鄒家榮，羅 紈，馬 勇，陳 誠，張志秀，巫 旺，洪建權(quán)

(1.揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.揚(yáng)州市江都區(qū)昭關(guān)灌區(qū)管理處，江蘇 揚(yáng)州 225261)

0 引 言

長江中下游平原稻麥輪作區(qū)降雨量豐沛，但其年際分配和年內(nèi)分配都存在較大的變異，經(jīng)常會因?yàn)榻邓^于集中或持續(xù)時(shí)間過長而造成危害。在作物生長季內(nèi)，除了暴雨或連陰雨造成的農(nóng)田內(nèi)澇會影響作物正常生長外，在作物收獲或播種時(shí)期也會因?yàn)榻邓^多而妨礙機(jī)械下田耕作，從而造成播種不及時(shí)或豐產(chǎn)不豐收的現(xiàn)象[1]。因此，做好農(nóng)田排水工作對保證糧食豐產(chǎn)豐收都具有重要意義。

農(nóng)田排水能改善土壤的水、肥、氣、熱環(huán)境，有利于作物生長[2]。近年來隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的迅速發(fā)展，對農(nóng)田排水提出了更高的要求。目前，南方水稻種植區(qū)大多采用明溝排水，常因淤積嚴(yán)重造成實(shí)際排水能力低下，并且溝道的分布也不利于大面積農(nóng)田的統(tǒng)一機(jī)械化作業(yè)。隨著土地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；?jīng)營的不斷深入，農(nóng)田排水適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的要求愈加迫切。

為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，日本的水稻種植區(qū)在20世紀(jì)70年代進(jìn)行了大規(guī)模的農(nóng)田排水系統(tǒng)改造[3]，使用暗管排水來替代明溝，擴(kuò)大了連片農(nóng)田的面積，極大地提高了機(jī)械化作業(yè)效率，減少了勞動力的使用。而且，安裝了暗管排水系統(tǒng)的稻田，還可根據(jù)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，靈活改種其他旱作物。采用暗管排水除了避免明溝對機(jī)械通行的不利影響外，還可明顯提高土地利用率[4]。經(jīng)過合理布置的暗管排水系統(tǒng)，可以有效控制地下水位、調(diào)節(jié)土壤水分狀況、改善土壤理化特性提、提高作物水肥利用效率，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要措施[5,6]。

暗管排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)受到氣象、土壤以及作物生長規(guī)律等因素影響，不同地區(qū)的設(shè)計(jì)參數(shù)需要考慮具體情況以及設(shè)計(jì)保證率來確定。對某一特定地區(qū)而言，影響暗管排水的兩個(gè)重要參數(shù)是暗管埋深和布置間距；埋深和間距的不同組合對應(yīng)的是不同的排水強(qiáng)度，埋深大、間距小，排水強(qiáng)度較高，反之則排水強(qiáng)度較低。排水強(qiáng)度越高，土壤中水分排出的越迅速，地下水位下降得越快[7-8]。作物收獲期，農(nóng)田排水的主要目的是及時(shí)將地下水降至一定深度，使收割機(jī)械能夠及時(shí)下田進(jìn)行作業(yè)，并減少機(jī)械壓實(shí)對農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)的破壞。單位面積的暗管埋設(shè)成本與布置間距成正比，與埋深關(guān)系不太大；從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，在滿足排水需求的前提下，應(yīng)盡量加大排水暗管間距，減少工程投資。在南方平原河網(wǎng)地區(qū)，排水出口高程受到河網(wǎng)水位的限制，大多數(shù)情況下要通過抽排來滿足出口水位要求，這就意味著排水暗管的埋深不宜過大，滿足田間水位控制要求即可。朱建強(qiáng)等[9]研究指出，為滿足機(jī)械作業(yè)要求，應(yīng)將農(nóng)田地下水埋深控制在地表0.6～0.8 m以下。一般情況下，短期內(nèi)排水作用可使兩條暗管中間點(diǎn)水位埋深降至暗管深度以上20 cm處[1]，這就要求暗管埋深至少應(yīng)在0.8～1.0 m。上述滿足機(jī)械作業(yè)要求的水位埋深大于生長季一般農(nóng)作物除澇降漬要求[10]，所以依據(jù)機(jī)械下田作業(yè)要求來確定的暗管排水強(qiáng)度可同時(shí)滿足其他階段的排水要求。

