農田灌溉過程中的水力學問題

姜錦原

【摘要】農田灌溉過程中的水力學問題研究對人們生產社會實踐至關重要。通過對問題的深入了解可以有效解決農田灌溉過程中運水難、浪費大、造價貴等問題。筆者通過閱讀大量的相關文獻，并結合以往在農田灌溉實踐經驗，對農田灌溉過程中水力學問題進行系統的分析，旨在找到解決實踐中的運水難、浪費大、造價貴等問題。

【關鍵詞】農田灌溉；實踐經驗；系統分析；運水難；浪費大；造價貴

一、水力學理論概論

農田灌溉過程中的水力學問題屬于水力學問題的重要分支，在實際生產實踐中得到了非常重要的應用。水力學旨在研究水的宏觀運動規律以及水在生產生活中的應用，主要分為水靜力學和水動力學。農田灌溉過程中的水力學問題一方面作為水動力學的代表，例如農田灌溉過程中水的流速計算；同時農田灌溉過程中的水力學問也在一些階段體現了水靜力學的現象，例如農田輸水灌渠的研究。

另一方面，農田灌溉過程中的水力學問題研究通常與生產實踐相結合，是一門實踐科學，人們通過在實踐中的觀察豐富了農田灌溉過程中的水力學問題研究，對水力學的發展做出了巨大的貢獻。

二、農田灌溉的四個階段力學分析

（一）水流的輸送

通常在生產實踐過程中將灌溉用水從水源地輸送到農田的過程成為水流輸送。灌溉所用的水在輸送的往往受到多種不同力的作用從水源地源源不斷的留到田地，在這個過程中主要分為兩種情況。

1.水源地重力勢能高于農田的重力勢能

當水源地重力勢能高于農田的重力勢能時候，水流將自發的從水源地通過水流渠道到達田地。在水流的過程中，水在輸送的過程中將水的重力勢能轉化為睡得機械能，也就是水的速度。當水源地的重力勢能和農田的重力勢能相差越大，水最終獲得的機械能也就越大，也就是水在到達田地的時候的速度將越快。

水的流速不同對運水渠道的要求也不盡相同。通過水動力學知識可知，水在流動的過程中主要受到重力的作用，重力被分解為垂直于水渠底面方向和平行于水渠底面方向。水的速度越大，相同水渠長度的重力落差就越大，水的重力在垂直于水渠底面方向的力就越小，那么水向外滲透的趨勢就越小，就越有利于水的運輸。

通過以上分析可知，在水源地重力勢能高于農田的重力勢能的情況下，水的運輸主要表現在流速快和滲透能力弱。因此在實踐中這種情況對水的浪費也就越少，特別是遠距離水的運輸，水的滲透能力是一個非常重要的需要考慮的因素。因此遠距離運輸需要對水渠進行加固處理，例如混凝土加固水渠。

2.水源地重力勢能低于農田的重力勢能

當水源地重力勢能低于農田的重力勢能時候，水需要借助外力將其運輸到田地中。在實踐中的做法通常有兩種。

（1）將水源地的水運輸到比田地地勢高德地方模仿水源地重力勢能高于農田的重力勢能的情況。

（2）通過管道運輸。在水源地通過水泵的壓力將水通過管道運輸到田地中。

（二）農田灌水

實際生產實踐過程中，基于農田地理地形條件不同和農田作物的不同會選擇不同的農田灌水方式。通常農田灌水三種情況。

1.地面灌溉

地面灌溉就是將到達田地的水流直接送到田地當中，水流通過重力作用在天地中自由的流動，地勢低的地方將聚集較多的水，地勢高的地方水會很少。這種方式的好處就是成本較低，便于管理。但是缺點就是灌水不均勻，受到田地地形還有土壤的情況影響嚴重。

同時由于采用地面灌溉水流都會很大很快，這種情況不利于水的深層次滲透。

通常當水在田間迅速流動的時候水只會被滲透到較淺的地表就會迅速的流走，處于地表的土壤受到較強的蒸發作用，被灌溉的水很大一部分都會被蒸發掉，而一些植物較深根系并不會有效的得到水的補充。

2.滴灌

滴管就是借助特定的滴灌水管將水均勻的緩慢的輸送到田地的各處。滴灌水管是由特殊的材料制成，這些水管在受到一定的水壓的作用下就會均勻而緩慢的往外滲水。

在生產實踐過程中，滴灌主要分為兩種。

（1）第一種就是孔滲形的，在使用的過程中是將這些滴灌水管埋在農作物的根系的旁邊，滴灌水管中的水就會源源不斷的緩慢而均勻的往外滲透。由于其滲透速度緩慢，所以受到近地表蒸發作用影響很少，這種滴灌的使用可以有效的減少水的損耗，同時均勻的滲透還可以增加根系對水的有效吸收。

（2）另一種是微噴頭形的滴灌。這種滴灌水管在生產實踐中是被放置于地表接近植物根系的位置。其效果和孔滲形的相差不大。但是由于其是在地表，所以受到的蒸發作用明顯，通常是使用在蒸發作用較小的地區。

3.噴灌

噴灌是采用特殊的裝置將灌水模仿成天然的降雨。這種方式最大的好處是，在噴管的過程中植物的枝葉也會吸收到大量的水分，這種灌溉方式適用于那些枝葉吸收水分能力出色的作物。

（三）土壤吸收

農田灌水土壤吸收主要是水受到重力的作用從上往下滲透，而水的滲透過程中還要受到土壤對其的摩擦阻力，因此土壤對水的吸收能力還與土壤的成分有很大的關系。顯然疏松的土壤對的運動的阻力較小，土壤對水的吸收就較好；板結的土壤對水的摩擦阻力較大，水很難向下滲透。

（四）植物吸收

植物的根系都有吸收水分的細胞。細胞是通過半透膜來吸收水分的。半透膜的一側是植物的細胞液，半透膜的另一側是土壤溶液。當細胞液濃度低于土壤液濃度（植物細胞的含水量低于土壤中的含水量）的時候才會發生水分從土壤中向植物細胞中的滲透作用。而滲透作用的快慢也取決于細胞液和土壤液的濃度差，濃度差越大，滲透效果越好。

三、農田灌溉總結

通過以上對農田灌溉的四個階段力學分析，我們初步的總結出在在不同水源地勢、采用不同灌溉方式情況下灌溉水流的運動情況、植物對水吸收情況和水的損耗情況。在這個過程中主要考慮的是三個方面的問題。

（一）影響灌溉水流速度的原因

影響水流速度最主要的因素就是重力勢差和水流運動收到的阻力大小，具體的實際體現就是水源和田地地勢差距、田地地形、土壤的成分等等。水流速度是重力和阻力綜合作用的結果，因此在實際中需要獲得什么樣的灌溉水流流速度就需要從重力和阻力兩個方面著手解決。

（二）水的損耗

在實際灌溉過程中減少水的損耗是非常重要的，尤其是在缺水的地區。通過以上的分析可以知道增加水在運輸途中的速度、加固運水渠道、采用滴灌等方式都能有效的降低水的損耗。

（三）水的吸收

基于前面的分析，可以知道采用滴灌和噴灌方式可以有效的增加植物對水的吸收。

參考文獻

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