彭曼公式在參考作物需水量中的應(yīng)用

1、彭曼公式在參考作物需水量中的應(yīng)用單魚洋1,張新民2,陳麗娟1(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅蘭州730070;2.甘肅省水利科學(xué)研究院,甘肅蘭州730000摘要 介紹幾種作物需水量常用計(jì)算方法,并且利用彭曼公式計(jì)算甘肅省慶陽市巴家嘴灌區(qū)玉米的需水量,結(jié)果證明彭曼公式計(jì)算結(jié)果比以往的計(jì)算更為精確,從而為整個(gè)灌區(qū)的灌溉規(guī)劃和管理提供了更為有利的依據(jù)。關(guān)鍵詞 作物需水量;彭曼公式;巴家嘴灌區(qū)中圖分類號(hào) S11+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(200810-04196-02A pp lic a t ion o f P e nm a n F o r m u la in R e fe re

2、n c e o f C rop W a te r R e qu irem e n ts SHAN Yu -y an g e t a l (E n g in ee r in g In stitu te o f G an su A g ricu ltu ra l U n ive rs ity ,L an zh ou ,G an sh u 730070A b s tra c t S eve ra l cou n tin g m e th ods w e re i n trodu ced an d th e P enm anform u la w a s u sedto ca lcu la te th

3、 e w a te r requ irem en ts m a ize inth eB a jia zu i irr iga tion a rea i n Q in gyan g city o f G an su p rov in ce.R e su lt sh ow ed th a t th e cou n ti n gre su lt by P enm anfo rm u la w a s m o re precise ,w h ich p rov ided m ore favo rab le ba se fo r th e ir r iga tion p lan n in g an d

4、m an agem en t inth e w h o le ir rig a tion are a .K e y w o rd sC rop w a te r requ ire m en ts ;P enm an equ a tion;B a jiazu i irr iga tion a rea作者簡(jiǎn)介 單魚洋(1982-,男,遼寧遼陽人,碩士研究生,研究方向:水資源利用。收稿日期 2007-12-11作物需水量系指作物在適宜的土壤水分和肥力水平下,經(jīng)過正常生長(zhǎng)發(fā)育,獲得高產(chǎn)時(shí)的植株蒸騰、棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植株體的水量之和1-2。作物需水量的單位一般以某時(shí)段或全生育期所消耗的水層深度(m m

5、計(jì)。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),水資源的70%用于農(nóng)業(yè)灌溉,作物需水量是農(nóng)業(yè)灌溉中的重要組成部分,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)消耗中也占到相當(dāng)大的比例。水資源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此,對(duì)作物需水量的計(jì)算和研究是非常必要和重要的。1 作物需水量常用計(jì)算方法作物產(chǎn)量的高低與水的多少有直接的關(guān)系,作物生長(zhǎng)需要消耗大量的水分。作物需水量的大小受物理與生理作用的綜合影響:物理作用是指蒸發(fā)面的液體擴(kuò)散及上空的氣體紊流過程;生理作用是指植物根系吸水、體內(nèi)輸水和葉面氣孔開閉等過程。根據(jù)大量灌溉試驗(yàn)資料分析,作物需水量的大小與氣象條件(輻射、溫度、日照、風(fēng)速、土壤水分狀況、作物種類及其生長(zhǎng)發(fā)育階段、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、灌溉排水

6、措施等也有關(guān)。這些因素對(duì)需水量的影響是相互聯(lián)系的,也是錯(cuò)綜復(fù)雜的。作物需水量的計(jì)算方法主要有3大類。第1類是先計(jì)算全生育期總需水量,然后用階段需水模系數(shù)分配各階段需水量的方法,即所謂的“慣用法”。該方法采用1個(gè)或幾個(gè)影響需水量的參數(shù)與總需水量經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算總需水量,包括產(chǎn)量法、水面蒸發(fā)量法、積溫法、日照時(shí)數(shù)法、飽和差法和水面蒸發(fā)產(chǎn)量法、積溫產(chǎn)量法等;第2類是直接計(jì)算各生育階段作物需水量的方法,包括經(jīng)驗(yàn)公式法、水汽擴(kuò)散法、水量平衡法和綜合法;第3類是先用氣象因素計(jì)算各階段參考作物蒸發(fā)蒸騰量,然后乘以作物系數(shù)求各階段作物需水量的方法,包括經(jīng)驗(yàn)公式法、水汽擴(kuò)散法、水量平衡法和綜合法。下面將介紹幾種常用