為了研究長江中下游平原區(qū)稻麥輪作農(nóng)田滿足機(jī)器下田收割要求所需的暗管排水強(qiáng)度，本文以江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)農(nóng)田水利科學(xué)研究站為例，利用排水模型-DRAINMOD進(jìn)行了模擬分析；首先根據(jù)研究區(qū)部分實(shí)測的地下水位資料，進(jìn)行了模型參數(shù)率定及合理性驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，分別針對小麥和水稻兩種作物各自收獲期對土壤排水的要求，利用長序列歷史氣象資料模擬了機(jī)械下田作業(yè)天數(shù)受不同排水暗管布局的影響。研究成果可為類似地區(qū)暗管排水工程系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)農(nóng)田水利科學(xué)研究站位于江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)內(nèi)京杭大運(yùn)河?xùn)|側(cè)的昭關(guān)灌區(qū)(119°30′E，32°33′N)，屬于北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢平坦，土壤質(zhì)地黏重；年平均溫度15.6 ℃，降雨量約1 000 mm，生長季218 d左右；研究區(qū)內(nèi)普遍實(shí)行水稻與冬小麥輪作，水稻和小麥生育期見表1[11,12]。根據(jù)王桂民等[13]的研究結(jié)果，本文選取每年6月2-8日作為小麥適宜的收獲期；每年10月13-20日作為水稻適宜的收獲期。試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)有的排水系統(tǒng)為沿100 m×100 m試驗(yàn)田四周分布的農(nóng)溝，最終在西北角匯集排入支溝。其中農(nóng)溝深度約60 cm，支溝深度約100 cm。2018年春季在試驗(yàn)田內(nèi)布置的地下水監(jiān)測井，實(shí)時(shí)記錄作物生長季田間地下水位埋深的變化情況，數(shù)據(jù)用于模型參數(shù)率定。試驗(yàn)站內(nèi)安裝有自動記錄降雨、溫度、濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)的小型自動氣象站，數(shù)據(jù)用于分析田間水文變化情況。

表1 研究區(qū)冬小麥與水稻的生育期時(shí)間表Tab.1 Time of growth stages for winter wheat and rice in the study area

1.2 DRAINMOD 模型介紹

DRAINMOD 是20世紀(jì)70年代末由美國北卡羅納州立大學(xué)生物及農(nóng)業(yè)工程系R W Skaggs博士開發(fā)的一個(gè)田間水文模型[14]，它以日為單位進(jìn)行兩個(gè)排水溝/管中點(diǎn)的水量平衡計(jì)算，水量平衡項(xiàng)包括入滲、蒸發(fā)蒸騰量、地表徑流、地下排水量和深層滲漏。其基本功能是模擬不同排水設(shè)計(jì)及水管理方案下農(nóng)田排水的水文過程，可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測地表排水量、地下排水量、田間地下水位以及作物產(chǎn)量等。模型包括常規(guī)排水、控制排水、地面灌溉、氮素運(yùn)移以及濕地水文等模塊，可用于分析不同水管理方案對田間水文和污染物運(yùn)移的影響。

在計(jì)算時(shí)段內(nèi)，DRAINMOD模型進(jìn)行地表水量平衡計(jì)算的方程可表示為：

P+I=F+ΔS+R

(1)

式中：P為降雨量，cm；I為灌溉水量，cm；F為地表入滲量，cm；ΔS為地表的儲水量變化，cm；R為地表徑流量，cm。

在相同計(jì)算時(shí)段內(nèi)，土壤剖面中水量平衡計(jì)算方程為：

ΔV=D+ET+Ds-F

(2)

