四、灌溉排水工程学研究对象及主要内容

灌溉排水工程学的研究对象主要包括认识农田水旱灾害发生发展规律，采取适宜措施，如调节农田水分状况以及改变和调节地区水情等，最大程度地减小水旱灾害造成的损失，实现区域光、热、水、土资源的高效利用。

1.农田水旱灾害

农田水旱灾害主要包括涝、渍、干旱、洪水和盐碱化。不同区域，发生的水旱灾害类型不同，发生的程度也有所不同。要分类分区研究农田水旱灾害，以便针对不同情况采取相应的措施。

（1）涝。降水过多、排水不畅，发生旱地积水，水田淹水过深，造成农作物歉收的现象。单纯由于当地雨水过多，久久不能外排而产生的涝灾，叫做内涝，也称沥涝。实际发生的涝灾，往往伴有来自上游的地面径流和河水漫溢，以至洪涝难分。有涝必有渍，合称渍涝，或统称为涝。涝的危害，在于恶化土壤通气条件，造成作物根部缺氧。

（2）渍。地下水位过高或土壤上层滞水，因而土壤过湿，影响作物生长发育，导致作物减产的现象。渍水导致土壤中气体交换受阻，妨碍作物根系的呼吸作用。长期渍水的土壤，氧的供应不足，好气性细菌活动减弱，嫌气性细菌活动加强，有机物分解缓慢，养分供应失调，土壤中还原作用增强，产生沼气，一氧化碳、亚硝酸盐、硫化氢、低价铁等有毒物质，抑制种子发芽，阻碍根系正常发育。持续的通气不良，会导致根的死亡。

（3）干旱。植物耗水大于根系吸水，体内水分不足，甚至过度亏缺而受害的现象。根据干旱发生的原因，可分为大气干旱、土壤干旱和生理干旱三种。大气干旱的主要特征是大气相对湿度低，阳光强，温度高，有时还伴随干热风。在这种情况下，植物的蒸腾作用加速，甚至气孔失去控制能力，不正常地持续张开，以致植物在短期内大量失水，造成蒸腾失水和根系吸水的极不平衡，严重危害植物的生长发育。土壤干旱是土壤水分不能满足植物需要的一种干旱现象。当土壤中速效水分丧失殆尽时，植物因水分不足而出现旱象。生理干旱是由于土壤温度过低或土壤溶液的浓度过高等原因，使植物根部生理机能受扰不能正常吸水出现的干旱现象。

（4）洪水灾害。洪水泛指大水，通常是指超过江河湖库等容水体的承纳能力，造成水量剧增或水位急涨的水文现象。洪水会给人类的生存和社会发展造成损失与祸患，称为洪水灾害。由于用水与交通的要求，自古以来沿河、滨湖、近海地区，就是人民的聚居区，而附近平坦的沃土，又是主要的农业区，工业也多在这些地带布设、发展。这些地区是最易遭受洪水威胁和发生洪灾的地区。洪灾发生频率高、范围广，而且影响比较深远。洪水灾害的主要防治措施包括工程措施和非工程措施。工程措施有水土保持措施、分（蓄）洪工程措施、堤防工程措施、以及河道整治等。非工程措施主要有洪水灾害检测与预警、洪水灾害救济与社会捐助以及设立洪水灾害保险与基金等。

（5）盐碱化。土壤中含有过多的盐碱成分，对农作物有危害。在土壤学中，把这类土壤称为盐渍土或盐碱土。土壤中的盐碱成分，主要由钾、钠、钙、镁等阳离子和氯、硫酸根、碳酸根、碳酸氢根等阴离子结合成多种盐组成。其中氯盐和硫酸盐类为中性盐，碳酸钠（苏打）和碳酸氢钠（小苏打）为碱性盐。盐分在土壤和地下水中大部分以溶液状态存在。溶液在蒸发作用下浓缩，当浓度超过饱和点时，则有一部分盐析出沉淀，变成固体状态。土壤盐碱化的主要原因是地下水埋深过浅、地下水矿化度（水中含盐量大小称为矿化度）高，气候干旱。

2.调节农田水分状况

农田水分状况一般是指农田土壤水、地面水和地下水的状况及其相关的养分、通气、热状况。农田水分的不足或过多，都会影响作物的正常生长和作物的产量。调节农田水分状况的水利措施主要有灌溉和排水。灌溉措施是按照作物的需水要求，通过灌溉系统有计划地将水量输送和分配到田间，以补充农田水分的不足；排水措施包括控制水量和水质两个方面，一个是通过修建排水工程将农田内多余的水分排入容泄区，使农田土壤处于适宜的水分状况。一个是在易涝易碱地区，利用排水工程控制地下水位和排除土壤盐分。

