《灌溉排水工程学》教学用课件-第一章演示教学.ppt

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1、灌溉排水工程学教学灌溉排水工程学教学用课件用课件-第一章第一章第一节第一节 农田土壤水分状况农田土壤水分状况地面水地面水地下水地下水土壤水土壤水土壤水是作土壤水是作物生长环境物生长环境的核心的核心农田水分农田水分一、农田土壤水分存在的基本形式一、农田土壤水分存在的基本形式土土壤壤水水分分存在于未被水分占据的土壤空隙存在于未被水分占据的土壤空隙田间持水率田间持水率：灌水两天后土壤所能保持的含水率，它是重力水和毛：灌水两天后土壤所能保持的含水率，它是重力水和毛管水、有效水分和过剩水分的分界线。管水、有效水分和过剩水分的分界线。固态：固态：汽态：汽态：液态：液态：在土壤冻结时存在在土壤冻结时存在吸着

2、水：吸着水：毛管水：毛管水：重力水：重力水：不能被利用，其上限以下的水分为不能被利用，其上限以下的水分为无效水。无效水。田间持水率和无效水之间的水，容易为田间持水率和无效水之间的水，容易为农作物利用，称为农作物利用，称为有效水有效水。地下水位高，停留在根系层的水影响土壤地下水位高，停留在根系层的水影响土壤的通气，这部分水称为的通气，这部分水称为过剩水，过剩水，地下水位地下水位低，水很快排出根系层而不能被使用。低，水很快排出根系层而不能被使用。凋萎系数凋萎系数：作物产生不可逆转性凋萎时对应的土壤含水量。：作物产生不可逆转性凋萎时对应的土壤含水量。土壤含水率：水量与土量的比值。土壤含水率：水量与土

3、量的比值。质量比：质量比：体积比：体积比：关系：关系：测定方法：直接法和间接法。测定方法：直接法和间接法。本书所指灌溉水量：本书所指灌溉水量：mm、m3/hm2。二、作物生长对农田水分状况的要求二、作物生长对农田水分状况的要求水对作物的生长的影响：水对作物的生长的影响：（1）水是作为进行光合作用、制造有机物的原料；）水是作为进行光合作用、制造有机物的原料；（2）水使作物保持正常、稳定状态；）水使作物保持正常、稳定状态；（3）水是作物营养元素、矿物质的载体；）水是作物营养元素、矿物质的载体；（4）水分是作物细胞原生质的重要成分；）水分是作物细胞原生质的重要成分；（5）水分可以调节作物体温。）水分

4、可以调节作物体温。1、旱作物对农田水分状况的要求、旱作物对农田水分状况的要求 根系吸水层的土壤水分根系吸水层的土壤水分农作物农作物引起水涝灾害引起水涝灾害影响土壤的通气影响土壤的通气旱作物根系吸水层的允许平均旱作物根系吸水层的允许平均最大含水率最大含水率为根系吸为根系吸水层的田间持水率。水层的田间持水率。要求要求：地面不容许积水，地下水位不容许上升到根：地面不容许积水，地下水位不容许上升到根系吸水层。系吸水层。地面水地面水 地下水地下水 地表积水地表积水地下水位到达根系吸水层地下水位到达根系吸水层毛管水最容易被旱作物吸收毛管水最容易被旱作物吸收干旱干旱大气干旱大气干旱土壤干旱土壤干旱生理干旱生

5、理干旱土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是确定根系吸水层的土壤确定根系吸水层的土壤最低含水率最低含水率的重要指标。的重要指标。S：根系土层中易溶于水的盐分含量（占干土：根系土层中易溶于水的盐分含量（占干土%）；）；C：允许的盐类溶液浓度（占水重：允许的盐类溶液浓度（占水重%）；min：为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率：为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率以盐渍土为例：以盐渍土为例：结论：旱作物根系吸水层含水率结论：旱作物根系吸水层含水率最大：田间持水率最大：田间持水率 最小：作物适宜的土壤含水率下限最小：作物适宜的土壤含水

6、率下限2、水稻地区的农田水分状况要求、水稻地区的农田水分状况要求田间经常需要水层田间经常需要水层生理上要求土壤水分达到饱和（除萌芽和成熟期）生理上要求土壤水分达到饱和（除萌芽和成熟期）水稻的灌溉以保证田间有适宜的浅水层。水稻的灌溉以保证田间有适宜的浅水层。适宜的适宜的浅水层浅水层为水分、养分的供应提供良好条件为水分、养分的供应提供良好条件水层的适宜深度：由作物品种、生育阶段、自然环境、水层的适宜深度：由作物品种、生育阶段、自然环境、人为条件及经验来决定。人为条件及经验来决定。水稻喜湿好水水稻喜湿好水调节和改善水稻生长环境条件调节和改善水稻生长环境条件三、农田土壤水分运动三、农田土壤水分运动1、