式中：ΔV為土壤水分變化量，cm；D為側(cè)向的暗管排水量，cm；ET為蒸發(fā)蒸騰量，cm；Ds深層滲漏量，cm。

DRAINMOD模型在進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)，入滲量采用Green-Ampt公式計(jì)算；側(cè)向排水量采用Hooghout公式計(jì)算，若地表出現(xiàn)積水，則采用Kirkham公式計(jì)算；深層滲漏根據(jù)達(dá)西公式進(jìn)行計(jì)算。DRAINMOD模型對于作物實(shí)際騰發(fā)量(AET)的計(jì)算采用當(dāng)日潛在蒸發(fā)量(PET)與土壤供水能力兩者相比的較小值。

本文利用DRAINMOD 模型模擬的目標(biāo)函數(shù)是統(tǒng)計(jì)收割期暗管排水農(nóng)田地下水位能夠滿足機(jī)械下田作業(yè)條件的天數(shù)。模型在每日水量平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上，得出可滿足機(jī)械收割條件的作業(yè)天數(shù)-工作日，其依據(jù)是地下水位埋深，大于設(shè)定值則滿足要求，否則作業(yè)時(shí)間后推，直至滿足要求。在遇到當(dāng)日有降雨發(fā)生時(shí)，模型根據(jù)設(shè)定的雨量進(jìn)行判斷是否可作業(yè)，不行則推遲到下一天或兩天后(用戶根據(jù)土壤排水條件自行設(shè)定)。本文利用研究區(qū)長序列降雨等氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合土壤參數(shù)測定，模擬分析了分別適于大型和小型機(jī)械收割且滿足保證率為90%和95%機(jī)械收割條件的暗管排水布局。

1.3 DRAINMOD模型主要輸入?yún)?shù)及其率定

(1)氣象數(shù)據(jù)：試驗(yàn)站安裝的自動氣象站記錄的2018年氣象數(shù)據(jù)用于模型檢驗(yàn)。長序列模擬分析采用了距離試驗(yàn)站約25 km的國家氣象信息中心江蘇省高郵58241號氣象站(119°27′E，32°48′N，海拔5.4 m)1955-2016年的逐日氣象數(shù)據(jù)，包括降雨量、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和日照時(shí)數(shù)等。潛在騰發(fā)量(PET)運(yùn)用Penman-Monteith公式計(jì)算得到參考作物騰發(fā)量，再由FAO-56[15]推薦的方法乘上不同時(shí)段的作物系數(shù)進(jìn)行修正后輸入模型。

(2)土壤資料：主要包括不同土層深度的側(cè)向飽和導(dǎo)水率、土壤水分特征曲線，以及土壤入滲和蒸發(fā)特性參數(shù)。主要土壤輸入?yún)?shù)見表2。

(3)排水系統(tǒng)參數(shù)：根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，確定田埂高度、地表平整度、排水模數(shù)、相對不透水層深度等模型參數(shù)。排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要輸入?yún)?shù)見表2。根據(jù)機(jī)械作業(yè)對地下水埋深控制要求(在地表以下0.6～0.8 m)，本文模擬分析了暗管埋深為80～120 cm之間，不同暗管布置間距條件下水稻和小麥?zhǔn)斋@期內(nèi)地下水位埋深的變化情況?？紤]到水稻生長期蓄水要求，利用DRAINMOD模型中控制排水模塊設(shè)置了不同時(shí)段的控制排水堰深，列于表2。

表2 DRAINMOD模型主要輸入?yún)?shù)Tab.2 Main input parameters for DRAINMOD simulation

1.4 模型率定及不同機(jī)械通行對田間降漬要求的模擬

運(yùn)用模型模擬雖然方便、快捷，但一款模型能否用來模擬分析實(shí)際存在的問題，需要通過比較模型模擬值與實(shí)測值的差別，對模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。本文將DRAINMOD模型預(yù)測的地下水位埋深與實(shí)測值進(jìn)行了比較，以此驗(yàn)證模型的適用性。在模型率定過程中，將模型預(yù)測的地下水位埋深與實(shí)測值進(jìn)行比較，如兩者的匹配效果較差，則調(diào)整部分土壤參數(shù)，使兩者從變化趨勢和變化幅度兩個(gè)方面盡量接近。模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，主要根據(jù)田間地下水位的實(shí)測值與模擬值圖形直觀比較和統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行評價(jià)，對模擬結(jié)果評價(jià)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)主要有相關(guān)系數(shù)、平均偏差和平均絕對偏差[16]。

