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1、第三部分 灌溉排水概论（部分）要求： 熟悉北方主要作物需水规律，掌握灌溉制度的方法 熟悉农田土壤水分特征参数及基本运动规律 掌握灌溉排水工程类型及适用条件 掌握灌溉系统（渠道、管道）的组成、渠系建筑物的分 类及其作用 熟悉不同灌水方法及其技术特点 了解排水系统及特点 掌握灌溉、排水管理基本内容水源： 取 输水系统： 灌 农田水循环 排水系统 排水 地表水 水 渠道 水 作物需水规律 容泄 地下水 工 管道 技 灌溉制度 区 程 术 灌溉排水管理：工程管理，用水管理 1 土壤水分特征参数及基本运动规律要求： 熟悉农田土壤水分特征参数及基本运动规律 主要内容： 农田土壤水分特征参数 土壤水分基本运
2、动规律1.1 农田水分状况与水分特征参数 农田水分状况(Field water regime)：农田中地表水、 土壤水和地下水的状态、变化规律及对作物生长影响的总称 农田水分调控(Regulation of field water regime)： 利用农田水利措施对农田水分状况进行调节与控制，以改善 土壤中的气、热、养分状况及农田小气候，达到农业增产的 目的。 土壤含水量（soil water content）：105烘干至恒重 时失去的水量。以单位质量干土中水的质量或单位土壤总容 积中水的容积表示（质量含水量、体积含水量） 主要测定方法 称重法（烘干法） 核技术测量：中子仪， 射线仪 电磁
3、测量：时域反射仪(TDR) 核磁共振测量 热脉冲测量 遥感测量：大面积地表含水率土壤水的形态与水分常数 类型形态作用力水分常数吸湿水 束缚在土粒表面的水汽吸附力 最外层 3MPa最大吸湿量 （吸湿常数）薄膜水吸湿水外层连续水膜吸着力 最外层0.625MPa最大分子持水量(薄膜水不能被植物吸收)1.5MPa凋萎系数毛管水 土壤孔隙(毛管)，水气界 面为一弯月面。分毛管上 升水、毛管悬着水表面张力作用 毛管力 1030KPa田间持水量(毛 管悬着水达到 最大)，田持重力水大孔隙中的水重力饱和含水率 土壤水分常数（soil water constant）：根据土壤水分 形态不同而定义的土壤特征含水量
4、，如田间持水量、凋萎系 数等田间持水量（field (moisture) capacity）：农田土壤 某一深度内保持吸湿水、膜状水和毛管悬着水的最大水量 凋萎系数（wilting coefficient）：植物开始发生永久 凋萎时的土壤含水率，也称凋萎含水率或萎蔫点 土壤有效含水量（available water content of soil）： 土壤中能被作物吸收利用的水量，即田间持水量与凋萎系数 之间的土壤含水量 土壤含水率与水分常数的应用： 估计水分对植物生长的影响 计算灌溉水量 根据土壤水分的动态变化估算腾发量（地面蒸发 植物蒸腾）华北平原不同质地土壤的水分常数重量百分比(%)体积
5、百分比(%)土壤 质地最大吸 湿量凋萎 系数田 间 持水量饱和含 水量最大吸 湿量凋萎 系数田 间 持水量饱和含 水量砂壤土1-24-622-30 30-402-35-932-42 45-52轻壤土1-24-922-29 28-402-36-12 30-36 40-52中壤土2-36-10 22-28 30-383-58-15 30-35 44-54重壤土2-36-13 22-28 28-383-49-18 32-42 40-50轻粘土1528-32 32-402040-45 45-54中粘土12-17 25-35 35-4017-24 35-45 48-53重粘土30-35 38-4240-