7、土壤水分运动基本方程、土壤水分运动基本方程非饱和土壤水流动空间中点非饱和土壤水流动空间中点(x,y,z)上取单元体上取单元体(dx,dy,dz),由达西定律知由达西定律知x,y,z轴向的水流通量为轴向的水流通量为k()土壤的非饱和导水率土壤的非饱和导水率分别为分别为x、y、z方向的水势梯度方向的水势梯度dt时间内，流入和流出单元体的土壤水分质量差总计为时间内，流入和流出单元体的土壤水分质量差总计为dt时间内单元体内土壤水分质量的变化量为时间内单元体内土壤水分质量的变化量为 由质量守恒定律知两者在数值上相等，即：由质量守恒定律知两者在数值上相等，即：将（将（12）式代入（）式代入（14），得：）

8、，得：即为非饱和土壤水运动的基本方程式。即为非饱和土壤水运动的基本方程式。D()称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过单位面积称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过单位面积的土壤水流量。的土壤水流量。则非饱和土壤水运动方程又可写为则非饱和土壤水运动方程又可写为式中：式中：C(h)=dd h表示压力水头减少一个单位时，单位体积表示压力水头减少一个单位时，单位体积土壤中所能释放出来的水体积，其量纲为土壤中所能释放出来的水体积，其量纲为 L-1，称为容，称为容水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。2、入渗条件下土壤水运动、入渗条件下土壤水运动入渗前入

9、渗前0很小，地面初始入渗速度很小，地面初始入渗速度i 1很大，短时间内就很大，短时间内就接近饱和含水率接近饱和含水率s，见图，见图1-3。随时间的延长，入渗路径。随时间的延长，入渗路径的加大，入渗速度的加大，入渗速度i t不断减小，最后趋于不断减小，最后趋于i f，即接近该土即接近该土壤的渗透系数壤的渗透系数K。通常用入渗速度。通常用入渗速度i t和累积渗水量和累积渗水量I与时与时间间t的关系曲线描述入渗规律。的关系曲线描述入渗规律。（1）入渗过程的一般规律）入渗过程的一般规律2）入渗量的计算：采用公式计算入渗速度）入渗量的计算：采用公式计算入渗速度i t和入渗量和入渗量I式中：式中：i t是

10、任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水层厚度水层厚度(mmmin或或cm/h)计；计；i 1是第一单位时间末的是第一单位时间末的入渗速度；入渗速度；t为入渗时间为入渗时间(min或或h)；为经验指数，决定于为经验指数，决定于土壤性质和初始含水率土壤性质和初始含水率,=0.30.8，一般土壤取，一般土壤取0.5。将实验资料将实验资料I、t按时序求出按时序求出i=It，取，取lg i及及1g t，点绘，点绘于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图所示：于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图所示：1）考斯加可夫公式）考斯加可夫公式 由于由于即即为拟合直线与为拟

11、合直线与横轴的夹角的正切值横轴的夹角的正切值拟和直线与纵轴的截距即为拟和直线与纵轴的截距即为lg i1则累积入渗量则累积入渗量I与入渗时间与入渗时间t的关系的关系式中式中i 0为第一单位时间内土壤渗吸的平均速度。为第一单位时间内土壤渗吸的平均速度。用式（用式（110）I t2)菲利普入渗公式菲利普入渗公式式中：式中：S为渗吸系数，为渗吸系数，i f 为稳定入渗速度为稳定入渗速度 i f=i()3、蒸发条件下土壤水分运动、蒸发条件下土壤水分运动（1）无地下水位补给条件下的土壤水分蒸发）无地下水位补给条件下的土壤水分蒸发当地下水位较深时，上层土壤的含水率可以看作不受地当地下水位较深时，上层土壤的含

12、水率可以看作不受地下水补给的影响。蒸发过程可以分为三个阶段：下水补给的影响。蒸发过程可以分为三个阶段：第一阶段：第一阶段：稳定蒸发阶段稳定蒸发阶段：指灌水、降雨入渗刚结束，土壤含水量：指灌水、降雨入渗刚结束，土壤含水量高，向上输送水分的能力强，此时土壤水分的高，向上输送水分的能力强，此时土壤水分的蒸发强度蒸发强度 主要取决于大气的蒸发力，其接近于水面蒸发强度，主要取决于大气的蒸发力，其接近于水面蒸发强度，与土壤含水率无关，当土壤含水率降至某一临界值与土壤含水率无关，当土壤含水率降至某一临界值k，时，稳定蒸发阶段结束，该阶段又称为时，稳定蒸发阶段结束，该阶段又称为大气蒸发力控制大气蒸发力控制阶段