不同荷載的機(jī)械下田作業(yè)對農(nóng)田降漬要求不一。大型機(jī)械收割速度快，但自身質(zhì)量重，要求土壤干燥度較高，即田間地下水埋深較大；小型機(jī)械收割速度慢，但其自身質(zhì)量較輕，對降低地下水位的要求也較低，因此，本文分別針對大型和小型機(jī)械下田作業(yè)要求，模擬暗管排水條件下，滿足以下兩類排水要求：

(1)大型收割機(jī)械：要求將地下水位降至80 cm及以下，考慮到機(jī)械工作效率，要求滿足機(jī)械下田作業(yè)時(shí)間為總收獲期的1/4，即2 d；

(2)小型收割機(jī)械：要求將地下水位降至60 cm及以下，要求滿足機(jī)械下田作業(yè)時(shí)間為總收獲期的1/2，即4 d。

2 結(jié)果與分析

2.1 DRAINMOD模型檢驗(yàn)結(jié)果

本文首先利用研究區(qū)2018年5月的地下水位埋深觀測值進(jìn)行了模型率定，然后利用2018年6-8月的地下水位進(jìn)行了模型驗(yàn)證，結(jié)果如圖1所示。在模型率定期，DRAINMOD模擬值與實(shí)測地下水埋深的變化范圍及變化趨勢基本一致，二者相關(guān)系數(shù)為0.86；在模型驗(yàn)證期，模擬值與實(shí)測值的變化趨勢仍然保持一致，但變幅差距較大，相關(guān)系數(shù)為0.76，平均偏差為11.57 cm，平均絕對偏差10.37 cm。這些結(jié)果說明，DRAINMOD模型能夠較好地模擬研究區(qū)農(nóng)田地下水位變化情況。值得一提的是，模型率定期為小麥生長期，而模型驗(yàn)證期則為水稻種植期，同一塊農(nóng)田在兩個(gè)階段的土壤特性有一定的差別，即田間土壤參數(shù)發(fā)生了部分變化，而模型現(xiàn)有版本無法兼顧。但進(jìn)行長序列模擬時(shí)，這一誤差因素的影響是有限的。

圖1 DRAINMOD模型率定與驗(yàn)證期模擬值與實(shí)測值對比圖Fig.1 Measured and DRAINMOD simulated water table depth during model calibration and verification period

此外，2018年小麥?zhǔn)斋@時(shí)氣象條件較好，未受到降雨影響。水稻收獲期則降雨較多。由于試驗(yàn)站目前僅有深度為60 cm，間距為100 m的排水明溝，地下水位降落較慢，2018年水稻實(shí)際收割日期被推遲至11月底。

在上述模型檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用DRAINMOD模型模擬研究了稻麥輪作農(nóng)田降漬效果受不同暗管排水布局的影響，根據(jù)不同機(jī)械通行對農(nóng)田降漬要求，分析了滿足不同機(jī)械收割要求的暗管排水布局。在水稻和小麥適宜收獲期，若DRAINMOD模型預(yù)測的某日地下水位埋深等于或大于60 cm或80 cm，則認(rèn)為當(dāng)日滿足小型或大型機(jī)械下田收割要求。利用 DRAINMOD 分別模擬了小麥?zhǔn)斋@期(6月2-8日)和水稻收獲期(10月13-20日)在暗管埋深為80～120 cm、排水間距為10～100 m時(shí)，在保證率為90%和95%時(shí)可滿足的機(jī)械作業(yè)天數(shù)受暗管間距和埋深變化的影響。當(dāng)發(fā)生降雨時(shí)，降雨量超過10 mm，模型則自動將收獲日期推遲1 d。

