农田灌溉过程中的水力学问题

姜锦原

【摘要】农田灌溉过程中的水力学问题研究对人们生产社会实践至关重要。通过对问题的深入了解可以有效解决农田灌溉过程中运水难、浪费大、造价贵等问题。笔者通过阅读大量的相关文献，并结合以往在农田灌溉实践经验，对农田灌溉过程中水力学问题进行系统的分析，旨在找到解决实践中的运水难、浪费大、造价贵等问题。

【关键词】农田灌溉；实践经验；系统分析；运水难；浪费大；造价贵

一、水力学理论概论

农田灌溉过程中的水力学问题属于水力学问题的重要分支，在实际生产实践中得到了非常重要的应用。水力学旨在研究水的宏观运动规律以及水在生产生活中的应用，主要分为水静力学和水动力学。农田灌溉过程中的水力学问题一方面作为水动力学的代表，例如农田灌溉过程中水的流速计算；同时农田灌溉过程中的水力学问也在一些阶段体现了水静力学的现象，例如农田输水灌渠的研究。

另一方面，农田灌溉过程中的水力学问题研究通常与生产实践相结合，是一门实践科学，人们通过在实践中的观察丰富了农田灌溉过程中的水力学问题研究，对水力学的发展做出了巨大的贡献。

二、农田灌溉的四个阶段力学分析

（一）水流的輸送

通常在生产实践过程中将灌溉用水从水源地输送到农田的过程成为水流输送。灌溉所用的水在输送的往往受到多种不同力的作用从水源地源源不断的留到田地，在这个过程中主要分为两种情况。

1.水源地重力势能高于农田的重力势能

当水源地重力势能高于农田的重力势能时候，水流将自发的从水源地通过水流渠道到达田地。在水流的过程中，水在输送的过程中将水的重力势能转化为睡得机械能，也就是水的速度。当水源地的重力势能和农田的重力势能相差越大，水最终获得的机械能也就越大，也就是水在到达田地的时候的速度将越快。

水的流速不同对运水渠道的要求也不尽相同。通过水动力学知识可知，水在流动的过程中主要受到重力的作用，重力被分解为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，相同水渠长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，那么水向外渗透的趋势就越小，就越有利于水的运输。

通过以上分析可知，在水源地重力势能高于农田的重力势能的情况下，水的运输主要表现在流速快和渗透能力弱。因此在实践中这种情况对水的浪费也就越少，特别是远距离水的运输，水的渗透能力是一个非常重要的需要考虑的因素。因此远距离运输需要对水渠进行加固处理，例如混凝土加固水渠。

2.水源地重力势能低于农田的重力势能

当水源地重力势能低于农田的重力势能时候，水需要借助外力将其运输到田地中。在实践中的做法通常有两种。

（1）将水源地的水运输到比田地地势高德地方模仿水源地重力势能高于农田的重力势能的情况。

（2）通过管道运输。在水源地通过水泵的压力将水通过管道运输到田地中。

（二）农田灌水

实际生产实践过程中，基于农田地理地形条件不同和农田作物的不同会选择不同的农田灌水方式。通常农田灌水三种情况。

1.地面灌溉

地面灌溉就是将到达田地的水流直接送到田地当中，水流通过重力作用在天地中自由的流动，地势低的地方将聚集较多的水，地势高的地方水会很少。这种方式的好处就是成本较低，便于管理。但是缺点就是灌水不均匀，受到田地地形还有土壤的情况影响严重。

同时由于采用地面灌溉水流都会很大很快，这种情况不利于水的深层次渗透。

通常当水在田间迅速流动的时候水只会被渗透到较浅的地表就会迅速的流走，处于地表的土壤受到较强的蒸发作用，被灌溉的水很大一部分都会被蒸发掉，而一些植物较深根系并不会有效的得到水的补充。

2.滴灌

滴管就是借助特定的滴灌水管将水均匀的缓慢的输送到田地的各处。滴灌水管是由特殊的材料制成，这些水管在受到一定的水压的作用下就会均匀而缓慢的往外渗水。

在生产实践过程中，滴灌主要分为两种。

（1）第一种就是孔渗形的，在使用的过程中是将这些滴灌水管埋在农作物的根系的旁边，滴灌水管中的水就会源源不断的缓慢而均匀的往外渗透。由于其渗透速度缓慢，所以受到近地表蒸发作用影响很少，这种滴灌的使用可以有效的减少水的损耗，同时均匀的渗透还可以增加根系对水的有效吸收。

（2）另一种是微喷头形的滴灌。这种滴灌水管在生产实践中是被放置于地表接近植物根系的位置。其效果和孔渗形的相差不大。但是由于其是在地表，所以受到的蒸发作用明显，通常是使用在蒸发作用较小的地区。

3.喷灌

喷灌是采用特殊的装置将灌水模仿成天然的降雨。这种方式最大的好处是，在喷管的过程中植物的枝叶也会吸收到大量的水分，这种灌溉方式适用于那些枝叶吸收水分能力出色的作物。

（三）土壤吸收

农田灌水土壤吸收主要是水受到重力的作用从上往下渗透，而水的渗透过程中还要受到土壤对其的摩擦阻力，因此土壤对水的吸收能力还与土壤的成分有很大的关系。显然疏松的土壤对的运动的阻力较小，土壤对水的吸收就较好；板结的土壤对水的摩擦阻力较大，水很难向下渗透。

（四）植物吸收

植物的根系都有吸收水分的细胞。细胞是通过半透膜来吸收水分的。半透膜的一侧是植物的细胞液，半透膜的另一侧是土壤溶液。当细胞液浓度低于土壤液浓度（植物细胞的含水量低于土壤中的含水量）的时候才会发生水分从土壤中向植物细胞中的渗透作用。而渗透作用的快慢也取决于细胞液和土壤液的浓度差，浓度差越大，渗透效果越好。

三、农田灌溉总结

通过以上对农田灌溉的四个阶段力学分析，我们初步的总结出在在不同水源地势、采用不同灌溉方式情况下灌溉水流的运动情况、植物对水吸收情况和水的损耗情况。在这个过程中主要考虑的是三个方面的问题。

（一）影响灌溉水流速度的原因

影响水流速度最主要的因素就是重力势差和水流运动收到的阻力大小，具体的实际体现就是水源和田地地势差距、田地地形、土壤的成分等等。水流速度是重力和阻力综合作用的结果，因此在实际中需要获得什么样的灌溉水流流速度就需要从重力和阻力两个方面着手解决。

（二）水的损耗

在实际灌溉过程中减少水的损耗是非常重要的，尤其是在缺水的地区。通过以上的分析可以知道增加水在运输途中的速度、加固运水渠道、采用滴灌等方式都能有效的降低水的损耗。

（三）水的吸收

基于前面的分析，可以知道采用滴灌和喷灌方式可以有效的增加植物对水的吸收。

参考文献

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