13、阶段。E0第二阶段：第二阶段：蒸发强度递减阶段：蒸发强度递减阶段：开始于土壤含水率减少到开始于土壤含水率减少到=k 时，由于土壤含水率降低，土壤向上输送水分的能力减时，由于土壤含水率降低，土壤向上输送水分的能力减弱，土壤水分的蒸发强度取决于大气蒸发力与土壤向上弱，土壤水分的蒸发强度取决于大气蒸发力与土壤向上输送水分能力二者的制约关系。该阶段的土壤水蒸发强输送水分能力二者的制约关系。该阶段的土壤水蒸发强度随含水率减小而逐渐减小。度随含水率减小而逐渐减小。该阶段土壤蒸发强度该阶段土壤蒸发强度由下式计算；由下式计算；=（a+b）E0式中：式中：a、b：与土壤性质有关的两个系数：与土壤性质有关的两个系

14、数 E0 ：水面蒸发强度。：水面蒸发强度。第三阶段：第三阶段：当地表土壤含水率很低时，表土输水能力较弱，地表形当地表土壤含水率很低时，表土输水能力较弱，地表形成一干土层。干土层下的水分向上运移至于土层底部成一干土层。干土层下的水分向上运移至于土层底部时，以水汽扩散的形式穿过干土层进入大气，此时蒸发时，以水汽扩散的形式穿过干土层进入大气，此时蒸发强度不仅取决于干土层厚度，而且取决于干土层内水汽强度不仅取决于干土层厚度，而且取决于干土层内水汽扩散的能力。扩散的能力。三个阶段的划分只具有相对意义，事实上整个蒸发过程三个阶段的划分只具有相对意义，事实上整个蒸发过程的蒸发强度都是随外界蒸发力和土壤输水能

15、力而变化。的蒸发强度都是随外界蒸发力和土壤输水能力而变化。（2）有地下水补给条件下的蒸发）有地下水补给条件下的蒸发若地下水埋藏较浅，表土蒸发消耗的水分在毛管力的作若地下水埋藏较浅，表土蒸发消耗的水分在毛管力的作用下有地下水补给。如果外界蒸发力不随时间而变，土用下有地下水补给。如果外界蒸发力不随时间而变，土壤水分蒸发强度与地下水向上补给的通量处于壤水分蒸发强度与地下水向上补给的通量处于相对平衡相对平衡状态状态，就形成稳定蒸发：，就形成稳定蒸发：q：地下水补给通量；：地下水补给通量；h：土壤基质势（负的土壤吸力）；：土壤基质势（负的土壤吸力）；K：土壤非饱和水力传导度。：土壤非饱和水力传导度。四、

16、土壤四、土壤植物植物大气连续体水分运移大气连续体水分运移 土壤土壤（S）水分连续体（水分连续体（C）大气大气A）植物（植物（P）应用统一的能量指标应用统一的能量指标“水势水势”来定量研究整个系统中各个环来定量研究整个系统中各个环节能量水平的变化：节能量水平的变化：Rsr、Rrl、Rla:分别为土壤水分通过土壤到达根表皮，由分别为土壤水分通过土壤到达根表皮，由根表皮到达叶面，由叶面到达空气中各段路径的水流阻力。根表皮到达叶面，由叶面到达空气中各段路径的水流阻力。五、农田土壤水调控五、农田土壤水调控1、农田水分不足的原因及调节措施、农田水分不足的原因及调节措施农田水分不足的原因：农田水分不足的原因

17、：（1）降雨量不足；）降雨量不足；（2）降雨入渗量少，径流损失较多；）降雨入渗量少，径流损失较多；（3）土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。）土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。调节措施：调节措施：（1）灌溉：播前和生育期灌溉、储水灌溉及其它灌溉；）灌溉：播前和生育期灌溉、储水灌溉及其它灌溉；（2）改善土壤结构：提高透水性、蓄水性。）改善土壤结构：提高透水性、蓄水性。2、农田水分过多的原因、灾害及其调节措施、农田水分过多的原因、灾害及其调节措施农田水分过多的原因农田水分过多的原因（1）大气降水过多）大气降水过多 （2）低洼地区积水）低洼地区积水（3）地下水位过高）地下水位过高 （4）排

18、水不畅）排水不畅灾害类型：灾害类型：洪灾：河水泛滥洪灾：河水泛滥 涝灾：积水难排涝灾：积水难排 渍害：土壤过湿渍害：土壤过湿 次生盐碱化：地下水位高、蒸发强次生盐碱化：地下水位高、蒸发强调节措施：调节措施：（1）截流）截流 （2）排出地表水）排出地表水（3）降低地下水位）降低地下水位 （4）排除根系层过多水分）排除根系层过多水分（5）改善土壤性能）改善土壤性能可将农田水分过多部分积蓄以用于灌溉。可将农田水分过多部分积蓄以用于灌溉。第二节第二节 作物需水量与灌溉制度作物需水量与灌溉制度一、作物需水量及影响因素一、作物需水量及影响因素作物根系吸水，也称植株蒸腾作物根系吸水，也称植株蒸腾植株间水分蒸