7、的計(jì)算需水量的方法。1.1 以產(chǎn)量為參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 簡(jiǎn)稱“K 值法”。作物產(chǎn)量是太陽能的累積與水、土、肥、熱、氣諸因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的綜合結(jié)果,但在一定的氣象和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條件下,作物產(chǎn)量與需水量有較好的關(guān)系。因而把作物在一定的自然條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下所獲得的產(chǎn)量與其相適應(yīng)的需水量聯(lián)系起來,以需水系數(shù)表示它們之間的關(guān)系,即ET c =15K Y (1或ET c =K (15Y n+C(2式中,E T c 為作物全生育期總需水量(m 3/k g;K 為需水系數(shù),即形成1kg 產(chǎn)量所消耗的水量;Y 為作物產(chǎn)量(k g/hm 2;C ,n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)及指數(shù),n 一般取0.30.5。此方法計(jì)算作物

8、需水量,有一定的可靠性,尤其在中、低產(chǎn)范圍,其誤差常在30%以下。1.2 水面蒸發(fā)量法 又稱值法或蒸發(fā)皿法。用水面蒸發(fā)量為參數(shù)估算作物需水量的方法早在19161917年開始使用,該法采用的公式為ET c =15E 0(3或ET c =15a E 0+b(4式中,E 0為全生育期內(nèi)的水面蒸發(fā)(m 3/hm 2;為需水系數(shù),為全生育期內(nèi)總需水量與水面蒸發(fā)量的比值;a ,b 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。E 0應(yīng)用601型或80c m 口徑蒸發(fā)皿的測(cè)定值,不宜用20c m 口徑小型蒸發(fā)皿的測(cè)定值,單位應(yīng)與ET c 一致。由實(shí)測(cè)資料確定,旱作物=0.30.7。“值法”和“K 值法”都是直接計(jì)算作物需水量的方法,因?yàn)槠浜?jiǎn)

9、單,系數(shù)在各灌區(qū)由經(jīng)驗(yàn)容易獲得,因此在很多灌區(qū)仍廣泛應(yīng)用。1.3 積溫法 該法采用的公式為ET c =T (5或ET c =T +s(6式中,T 為全生育期內(nèi)的日平均氣溫累積值(;為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(m m /;s 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。積溫法在我國(guó)南方某些地區(qū)被應(yīng)用于計(jì)算水稻需水量,應(yīng)用簡(jiǎn)便,氣溫資料易于取得,也有的用指數(shù)形式的公式。但在干旱半干旱地區(qū),往往不是積溫而是干熱風(fēng)對(duì)蒸發(fā)蒸騰起決定作用,所以不宜采用。1.4 日照時(shí)數(shù)法日照時(shí)數(shù)法采用的公式形式為ET c =f H (7或ET c =f H +c (8式中,H 為全生育期內(nèi)的累計(jì)是照時(shí)數(shù)(h;f 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(m m /h;c 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。日照法適應(yīng)于夏

10、季生長(zhǎng)的作物。1.5 飽和差法 該法采用公式為安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),J ou rn a l o f A n h u i A g r i .S c i .2008,36(10:4196-4197 責(zé)任編輯 張彩麗 責(zé)任校對(duì) 馬君葉ET c=a D(9或ET c=a1D+b1(10式中,D為全生育期內(nèi)的日平均空氣飽和差,累積值(hP a;a、a1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(m m/hP a;b1為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。飽和差法多用模比系數(shù)計(jì)算階段作物需水量,計(jì)算誤差大,應(yīng)用受到限制。2彭曼(Penm an公式法彭曼公式依據(jù)的是能量平衡原理和水汽擴(kuò)散原理及空氣的熱導(dǎo)定律,1948年由英國(guó)的科學(xué)家彭曼提出,是現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用來計(jì)算作物需水

11、量的方法。它利用氣象因素計(jì)算各階段參考作物蒸發(fā)蒸騰量,然后乘以作物系數(shù)求各階段作物需水量,它是一種間接計(jì)算作物需水量的方法。彭曼公式計(jì)算參考作物需水量的常用公式為:ET0=p0R np+E ap0R np(11把凈輻射和干燥力經(jīng)驗(yàn)公式帶入得:ET0=p0p0.75QA(a+bnN-Tk4(0.56-0.079ea(0.1+0.9nN+0.26(es-ea(1+Cu2p0pR n+1(12式中:E T0為參考作物需水量(m m;Rn為凈輻射量(M J/(m2d;E a為干燥力(m m/d;為溫度計(jì)常數(shù)(kP a/;P,P0為面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和計(jì)算地點(diǎn)的實(shí)際氣壓(kP a;為飽和水汽壓溫度曲線上的斜率

