表面灌漑とは、重力によって土壌表面に水を散布する灌漑方法です。これは世界中で最も一般的な灌漑方法であり、多くの地域で何千年もの間、ほとんど変化することなく行われてきました。
地表灌漑はしばしば洪水灌漑と呼ばれ、水の分配が制御されていないため、本質的に非効率的であるという印象を与えます。しかし実際には、この名称で分類される灌漑方法の中には、高度な管理を伴うものもあります(例えば、サージ灌漑など)。
表面灌漑のプロセスは、4つの段階で説明できます。水が圃場の上端から供給されると、水は圃場全体に流れ、前進します。前進段階とは、水が圃場の上端から供給され、圃場全体に流れ、前進する期間を指します。水が圃場の端に達すると、流出するか、水たまりができ始めます。前進段階の終了から流入の停止までの期間は、湿潤、湛水、または貯留段階と呼ばれます。流入が停止すると、水は流出と浸透を続け、圃場全体が排水されるまで続きます。枯渇段階とは、流入停止後、圃場全体がまだ水没している短い期間を指します。後退段階とは、水面が圃場の下流端に向かって後退する期間を指します。圃場内の任意の地点に供給される水の深さは、機会時間、つまり土壌表面に水が存在する期間の長さによって決まります。

平底灌漑は、歴史的に土塁で囲まれた平らな表面を持つ小さな地域で使用されてきました。水は盆地全体に急速に供給され、浸透します。従来の盆地では、灌漑された後は畑から水が排出されることは許されません。盆地灌漑は、浸透率が比較的低い土壌で好まれます。[ 1 ]これは表面灌漑の方法でもあります。畑は通常、土地の自然な等高線に沿って設定されますが、レーザーレベリングと土地の整地の導入により、機械化された広大な耕作に適した大きな長方形の盆地を建設することが可能になりました。
ドレインバック式レベル盆地(DBLB)または等高線盆地は、盆地灌漑の一種で、圃場を段々畑状の長方形の区画に分割し、区画を水平にするか、傾斜をほとんど設けない方式です。水は最初の区画(通常は標高が最も高い区画)に供給され、その後、必要な深さの水がその区画から排水され、最初の区画よりも標高の低い次の区画に流れ込むようにします。各区画は、前の区画からの排水と供給水路からの継続的な流入水を組み合わせて、順番に灌漑されます。これらのシステムの運用が成功するには、連続する区画間の標高差が十分である必要があります。これらのシステムは、米と小麦が輪作されているオーストラリアで一般的に使用されています。[ 2 ]
畝間灌漑は、畑の主要な傾斜方向と平行に、畑の長さに沿って小さな平行な水路を作ることで行われます。水は各畝の上端から供給され、重力の影響を受けて畑を下って流れます。水の供給には、ゲート付きパイプ、サイフォンとヘッドディッチ、または堤防のないシステムを使用できます。水の移動速度は、傾斜、表面の粗さ、畝の形状など多くの要因によって決まりますが、最も重要なのは流入量と土壌浸透率です。隣接する畝間の間隔は作物の種類によって決まり、一般的な間隔は通常0.75~2メートル(2.5~6.6フィート)です。作物は畝間の畝に植えられ、畝間には1列の植物がある場合もあれば、ベッド型システムの場合は複数の列がある場合もあります。畝の長さは、土壌の種類、場所、作物の種類によって、100メートル未満から2,000メートル(0.062~1.243マイル)まで様々です。畝が短いほど、一般的に散水均一性は高まりますが、流出損失の可能性が高まります。畝間灌漑は、綿花、トウモロコシ、サトウキビなどの広大な畑作作物に特に適しています。また、柑橘類、核果類、トマトなどの様々な園芸産業でも実施されています。
水が反対側に到達するまでにはかなりの時間がかかるため、水は圃場の上端でより長い時間浸透していることになります。その結果、上端では散水量が多く、下端では散水量が少なくなるため、均一性が低下します。ほとんどの場合、水が圃場に沿って移動する速度(前進速度)を上げることで、畝間灌漑の性能を向上させることができます。これは、流量を増やすか、サージ灌漑を行うことで実現できます。前進速度を上げると、均一性が向上するだけでなく、灌漑を完了するために必要な水の総量も減少します。
このタイプの灌漑は比較的新しく、その実践とモデリングに関する研究開発は1980年代初頭に始まりました。[ 3 ]サージ灌漑は、計画された時間間隔で給水を断続的に行う畝間灌漑の一種です(例:1時間給水、1時間半給水)。湿潤と乾燥のサイクルにより浸透速度が低下し、連続流よりも速い前進速度と高い均一性が得られます。 [ 4 ]浸透の低下は、急速な湿潤中に表面が固まり、亀裂や微細孔が埋まり、土壌粒子が崩壊し、各乾燥段階で表面が密閉されることによるものです。[ 5 ]サージ灌漑が効果的な土壌では、全体的な水使用量を少なくして灌漑を完了できるため、効率が高くなり、不足灌漑を実施できる可能性もあると報告されています。[ 6 ]サージ灌漑の有効性は土壌の種類に依存します。例えば、多くの粘土質土壌は連続流下で急速に固結する性質を持つため、サージ灌漑はほとんど効果がない。[ 1 ]
境界帯灌漑(境界チェック灌漑またはベイ灌漑とも呼ばれる)は、平地涵養と畝間灌漑のハイブリッドと考えることができる。圃場は複数のベイまたは帯状に分割され、各ベイは盛り土された土のチェックバンク(境界)で区切られている。ベイは一般的に涵養灌漑に比べて長く狭く、圃場の傾斜に沿って長手方向に配置される。典型的なベイの寸法は、幅10~70m (10~80ヤード) 、長さ100~700m (110~770ヤード)である。水はベイの上端から供給されるが、通常、下流端で水が自由に流れるように設計されている。この技術の一般的な用途の一つに、酪農用の牧草地の灌漑がある。
洪水灌漑(英語のspate、意味:a. 洪水または氾濫。b. 川が堤防を越えて氾濫すること)は、河川、小川、池、湖の季節的な洪水を利用して貯水池を満たす灌漑方法です。これは、中東、北アフリカ、西アジア、東アフリカ、ラテンアメリカの一部などの乾燥および半乾燥気候における古代からの灌漑方法です。[ 7 ]
洪水灌漑では、川が増水した際に、通常は乾いている川床から水が引き込まれます。洪水水はその後、畑に導かれます。これは、自由取水口、分水路、または川床に建設された堤防によって行われます。通常数時間から数日間続く洪水水は、一次、二次、場合によっては三次洪水路のネットワークを通して導かれます。灌漑区域は、数ヘクタールから25,000ヘクタール(62,000エーカー)を超えるものまで様々です。
洪水灌漑システムでは、水の流れを制御し最適化するために膨大な管理努力が必要となる。流れの速い水は非常に大量の堆積物を移動させる能力があるため、河岸の高さや河床の構成は急速に変化する可能性がある。岩石、土壌、および水の流れを変えるために使用されるその他の材料を移動させる能力のある強力な力の流れを変えることは困難であることが判明する可能性がある。[ 8 ]
表面灌漑は適切な管理と適切な条件下で効果的に実施できますが、生産性や環境の持続可能性を損なう多くの問題と関連付けられることがよくあります。[ 9 ]
現代の地表灌漑管理の目的は、これらの潜在的な悪影響のリスクを最小限に抑えることである。