挑战。
  • 为了提高灌溉施肥效率并确保作物健康生长,有必要开发专门的数字模型来评估灌溉施肥的效果,并据此制定合理的灌溉计划。
先说说,要科学地计算灌溉用水量,需要综合考虑多个因素,在不同的阶段遵循不同的科学决策步骤和方法。

02             

规划设计阶段

需要选择合适的灌溉方式。常见的灌溉方式如滴灌、喷灌、漫灌等,其水分利用效率各不相同。滴灌能够将水直接输送到作物根部,减少水分的蒸发和流失,相对而言更为节水;喷灌则可以均匀地湿润作物区域;漫灌则往往会造成较多的水资源浪费。在计算时,可以基于彭曼公式结合作物系数来计算作物的潜在蒸散量,再根据土壤水分的平衡方程,综合考虑降雨量、土壤初始含水量等因素,计算出实际需要补充的灌溉水量。更多的内容在微灌技术规范中都有详细地介绍,一般按照规范给出的步骤和方法都可以完成设计工作。
计算灌溉用水量的规范方法
确定灌溉对象的需水量
灌溉用水量的计算是基于项目所在地的最不利的灌溉方式、作物生育期最大耗水量、最不利的气象条件(长期没有降雨,即假定降水量=0)等因素进行设计计算的。首先需要确定作物的生长季节和生长期内的最大灌溉需求量,最不利的气象条件是作物在夏天时的需水量,在多种作物轮作时,选择夏天种植的需水最大的作物的耗水量。最后,根据灌溉系统的设计参数,如灌溉方式、灌溉效率等,计算出灌溉用水量。
在规划设计阶段,选择哪个作物生长的时期作为设计的依据,正确的选择应当是作物需水量最大时的生长期的耗水量是作物设计需水量,微灌工程设计规范,GB/T 50485-2020 《微灌工程技术标准》直接给出了针对作物的设计耗水量的表格,如关于作物设计耗水强度(mm/d)的下表。
在设计阶段无需考虑,如蔬菜在生长旺季的需水量可能高于成熟期等等,因为你只需要按照规范的指引进行计算就行,因为规范的数据是国内的权威部门组织专家进行多方论证后才能出的数值。
考虑土壤类型和质地
土壤的保水能力直接影响灌溉用水量。沙质土壤保水性差,需要更频繁地灌溉,但每次灌溉量相对较少;黏质土壤保水性好,灌溉频率可以降低,但每次灌溉量可能较大。但是,在设计阶段,你不需要过多考虑。只需要根据土壤的质地确定的土壤保水能力指标,常常说的,田间持水量大小,控制灌溉的水量在60~90%的田间持水量,即可。
计算有效降雨量
考虑自然降雨对灌溉用水量的影响。在计算灌溉用水量时,应减去有效降雨量。有效降雨量是指能够被土壤吸收并满足作物或植被需求的降雨量。
可以通过查询当地的气象资料,了解不同时间段的降雨量分布情况,并结合土壤的渗透能力和作物的需水特点,计算出有效降雨量。
在设计阶段无需考虑降雨影响,原因是这个时候,设计灌溉系统是为了保证灌溉过水大小的需求的,在没有降雨是最不利的条件,故这时用多日没有降雨的假设条件来设计系统,一定比过多考虑降水的系统更加保险。
确定灌溉效率
灌溉效率是指实际灌溉到作物根系层的水量与灌溉系统输出水量的比值。不同的灌溉方式和设备具有不同的灌溉效率。
例如,滴灌系统的灌溉效率通常较高,可以达到 90% 以上;而喷灌系统的灌溉效率则相对较低,一般在 70% ~ 80% 左右。
03             

运行管理阶段

在灌溉系统运行管理阶段,需要构建作物灌溉用水量计算模型。需要深入了解农作物的特性至关重要。不同的农作物在不同的生长阶段,其需水量存在显著差异。因此,需要明确种植的农作物种类,以及其当前所处的生长阶段,以便准确评估其基本的需水情况。其次,对土壤的性质进行详细分析。包括土壤的质地、孔隙度、持水能力等。

这些特性直接影响着水分在土壤中的存储和渗透情况,从而对灌溉用水量产生重要影响。再者,密切关注当地的气候条件。降雨量、气温、湿度、风速以及日照时长等气候因素都会影响农作物的蒸腾作用和土壤水分的蒸发量,进而改变灌溉需求。为了科学地计算灌溉用水量,构建一个适用于运行管理阶段的决策数字模型是必要的。以下是构建此类模型的步骤:
1. 数据准备:
  • 土壤特性:收集土壤质地、渗透性、持水能力等信息。
  • 气候条件:获取当地的气温、降水、蒸发量、风速等气象数据。
  • 农作物种类:明确种植的作物种类、种植面积、生长周期、需水规律等。
2. 参数设定:
  •   生长周期开始的时间点:确定作物播种或移植的具体时间。
  •   植物发育的不同阶段划分:根据作物的生长周期,将其划分为不同的发育阶段,如萌芽期、生长期、开花期、结果期等。
  •   初期生长速度:根据不同作物的生长特性,设定初始生长速度和其他相关参数。
3. 模型验证与优化:
  • 模拟结果与实地测量数据对比:通过比较模型模拟的灌溉需求与实际田间测量的数据,检验模型的准确性。
  • 反馈与改进:根据反馈不断调整模型参数,直至模型能够准确反映实际情况。
4. 应用实践:
  • 辅助灌溉决策:一旦模型经过充分调试后,即可将其运用于现实世界中,辅助做出灌溉决策。
  • 持续监控与调整:在实际应用过程中,需要持续监控灌溉系统的性能,并根据实际情况适时作出相应调整。
在设计阶段,灌溉用水量按照规范,GB/T 50485-2020 《微灌工程技术标准》指引就可以完成设计工作。在运行管理阶段科学计算灌溉用水量是一个复杂但关键的任务,需要综合考量农作物、土壤、气候、灌溉方式、系统效率和地形等多方面因素,以实现水资源的高效利用和农业的可持续发展。应用作物孪生数字模型可以有效提升灌溉系统的运行管理水平,减少水资源浪费,提高灌溉效率,促进农业新质生产力的发展。

END

灌溉知识圈
一个具有40多年灌溉专业经验的灌溉工程师的自媒体,更多内容敬请关注:www.irripro.com.cn。什么是高人?看这个网站,你就知道什么是灌溉,给他一件事在线灌溉水力计算他完成了,给他一件事智慧灌溉他还完成了,灌溉决策模型做出来了。
 最新文章