节水灌溉理论与技术主讲教师 刘增进 第一讲 11月7日 星期二 3-4节 《古灌溉史》 上下5000年《BC22-17～2000》华夏文化—农耕文化—治水文化—灌溉文化 ①释义 司马迁《史记》， 《齐民要术，种谷第三》 ②官史 “司空” ③灌溉系统《周礼：考工记·匠人》浍、洫、 沟、遂、 ④成就 都江堰、漳水十二渠、郑国渠 第一章 节水灌溉概论 第一节 节水灌溉的内涵、研究内 容、学科体系•一、定义：•二、从水源到形成作物实物产量的主要 环节•三、节水灌溉研究内容 四、节水灌溉的学科体系节水灌溉节水理论技术水生生理学(生物学)水分生产函数(经济)涌、渗灌、改造的地面灌…喷、滴、微、低压管道、波涌灌 教材：李远华《节水灌溉理论与技术》，武汉大学出版社 第二讲 11 月 9 日 星期四 1-2节 三、节水灌溉的农艺措施 1、耕作保墒技术 2、覆盖保墒技术 3、水肥耦合技术 4、节水作物品种筛选技术 5、化控节水 6、调整农业产业结构 四、节水管理措施 1、节水灌溉制度 2、土壤墒情监测与灌溉预报技术 3、灌区配水技术 4、灌区量水技术 5、灌区现代化管理技术 6、水价问题 五、稻田节水灌溉技术 1、水稻旱育技术 2、水稻控制灌溉 3、“浅湿晒”交替间断灌水技术 (水薄露灌溉、叶龄模式、薄浅 湿晒) 4、间歇灌溉 第三节 发展节水灌溉的意义一、水资源概况 1、全球水资源 2、中国水资源 第三讲 11月14日 星期二 3-4节 第三节 发展节水灌溉的意义•二、国情• (基本情况、社会、 经济的二元结构)• 1、人口• 2、GDP• 3、产业结构• 三、WTO• 1、世界粮价• 2、我国承诺①②③• 3、对策• ①green box• ②yellow box• ③反倾销问题 四、农田灌溉排水工程现状 五、我国水问题及粮食安全问题第三节 发展节水灌溉的意义 第四讲 11月16日 星期四 1-2节 第二章 作物水分生理学基础第一节 植物对水分的需求第二节 植物细胞对水分的吸收 第二章 作物水分生理学基础•Introduction•生禽活动：物质代谢、能量转换、信息 传递•物质代谢：水分、矿物质、有机物代谢 metabolism 第一节 植物对水分的需求•一、植物细胞• • 1、结构• • 2、细胞分裂• • 3、植物的组织与器官 •二、植物体的含 水量 • 1)不同种类的 植物• 2)不同环境中 植物• 3)同一植株的 不同器官•三、植物体内水分 存在的状态• 1、bound water • 2、free water 四、水分在生理活动中的主要作用 1、水分是细胞质的主要成分 2、水分是代谢过程的反应物质 (光合作用、呼吸作用) 3、水分是植物对物质吸收和运输 的溶剂 4、水分能保持植物的固有姿态 第二节 植物细胞对水分的吸收•一、细胞的渗透吸水• (一)自由能和水势• 1、自由能• 2、化学势• 3、水势• (二)渗透作用 渗透实验 (三) 植物细胞是一个渗透系统 1、质壁分离 2、质壁分离复合 (四) 细胞的水势 (五)细胞水分移动 二、细胞的吸涨作用 种子的蛋白质、淀粉、纤维等 三、水分进入细胞的途径 1、单个水分子 2、水集流 水孔蛋白→水通道 第五讲 11月21日 星期二 3-4节 一、根的形态和结构 (一)根的形态 1、主根 侧根 不定根 2、根系 1)直根系 2)须根系 3、根的分布 4、根的特性 •(二)根的结构• 1、根尖• 1) 根冠• 2) 分生区• 3) 伸长区• 4) 成熟区• 2、成熟区及上部结构(老根) 二、根系吸水的途径 1、质外体途径 apoplast pathway 2、跨膜途径 transmember 3、共质体途径 symplast 三、根系吸水的动力 (一)根压 1、伤流 bleading 2、吐水 guttation 3、机理 四、根系吸水的影响因素 • 1、土壤水分有效性• • 2、土壤通气状况• • 3、土壤的温度• • 4、土壤溶液的浓度 第四节 蒸腾作用Evapotranspiration• 一、蒸腾作用的生理意义和发生的部位一、蒸腾作用的生理意义和发生的部位• • ( (一一) )蒸腾作用的蒸腾作用的生理意义生理意义• 1 1、蒸腾作用、蒸腾作用是是植物水分吸收和运输的主植物水分吸收和运输的主• 要动力。