19、发，也称棵间蒸发植株间水分蒸发，也称棵间蒸发渗漏渗漏深层渗漏：旱作物深层渗漏：旱作物田间渗漏：水稻田间渗漏：水稻作物需水量作物需水量：指生长在大面积上的无病虫害作物，在最佳：指生长在大面积上的无病虫害作物，在最佳水、肥等土壤条件和生长环境中，取得高产潜力所需满足水、肥等土壤条件和生长环境中，取得高产潜力所需满足的植株蒸腾的植株蒸腾和棵间蒸发和棵间蒸发之和，又称作物蒸发蒸腾量。之和，又称作物蒸发蒸腾量。蒸发蒸腾量与渗漏量之和蒸发蒸腾量与渗漏量之和(+)统称为农田耗水量。统称为农田耗水量。农田水分消耗农田水分消耗影响作物需水量的因素：影响作物需水量的因素：自然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等自

20、然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等作物需水量的特点：作物需水量的特点：（1）作物种类不同对水分要求不同）作物种类不同对水分要求不同（2）同一作物不同生育阶段对水分要求不同）同一作物不同生育阶段对水分要求不同（3）地区自然条件不同作物需水量不同）地区自然条件不同作物需水量不同（4）农业技术措施不同，作物需水情况不同）农业技术措施不同，作物需水情况不同因因素素阶段需水模数阶段需水模数：作物各生育阶段的需水量占全生育期总需：作物各生育阶段的需水量占全生育期总需水量的百分数。水量的百分数。日需水量日需水量：作物每日所需水量

21、。：作物每日所需水量。作物的日需水量和阶段需水模数，是制定灌溉制度和合理作物的日需水量和阶段需水模数，是制定灌溉制度和合理用水的重要依据。用水的重要依据。二、作物需水量计算二、作物需水量计算两类计算方法：两类计算方法：1、直接计算出作物需水量的方法；、直接计算出作物需水量的方法；2、基于参照作物蒸发蒸腾量的半经验方法。、基于参照作物蒸发蒸腾量的半经验方法。一般而言，水一般而言，水稻比旱作物更适用稻比旱作物更适用值法。值法。1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法（1）值法：以水面蒸发为参数的需水量计算法值法：以水面蒸发为参数的需水量计算法式中：式中：ET 为某时段内的作物需水量，以水层深

22、度为某时段内的作物需水量，以水层深度mm计；计；E0为与为与ET 同时段的水面蒸发量，以水层深度同时段的水面蒸发量，以水层深度mm计。计。（2）K 值法：以产量为参数的需水量计算法值法：以产量为参数的需水量计算法式中：式中：ET 为作物全生育期内总需水量为作物全生育期内总需水量(mm或或m3hm2)；Y 为作物单位面积产量为作物单位面积产量(kg/hm2)；K 代表单位产量的需水代表单位产量的需水量（量（m3/kg）。）。K、n、c由实验确定。由实验确定。K 值法主要用于计值法主要用于计算旱作物的需水量。算旱作物的需水量。（3）以多因素为参数：）以多因素为参数：选取几个影响因素，推求其与作物需

23、水量之间的关系；如选取几个影响因素，推求其与作物需水量之间的关系；如水面蒸发、土壤含水率。水面蒸发、土壤含水率。实践中的模比系数法：先确定全生育期作物需水量，估算实践中的模比系数法：先确定全生育期作物需水量，估算出作物各生育阶段的需水量，然后按照各生育阶段需水规出作物各生育阶段的需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即律，以一定比例进行分配，即式中：式中：ETi 某一生育阶段作物需水量；某一生育阶段作物需水量；K i 为某阶段需水模为某阶段需水模系数，可以从试验资料中取得。系数，可以从试验资料中取得。2、基于参照作物蒸发蒸腾量的作物需水量计算方法、基于参照作物蒸发蒸腾量的作物

24、需水量计算方法理论、实验证明：理论、实验证明：土壤水分充足，气象条件是影响需水量的主要因素；土壤水分充足，气象条件是影响需水量的主要因素；土壤水分不足，各因素对需水量都有较大影响。土壤水分不足，各因素对需水量都有较大影响。参照作物需水量参照作物需水量ET0：指的是土壤水分充足，地面完全：指的是土壤水分充足，地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔(长、宽均在长、宽均在200m以以上上)绿草地绿草地(高高315cm)的蒸发蒸腾量。的蒸发蒸腾量。参照作物需水量只受气象条件的影响。参照作物需水量只受气象条件的影响。目前采用的计算作物需水量方法，大致分为以下两步：目前采用的

25、计算作物需水量方法，大致分为以下两步：第一步第一步：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照作物蒸发蒸腾量作物蒸发蒸腾量ET0；第二步第二步：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物需水量进行调整或修正，从而计算出实际需水量需水量进行调整或修正，从而计算出实际需水量ET。第一步：第一步：参照作物需水量参照作物需水量ET0 的计算的计算式中：式中：ETET0 0：考虑月份的参照作物蒸发蒸腾量：考虑月份的参照作物蒸发蒸腾量(mmd)；t：月平均气温：月平均气温()；C：修正系数；：修正系数；P：各月昼长时间占全年昼