12、(kP a/;n,N為實(shí)際日照時(shí)效和理論日照時(shí)數(shù)(h;為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù);C為修正系數(shù);e s為飽和水汽壓(hP a;e a為實(shí)際水汽壓(hP a;T K4為黑體輻射(m m/d;u2為地面以上2m處的風(fēng)速(m/s,a,b為用日照時(shí)數(shù)計(jì)算太陽輻射的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),其值與地區(qū)條件有關(guān),應(yīng)根據(jù)各地輻射觀測(cè)資料分析選用。3彭曼公式應(yīng)用實(shí)例3.1試驗(yàn)區(qū)概況巴家嘴灌區(qū)位于巴家嘴水庫(kù)下游,巴家嘴水庫(kù)位于甘肅省慶陽地區(qū)西峰市19km的蒲河上涇河支流蒲河中游。巴家嘴灌區(qū)工程是慶陽市唯一的中型電力提灌工程,設(shè)計(jì)流量4m3/s,最大的幾何揚(yáng)程為329.15m,有9級(jí)泵站、1個(gè)變電所、5個(gè)水管所。建成干渠4條長(zhǎng)37.

13、992 km,支渠26條19.6km,斗渠174條長(zhǎng)165.583km,大小建筑物840余座。配套灌溉面積93.1hm2。3.2試驗(yàn)分析通過對(duì)巴家嘴灌區(qū)玉米整個(gè)生育期(4月5日9月25日的研究,利用彭曼公式計(jì)算出作物的需水量。計(jì)算結(jié)果如表1所示。其中,ET c=K C ET0。K C是作物系數(shù),是指充分供水條件下實(shí)際作物蒸發(fā)蒸騰量與參考作物蒸發(fā)蒸騰量的比值。它反映了作物本身的生物學(xué)特性、產(chǎn)量水平、土壤耕作條件等對(duì)作物需水量的影響。作物系數(shù)值可根據(jù)各月田間實(shí)測(cè)需水量和相同階段的氣象因素計(jì)算出的參考作物需水量求得。該試驗(yàn)所取的作物系數(shù)為0.531.38。表1 ET0計(jì)算結(jié)果T a b le1 R

14、e su lts o f ET0月份M o n th e a e sR n P/P0E a E T0ET c 4月A p r.上旬E a rly m on th 5.9710.430.710.650 2.19 1.20 2.4112.0314.08中旬M idd le m o n th 6.8612.030.810.652 2.23 1.20 2.5712.8715.06下旬L a te m on th7.6813.470.890.653 2.23 1.20 2.7229.9435.03 5月M a y上旬E a rly m on th8.7714.870.970.654 2.91 1.20

15、3.0730.7016.27中旬M idd le m o n th9.6116.29 1.050.655 2.95 1.21 3.2031.9516.93下旬L a te m on th10.9318.52 1.180.656 3.16 1.21 3.4838.3024.13 6月Ju n.上旬E a rly m on th12.0420.76 1.300.657 3.49 1.21 3.8338.3226.06中旬M idd le m o n th13.2222.80 1.420.658 3.55 1.21 3.9939.8631.09下旬L a te m on th13.7223.66 1

16、.460.658 3.42 1.21 3.9339.3034.59 7月Ju l.上旬E a rly m on th16.9323.52 1.460.658 3.45 1.21 3.4734.6638.81中旬M idd le m o n th17.9024.86 1.530.659 3.65 1.21 3.6736.6841.08下旬L a te m on th18.5725.79 1.580.659 3.82 1.21 3.8342.1247.17 8月A u s.上旬E a rly m on th18.7824.71 1.520.659 3.32 1.21 3.2632.6445.05中旬M idd le m o n th17.5423.08 1.430.658 3.20 1.21 3.1131.1442.97下旬L a te m on th15.9821.02 1.320.657 3.32 1.21 2.9232.0944.29 9月S ep.上旬E a rly m on th13.9018.06 1.150.656 2.10 1.21 2.1020.9920.99中旬M idd le m o n th12.4616.18 1.050.655 2.02 1.21 1.9719.7219.724結(jié)