2.2 小麥?zhǔn)斋@期不同條件下機(jī)械作業(yè)天數(shù)隨暗管間距的變化

DRAINMOD模擬結(jié)果顯示，在小麥?zhǔn)斋@期(6月2-8日)在同一目標(biāo)水位不同保證率條件下，小麥?zhǔn)斋@期最低可滿足的機(jī)械作業(yè)天數(shù)受暗管排水強(qiáng)度的影響：隨著暗管間距的增大，機(jī)械作業(yè)天數(shù)逐漸減小；暗管間距不變時(shí)，暗管埋深越淺，機(jī)械可作業(yè)天數(shù)越少。在目標(biāo)水位為60 cm、90%保證率下，暗管埋深為1.0 m，排水間距為30 m時(shí)，此時(shí)機(jī)械作業(yè)天數(shù)為6 d(實(shí)際為5.6 d，但由于天數(shù)一般為整數(shù)，所以本文中采取四舍五入方法取整數(shù)，下同)，當(dāng)排水間距增大到40 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)減小為4 d。另外當(dāng)暗管間距小于60 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)隨著間距減小的速度較快；間距大于60 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)趨于穩(wěn)定，說明排水系統(tǒng)的作用微乎其微。相對于暗管埋深，暗管間距對機(jī)械作業(yè)天數(shù)的影響較大，特別在間距較小時(shí)，當(dāng)間距每增加10 m，其機(jī)械作業(yè)天數(shù)最大減小了2 d；但當(dāng)暗管埋深每增加0.2 m，其機(jī)械作業(yè)天數(shù)變化最大不超過1 d。對比兩種不同保證率的情況，在相同排水強(qiáng)度下，95%保證率可獲得的機(jī)械作業(yè)天數(shù)小于90%保證率情況，兩種保證率下的機(jī)械作業(yè)天數(shù)均相差1 d左右，且均在間距為40 m左右時(shí)，相差最大。

在相同保證率、不同目標(biāo)水位條件下，小麥?zhǔn)斋@期機(jī)械作業(yè)天數(shù)在兩種不同目標(biāo)水位時(shí)的變化趨勢基本一致，均隨著暗管間距的增大和埋深的減小逐漸減小。在相同排水強(qiáng)度時(shí)，目標(biāo)水位埋深為80 cm比60 cm時(shí)的機(jī)械作業(yè)天數(shù)小，大多數(shù)情況下，相差1 d左右，但在間距為30 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)相差達(dá)到2 d。在排水強(qiáng)度較大時(shí)，不同目標(biāo)水位條件下的機(jī)械作業(yè)天數(shù)相差不大，在間距為10 m時(shí)，兩種不同目標(biāo)水位下的機(jī)械作業(yè)天數(shù)基本一致；當(dāng)排水強(qiáng)度逐漸減弱時(shí)，不同目標(biāo)水位條件下的機(jī)械作業(yè)天數(shù)均趨于穩(wěn)定，差值為1 d左右。對比相同保證率、不同目標(biāo)水位時(shí)的機(jī)械作業(yè)天數(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排水強(qiáng)度較大時(shí)，95%保證率時(shí)的機(jī)械作業(yè)天數(shù)變化幅度較快；當(dāng)排水強(qiáng)度較小時(shí)，90%保證率時(shí)的機(jī)械作業(yè)天數(shù)變化幅度較快，但其變化幅度均在1 d以內(nèi)。當(dāng)目標(biāo)水位埋深較大時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)受暗管埋深的影響較大。以暗管間距30 m為例，在目標(biāo)水位埋深為60 cm時(shí)，當(dāng)暗管埋深為1.0 m，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為5 d，當(dāng)暗管埋深減小至0.8 m，機(jī)械作業(yè)天數(shù)接近5 d；而目標(biāo)水位為80 cm時(shí)，當(dāng)暗管埋深為1.0 m，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為4 d，當(dāng)埋深減小至0.8 m，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為3 d，減小了1 d，相對變化較大。

