奕永慶,周國雄

(1.余姚市水利局,浙江 余姚 315400;2.余姚市河姆渡鎮(zhèn)水利站,浙江 余姚 315400)

早在20世紀80年代初,水利專家已意識到,我國即將面臨缺水危機。各地水利專家在總結農(nóng)民高產(chǎn)栽培技術的基礎上,開展了水稻節(jié)水高產(chǎn)灌溉技術試驗研究。20世紀90年初相繼總結出一批技術成果,例如:河海大學的“控制灌溉”、浙江的“薄露灌溉”、廣西的“淺、薄、濕、曬灌溉”、遼寧的“淺濕灌溉”等。諸多技術在操作上有繁簡、理論上有深淺,但在本質(zhì)是接近的,即減少灌溉水量,增加土壤含氧量,協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱各要素,優(yōu)化根系環(huán)境,促進水稻生長,實現(xiàn)節(jié)水基礎上的優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)。

1 水稻無水層灌溉

1.1 技術基礎

1993年初,浙江省水利廳組織推廣水稻薄露灌溉技術,即 “灌薄水、常露田”,薄指灌溉水層2～3 cm、水蓋田即可,露指輕度擱田。薄是為了常露,露田是為了補氧。這種方法使單季水稻灌水次數(shù)從14～20次減少到6～10次,田面有1/2左右時間露田,在節(jié)水、節(jié)電的同時跑肥少、稻桿硬、產(chǎn)量高。余姚市這項技術的推廣走在浙江省的前例,到1995年底覆蓋面積達到92%,實現(xiàn)基本普及?！八疽峙滤?薄露灌溉產(chǎn)量高”,改變了一代人的觀念。多年實踐證明,大面積推廣后,單季水稻平均節(jié)水938m3/hm2、節(jié)電 61.5 kW?h/hm2、 增產(chǎn)353 kg/hm2。

1.2 技術方法

在推廣薄露灌溉過程中,農(nóng)民感到在操作中對 “薄”較難把握。中國水稻研究所在1989—1993年新安江水庫“水面種稻”獲得成功,最高產(chǎn)量達到10 065 kg/hm2。筆者從中得到啟發(fā):水稻只要根系有水,稻桿不浸水也能生長,并且獲得高產(chǎn),由此聯(lián)想到通過“溝灌”、“跑馬水”和利用降雨補充水分,而田面不留水層的灌溉方法,即無水層灌溉。

水稻無水層灌溉,是根據(jù)其不同生育期的需水特性,充分利用雨水并加少量幾次溝灌,使土壤保持70%～100%的田間持水量。在多雨的南方地區(qū)僅需灌水2～6次,節(jié)約灌溉水量1/2～2/3,且能使水稻高產(chǎn)。即在插秧或拋秧后至返青期,田面“半水半露”,保持土壤含水率100%,以促秧苗扎根返青,此后田面“只濕不淹”。用通俗的語言向農(nóng)民表述就是“少淹田” 即水田面時間要短,“不白田”即保持田面濕潤。

田面無水層而土壤有水分,能滿足水稻生長需要。武漢大學教授茆智院士認為:“水稻需水不一定田面有水,田面無水層并不是土壤無水分”,辯證地說明了水層與水分的關系。

2 試驗示范成果

從1998年以來,在余姚市河姆渡鎮(zhèn)開展了小區(qū)試驗示范,設2塊對比田,面積各為667 m2,分別采用無水層和薄露灌溉,結果如下:

2.1 增加產(chǎn)量對比

1998—2006年,7 a早稻,無水層灌溉平均產(chǎn)量6 990 kg/hm2,比薄露灌溉增產(chǎn)651 kg/hm2,增產(chǎn)率10.3%;比群眾習慣灌溉增產(chǎn)990 kg/hm2,增幅16.5%。14 a晚稻,無水層灌溉平均產(chǎn)量7949 kg/hm2,比薄露灌溉增產(chǎn)717 kg/hm2,增產(chǎn)率9.9%;比群眾習慣灌溉增產(chǎn)1 175 kg/hm2,增幅17.4%(見表1)。

2.2 灌溉水量對比

2003—2006年,4 a早稻平均無水層灌溉灌水2.7次,灌水量978m3/hm2,薄露灌溉灌水6次,灌水量1 808m3/hm2,前者節(jié)約830m 3/hm2,節(jié)水率46%,與群眾習慣灌溉3 150 m3/hm2相比,節(jié)水2171m3/hm2,節(jié)水率69%。9 a晚稻平均無水層灌溉灌水4.4次,灌水量1 020m3/hm2,薄露灌溉灌水9次,灌水量2430m3/hm2,前者節(jié)約1 410m3/hm2,節(jié)水率58%;與當?shù)厝罕娏晳T灌溉3 975m3/hm2相比,節(jié)水2 955 m3/hm2,節(jié)水率74%(見表2)。