要动力• 2 2、蒸腾作用、蒸腾作用也是也是植物矿质盐的吸收和运植物矿质盐的吸收和运• 输的主要动力输的主要动力• 3 3、蒸腾作用、蒸腾作用是是调节叶面温度的主要方调节叶面温度的主要方 式 (二)蒸腾作用发生的部位 皮孔蒸腾 lenticular 叶片蒸腾 leaf blade (三)蒸腾作用的方式 1、叶片蒸腾作用的途径 1)角质蒸腾 Cutiular 2)气孔 stomatal 2、叶片的气孔分布 1mm2 50～500个气孔 二、气孔蒸腾•(一)气孔运动• 1、单子叶植物• 2、双子叶植物•(二)气孔运动的机理•(三)影响气孔运动的要素• 1、光照• 2、温度• 3、CO2 第六讲 11月23日 星期四 1-2节 三、气孔蒸腾水蒸气扩散的过程及模型• (一) 水汽扩散过程 • (二) 扩散模型 四、影响蒸腾作用的条件• 1、大气湿度• 2、温度• 3、光照• 4、风• 5、土壤条件 五、蒸腾作用的表示法• 1、蒸腾速度• • 2、蒸腾比率• • 3、蒸腾系数 第五节 植物体内水分的运输•一、水分运输的途径 • 1、经过死细胞(管胞、导管)• 2、经过活细胞• 3、导管和管胞形成的生物意义 二、水分运输的速度 三、水分沿导管或管胞上升的动力 四、水分沿导管或管胞上升的机理 第六节 SPAC系统•一、概念• SPAC： soil plant atmosphere continuum•二、水分运输途径•三、水势分布•四、提出者 第七节 植物对水分的适应•一、大田作物的水旱适应性• 1、喜水耐涝型• 2、喜湿润型• 3、中间水分型• 4、耐旱性涝型• 5、耐旱耐涝型 二、树木对水分的适应性•( (一一) )树木对水分的适应树木对水分的适应• 性性• 1 1、旱生型、旱生型• 2 2、中旱生型、中旱生型• 3 3、中间水分型、中间水分型• 4 4、中湿生型、中湿生型• 5 5、湿生型、湿生型• ( (二二) )我国森林分布类我国森林分布类型型• 1 1、寒温带针叶林带、寒温带针叶林带• 2 2、温带落叶阔叶林、温带落叶阔叶林• 带带• 3 3、亚热带常绿阔叶、亚热带常绿阔叶• 林带林带• 4 4、热带季雨林、热带季雨林 三、草类的水分适应性 1、耐湿类型 2、耐旱类型四、水对改善作物生态环境的 作用 第七讲 11月28日 星期二 3-4节 第11节 水分胁迫 water stress•一、逆境或胁迫• 1、概念 • 2、逆境或胁迫对植物的影响• 1)对植物的伤害• 2)对植物的锻炼 3、植物对逆境的适应 避逆性和耐逆性 1)形态上 2)生理上 ①生物膜 ②胁迫蛋的发现 ③脱落酸 二、干旱及其对作物的危害• 1 1、干旱、干旱• • 2 2、干旱对作物的主要危害、干旱对作物的主要危害• • 3 3、作物对干旱的适应特征、作物对干旱的适应特征• • 4 4、提高抗旱能力的措施、提高抗旱能力的措施 三、水分胁迫 1、土壤水分亏缺 2、表达式 四、水分胁迫对作物生理机制的影响• 1、根的生长• 2、叶面积指数• 3、叶气孔行为• 4、光合作用• 5、作物组织含水量及叶水势• 6、茎和株高 第三章 作物水分生产函数 第一节 作物水分生产函数的基本概念•一、作物水分生产函数• 1、定义： • • 2、作物生活的基本要素，可控和不可控 • 要素 二、作物水分生产函数•1、定义： 平均产量︰ 边际产量︰ 2、作物水分生产函数的特征 1)极值点 2)分区 3)特征(三个阶段)三、灌溉效益高效区 第二节 作物水分生产函数的数学模型•一、静态模型• 1、全生育期水分生产函数的数学模型• (1)全生育期灌水量的数学模型• (2)全生期腾发量的数学模型• 2、生育阶段水分生产函数的数学模型• (1)乘法模型 Jensen• (2)加法模型 Blank 二、动态模型 1、机理型模型 2、经验型模型 第八讲 11月30日 星期四 1-2节 第四章 喷灌工程•第一节第一节 喷灌及其特点喷灌及其特点• 一、喷灌一、喷灌• 二、喷灌的优缺点二、喷灌的优缺点• 一）一）优点：优点：• 1.1.