农田灌溉过程中的水力学问题

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。笔者结合自己所学的工程力学、材料力学、水工建筑物等相关知识，并查阅相关文献，对农田灌溉过程中水力学问题进行系统的分析，旨在给农田灌溉工程的建设者和维护管理者以新的思路，帮助其解决农田灌溉过程中运水难、浪费大、造价贵等问题。

关键词：农田灌溉；水力学；系统分析

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，其不仅关系工程力学、材料力学，还包括水工建筑物等相关知，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，这其中涉及到工程力学相关知识，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，涉及到水工建筑物、材料力学等相关知识，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。

二、农田灌溉的三个阶段力学分析

（一）水流的输送

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过程中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的情况

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，也就是将水的重力势能转换为动力势能的过程。一般情况下，当水源地的重力势能和农田的重力势能相差越大，水最终获得的动能也就越大，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水工建筑物建设要求也不尽相同。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。水工建筑物建设需要根据运水渠道各个方向的受力情况进行建设，保证运水渠道长期运行顺畅。

根据以上分析，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。一般处理这种情况的基本方式有两种。

（1）将水源地的搬运运输到比田地地势高的地方模仿水源地重力势能高于农田的重力势能的情况。那么就个第一种情形基本相似，后续的操作也基本一样。

（2）第二种方式是通过管道运输水。通常就是直接在水源地借助水泵将水抽到需要用水的地方，这个过程主要消耗的是电能。

（二）农田灌水

农田的灌水过程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.水的地面灌溉

地面灌溉就是直接将水源地运送来的水直接送到天地中让其自由流动，这一般运用于那些需要很多水的作物，例如水稻。不过在有的时候，由于采用地面灌溉水流都会很大很快，短时间的地面灌溉，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，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具有致密孔的材料制成，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，分别是孔渗和微喷头滴管。

（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。喷头是有专门的材料制成，有致密的细孔，通过巨大的水压，将水从喷头的细口喷洒出来。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。疏松的土壤有利于水的吸收，板结的土壤不利于水的吸收，所以一些农田需要经常进行松土操作。

三、农田灌溉总结

通过以上对农田灌溉的三个阶段力学分析，我们初步的总结出在不同水源地势、采用不同灌溉方式情况下灌溉水流的运动情况下水的损耗情况。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，当然对于水工建筑物的材料选取也有关系，有些材料的表面摩擦力小，有的比较大，实际中会根据情况进行选择。

（二）水的损耗

在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，由于滴管首先是受到的蒸发作用较弱，且水管出水均匀，所以水的吸收情况优秀。采用喷灌方式可以有效的增加植物对水的吸收，主要是植物的枝叶也可以大量的吸收空气中的水分。很多果蔬都采用这种方式灌溉，这样果蔬的成长的将会更好。

参考文献

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作者简介

姓名：秦仕伟，出生年月：1993年3月，籍贯：河北省唐山市，性别：男，学历：大四学生，作者工作单位： 沈阳工学院。