调节农田水分状况方面需要研究如下几方面的问题。

（1）研究农田水、盐运动规律，探求土壤、作物和水分、盐分之间的内在联系，以指导排灌和改造中、低产田，控制适宜的土壤水分和地下水位，促进农业高产、优质、高效。

（2）研究节水灌溉的技术和理论。节水灌溉是充分利用水资源、提高灌溉效益，促进农业可持续发展的重要措施，在国内外均得到了普遍重视，已开展了多种节水灌溉技术的试验研究和示范推广，如渠道防渗、低压管道输水、喷灌、微灌、膜上灌、节水灌溉制度、井渠结合灌溉以及工程节水与农艺节水相结合的措施等。但是各种节水灌溉措施都有一定的适用条件，在不同地区和不同情况下应采取哪种或哪些措施，还需要进行深入研究；而且每一种节水灌溉技术和节水灌溉理论，例如非充分灌溉的节水理论、高产高效的作物需水规律和作物水分生产函数等，都有待进一步开展试验研究。

（3）研究不同地区灌排工程的合理布置，做到山、水、田、林、路综合治理，既便于灌排和控制地下水位，又适应机耕。目前国外灌排工程的发展趋势是地下管道化。暗管排水在我国有些地区也有一定的发展，但地下排灌面积还不到耕地面积的5%。因此如何进一步提高地下排灌理论，发展灌排新技术、寻求合适的管材和降低费用等，亟待研究。

（4）研究灌排工程施工机械化。灌排工程是面广量大的水利工程，实现机械化施工，对加速灌排工程的兴建与配套具有重要的意义。目前我国主要依靠人力施工，与技术先进的国家相比，差距很大，今后应在发展运输、浇筑、凿岩和机电排灌等机械的同时，研究发展开沟、衬砌、铺管等各种专用机械，以逐步实现农田水利施工机械化。

（5）研究灌排工程管理。加强灌排工程管理工作是当前首要任务之一，管理好坏直接影响灌排工程效益的发挥，因此必须针对当前灌排系统实际存在的问题，改革管理体制，研究切实的工程管理和用水管理措施，做到适时适量灌水，及时排水和控制地下水位，减少渠道渗漏，防止次生盐碱化，充分发挥工程效益。除少数试点外，我国目前尚无完善的自动化灌排系统。今后须加强遥测、遥控等自动化管理新技术的研究，实现灌排管理现代化。

（6）研究系统工程和电子计算技术在灌排水方面的应用，提高灌排工程规划设计和运行管理的技术水平。

3.改变和调节地区水情

随着农业生产的发展和需要，人类改造自然的范围越来越广，农田水利措施不仅限于改变和调节农田本身的水分状况，而且要求改变和调节更大范围的地区水情。

地区水情主要是指地区水资源的数量、分布情况及其动态。我国幅员辽阔，水资源在不同地区以及不同年份和季节分配不均，供水与需水在时间和空间上亦常不一致，时旱、时涝或涝旱交替出现。这是影响农业高产稳产的一个重要原因，因此，发展灌溉，首先要根据水土资源条件，通过各工程措施，改变和调节地区水情。

改变和调节地区水情的措施，一般可分为以下两种：

（1）蓄水保水措施。通过修建水库、河网和控制利用湖泊、地下水库以及大面积的水土保持和田间蓄水措施，拦蓄当地径流和河流来水，改变水量在时间上（季节或多年范围内）和地区上（河流上下游之间、高低地之间）的分布状况，通过蓄水措施可以减少汛期洪水流量，避免暴雨径流向低地汇集，可以增加枯水时期河水流量以及干旱年份地区水量贮备。

（2）调水排水措施。调水排水措施主要是通过引水渠道，使地区之间或流域之间的水量互相调剂，从而改变水量在地区上的分布状况。某一地区水源缺乏时，可借引水渠道及取水设备人工河道自水源（河流、水库、河网、地下含水层等）充足地区调配水量，我国已建成的引滦入津工程和引黄济青工程及在建的南水北调工程（东线、中线）等，都是调水工程的典型例子。汛期某一地区水量过多时，则可通过排水河道将多余水量调送至地区内部的蓄水设施存蓄，或调送至水量较少的其他地区。

随着我国社会经济的快速发展和城乡人民生活水平的提高，工业、农业、生活以及生态环境用水量日益增长，因此，研究最有效地利用水资源的科学理论，合理调配水资源，最大限度地保证各部门用水要求，同时解决好洪涝等灾害，便成为我国水资源工程现代化的一个重要内容。在这方面需要研究以下一些问题：

（1）在深入调查水量供、需情况的基础上，研究制定地区长远的水资源规划及水土资源平衡措施。

（2）研究当地地面水、地下水和外来水的统一开发及联合运用，应用系统工程的理论与方法，寻求水资源系统的最优规划和运行方案。

（3）研究洪涝规律，采取有效措施，解除洪涝威胁，并同水资源开发利用结合起来统一规划，做到洪涝旱碱综合治理。

（4）研究水资源开发、利用和保护等方面的经济效益、生态环境和社会福利问题，探求符合社会主义市场经济原则的水资源系统规划、管理的经济论证方法。

总之，无论是调节农田水分状况还是地区水情，都是要认识自然规律，总结农田水利建设的经验，坚持科学态度，讲究经济效益，并从理论和技术上解决农田水利现代化中出现的新问题，把农田水利科学技术不断推向前进。