节水节水 ①①灌水质量高灌水质量高、、• ②②水利系数高水利系数高、、 • ③③水分生产量高水分生产量高• 2.2.省工省工 3.3.节地节地 4.4.保土保土, ,• 5. 5.适应性强适应性强, 6., 6.机械化程度高机械化程度高• 二)缺点： 1.投资高 2.受风的影响大 3.能耗大 三）发展喷灌的条件 ①经济②技术③ 社会 三、喷灌发展展望—历史、展望 四、喷灌的其它用途 历史 第一阶段 73-83年 起步第二阶段84-95年 巩固第三阶段96-今 较快 第二节 喷灌系流的组成及分类•一、喷灌设备• 1.1.喷洒设备喷洒设备• 2.2.增压设备增压设备• 3.3.输水设备输水设备• 4 4 行走设备行走设备• 5.5.量测设备量测设备• 6.6.控制设备控制设备 二、喷灌系统组成•1、喷灌系统•2、喷灌系统组成 ： • 水源工程式、输水系统、喷灌装置• （1）水源（2）水泵（3）动力• （4）田间工程（5）管道系统• （6）喷灌机 三、喷灌系统分类 1．按系统获得压力分类 2．按系统喷洒特征分类 3．按系统的设备组成分类 四、各类喷灌系统的特点及适应条件• 1．固定管道式喷灌系统• 2．移动管道式喷灌系统• 3．半固定管道式喷灌系统• 4．定喷机组式喷灌系统• 5．行喷机组式喷灌系统• 6．自压式喷灌系统 第九讲 12月5日 星期二 3-4节 第三节喷灌的主要技术指标• 一、喷灌强度一、喷灌强度• （一）定义（一）定义• （二）喷灌强度的表示方法（二）喷灌强度的表示方法•点喷灌强度点喷灌强度平均喷灌强度 1）定义 2）单喷头平均喷灌强度 ①计算值/设计值 ②实验值 a.算术平均值 b.加数 3）组合喷灌强度 1）kw风系数布置系数 4）．允许喷灌强度2）平均喷灌强度 二 喷灌均匀度•（一）定义（一）定义• •（二）喷灌均匀度的表示方法（二）喷灌均匀度的表示方法• 1.1.喷灌均匀系数喷灌均匀系数 ChristiansenChristiansen系数系数• 2.2.水量分布图水量分布图• • ( (三三) ) 喷灌均匀度的实验喷灌均匀度的实验 三、喷灌打击强度 1、水滴直径（mm）2、雾化指标 第四节 喷头•一、喷头分类一、喷头分类• 1 1．按．按工作压力工作压力分类分类• 2 2．按喷头的．按喷头的结构形式结构形式和和喷洒特征喷洒特征分类分类• （（1 1）固定式（散水式））固定式（散水式）• （（2 2）旋转式（射流式））旋转式（射流式） 射流式喷头射流式喷头 • （（1 1））喷嘴喷嘴 （（2 2））喷管喷管• （（3 3））喷体喷体 （（4 4））空心轴套空心轴套• （（5 5））驱动机构驱动机构 （（6 6））换向机构换向机构 二、喷头的基本参数 • （1）进水中直径• （2）喷嘴直径• （3）工作压力• （4）喷水量• （5）射程 三、喷头型号• PY1、PY2、PYS 中喷、外喷、园林 第五节 喷灌泵•一、我国目前喷灌泵的种类• 1．离心泵• 2．自及离心泵• 3．离心泵加自吸装置• 4．各种井泵• 二、喷灌系列泵• 喷灌泵系列共有11个产品 第六节 喷灌机• 一、喷灌机• 二、喷灌机的分类 第七节 喷灌管材及其附件• 一、喷灌管材一、喷灌管材• • 1.1.铸铁管铸铁管 (1)(1)分类：制管机接头方式分类：制管机接头方式, ,压力压力• (2) (2) 优缺点优缺点• (3)(3)连接方式连接方式• 2.2.钢管钢管 (1)(1)优缺点优缺点• (2)(2)种类种类• 3. 3. 