26、长时间百分数。：各月昼长时间占全年昼长时间百分数。2）以辐射为参数的计算方法）以辐射为参数的计算方法式中：式中：ETETETET0 0 0 0:计算时段内参照作物蒸发蒸腾量计算时段内参照作物蒸发蒸腾量(mm/d)(mm/d)；R RS:S:计算时段内太阳辐射，以等效水面蒸发量计计算时段内太阳辐射，以等效水面蒸发量计(mm/d);(mm/d);W W:取决于日平均温度与高程的权重系数；取决于日平均温度与高程的权重系数；C C：取决于平均相对湿度与白天风速的修正系数。：取决于平均相对湿度与白天风速的修正系数。1）布莱尼）布莱尼-克莱多法克莱多法网上查询网上查询ET0国际水管理研究院国际水管理研究院

27、www.iwmi.org第二步：第二步：实际作物需水量实际作物需水量ET 的计算的计算Kc：作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积有关。实测结果表明，面积有关。实测结果表明，Kc 在作物全生育期的变化规在作物全生育期的变化规律是：前期和后期相对较小，生长盛期较大。律是：前期和后期相对较小，生长盛期较大。实际作物的需水量与参考作物需水量两者受气象因素的影实际作物的需水量与参考作物需水量两者受气象因素的影响具有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照作物蒸响具有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照作物蒸发蒸腾量乘以作物系数得到。发蒸腾量乘以

28、作物系数得到。ET0 的计算只考虑了气象因素对需水量的影响，实际作物的计算只考虑了气象因素对需水量的影响，实际作物需水量需水量ET 还应考虑作物与土壤因素进行修正。还应考虑作物与土壤因素进行修正。1）土壤水分充足：）土壤水分充足：2）土壤水分不足）土壤水分不足土壤含水率对作物蒸发蒸腾的影响可分为两个阶段：土壤含水率对作物蒸发蒸腾的影响可分为两个阶段：第一阶段：土壤含水率高时，导水率大，土壤水分向根第一阶段：土壤含水率高时，导水率大，土壤水分向根系及地表移动的速度足以满足作物蒸发蒸腾所耗水分。系及地表移动的速度足以满足作物蒸发蒸腾所耗水分。第二阶段：当土壤含水率低于一定的临界含水率，向根第二阶段

29、：当土壤含水率低于一定的临界含水率，向根系供水的速度不能满足作物蒸腾的要求。系供水的速度不能满足作物蒸腾的要求。土壤水分不足时的作物需水量可由土壤水分不足时的作物需水量可由土壤水分充足时土壤水分充足时的作的作物需水量物需水量ET乘以土壤水分修正系数乘以土壤水分修正系数K而得到，即：而得到，即：K：土壤水分修正系数。：土壤水分修正系数。三、农作物的灌溉制度三、农作物的灌溉制度农作物的灌溉制度农作物的灌溉制度：是指旱作物播种前：是指旱作物播种前(或水田栽秧前或水田栽秧前)及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。定额以及灌溉定

30、额。灌水定额灌水定额：是指一次灌水单位面积上的灌水量。：是指一次灌水单位面积上的灌水量。灌溉定额灌溉定额：农作物在全生育期各次灌水定额之和。：农作物在全生育期各次灌水定额之和。以以m3hm2或或mm表示，它是灌区规划及管理的依据。表示，它是灌区规划及管理的依据。灌溉制度的灌溉制度的3 3种确定方法：种确定方法：（1 1）根据群众丰产灌水经验来确定；）根据群众丰产灌水经验来确定；（2 2）根据灌溉实验资料来确定；）根据灌溉实验资料来确定；（3 3）按水量平衡原理分析、确定。）按水量平衡原理分析、确定。生产实践中，第生产实践中，第3 3种方法结合第种方法结合第1 1、2 2种方法的实际资料，种方法

31、的实际资料，得出的制度比较完善。水生作物和旱作物的灌溉制度的得出的制度比较完善。水生作物和旱作物的灌溉制度的制定方法截然不同。制定方法截然不同。1 1、水稻的灌溉制度、水稻的灌溉制度式中：式中：a a1 1:插秧时田面所需的水层深度插秧时田面所需的水层深度(mm)(mm)；S S1 1:泡田期的渗漏量，开始泡田到插秧期间的总渗漏量泡田期的渗漏量，开始泡田到插秧期间的总渗漏量mm;mm;t t1:1:泡田期的天数；泡田期的天数；e e1 1:t:t1 1时期内田面平均蒸发强度时期内田面平均蒸发强度(mm/d);(mm/d);P P1 1:t t1 1时期内的降雨量时期内的降雨量(mm)(mm)；

