Maheshwari等利用水流推进过程和畦首地表水深的变化过程，引用地表储水形状系数并取其值为0.75，采用类似于试算法的模式搜索技术来估算畦灌入渗参数；该方法可以仅通过一个畦田的水流推进过程、畦首地表水深等试验数据来估算入渗参数，试验工作量较小，但由于该方法采用类似于试算的模式搜索法进行计算，所以计算量大，计算效率较低。尽管大多数土壤传输函数为预测土壤水力特性的研究，但其研究范围不限于水力传输函数。......
2025-09-30
优化土壤条件下畦田长度的实用手册
【摘要】：由于土壤水分入渗参数的空间变异性，不同的土壤质地，不同的耕作条件，在给定入畦单宽流量的条件下，达到最佳灌溉效果所要求的畦田长度不同。图8.2已知入畦单宽流量优化畦田长度流程图同一地面坡降、单宽流量下优化畦田长度的求解。表8.3同一单宽流量下不同地面坡降下的优化畦田长度 注黑体为优化结果。
由于土壤水分入渗参数的空间变异性，不同的土壤质地，不同的耕作条件，在给定入畦单宽流量的条件下，达到最佳灌溉效果所要求的畦田长度不同。考虑农田灌溉的实际情况，地面灌溉条件下的优化技术参数的确定按如下思路考虑:首先综合考虑田间供水流量大小，根据地形条件选择畦田宽度，确定进入畦田的单宽流量；然后在不同的作物生长期，依据相应的土壤入渗能力、计划灌水定额等分别优化各次灌水的畦田长度，使每次灌溉达到最佳的灌溉效果，为长畦短灌提供依据。
地面灌溉条件下，灌溉水主要通过推进和消退过程中的水分入渗进入土壤，各剖面的入渗水量除与土壤水分入渗参数有关外，决定于水流在该断面上的净入渗时间（该断面退水时与推进时间之差）。灌水实践中，通过对灌水技术参数的调整，尽量使沿灌水畦田长度上各点的净入渗时间相等，以提高灌溉质量和灌溉水的利用率。本书借助计算机模拟技术，分析项目区不同土壤条件下的优化灌水畦田长度。
1.计算参数的选定
畦田长度:优化畦田长度取值范围为20～200m。
畦田宽度:畦田宽度主要取决于畦田的土壤性质、农业技术要求和农业机具的宽度。一般是按农业机具宽度的整数倍选取，约2～4m，本文畦田宽度取为3m。
入畦单宽流量:单宽流量的范围按当地供水井的供水强度选定。计算中按20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h、80t/h计算。根据水井的供水强度和畦田宽度确定的入畦单宽流量分别为0.00185m3/s （1.85L/s）、0.00278m3/s （2.78L/s）、0.0037m3/s （3.7L/s）、0.00463m3/s（4.63L/s）、0.00556m3/s（5.56L/s）、0.00741m3/s（7.41L/s）。
计划灌水定额:计划灌水定额根据项目区内种植作物的需水量和多年降雨资料确定，按40m3/亩、50m3/亩来考虑。
地面坡降:地面坡度应根据项目区内的地形条件确定，选择常见的1/300、1/500、1/1000、1/1500、1/2000五种坡度计算。
土壤入渗参数:利用土壤入渗能力及土壤入渗参数预报模型，对实施灌溉的土地进行入渗能力的实时预报，确定不同土壤条件下的土壤入渗参数。
地面灌溉糙率:经试验测定头水n=0.045，二水和三水n=0.033，
2.优化过程
所谓的优化畦田长度是指在不同的地形条件下、不同的灌水定额下、不同的单宽流量下，不同土壤入渗能力下，能够获得较好灌溉效果所要求的畦田长度。已知入畦单宽流量优化畦田长度流程图见图8.2。下面以大同市南郊区试验地点的试验数据为例，说明已知入畦的单宽流量，优化畦田长度的优化过程。
图8.2 已知入畦单宽流量优化畦田长度流程图
（1）同一地面坡降、单宽流量下优化畦田长度的求解。根据所选定的计算参数和代表性的土壤入渗参数，首先计算同一土壤入渗能力下、同一地面坡降、同一灌水定额、同一单宽流量情况下不同畦田长度的灌水效率，从中找出优化灌溉效率大于180%时相应的优化畦田长度。
【例8.1】 南郊区古店村头水灌溉，灌水定额为40m3/亩，地面坡度为1/300，土壤入渗能力为8.536cm，试计算单宽流量为0.0185m3/s时的优化畦田长度其计算结果见表8.1。从表8.1中看出，地面灌水优化效率随着畦田长度的增加而增加，但增加到一定值时，随着畦田长度的增加而降低，最大值对应的畦田长度为90m，说明在这种情况下，优化畦田长度为90m。优化效率大于180%所对应的畦田长度范围为70～120m。
