農(nóng)田水利學(xué)第一章 灌溉工程2013

1、 灌溉與排水工程學(xué)-緒論第二節(jié) 灌排工程學(xué)的研究對(duì)象 一、研究對(duì)象 1.調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況 通過(guò)灌溉和排水設(shè)施 包括改變農(nóng)田小氣候 2.改變和調(diào)節(jié)地區(qū)水情：改變水資源的時(shí)空分布 （1）蓄水與保水措施：面上工程與點(diǎn)、線狀工程 水庫(kù)、溝道、田間工程 （2）跨區(qū)域的調(diào)水、排水措施：地區(qū)和流域間的水資源調(diào)劑。 南水北調(diào) 灌溉與排水工程學(xué)-緒論第一章第一章 灌溉工程灌溉工程 第一節(jié) 農(nóng)田土壤水分狀況 第二節(jié) 作物需水量與灌溉制度 灌溉與排水工程學(xué)-緒論第一節(jié)第一節(jié) 農(nóng)田土壤水分狀況農(nóng)田土壤水分狀況 一、一、土壤水分存在形式及其有效性1.農(nóng)田水分存在的形式 地面水、地下水和土壤水。土壤水分是農(nóng)田灌溉研究重點(diǎn)

2、2.土壤水分存在的形態(tài)氣態(tài)水：數(shù)量少，有利于微生物活動(dòng)。吸著水：吸附于土壤表面，難以被作物利用的水分。毛管水：毛管作用下保持在土壤中的水分.重力水：過(guò)剩水 灌溉與排水工程學(xué)-緒論吸著水 吸濕水：被顆粒吸附于表面，無(wú)法移動(dòng).屬于無(wú)效水。 吸濕系數(shù)：吸濕水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量為 吸濕系數(shù)。 薄膜水：吸附于土壤顆粒表面，只能沿土壤表面進(jìn)行速度較小的移動(dòng)。 部分有效 凋萎系數(shù)：作物因干旱發(fā)生永久性凋萎時(shí)的土壤含水率。 1.5-2倍于吸濕系數(shù)。 最大分子持水量：。薄膜水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量為土壤最大分子持水率。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論毛管水毛管水屬于有效水分，是灌溉研究的重點(diǎn)。上升毛管水：地下水能沿

3、土壤毛細(xì)管上升的水分。 當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，下層水分可通過(guò)毛管上升。毛管懸著水：降雨或灌溉后，上層土壤中由于毛細(xì)管作用所能保持在土壤孔隙中的水分（由地面滲入）。 毛管懸著水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量為田間持水量，此時(shí)土壤毛管力在0.1-0.3atm之間。該指標(biāo)是農(nóng)田灌溉中應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)之一。生產(chǎn)中通常將灌水兩后土壤所能夠保持的含水量稱為田間持水量。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論重力水 超過(guò)毛管含水率，容易為重力所排出的水分； 可以被利用，但難以保持在土壤中。 滲漏到根系層外。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論3.土壤水分有效性土壤水分能夠被作物利用的難易程度；有效水通常是指田間持水量和凋萎系數(shù)之間的水量。通常以土

4、水勢(shì)表示。有效性與土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量、溫度、作物種類(lèi)有關(guān)。 灌排措施應(yīng)當(dāng)使得土壤含水量處于適宜的負(fù)壓范圍內(nèi)。變?yōu)橛行帧?灌溉與排水工程學(xué)-緒論農(nóng)田水分狀況與農(nóng)田小氣候 農(nóng)田水分狀況通常是指農(nóng)田地面水、土壤水和地下水的狀況以及相應(yīng)的養(yǎng)分、通氣和熱狀況。 農(nóng)田小氣候是指農(nóng)田貼地氣層與土層同作物群體間的生物過(guò)程和物理過(guò)程相互作用所形成的一種局部氣候。 土壤溫度和濕度； 田間近地層空氣溫度和濕度； 貼地層與作物層中的輻射和光照、風(fēng)速和二氧化碳濃度等。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論4、土壤水勢(shì)與土壤水分特征曲線（略） 表示水勢(shì)與含水量關(guān)系的曲線； 與突然那個(gè)質(zhì)地、結(jié)構(gòu)有關(guān)。 相同土壤含水率下，沙土

5、的有效性高于粘土和壤土； 相同吸力下，粘土的含水率高于沙土和壤土 灌溉與排水工程學(xué)-緒論二、作物生長(zhǎng)對(duì)農(nóng)田水分狀況的要求 1.水分的作用（簡(jiǎn)略）作物組成；光合原料；生理和生化反應(yīng)的場(chǎng)所；保持形狀；降低葉溫。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論2.旱作物對(duì)土壤水分狀況的要求作物需要適宜的土壤含水率，水、氣、溫合適； 水分太多：受澇、漬災(zāi)害-排水； 水分太少：干旱脅迫-灌溉適宜的土壤含水率范圍： 上限為田持（不是最好），下限一般為田持的60%-80%。 協(xié)調(diào)水、氣比例；改善品質(zhì)。調(diào)節(jié)措施： 灌溉與排水 灌溉與排水工程學(xué)-緒論2.水田適宜水分狀況一定的水深變化范圍對(duì)水稻等作物生長(zhǎng)有利； 水層太深：受淹； 水分太