塑料管塑料管(1)(1)分类分类 原材料原材料 柔性柔性• (2)(2)优缺点优缺点• (3)(3)技术要求技术要求• (4)(4)规格规格• (5)(5)连接连接• 4.4.铝管铝管• 5.5.混凝土管混凝土管 二、管道附件 1．控制件 2．连接件 三、管道辅助件 1．支墩 2．镇墩 3．仪表 四、快速接头 第八节 喷灌系统规划设计一、喷灌工程规划设计的原则、内容和成果要求 （一）原则 1．管道工程分级 2．管道布置原则 （二）喷灌工程规划设计的内容 1．确定喷灌区域 2．勘测、收集基本资料 3．喷灌工程可行性分析 4．喷灌工程造型 5．压力规划 6．工程规划布置 7．工程量统计、设备统计、 编制概预算表 8．编制工程施工总体布置图与和 工程进度表 （三）提交的设计成果 • 1．喷灌工程规划设计说明书（报告）• 2．喷灌工程图 （四）喷灌工程规划设计常见类型 • 1．管道式喷灌工程规划设计• 2．机组形式喷灌工程规划设计• 3．自压喷灌工程规划设计 （五）喷灌工程规划设计依据标准 •1．国家标准 GBJ85-85•2．喷灌工程设计手册 二、喷灌工程规划设计的基本材料 （一）地形资料 地形图 （二）土壤资料 1.1.地壤质地地壤质地 2.2.地壤容重地壤容重 3.3.田间持水能力田间持水能力 4.4.入渗能力入渗能力 5.5.土壤化学性质土壤化学性质 6.6.最大冻土层深度最大冻土层深度 (三)气象资料(四)水源(五)农作物 1.作物种植情况 2.作物生育期 3.作物耗水资料 4.秸杆高度(六)农业生产概况 1.生产条件 2.社会经济 三、喷灌工程类型选择四、喷灌制度的制定 （一）作物布局设计粮食作物 谷类（水稻、小麦、玉米） 豆类 薯类 经 济 作 物 纤 维油 料 糖 料其他、烟草、茶叶 3．饲料作物 （二）设计灌水定额（三）设计灌水周期 （四）喷灌制度确定方法 1．水量平衡法 2．Penman公式法： ①最高气温 ②最低气温 ③平均气温 ④平均相对湿度⑤风速 ⑥日照时数 喷灌区种类 •五、水源分析与水利计算• 1 1．水源种类及水量分析计算计算．水源种类及水量分析计算计算• 2 2．喷灌用水量及设计流量计算．喷灌用水量及设计流量计算• 3 3．水资源平衡分析计算．水资源平衡分析计算 来水量来水量 需水量需水量 结果结果/ /总体评价总体评价• 4 4．水源工程规划设计．水源工程规划设计 六、喷灌工作制度• 1．一个喷头在一个位置（工作点）的喷灌 时间• 2．同时工作的喷头数和支管数• 3．轮灌方案 1）轮灌组划分 2）支管轮灌方式（两端开始相对移动） 七、喷灌工程中喷头的布置方案 • 1．喷灌方式 全圆 扇形• 2．喷头选择 喷头选型 1）参数 2）H/D （二）喷头组合形式• 1．支管布置方向 1）有风 2）地地 3）平原• 2．喷头的组合形式 （三）确定喷头的组合间距 1．定系数法：R设=KR 2．变系数法 a=KaR b=Kb·R （四）设计喷灌强度验算 结果及总体评价 （五）估算喷灌均匀度 结果及总体评价 第十二讲 12月14日 星期四 1-2节 七、喷灌布置方案 （一）喷头选型 1 1．喷头的喷洒方式．喷头的喷洒方式 全圆全圆 扇形扇形 2 2．喷头选择．喷头选择 5 5个基本参数个基本参数 H/DH/D（二）喷头组合形式 1 1．支管布置方向．支管布置方向 （（1 1）风向（）风向（2 2）地形（）地形（3 3）种植方向）种植方向 2 2．喷头的组合形式．喷头的组合形式 长方形、正方形、三角形长方形、正方形、三角形 （三）确定喷头的组合间距 1．定系数法 2．变系数法 （四）设计喷灌强度验算 （五）估算喷灌均匀度 八、喷灌管道水力计算 （一）管道选择 1．分级 2．管网选择 3．管道选择 五种管材 （二）喷灌支管设计（选择） 1．喷灌竖管设计（选择） （1）管径 （2）高度2．支管管径设计（选择） 压力要求压力要求 三．干管（分干管）设计（选择） 1．设计流量计算 同时工作喷头数或支管数 2．