表1 水稻無水層灌溉與薄露灌溉產(chǎn)量對比表 kg/hm2

表2 水稻無水層灌溉與薄露灌溉水量對比表 m3/hm2

2.3 水分生產(chǎn)率對比

作物水分生產(chǎn)率是作物產(chǎn)量與凈耗水量之比,公式為:I=y/(m+p+d+t)

式中:I為作物水分生產(chǎn)率 (kg/m3);y為作物產(chǎn)量(kg/m3);m為生育期內(nèi)凈灌溉水量 (m3/hm2);p為生育期內(nèi)有效降水量(m3/hm2);d為地下水補給量(m3/hm2),t為土壤水分變化率,本實驗假設為0。經(jīng)過對4 a雙季稻、5 a單季晚稻灌水量、降水量、排水量的計算,得出無水層灌溉早稻、晚稻的水分生產(chǎn)率分別為2.67,2.94 kg/m3(見表3),由于沒能計入地下水補給量,此值略高于實際值,但也達到了國際先進水平。從外觀上看,無水層灌溉的稻谷色澤明顯黃亮,說明米質(zhì)得到優(yōu)化。薄露灌溉早、晚稻的水分生產(chǎn)率分別為1.77,1.73 kg/m3,(見表4)。為了增強可比性,筆者調(diào)查了該地區(qū)2011年9個灌區(qū)的灌水量,得出單季晚稻和雙季稻平均水分生產(chǎn)率分別為1.32,1.29 kg/m3,由此證明,水稻灌溉存在巨大節(jié)水潛力。

表3 水稻無水層灌溉水分生產(chǎn)率表

表4 水稻薄露灌溉水分生產(chǎn)率表

2.4 增產(chǎn)原因分析

減少水稻灌溉水量可以提高產(chǎn)量,初步分析原因如下:

(1)土壤含氧量增加。土壤中水分與空氣呈反比,水少則空氣多。田面大部分時間為無水層,田持水量在70%～100%,能滿足水稻生長需要,同時空氣接觸并進入土壤,含氧量上升,二氧化碳和硫化氫等有害氣體隨之散逸,改善了水稻根系的生長環(huán)境,促進白根萌發(fā)和養(yǎng)分吸收,根深則葉茂”,促進水稻有效穗增加、大穗形成與千粒重增加。

(2)發(fā)病率降低。田面沒有水層,水分蒸發(fā)量減少,降低了田間小氣候濕度,使紋枯病等多種病害發(fā)生的程度明顯減輕,促進了植株健壯,還提高抗倒伏能力。

(3)養(yǎng)分流失減少。節(jié)水灌溉使田間流失的水量減少50%～70%,使養(yǎng)分流失也同比例減少,肥料利用率提高。

3 水稻節(jié)水灌溉的意義

3.1 緩解缺水矛盾

缺水,在我國南方地區(qū)已經(jīng)由30 a前的 “威脅”變成現(xiàn)實。缺水主要靠節(jié)水解決,水稻是用水大戶,存在很大的節(jié)水潛力,(單季)節(jié)約750m3/hm2是 定的±1.5%～±2.5%的要求,因而所得到的效率曲線是符合要求的。

圖3 試驗機組水輪機效率曲線對比圖(H=92.92 m)

4.2 穩(wěn)定性試驗

通過在不同運行工況下的測試,所測得定子機架、上機架、推力機架以及頂蓋的水平振動最大幅值分別為18,42,8,24μm,各振動幅值均未超過規(guī)定的允許值;所測得的上導、水導、法蘭處的擺度最大幅值分別為326,383,679μm,均未超過規(guī)定的允許值,證明改造后機組安裝檢修質(zhì)量完好。

分析該機組上機架水平振幅、垂直振幅與轉速、勵磁電壓的關系,在變轉速試驗、空載變勵磁試驗、定有功變無功試驗以及變負荷試驗中選取振動最大的1組數(shù)據(jù),分別見圖4、5。由圖可知,上機架的水平振動并未隨機組轉速或勵磁電流的增加等因素的變化而明顯地增大,證明改造后該機組的轉動部分的磁拉力及水力基本保持平衡。

圖4 試驗機組上機架振幅與轉速關系曲線圖

圖5 試驗機組上機架振幅與勵磁電壓關系曲線圖

對該機組發(fā)電機層、蝸殼及吸出管處噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,可知:吸出管處噪聲最大,發(fā)電機層噪聲最小;不同運行工況下,同一監(jiān)測點的噪聲變化不大;發(fā)電機層最大噪聲為97.4 db,蝸殼最大噪聲為104.8 db,吸出管處最大噪聲為113.5 db。

5 結 語

機組效率及運行穩(wěn)定性是衡量水輪機水力性能的重要指標,結合浙江湖南鎮(zhèn)水電站5#機組的減振增容改造,對改造后機組進行全面測試分析:實測機組效率值與理論值規(guī)律一致,并比改造前提高了約1.25%;機組各部分振動也在規(guī)定范圍以內(nèi),運行趨于穩(wěn)定。證明減振增容改造是一項投資少、見效快的工程,對電站其他機組的改造有一定的指導作用。

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