6、少：受旱適宜的水分范圍： 傳統(tǒng)采用淹灌； 節(jié)水灌溉模式下，灌水下限一般低于飽和含水率蓄水控灌、控制灌溉 灌溉與排水工程學(xué)-緒論水稻節(jié)水灌溉 灌溉與排水工程學(xué)-緒論三、土壤水分運(yùn)動(dòng)一、土壤入滲（試驗(yàn)部分）（一）入滲規(guī)律（1）入滲速率逐漸降低，并逐漸趨于平穩(wěn)；（2）表層土壤含水率較高，隨著深度增加，逐漸降低；（3）飽和層逐漸下移，并可能與地下水連接。（二）土壤入滲公式： 灌溉與排水工程學(xué)-緒論（二）土壤蒸發(fā) 一般過(guò)程（非穩(wěn)定蒸發(fā)）：（1）穩(wěn)定蒸發(fā)階段。含水率高于臨界值時(shí)； 受制于大氣蒸發(fā)能力；（2）蒸發(fā)速率隨土壤含水率減小而降低； 受制于土壤供水速率和大氣蒸發(fā)能力共同影響。（3）表土風(fēng)干，水汽擴(kuò)散

7、階段 采用秸稈覆蓋；中耕切斷毛管。 當(dāng)?shù)叵滤惠^高且穩(wěn)定時(shí)，可處于穩(wěn)定蒸發(fā)狀態(tài)。 蒸發(fā)狀態(tài)下，土壤水分上低下高。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論四、SPAC系統(tǒng)（略） Soil（土壤）-Plant（植物）-Atmosphere（大氣） 水勢(shì)驅(qū)動(dòng)水分從高水勢(shì)的土壤，進(jìn)入低水勢(shì)的大氣； 灌溉與排水工程學(xué)-緒論五、土壤水分調(diào)控 1.農(nóng)田水分不足的原因；來(lái)水少-灌溉損失多，蒸發(fā)、徑流、滲漏； 蓄水能力差（內(nèi)部）-改善結(jié)構(gòu)； 損失多（外部） 2.水分過(guò)多的原因降雨、洪水；高地下水位；排水條件差。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論第二節(jié) 作物需水量與灌溉制度 一、作物需水量（crop water requirement）

8、1.農(nóng)田水分消耗的形式（1）蒸發(fā)、蒸騰（騰發(fā)量），即作物需水量； 作物需水量是農(nóng)業(yè)用水最主要的消耗方式，屬于真實(shí)耗水。（2）深層滲漏（percolation）；（3）地表徑流（runoff）。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論2、作物需水量的影響因素 （1）氣象因素 （2）作物因素種類(lèi)、生長(zhǎng)狀況、生長(zhǎng)階段 （3）土壤因素供水狀況、土壤類(lèi)型 （4）農(nóng)業(yè)技術(shù)措施因素 需水強(qiáng)度： 灌溉與排水工程學(xué)-緒論二、作物需水量計(jì)算方法 1.直接計(jì)算方法（1）以水面蒸發(fā)為參數(shù)（濕潤(rùn)地區(qū)）（2）以產(chǎn)量為參數(shù)的計(jì)算地區(qū)（干旱地區(qū)） 用于宏觀水資源管理。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論2、基于參考參考作物需水量的計(jì)算方法 （1）參考作

9、物需水量（reference crop evaportranspiration）8-15cm高綠色草地的騰發(fā)量 生長(zhǎng)旺盛；完全覆蓋；充分供水。僅取決于氣象因素。 考慮作物和土壤因素的影響，修正參考作物需水量。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論（2）參考作物需水量的計(jì)算方法 原理：根據(jù)氣象資料，按時(shí)段（日、旬、月等）進(jìn)行計(jì)算 a.布萊尼-克雷多法（略）考慮參數(shù)：平均氣溫、相對(duì)日照時(shí)數(shù)、濕度、風(fēng)速；屬于經(jīng)驗(yàn)公式。 b.水汽擴(kuò)散法（略）基于水汽擴(kuò)散理論，精度較高，但參數(shù)不容易獲得。考慮了風(fēng)速、比濕等參數(shù)。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論 c.波紋比法：根據(jù)獲取的能量在潛熱（騰發(fā)耗水消耗）與感熱（氣溫上升）之間分配確定

10、不考慮土壤熱通量、橫向遷移熱量。 熱量?jī)H用于騰發(fā)和加熱空氣。 較大面積，且下墊面較均勻。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論D 。Penman-Monteith公式（常用）理論基礎(chǔ)能量平衡、水汽擴(kuò)散理論 獲得的熱量、傳遞給土壤的熱量； 水汽擴(kuò)散導(dǎo)致的潛熱損失。是FAO推薦的參考作物需水量計(jì)算方法需要的參數(shù)：1）位置參數(shù)：緯度、高度。計(jì)算大氣壓、太陽(yáng)角度、理論日照時(shí)數(shù)確定獲得的理論太陽(yáng)輻射2）氣象參數(shù)最高和最低氣溫、最大和最小相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)量、風(fēng)速3）土壤熱通量。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論對(duì)參考作物的重新定義 作物高度12cm； 葉面阻力70s/s，相當(dāng)于充分供水；影響水汽擴(kuò)散速率 葉面反射率0.23 灌