6、50 48-551.2 土壤水分运动 入渗条件下的土壤水 分运动 土壤水分再分布蒸发条件下的土壤水分运动 1.2.1 降水/灌溉入渗 入渗：水分进入土壤的过程 入渗类型： 一维垂直入渗：降水、灌溉入渗 二维垂直、水平入渗：河道、渠道入渗 三维垂直、水平入渗：水库、湖泊入渗 入渗条件下土壤水分运动 非饱和土壤水运动 饱和非饱和土壤水运动 积水条件下的干土入渗： 分区： 饱和区 过渡区 传导区 湿润区 饱和区、过渡区一般不存 在积水后，表土含水率很快增加到 0 (f，入渗率 I 取决于入渗能力 f （剖面控制） ， 超过 f 的部分产生 地表积水、径流 （超渗产流）1.2.2 土壤水分再分布 再分
7、布：降水、灌溉之后，水分在土壤剖面中的运动 表层水分由于蒸发、继续向下运动而减小 深层水分继续向下运动，湿润锋下移 田间持水量1.2.3 蒸发 陆面蒸发： 土面蒸发：soil evaporation 植物蒸腾（散发）：plant transpiration 腾发（蒸散）：evapotranspiration蒸发强度的决定性因素： 外界条件：辐射、气温、湿度、风速等气象因素决定了 大气蒸发能力 水分蒸发过程中的能量供给 蒸发面水汽向大气的扩散过程 土壤条件：土壤表层的含水率状况决定了土壤供水能力 潜在蒸发强度：土壤供水充分时，由大气蒸发能力决定 的最大可能蒸发强度，一般用水面蒸发强度表示土面蒸发
8、的阶段性(大气蒸发能力不变) 稳定蒸发阶段：AB，k；蒸发强度 E0；k 取决于 土质和大气蒸发能力，毛管破裂点（50%70%田持） CAB E E土面蒸发强度随含水率变化阶段：BC。随着含水率的降 低，向表层土壤的供水减小，地表水汽压降低，蒸发强度减 小 水汽扩散阶段：表土含水率很低时，形成干土层，干土 层底部蒸发水汽扩散2 作物需水量与灌溉制度 要求：熟悉北方主要作物需水规律，掌握灌溉制度的方 法 主要内容：0()( 0) dLI(t )z,tz,z0c c积水点K0积水后 a b径流积水前 btpR0tpti(t)作物需水量及其确定方法 北方主要作物需水规律 作物灌溉制度的确定方法 2.
9、1 作物需水量及其确定方法 农田水分消耗： 植株蒸腾(Transpiration) 颗间蒸发(Evaporation) 深层渗漏(Percolation) 腾发(Evapotranspiration)：蒸发蒸腾 ET 作物需水量(Crop water requirement) 影响因素：气象、土壤水分状况、作物类型及生育阶 段 确定方法：试验测定，计算 需水量的直接计算方法 全生育阶段：需水系数法 值法（水面蒸发）： ET=E0ET=E0+b K 值法（产量）： ET=KYET=KYn+c 生育阶段：模系数法 ETi=Ki ET/100 根据参考作物腾发量计算 ET ETc=kc ET0 Kc
10、：作物系数 ET0：参考作物腾发量，计算以往常用 FAO（1979） 的修正 Penman 法，最新 FAO（1998）Penman-Monteith 法 22034. 01273900408. 0UeeUTGR ETdan 华北地区主要作物的作物系数： 冬小麦10 月1112123456全生育期kc0.56 0.56 0.20 0.20 0.20 0.93 1.69 1.12 1.08 0.88 藁城北京 夏玉米6 月789全生育期全生育期kc0.65 0.84 0.94 1.34 0.891.05 2.2 北方主要作物需水规律 北京： 作物kcEToETc冬小麦0.88568500夏玉米1