表8.1 同一地面坡降、单宽流量下不同畦田长度下的灌水效率 （H 90=8.536cm）
注黑体为优化结果。
（2）不同单宽流量下的优化畦田长度。
【例8.2】 南郊区古店村头水灌溉，灌水定额为40m3/亩，地面坡度为1/300，土壤入渗能力为8.536cm，单宽流量为0.0185m3/s、0.00278m3/s、0.0037m3/s、0.0046m3/s、0.00556m3/s、0.00741m3/s的试计算不同单宽流量F 的优化畦田长度，其计算结果见表8.2。
表8.2 同一地面坡降下、不同单宽流量优化畦田长度范围 （H 90=8.536cm）
续表
注黑体为优化结果。(https://www.chuimin.cn)
从表8.2中可以看出，在其他参数不变的情况下，随着单宽流量的增加，优化畦田长度也逐渐增加。但增加200m 后，灌水效率降低。说明在该入渗能力下，入畦单宽流量大时，水流速度大，水量在地面停留的时间短，储水效率和灌水均匀度小，所以灌水效率就小。
（3）计算同一单宽流量下、不同地面坡降下的优化畦田长度求解。
【例8.3】 南郊区古店村头水灌溉，灌水定额为40m3/亩，单宽流量为0.0185m3/s，土壤入渗能力相同，地面坡度为1/300、1/1000、1/2000，试计算不同坡度下的优化畦田长度。其优化畦田长度见表8.3。从表8.3中可以看出，在相同土壤入渗能力条件下，地面坡度为1/300时，优化畦田长度范围是70～120m，最优畦田长度为90m，优化效果为190.1%；地面坡度为1/1000时，优化畦田长度范围是60～120m，最优畦田长度为90m，优化效果为192.5%；地面坡度为1/2000时，优化畦田长度范围是60～130m，最优畦田长度为90m，优化效果为192.8%；表明地面坡度对优化畦田长度的影响不大，但在同一畦田长度条件下，随着地面坡度变缓，灌溉优化效率增大。
（4）计算同一单宽流量下、同一地面坡度、不同灌水定额的优化畦田长度。
【例8.4】 南郊区古店村头水灌溉，单宽流量为0.0185m3/s，地面坡度为1/300，试计算灌水定额为40m3/亩、50m3/亩时的优化畦田长度。其优化结果见表8.4。从表8.4中可以看出，在同一土壤入渗能力下，灌水定额为40m3/亩、50m3/亩时的优化畦田长度变化不大，但是灌水定额大的优化效率稍微大些。
表8.3 同一单宽流量下不同地面坡降下的优化畦田长度 （H 90=8.536cm）
注黑体为优化结果。
（5）计算同一单宽流量下、同一地面坡度、同一灌水定额下的不同土壤入渗能力的优化畦田长度。
表8.4 同一单宽流量下不同灌水定额的优化畦田长度 （H 90=8.536cm）
注黑体为优化结果。
【例8.5】 南郊区各试验地点头水灌溉，单宽流量为0.0185m3/s，地面坡度为1/300，灌水定额为40m3/亩，试计算不同土壤入渗能力下的优化畦田长度。其优化结果见表8.5。从表8.5中可以看出，不同的土壤入渗能力下，畦田长度优化结果不同，随着土壤入渗能力的增加，优化畦田长度逐渐减小。特大土壤入渗能力下，要求的畦田长度特别小，如土壤入渗能力为19.494cm，优化的畦田长度仅为20m。
表8.5 同一单宽流量下不同土壤入渗能力下的优化畦田长度
注黑体为优化结果。
续表
注黑体为优化结果。
3.优化结果
由以上优化过程可以看出，不同的土壤入渗能力，不同的单宽流量下，优化畦田长度不同，地面灌水优化效率随着畦田长度的不同而不同。在土壤质地不变、地面坡度不变、灌水定额不变的情况下，随着单宽流量的增加，优化畦长的长度也逐渐增加；在同一土壤入渗能力下、同一单宽流量下，优化畦田长度随着地面坡降的减小而有减小的趋势；在同一土壤入渗能力下，灌水定额为40m3/亩、50m3/亩时的优化畦田长度变化不大，但是灌水定额大的优化效率稍微大些。不同的土壤入渗能力下，畦田长度优化结果不同，随着土壤入渗能力的增加，优化畦田长度逐渐减小。特大土壤入渗能力下，要求的畦田长度特别小，如土壤入渗能力为19.494cm，优化的畦田长度仅为20m。南郊区古店村头水、二水灌溉优化畦田长度结果见表8.6。
表8.6 南郊区古店村土壤优化畦田长度分析表 单位:m
续表
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