蔗区水量分析与节水灌溉

张刚

（云南省农业科学院甘蔗研究所，开远661699）

一般来说，最适宜种植甘蔗的区域为北纬24°以南。云南省境内热区面积较大，气温也较高，雨量适中，适合甘蔗生长。特别是南部的文山、红河、普洱、临沧等州市，神奇的北纬23°26′即北回归线穿境而过，光照时间长、昼夜温差大，特别有利于蔗糖分积累，是中国甘蔗种植优势区域之一。但受内陆季风条件和高原山地地形、地貌影响，年降雨量分布不均，水资源利用不高，冬春干旱现象普遍。加之长期以来的蔗田节水灌溉设施薄弱，甘蔗发芽成苗和生长不能摆脱干旱影响。

应有关部门及专家的要求，对国家糖料蔗核心基地（蔗区）的水量平衡问题、节水灌溉问题进行研究，为《云南省国家糖料蔗核心基地建设实施方案》的编制提供理论支持。

1 甘蔗的需水规律与灌溉说明

甘蔗是一种产量较高，对水分需求量较大的热带经济作物。甘蔗整个生长阶段的需水规律可以概括为“两头小，中间大”。萌芽和分蘖期需水量少，伸长期需水量大，成熟期需水量少。因此，掌握甘蔗不同生长期的需水量，把握灌溉数据，根据灌溉数据制定合理的灌溉制度并且严格按灌溉制度实施灌溉才能最大限度地发挥灌溉的增产效果。

⑴萌芽期：需水量占全生育期需水总量的8%～18%，主要是保持种苗萌发的生态用水，保证种苗早出齐苗。这一阶段要求保持土壤表层25cm左右的含水量达到最大持水量的55%～70%，低于55%要及时进行灌溉，但灌水宜浅灌，同时，注意防止田间积水造成种苗腐烂。

⑵分蘖期：这一阶段甘蔗植株还小，叶片少而小，因此蒸腾作用不大，需水不多。需水量占全生理期需水总量的15%～22%，这一时期正处于一年中强光照、气温较高、少雨干旱的时期，田间蔗株也尚未完全封行，土壤表面蒸发量大，土壤干旱将抑制分蘖。因此，在这阶段应注意勤灌、浅灌，保持土壤表层30cm范围内的含水量达最大持水量的60%～80%，促进幼苗的分蘖。

⑶生长期：这是甘蔗生长最快，实现甘蔗增产的关键时期，需水量占全生育期总量的54%～57%。这期间虽已进入雨季，田间蔗行已封行，土壤蒸发量明显减弱，但其叶面积指数、叶面蒸腾量、根系吸收能力等均同时达到了最大。对降雨量较少或长时间久旱不雨的蔗区，应及时进行灌溉，保持土壤表层50cm的含水量达到最大持水量的80%以上，保证土壤水分的持续供给能力。同时，也要注意清理田间排灌沟渠，防止遇到强降雨形成田间积水。

⑷成熟期：进入成熟期后，其伸长生长逐渐减弱，糖分积累加快，对水分的需求显著减弱。这一时期的灌水不要漫灌，以免造成甘蔗倒伏，有利于甘蔗的成熟和糖分的积累。春植蔗各生育期的适宜土壤湿度见表1。

土壤湿度/% 55-70 60-75 75-85 75-65 65-50生育期 苗期 分蘖期 伸长前期 伸长后期 成熟期表1春植蔗生育期适宜土壤湿度

2 蔗区水量计算

以云县茂兰蔗区为例。根据蔗区气象观测资料统计：多年平均降水量916mm，多年平均蒸发量2339mm；多年平均径流深616.8mm。

根据蔗区径流多及农田分布广的特点，以“高水高用、低水低用”的原则，采取引、蓄结合的灌溉方式，充分利用区间径流，配套节水灌溉设备，实现水资源的合理利用，实现经济效益最大化。

2.1 设计年降水量计算

设计流域无实测水文资料，取水河流茂兰河为罗闸河一级支流，可选用罗闸河太平关水文站作为参证站，该站海拔高程1001m，多年平均降雨量1300mm。利用该站实测降雨、径流资料推求各取水坝的设计降水、径流。由1/50000地形图上查算，并扣除上游长浪坝水库、转水箐水库径流面积后，由于设计流域为无资料区域，多年平均降雨量由茂兰河及邻近流域高程—降雨量关系图查得，为1670mm。

2.2 设计年径流计算

推求设计流域取水坝处多年平均径流量Q，供水量平衡分析使用。

a.多年平均径流深：由于设计流域为资料地区，径流深采用太平关站的资料推求，即将该站作为参证站推求设计流域之多年平均径流深，即R设，公式为：，式中：R设、R参为设计、参证流域多年平均径流深，R参=672mm；H设、H参为设计、参证流域多年平均降水量，H参=1299mm。