32、（2 2 2 2）水稻生育期内灌溉制度：水量平衡方程水稻生育期内灌溉制度：水量平衡方程h h1 1:时段初田面水层深度；时段初田面水层深度；h h2 2：时段末田面水层深度；：时段末田面水层深度；P P：时段内降雨量；：时段内降雨量；m m：时段内的灌水量；：时段内的灌水量；E E：时段内田：时段内田间耗水量；间耗水量；C C：时段内排水量，式中各式均以：时段内排水量，式中各式均以mmmm计。计。（1 1）泡田定额：泡田期的灌溉用水量）泡田定额：泡田期的灌溉用水量M M1 1 (mm)(mm)：如果时段初的农田水分处于适宜水层上限如果时段初的农田水分处于适宜水层上限(h(hmaxmax)，经过

33、一，经过一个时段的消耗个时段的消耗,田面水层降到适宜水层的下限田面水层降到适宜水层的下限(h(hminmin)，这时，这时如果没有降雨，则需进行灌溉，灌水定额即为：如果没有降雨，则需进行灌溉，灌水定额即为：任意时段农田水分变化图解：任意时段农田水分变化图解：1 1、在时段初、在时段初A A点，水田应按点，水田应按 线耗水，至线耗水，至B B点田面水层点田面水层降至适宜水层下限，即需要灌水，灌水定额为降至适宜水层下限，即需要灌水，灌水定额为m;m;2 2、如果时段内有降雨、如果时段内有降雨P P，则在降雨后，田面水层回升降，则在降雨后，田面水层回升降雨深雨深P P，再按，再按线耗水至线耗水至C

34、C点时进行灌溉；点时进行灌溉；3 3、如降雨、如降雨PP很大，田间水面超过最大蓄水深度很大，田间水面超过最大蓄水深度H Hp p,多余多余水需要排除水需要排除,排水量为排水量为C C，然后按，然后按线耗水至线耗水至D D点时进行点时进行灌溉。灌溉。根据上述原理可知，当确定了各生育阶段的适宜水层根据上述原理可知，当确定了各生育阶段的适宜水层 h h maxmax、h h minmin、H H p p 以及阶段需水强度以及阶段需水强度e e i,i,可用图解法推求可用图解法推求水稻灌溉制度。水稻灌溉制度。2、旱作物的灌溉制度、旱作物的灌溉制度采用水量平衡制定旱作物的灌溉制度，以作物主要根系吸采用水

35、量平衡制定旱作物的灌溉制度，以作物主要根系吸水层作为灌水的水层作为灌水的土壤计划湿润层土壤计划湿润层(H)，并要求该土层内的，并要求该土层内的储水量能保持在作物所要求的范围内。储水量能保持在作物所要求的范围内。式中；式中；w w0 0、w wt t：时段初和任意时间：时段初和任意时间t t土壤计划湿润层内的储水量；土壤计划湿润层内的储水量；w wT T：由于计划湿润层增加而增加的水量；由于计划湿润层增加而增加的水量；P P0 0：土壤计划湿润层内保存的有效雨量；土壤计划湿润层内保存的有效雨量；K K：时段：时段t t内的地下水补给量，即内的地下水补给量，即K K=kt=kt，k k为为t t时

36、段内平均每时段内平均每昼夜地下水补给量；昼夜地下水补给量；M M：时段：时段t t内的灌溉水量；内的灌溉水量；ET ET:时段时段t t内的作物田间需水量，即内的作物田间需水量，即ET ET=et,e=et,e为为t t时段内时段内平均每昼夜的作物田间需水量。平均每昼夜的作物田间需水量。(1)(1)土壤计划湿润层的水量平衡方程土壤计划湿润层的水量平衡方程根据作物正常生长对农田水分状况的要求，任一时段内土根据作物正常生长对农田水分状况的要求，任一时段内土壤计划湿润层内的储水量壤计划湿润层内的储水量W Wt t 应满足：应满足：w w minmin w wt t w w maxmax W W mi

37、nmin ：作物允许的最小储水量：作物允许的最小储水量 W W max max：作物允许的最大储水量：作物允许的最大储水量有关参数的确定：有关参数的确定：1 1）土壤计划湿润层深度（）土壤计划湿润层深度（H H）:系指计划调节控制土壤水系指计划调节控制土壤水分状况的土层深度，与作物品种、种类、发育阶段、土壤分状况的土层深度，与作物品种、种类、发育阶段、土壤性质以及地下水埋深等因素有关。性质以及地下水埋深等因素有关。2)2)土壤适宜含水率土壤适宜含水率适适及允许及允许maxmax、min:min:适适通过试验或由生产实践经验确定。通过试验或由生产实践经验确定。土壤含水率土壤含水率应满足应满足 m

38、in min max max maxmax：以灌水不造成深层渗漏为原则，取田间持水率：以灌水不造成深层渗漏为原则，取田间持水率f f minmin：土壤允许最小含水率，应大于凋萎系数，取：土壤允许最小含水率，应大于凋萎系数，取0.60.6f f3)3)有效降雨量有效降雨量(P P0 0)：式中：式中：降雨有效利用系数，其值采用：降雨有效利用系数，其值采用0.70.70.90.9；P P：实际降雨量。：实际降雨量。4)4)地下水补给量地下水补给量(K K )：指地下水借土壤毛细管作用上升：指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层内而被作物所利用的水量，与作物种类、至作物根系吸水层内而被作物所