2.3 水稻收獲期不同條件下機(jī)械作業(yè)天數(shù)隨暗管間距的變化

在水稻收獲期(10月13-20日)同一目標(biāo)水位、不同保證率條件下，DRAINMOD模擬的機(jī)械作業(yè)天數(shù)隨著暗管排水強(qiáng)度的減小逐漸減小。不同保證率下，機(jī)械作業(yè)天數(shù)受暗管埋深的影響先增大后減小，影響最大情況為目標(biāo)水位60 cm、90%保證率、間距30 m，當(dāng)暗管埋深從0.8m增加到1.0 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)增加了2 d；隨著暗管間距的增大，機(jī)械作業(yè)天數(shù)的變化幅度先增大后減小，在間距為20～30 m時(shí)，對機(jī)械作業(yè)天數(shù)的影響最大，影響最大情況為目標(biāo)水位60 cm、95%保證率、埋深0.8 m，當(dāng)間距從20 m增加到30 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)減小了3 d。對比目標(biāo)水位為60 cm、兩不同保證率條件下機(jī)械作業(yè)天數(shù)的變化可知，95%保證率時(shí)的機(jī)械作業(yè)天數(shù)對暗管埋深較敏感；另外此種情況下當(dāng)間距增大至60 m時(shí)，暗管排水系統(tǒng)就不能滿足機(jī)械下田的要求。在水稻收獲期不同保證率下，隨著暗管間距的增大，排水強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)小于一定值時(shí)，則不能保證機(jī)械下田收割，所以就水稻而言，暗管間距不能布設(shè)過大。

圖3 水稻收獲期不同目標(biāo)水位下分別滿足90%和95%保證率的機(jī)械作業(yè)天數(shù)隨暗管埋深與間距的變化Fig.3 DRAINMOD simulated working days change with drain spacing and depth for machine harvest of rice in different target water level meeting 90% and 95% probability

對比相同保證率、不同目標(biāo)水位條件下，水稻收獲期機(jī)械作業(yè)天數(shù)受排水強(qiáng)度的影響可發(fā)現(xiàn)，在90%保證率時(shí)，不同目標(biāo)水位條件下的暗管埋深為1.0 m和1.2 m時(shí)機(jī)械作業(yè)天數(shù)相差不大，但和0.8 m時(shí)的相差較大，說明當(dāng)同一暗管間距下，90%保證率時(shí)，當(dāng)暗管埋深從0.8 m增加到1.0 m比暗管埋深從1.0 m增加到1.2 m對機(jī)械作業(yè)天數(shù)影響更大。另外相對于目標(biāo)水位較淺，目標(biāo)水位較深時(shí)的暗管埋深對機(jī)械作業(yè)天數(shù)影響更大，在目標(biāo)水位埋深為60 cm時(shí)，暗管間距為20 m，埋深為1.2 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為6 d，當(dāng)埋深減小至0.8 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為5 d，均保持在收獲期(8 d)一半以上的天數(shù)；但在目標(biāo)水位為80 cm，暗管間距為20 m，埋深為1.2 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為6 d，此時(shí)當(dāng)埋深減小至0.8 m時(shí)，機(jī)械作業(yè)天數(shù)為3 d，僅為總收獲期天數(shù)的1/3左右。在不同目標(biāo)水位條件下，機(jī)械作業(yè)天數(shù)受間距的影響也較大，在30～40 m時(shí)，影響最為顯著，最大影響天數(shù)為4 d。在水稻收獲期相同保證率情況下，不同目標(biāo)水位對機(jī)械下田作業(yè)達(dá)到最少天數(shù)(1 d)時(shí)的間距影響也較大，例如，在90%保證率時(shí)，目標(biāo)水位為60 cm情況，間距達(dá)到70 m，機(jī)械仍能下田作業(yè)，但當(dāng)目標(biāo)水位增大至80 cm時(shí)，間距達(dá)到50 m，就不能滿足機(jī)械下田作業(yè)。所以為滿足機(jī)械下田作業(yè)要求，暗管間距應(yīng)相對較小。

2.4 滿足機(jī)械作業(yè)天數(shù)要求的暗管埋深與間距組合

根據(jù)DRAINMOD模型對水稻和小麥?zhǔn)斋@期不同保證率和不同地下水位埋深的模擬結(jié)果，下面對比水稻和小麥?zhǔn)斋@期，機(jī)械作業(yè)天數(shù)模擬結(jié)果的變化規(guī)律。