将各渠道取水坝设计流域多年平均降水量代入上式计算，茂兰河多年平均径流深：R设=864mm；

b.多年平均径流量：多年平均径流量按公式（W=R设F×103）（式中F为集雨场面积，m2）计算，得到茂兰河多年平均流水量826.5万m3。

2.3 蔗区灌溉需水量

灌溉制度按甘蔗需水特点和生长阶段进行设计，灌溉制度应保障甘蔗获得高产，灌溉制度包含灌水定额、灌水时间、灌水次数等内容。

2.3.1 灌溉保证率 根据《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99的规定，结合蔗区小型农田水利现状情况，设计保证率采用P=75%。

2.3.2 灌溉水利用系数 根据现状调查结果，蔗区现状灌溉水利用系数为0.40，还有潜力可挖。

2.3.3 甘蔗灌溉制度拟定 由于项目区附近缺乏水文、气象资料，本次灌溉制度根据实地调查情况，结合云南省地方标准《用水定额》DB53/T168—2006，综合拟定甘蔗灌溉制度。

甘蔗为常年作物，拟定每年灌水7次，每次灌水15～60m3/667m2，全年灌溉定额为290m3/667m2。

从上述分析计算结果可知，设计灌溉保证率为P=75%时，项目区耕地不超过667hm2，年最大需水量不超过290万m3，茂兰河完全能满足项目区供水。

3 蔗区水利设施

从资源的角度讲，只要到了干季，可用于灌溉的水量是有限的，必须节水灌溉；从经济的角度讲，只有在明白作物需水量的前提下，科学地进行节水灌溉，才能有效、经济地利用水资源，获得所期望的经济效益。

3.1 灌溉沟渠

3.1.1 灌溉沟渠设计 根据蔗区实际情况和《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），按灌区用水高峰期需求进行灌溉沟渠设计，灌溉水满足此期间的灌溉要求则能满足其他时期的灌溉要求。

依实际情况，综合有关意见，确定蔗区灌溉高峰期为甘蔗伸长期，灌溉时间30d为1个周期，甘蔗伸长期灌水定额为50m3/667m2；如每天需要灌溉9.3hm2，需水量为7000m3/d。根据高峰期总需求，渠道过流量应为0.17m3/s,沟渠断面暂定为0.4m×0.4m（宽×深）。根据实际测量的纵坡i=12‰,采用砼衬砌糙率n=0.016，当水深为0.3m时，流量为0.2m3/s大于需要的流量，加超高10cm，故确定该沟渠断面为0.4m×0.4m（宽×深）是合适的。灌溉沟渠因与机械动力道路配套，采用浆砌石支砌，沟帮宽30cm，沟底采用埋石混泥土浇注，厚20cm。

3.1.2 灌溉沟渠施工要求 根据规划布置路线进行施工放样，定好施工线，按施工线进行开挖和支砌。支砌时要求分层砌筑，石块之间的上下竖缝必须错开、要求丁字交错排列。每层砌筑后，其表面必须大至平整，不可有尖角、驼背、放置不稳现象，并有足够的接触面。分段砌筑时，必须留错缝≥15cm的踏步接头；砌体用M 7.5砂浆，要求其和易性好，灰缝砂浆饱满度要求达到85%以上。应按设计计算专项施工，竣工后要及时检查断面尺寸与沟底比降是否符合规划设计要求。

3.2 水窖

水窖是收集天然降雨和闲散水源，供人畜饮水、农作物保苗用水，是当前解决山区冬春初夏干旱行之有效的办法。水窖适用于山区一家一 户集雨供水和旱地集雨灌溉蓄水。

3.2.1 水窖布局和选址 ⑴以灌溉保苗为主的水窖。①以投资规模定水窖建设数，但需集中连片、突出重点；②以受益面积定窖数，有常流水区0.66～1hm2布窖1个，无水源、靠天然降雨区0.2～0.33hm2布窖1个；③在常年耕地上建窖，非耕地不建窖。⑵水窖选址应本着有利于集水、方便取水的原则。⑶水窖应选择在无洪水、滑坡和坍塌，施工方便，易于蓄水的地点建窖。⑷水窖应避免建在堆积层和松散土质中。⑸一般情况下，水窖应选择在受益人口和耕地的上方，以便引水饮用或灌溉，有时也可建在用水的地方，采取提水方式取水。

3.2.2 集流场 面积确定，可按下式计算Wd=Rp×A×N，式中：Wd－全年供水量；Rp－对应某一频率的全年降雨量；A－集流场的面积；N－集流场的集流效率。

3.2.3 水窖有效蓄水量 水窖有效蓄水量可按下式计算：V=KW（1－α），式中：V－有效蓄水量（m3）；W－全年供水量（m3）；α－蓄水工程蒸发渗漏系数，取0.05～0.1；K－容积系数，取0.3～0.4。