39、利用的水量，与作物种类、作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。5)5)由于计划湿润层增加而增加的水量由于计划湿润层增加而增加的水量(w wt t):):式中式中:H H1 1、H H2 2：计算时段初、末计划湿润层深度计算时段初、末计划湿润层深度;:(H :(H2 2 H H1 1)深度内土层中的平均含水率，占干容重的比。深度内土层中的平均含水率，占干容重的比。若某时段内没有降雨的补给，其水量平衡方程为：若某时段内没有降雨的补给，其水量平衡方程为：W W min min:土壤计划湿润层内允许最小储水量土壤计划湿润层内允许最小储水量(m(m3 3/hm/hm

40、2 2或或mm)mm)则由上式可推出距离下次灌水时间间隔则由上式可推出距离下次灌水时间间隔t:t:相应的灌水定额相应的灌水定额m m：上述（上述（1 401 40）（）（1 421 42）式可用土壤计划湿润层）式可用土壤计划湿润层（H H）内储水量的变化示意图来表示。得出上述数据后，）内储水量的变化示意图来表示。得出上述数据后，可以确定旱作物播前灌水定额和生育期的灌溉制度。可以确定旱作物播前灌水定额和生育期的灌溉制度。（2 2）旱作物播前灌水定额（）旱作物播前灌水定额（M M 1 1）的确定）的确定式中：式中：0 0：播前：播前H H土层内的平均含水率。土层内的平均含水率。（3 3）根据水量平

41、衡，采用图解法拟定旱作物生育期的灌）根据水量平衡，采用图解法拟定旱作物生育期的灌溉制度的步骤：溉制度的步骤：1 1）根据各旬计划湿润层深度）根据各旬计划湿润层深度H H 和作物所要求的计划湿润和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率的上限层内土壤含水率的上限maxmax和下限和下限minmin，求出，求出H H土层内允土层内允许储水量上限许储水量上限W W maxmax（7 7）曲线及下限曲线及下限W W minmin（6 6）曲线，绘于曲线，绘于图图1 121 12上；上；2)2)绘制作物田间需水量绘制作物田间需水量(ET ET)（1 1）累积曲线、由于计划湿累积曲线、由于计划湿润层加大而获得的

42、水量润层加大而获得的水量(W WT T )（3 3）累积曲线、地下水补给累积曲线、地下水补给量量(K K)（4 4）累积曲线以及净耗水量累积曲线以及净耗水量(ETET-W WT T-K-K）（1-3-1-3-4 4）累积曲线；累积曲线；3)3)由设计年各时段降雨量求出渗入土壤的有效降雨量由设计年各时段降雨量求出渗入土壤的有效降雨量P P0 0（2 2）逐时段绘于上；逐时段绘于上；4)4)自作物生长初期土壤计划湿润层储水量自作物生长初期土壤计划湿润层储水量w w0 0，逐旬减去，逐旬减去(ETET-W WT T-K-K)值，即自值，即自A A点引直线平行于点引直线平行于(ETET-W WT T-

43、K-K)曲线，曲线，当遇有降雨时再加上有效降雨量当遇有降雨时再加上有效降雨量P P0 0 ，即得计划湿润土层，即得计划湿润土层实际储水量实际储水量(W W)(5)(5)曲线；曲线；5)5)当当w w 曲线接近干曲线接近干w w minmin时，即进行灌水，灌水定额值也同时，即进行灌水，灌水定额值也同有效降雨量有效降雨量P P0 0一样加在一样加在w w 曲线上；曲线上；6)6)如此继续进行，即可得到全生育期的各次灌水定额、灌如此继续进行，即可得到全生育期的各次灌水定额、灌水时间和灌水次数。水时间和灌水次数。7)7)全生育期灌溉定额，全生育期灌溉定额，m m i i为各次灌水定额。为各次灌水定额

44、。8)8)播前灌水定额播前灌水定额M M 1 1加上全生育期灌溉定额加上全生育期灌溉定额M M 2 2，即得旱作，即得旱作物的总灌溉定额物的总灌溉定额M M，即，即第三节第三节 非充分灌溉原理与作物水分生产函数非充分灌溉原理与作物水分生产函数一、非充分灌溉原理的理论基础一、非充分灌溉原理的理论基础传统的灌溉理论：农田灌溉以某一定作物获得单位面积传统的灌溉理论：农田灌溉以某一定作物获得单位面积的产量最高为工程设计的基本准则，即满足农田充分灌的产量最高为工程设计的基本准则，即满足农田充分灌溉。随着工农业的发展，全社会对水资源的需要不断增溉。随着工农业的发展，全社会对水资源的需要不断增长，不得不从根