11、溉與排水工程學(xué)-緒論（3）實(shí)際作物的騰發(fā)量 1）計(jì)算作物充分供水條件下的潛在騰發(fā)量ET0； 2）利用作物系數(shù)計(jì)算實(shí)際騰發(fā)量。ET=Kc*ET0Kc綜合作物系數(shù)，與作物種類(lèi)，生育階段有關(guān)。充分供水模式下，不同水文年份間較為穩(wěn)定。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論3）脅迫條件下作物騰發(fā)量估算 遭受干旱脅迫時(shí)，作物吸水困難，騰發(fā)減少； 當(dāng)根區(qū)消耗的水分，超過(guò)容易利用的水分時(shí)，或者含水率低于適宜含水率時(shí)，脅迫發(fā)生； 需要考慮土壤因素系數(shù)進(jìn)行修正。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論三、灌溉制度 一定的自然和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下，為獲得高產(chǎn)或高效，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，所制定定的農(nóng)田灌溉方案。 包括灌水日期、灌水次數(shù)、灌水定額和灌溉定額；

12、 涵蓋播種前和生育期內(nèi)。 灌溉制度本身應(yīng)該是節(jié)水、高（產(chǎn)）效。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論1.灌溉制度的制定方法 （1）根據(jù)已有灌水經(jīng)驗(yàn)； （2）根據(jù)灌溉試驗(yàn)資料； （3）根據(jù)作物的生理和生態(tài)指標(biāo)確定；確定合理的下限控制指標(biāo)土水勢(shì)、葉水勢(shì)、土壤含水率、葉氣溫差；土壤含水率較為常用。 （4）水量平衡法制定灌溉制度。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論3. 水量平衡法制定灌溉制度 （1）基本思路 當(dāng)土壤中儲(chǔ)存的水分，達(dá)到適宜水量（率）下限時(shí)，進(jìn)行灌溉； 灌水至適宜的含水量（率）上限； 其差值即為灌水定額。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論（2）制定灌溉制度需要確定的參數(shù) 1）計(jì)劃是潤(rùn)層（root zone）旱作物灌水時(shí)計(jì)劃

13、濕潤(rùn)的土層深度 Designed moisting layer of soil 與根系分布有關(guān)，隨生育進(jìn)程而增加。 2）地下水補(bǔ)給量K補(bǔ)給強(qiáng)度，mm/d,或者m3/hm2/d T時(shí)段內(nèi)的補(bǔ)給量：K=k*t；或者占需水量的比例。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論3）計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的（可用）水量WT 隨著根系的下扎，吸收范圍擴(kuò)大，可利用的水分增加。)(W12THH )(W12THH 灌溉與排水工程學(xué)-緒論4）有效降雨 降雨中除去截留、深層滲漏和地表徑流后，儲(chǔ)存于計(jì)劃濕潤(rùn)層中的水量； 常采用有效降雨系數(shù)計(jì)算。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論（3）舉例 某地旱作物，當(dāng)前計(jì)劃濕潤(rùn)層50cm，孔隙率60%，田間持水量

14、為土壤空隙的80%；適宜含水率下限為田間持水量的60%，上限為田間持水量。 當(dāng)前（3月5日）含水率為田間持水量的75%；日耗水量為4mm/d； 1）哪天需要灌溉？灌水定額是多少？若地下水補(bǔ)給強(qiáng)度為1mm/d，何時(shí)灌溉？ 2）若3月10號(hào)降雨50mm，需要哪天灌溉？若降300mm？ 3）若3月15日時(shí)，計(jì)劃濕潤(rùn)層達(dá)到70cm（田持的75%）。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論 灌溉與排水工程學(xué)-緒論作業(yè) 某地玉米作物，當(dāng)前計(jì)劃濕潤(rùn)層50cm，土壤干容重1.2g/cm3, 田間持水量為土壤干容重的25%；適宜含水率下限為田間持水量的60%。深層土壤初始含水率為田持的75%。當(dāng)前（3月5日）含水率為田間持水量的75%；日耗水量為5mm/d，地下水補(bǔ)給強(qiáng)度為1mm/d。 1）確定下次灌水日期和灌水定額。 2）若3月10號(hào)降雨30mm，需要哪天灌溉？若降300mm？ 3）若3月15日時(shí)，計(jì)劃濕潤(rùn)層達(dá)到70cm（田持的75%）。 灌溉與排水工程學(xué)-緒論澇、漬災(zāi)害 澇：降雨導(dǎo)致地面積水過(guò)深，作物受淹 是當(dāng)?shù)亟涤?/p>