3.2.4 水窖的容积 常用的水窖容积为10～30m3，一般应结合需水量和全年供水量来确定。即：水窖容积≥全年供水量＞有效蓄水量≥需水量。

3.2.5 沉沙池 位置应高于进水口，大小由来水量和积流面的大小确定，一般采用长2～3 m、宽1.5～2 m、深1m的水池作为沉砂池，可以用混凝土浇筑，也可砖砌，整个内表面用3层水泥砂浆抹面作防渗处理。

3.2.6 进水管 用于连接沉沙池和水窖主体，可修成明渠或埋管两种形式，其大小根据来水量确定，一般采用DN150的塑料管就可以了。进水管和沉沙池连接处应设置拦污栅，拦污栅做成正方形网格，防止水流中的漂浮物进入水窖。

3.3 引水管道

蔗区要实现节水灌溉，引水管道的设计安装是必需的。

3.3.1 引水管道所需流量计算 项目所设管道主要用于水池间的输水，根据规范，管道正常工作情况下可以不考虑输水损失，即管道水的有效利用率不低于0.97，根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），管道设计灌溉流量计算公式为：

a—作物种植面积占灌区面积百分比；m—作物一次灌水的灌水定额；T— 一次灌水的延续时间 （灌水延续时间为10d）；t—一天灌水的工作时间（14h）；A—灌溉面积（hm2）；q净——设计净灌水率〔m3/（s·hm2）〕；η—灌溉水有效利用系数，管道取0.81；Q设—设计流量（m3/s）。

3.3.2 引水管道设计工作水头计算 根据规划图中管道布置及地形条件，计算管道设计工作水头：h0=Z1-Z2式中：h0—管道设计工作水头（m）；Z1—管道起点地面高程（m）；Z2—管道终点地面高程（m）。工作水头h0必须大于水头损失，管道里的水才会流动；否则需要用水泵送水。

3.3.3 管径确定 先根据管道的设计流量Q0及PE管经济流速V，计算管道内径D0，选取与生产行业标准规格较接近的数值作为管道内径。

式中：D0—管道计算内径（mm）；Q0—管道设计流量（m3/s）；π—圆周率（π=3.1416）；V—管道经济流速（m/s）。根据规范，PE管经济流速V=0.7～0.8m/s。

4 节水灌溉技术的优缺点

蔗区节水灌溉技术大体有渠道防渗、低压管道灌溉、喷灌、滴灌4种，却是各有各的优缺点。在项目区选择哪种节水灌溉技术，可根据实际需要、投资额度和实地勘察来选定。

4.1 渠道防渗技术

4.1.1 渠道防渗技术的优点 主要反映在3个方面，一是通过采取防渗措施，可节约灌溉用水；二是渠道防渗后可减少看水员，降低管理费用；三是防止渠道冲刷，防止坍塌，提高渠道稳定性。

4.1.2 防渗渠道技术的缺点 一是高寒地区冻坏现象比较明显；二是维修费用较大；三是占地多，与低压管灌相比，多占地20%左右。

4.2 低压管道灌溉技术

它具有省水、节地、宜管理、省工省时等优点，它与渠道相比，可使水利用系数提高到90%以上，可使单位面积毛灌水定额减少30%左右，节地20%左右，同时可缩短轮灌周期，扩大灌溉面积，具有显著的社会效益和经济效益。缺点是节水效果未能进一步优化。

4.3 喷灌技术

喷灌的优点有：一是节约用水，二是提高农作物的产量，三是适应性广，四是节省劳动力。喷灌的主要缺点：一是受风的影响较大，二是蒸发损失大，三是一次性投入大。

4.4 滴灌技术

4.4.1 滴灌技术的优点 （1）节水、节肥、省工：滴灌属全管道输水和局部微量灌溉，一是可以节水，二是结合施肥，实现水肥一体化，大大提高了肥料的有效利用率，节省化肥施用量，三是滴灌系统仅通过阀门人工或自动控制，又结合了施肥，因此能节省劳力投入。（2）保持土壤结构：滴灌属微量灌溉，水分缓慢均匀地渗入土壤，对土壤结构能起到保持作用。

4.4.2 滴灌技术的缺点 （1）易引起堵塞：灌水器的堵塞是当前滴灌应用中最主要的问题，滴灌时水质要求较严，一般应经过过滤，水肥一体时应选择易溶于水的肥料，使其完全溶解时再启动滴灌装置。（2）可能影响根系的生长：由于作物的根系有向水性，滴灌又只湿润部分土壤，这样就会引导作物根系集中向湿润区生长。

[1]云南省农业厅.云南省中低产田地改造技术[M].昆明：云南科技出版社，2010.

[2]昝逢刚，吴转娣，吴才文，刘家勇，杨昆.滇西南地区甘蔗生产调查报告[J].中国糖料，2010（3）：43-45.

[3]张跃彬.中国甘蔗产业发展技术[M].北京：中国农业出版社，2011.