45、本上探讨水资源的最合理利用方式，着长，不得不从根本上探讨水资源的最合理利用方式，着重提高水的有效利用率，即产生了重提高水的有效利用率，即产生了非充分灌溉理论非充分灌溉理论。作物水分生产函数的定性分析：作物水分生产函数的定性分析：1 1）Y-W Y-W 线的拐点线的拐点A A0 0左边左边(阶段阶段1)1)，d d y/d wy/d w逐步增大：表明产量的增加逐步增大：表明产量的增加幅度大于投入量增加幅度；幅度大于投入量增加幅度；2 2）Y-W Y-W 线的拐点线的拐点A A0 0右边右边(阶段阶段2)2)，d d y/d wy/d w逐步减小：表明产量的增加逐步减小：表明产量的增加幅度小于水投

46、入量增加幅度，即幅度小于水投入量增加幅度，即“报酬递减报酬递减”。结论：在水资源不足的情况下，从结论：在水资源不足的情况下，从优化用水的角度看，应该首先考虑优化用水的角度看，应该首先考虑水的利用效率。水的利用效率。二、水分亏缺对作物的影响及其判别指标二、水分亏缺对作物的影响及其判别指标作物生长与土壤、大气环境中的诸多因素有关，某因素的作物生长与土壤、大气环境中的诸多因素有关，某因素的量值小于作物生长允许的下限值，则称该因素处于量值小于作物生长允许的下限值，则称该因素处于亏缺状亏缺状态态。在所有环境因素亏缺中，水分的亏缺对作物的影响最。在所有环境因素亏缺中，水分的亏缺对作物的影响最明显。水分亏缺

47、分为明显。水分亏缺分为土壤水分亏缺土壤水分亏缺和和作物水分亏缺作物水分亏缺两种。两种。1 1、土壤水分亏缺、土壤水分亏缺直接原因：是由于供给土壤的水分和作物的蒸发蒸腾不平直接原因：是由于供给土壤的水分和作物的蒸发蒸腾不平衡所引起的。衡所引起的。土壤供水不足源于以下几方面：土壤供水不足源于以下几方面：第一、作物生长某阶段缺少灌溉；第一、作物生长某阶段缺少灌溉；第二、土壤供水能力差，原有的储水不足；第二、土壤供水能力差，原有的储水不足；第三、干旱并且降水少，而土壤耗水大。第三、干旱并且降水少，而土壤耗水大。土壤水分亏缺是从土壤水分供需平衡状况来反映的，土土壤水分亏缺是从土壤水分供需平衡状况来反映的

48、，土壤水分亏缺常用下式表示：壤水分亏缺常用下式表示：式中：式中：S SWDWD :指某时段的土壤水分亏缺量指某时段的土壤水分亏缺量(mm)(mm)；ET ET:作物蒸发蒸腾量作物蒸发蒸腾量(mm)(mm)；P P :有效降水量有效降水量(mm)(mm)；G G:地下水补给量地下水补给量(mm)(mm)；m m:有效灌水量有效灌水量(mm)(mm)；SWC SWC：土壤有效储水量：土壤有效储水量(mm)(mm)。只有当土壤水分亏缺只有当土壤水分亏缺SWD SWD 超过一定数值时，才会对作物超过一定数值时，才会对作物生长发育产生不利影响，此种现象就称为土壤水分的胁生长发育产生不利影响，此种现象就称

49、为土壤水分的胁迫现象。迫现象。2 2、作物水分亏缺及其原因、作物水分亏缺及其原因当作物植株的蒸腾失水超过作物根系吸水时，造成植物当作物植株的蒸腾失水超过作物根系吸水时，造成植物细胞体内储水量减少，叶水势降低，此现象即为细胞体内储水量减少，叶水势降低，此现象即为作物水作物水分亏缺分亏缺。作物水分亏缺指标常用下式表示：。作物水分亏缺指标常用下式表示：式中：式中：T T：作物植株正常生长发育条件下的蒸腾量作物植株正常生长发育条件下的蒸腾量(mm)(mm)；S S：根系实际吸水量根系实际吸水量(mm)(mm)。只有当作物水分亏缺只有当作物水分亏缺C CWD WD 超过一定数值时，才会对作物生超过一定数

50、值时，才会对作物生长发育产生不利影响，此种现象就称为长发育产生不利影响，此种现象就称为作物水分的胁迫现作物水分的胁迫现象象。产生作物水分胁迫的临界水分亏缺值决定于作物的种。产生作物水分胁迫的临界水分亏缺值决定于作物的种类、生长阶段及气象等因素。类、生长阶段及气象等因素。3 3、水分亏缺对作物生长的影响、水分亏缺对作物生长的影响 （1 1）水分亏缺对作物生理过程的影响）水分亏缺对作物生理过程的影响水分亏缺对作物生理过程的影响表现在水分亏缺对作物生理过程的影响表现在5 5方面，较为明显方面，较为明显的是的是抑制作物器官和个体的生长发育抑制作物器官和个体的生长发育。（2 2）水分亏缺对作物干物质累积