管径选择 （1）经验公式法 （2）经济流速法 （3）非浅性规划法 （4）微分法（年费用最小法） （四）管道[水分计算 1．工程水头损失 （1）全管（2）均匀出流 2．局部水头损失 3．水击验算 1）直接水击 2）间接水击（五）管道系统结构设计 九、水泵与动力造型 1．设计扬程 2．设计流量 十、其他辅助工程规划设计 1．土地平整 2．农田基本建设（排水） 3．道路工程 4．林网配套工程 5．电气工程 十一、喷灌工程概预算 • 设备• 工程量• 概算 十二、喷灌工程施工组积 设计 总 布 置总 进 度技术供应 （机械设备、人力、物质 第十三讲 12月19日 星期二 3-4节 第五章 微灌工程• 第一节 微灌一、微灌二、微灌的特点 1.局部灌溉 2.灌水量小 3.灌水质量高 4.工作压力低 5.适应性强 6.综合利用 7.堵塞 8.积盐 三、微灌分类 （一）按灌水器出流方式分类 1.滴灌 2.地下滴灌 3. 微喷 4.涌泉灌(小管出流) (二) 按管道的固定程度 1.固定式微灌系统 地面固定系统 2.半固定式微灌系统 3.移动式微灌系统 四、微灌系统组成 • 1．水源工程• 2．道部枢纽• 3．输配水管网• 4．灌水器 第二节 微灌设备• 一、灌水器 1．滴头 2．滴灌带/微灌带 3．微喷头•二、管道与连接件 三、微灌用过滤器 1．离心式过滤器 2．砂石过滤器 3．筛网式过滤器 4．组合式过滤器四、施肥（农药）装置五、控制、量测与保护装置 第三节 微灌的技术要求• 一、耗水强度 •二、灌溉补充强度计算 三、土壤湿润比 单行直线毛管布置 双行直线毛管布置 绕树环状多出水点布置 设计阶段可参考P241表8-1。
四、微灌均匀度 1．只考虑水力影响因素 （１）Cu与qv的关系 （２）qv与工作水头偏差率的关系 2．当考虑水力和制造偏差两个影响 因素时 3．设计灌水均匀度的确定 （1）1个因素时 （2）2个因素时 五、灌溉水有效利用率 六、灌水器设计工作水头 第十四讲 12月21日 星期四 1-2节 第四节 微灌工程规划设计•一、微灌工程规划设计的类型 • 1．微喷灌工程规划设计• 2．滴灌工程规划设计 （一）微灌工程的布置 1．道部枢纽位置的选择 2．毛管和灌水器的布置 （1）滴灌时毛管和灌水器 的布置 1）单行毛管直线布置 2）单行毛管带、环状布置二、微灌工程规划设计的主要内容3）双行毛管平行布置 （2）微喷灌时毛管一灌水器的布置 1）地面系统 2）树上系统 3）悬挂系统 3、干支管布置 (二)灌水器选择•1 1、、滴头滴头：长流道滴头，孔田滴头，迷宫式滴头、：长流道滴头，孔田滴头，迷宫式滴头、 涡流或滴头、压力补偿式滴、内镶式滴头、涡流或滴头、压力补偿式滴、内镶式滴头、 滴灌带滴灌带•2 2、、微喷头微喷头：指工作压力：指工作压力10-15m10-15m，喷咀直，喷咀直0.8-0.8- 2.0mm 2.0mm，喷洒直径，喷洒直径0-10mm0-10mm的喷头，流量范围的喷头，流量范围 2020～～240L/h240L/h。
1)1)水流量喷头水流量喷头q20~40L/h R 0-2m q20~40L/h R 0-2m 2) 2)中流量中流量 q50~90q50~90 R 2-4 3) R 2-4 3)大流量大流量 q100~240 4~10q100~240 4~10 (三)微灌灌溉制度设计 1．灌水定额 2．设计灌水周期 3．一次灌水延续时间 （四）微灌系统工作制度 （五）微灌工程设计流量 （六）微灌工程水力计算 (七)微灌工程压力分区/水头偏差设计 （八）道部枢纽设计（包括泵房设计） （九）管道结构设计 （十）工程概预算 第十五讲 12月26日 星期二 3-4节 实验1 节水灌溉产品认识实验• 一、喷头脑• 二、管道• 三、管件• 四、喷灌泵• 五、喷灌机 实验2 单喷头性能实验• 一、实验目的与要求• 二、实验设备• 三、实验方法• 四、实验报告 第十六讲 12 月 28 日星期四 1-2节 复习课 谢谢2006年12月28日 。