11、.05358375 冬小麦需水强度变化规律： 播种越冬（10 月11 月）：较小 越冬期（12 月2 月）：最小 返青后逐渐增大，抽穗期达到最大，此后又有所减小2.3 作物灌溉制度的确定方法 灌溉制度：作物播种前、生育期内的灌水次数、每次灌 水时间及灌水定额、灌溉定额 充分灌溉制度的确定方法： 总结群众丰产灌水经验 根据灌溉试验资料制定灌溉制度 根据水量平衡原理制定灌溉制度 非充分灌溉下的灌溉制度 经济灌溉制度：确定效益最大的灌溉定额 优化灌溉制度：灌溉水量在生育期内分配根据水量平衡原理制定灌溉制度 旱作水量平衡：(单位：mm, m3/亩， m3/ha)Wt-W0=Wr+P0+K+M-ET W
12、0 :时段初储水量 Wt:时段末储水量 Wr:计划湿润层增加而增加的水量 P0:有效降水量 K:地下水补给量 M:时段灌溉水量 ET:田间需水量 初始储水量 W0 蒸发消耗至 Wmin，灌水 无降水情况下： Wmin=W0-(ET-K)=W0-(e-k)t灌水时间：t=(W0-Wmin)/(e-k)灌水定额：m=Wmax-Wmin 降水、灌溉后：Wt=Wt+P0+M基本资料： 土壤计划湿润 层深度：与作物、生育 阶段有关 土壤适宜含水 率及允许最大、最小含 水率 有效降水量：地下水（深层土壤水利用量）： 由于计划湿润层增加而增加的水量 华北（北京）主要作物灌溉时期 作物频率 灌溉时期 平均 冬
13、前，拔节，抽穗，灌浆 50%分蘖，起身，拔节，灌浆冬小麦75%冬前，起身，拔节，抽穗，灌浆 平均 50% 75%夏玉米95%播种，抽雄 灌溉用水量的确定： 各种作物灌溉定额、种植结构、面积 净需水量 渠系利用系数 毛需水量 3 灌溉排水工程类型及适用条件 要求：掌握灌溉排水工程类型及适用条件 主要内容： 灌溉工程类型 排水工程类型3.1 灌溉工程类型 按照水源分类： 渠灌区：以地表水为主要灌溉水源 井灌区：以地下水为主要灌溉水源 井渠结合灌区：地表水、地下水联合调度 按照输水方式分类： 渠系输水 管道输水渠灌区：以地表水为主要灌溉水源 无坝引水：河流水位、流量能满足灌溉要求 有坝引水：河流流量
14、满足灌溉要求，水位较低W Wmax W0 Wmin 0 t T 水库取水：河流水位、流量不满足灌溉要求 抽水取水：河流水量丰富，灌区位置较高 其中前三类为自流灌区，最后一类为扬水灌区井灌区： 垂直取水： 管井：适用于开采深层承压水、浅层水，有完整井 和非完整井之分 筒井：适宜于开采浅层地下水 水平采水工程： 坎儿井：新疆等干旱地区引取山前地下水 卧管井：埋设于地下水位以下的水平集水管 截潜流工程：河道渗漏，地下径流丰富 双向取水：辐射井 井渠结合灌区： 地表水、地下水联合调度，在北方水资源不足的地区有 助于丰、枯水量调剂 能有效控制地下水位及土壤次生盐碱化3.2 排水工程类型 水平排水工程：
15、排水沟：开挖量大，易坍、易淤、易生杂草 排水管：减少占地，利用机械化耕作，造价高 竖井排水：地下水埋深较浅，水质符合灌溉要求。井灌 井排相结合，可增加灌溉水源、降低地下水位4 灌溉系统 要求：掌握灌溉系统（渠道、管道）的组成、渠系建筑 物的分类及其作用 主要内容：渠道系统 管道系统4.1 渠道系统 渠道系统：从水源取水、通过渠道及其附属建筑物向农田供水、经由田间工程进行农田灌水的工程系统 渠道系统组成： 渠首工程 输配水工程 田间工程 灌溉渠系： 组成：由各级灌溉渠道和退水渠组成 按使用时间分类：固定渠道、临时渠道 按控制面积大小和水量分配层次分类： 干渠（总干渠、分干渠） 支渠 斗渠 农渠 毛渠：临时渠道 渠系建筑物：按作用可分为以下类型： 引水建筑物： 配水建筑物 交叉建筑物 衔接建筑物 泄水建筑物 量水建筑物引水建筑物： 引水方式 引水建筑物作用无坝引水 渠首进水闸调节引入干渠的流量 有坝引水 由拦河坝、冲沙闸、 进水闸等组成的灌 溉引水枢纽雍高水位，冲刷进水闸前的淤 沙，调节干渠的进水流量，满 足灌溉对水位及流量的要求水库取水 大坝、进水闸等调节河道流量 抽水取水 水泵站提高水位