小麥和水稻收獲期機(jī)械下田作業(yè)天數(shù)受排水強(qiáng)度的影響變化趨勢是一致的，均隨著排水間距的增大逐漸減小，并且在暗管間距較小時(shí)，減小幅度較大，隨著暗管間距的增大，均趨于穩(wěn)定或不變，并且小麥和水稻收獲期機(jī)械下田作業(yè)天數(shù)受間距影響最大的區(qū)間，均為20～40 m。在小麥?zhǔn)斋@期機(jī)械下田作業(yè)主要是受暗管間距的影響，暗管埋深對其影響較小，而在水稻收獲期，暗管間距和暗管埋深對其影響均較大；并且在相同保證率和同一地下水埋深，小麥?zhǔn)芘潘畯?qiáng)度的影響比水稻小，小麥?zhǔn)斋@期的機(jī)械作業(yè)天數(shù)均比水稻要大，所以滿足水稻機(jī)械收割的暗管排水強(qiáng)度即能滿足小麥?zhǔn)斋@期的排水要求；在模擬暗管排水間距和埋深范圍內(nèi)，小麥?zhǔn)斋@期機(jī)械均能下田作業(yè)，但在水稻收獲期，當(dāng)排水強(qiáng)度小于某一范圍時(shí)，則不能保證機(jī)器下田收割。

為確定滿足目標(biāo)機(jī)械作業(yè)天數(shù)的暗管埋深與間距組合，在水稻收獲期，針對大型和小型機(jī)械的兩類標(biāo)準(zhǔn)，通過DRAINMOD模型模擬暗管埋深在80～100 cm時(shí)，暗管的最優(yōu)間距。結(jié)果顯示，基于大型機(jī)械收割要求，當(dāng)暗管埋深為80～100 cm，滿足 90%、95%保證率的最大暗管間距分別為：26.0～32.0 m、14.0～21.0 m；基于小型機(jī)械收割要求，當(dāng)暗管埋深為80～100 cm，滿足 90%、95%保證率的最大暗管間距分別為：26.5～33.5 m、18.0～23.0 m。

我國現(xiàn)有暗管排水標(biāo)準(zhǔn)的研究中，一般針對旱作物生長季除澇降漬要求制定。1990年版《農(nóng)田排水技術(shù)規(guī)程(南方農(nóng)田暗管排水部分)》[17]中對于砂壤土地區(qū)暗管間距的推薦值為16.0～22.0 m?？紤]氣候和土壤的差異，本文推薦的暗管埋深為0.8～1.0 m，基于大型和小型機(jī)械下田作業(yè)要求，暗管間距為14.0～33.5 m，與上述規(guī)范基本一致，可同時(shí)滿足排澇降漬標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

本文運(yùn)用DRAINMOD 模型，模擬研究了稻麥輪作地區(qū)滿足一定機(jī)械收割保證率的暗管排水布局及其影響因素，得出的主要結(jié)論如下。

(1)作物收獲期機(jī)械作業(yè)天數(shù)受暗管埋深和排水間距的影響，隨著埋深的減小和間距的增大，作業(yè)天數(shù)逐漸減小。小麥?zhǔn)斋@期機(jī)械下田作業(yè)主要是受暗管間距的影響，而在水稻收獲期，暗管間距和暗管埋深對其影響均較大。

(2)在相同保證率和地下水埋深時(shí)，相較于水稻的情況，小麥?zhǔn)斋@期的機(jī)械作業(yè)天數(shù)受間距的影響更小，說明水稻收獲期更易受降雨的影響；暗管布置應(yīng)以滿足水稻收獲期機(jī)械下田為設(shè)計(jì)依據(jù)。

(3)在水稻收獲期，基于大型機(jī)械收割要求，當(dāng)暗管埋深為80～100 cm，滿足 90%、95%保證率的最大暗管間距分別為：26.0～32.0 m、14.0～21.0 m；基于小型機(jī)械收割

要求，當(dāng)暗管埋深為80～100 cm，滿足 90%、95%保證率的最大暗管間距分別為：26.5～33.5 m、18.0～23.0 m。

本文利用DRAINMOD模型進(jìn)行長序列分析時(shí)，假設(shè)每年作物的最佳收割期為固定時(shí)段，實(shí)際情況下則會有所調(diào)整。但本文基于不同保證率得出的結(jié)論具有較好的代表性，成果可為類似地區(qū)暗管排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

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