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1、管排水概论农田水分状况与水分特征参数I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I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）： 105C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）I土壤含水率的表示：I 体积含水率:0 v =Vw /VOI 重量（质量）含水率
2、：0 g =mw /msI 饱和度：w=Vw /Vv贮水深度：h=H0 v（量刚为L）I相互关系：I 0 v = 0 g p d /p wI w=0 v/n土壤含水量的主要测定方法 称重法（烘干法） 核技术测量：中子仪,Y射线仪 电磁测量：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1称重法（烘干法，直接法）：I 测定过程：土钻取土，测定土壤湿重m；在105C烘箱中烘68h，测定干 土重ms。则土壤质量含水率为 0 g =（mms） /ms 快速烘干方法：酒精燃烧，红外线灯照射优点：原理简单、测量精度高、设备简单缺点：耗时长、破坏土体，代表性差（空间变异性影响）中子仪
3、：原理：快中子、H-慢中子，慢中子通量反映H （水）含量 快中子源：放射源（Ra/Am）、Be体积含水率与记数R的关系：I0 =a R/Rstd +b优点：原位重复测量 缺点：确定率定曲线空间分辨率低价格，辐射时域反射仪（TDR）：原理：土壤介电常数与含水率的关系（介电常数：水80；干土 5；空气1） 优点：简单缺点：仪器价格，分辨率低 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，如田间持水量、凋萎系数等I 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
4、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I 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) 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 饱和一非饱和土壤水
5、运动 积水条件下的干土入渗：分区：I 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条件下的干土入渗：积水后，表土含水率很快增加到e 0(e s )地表处含水率梯度由大变小，t足够大时地表含水率不变地表入渗率逐渐减小湿润锋不断下移，含水率变化平缓描述土壤入渗过程的物理量： 入渗率i：单位时间内通过单位面积的入渗水量(地表水通量),mm/min, mm/h,mm/d累积入渗量I：从入渗开始到某一时刻通过单位面积的总水量，mm i 与 I 的关系:i(t)=d/(t)/dt 入渗过程的影响因素：供水速率P (降水强度)、土壤入渗能力f Pf入渗率i取决于供水速率P (通量控制)； Pf入渗率
6、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）I再分布：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的阶段性（大气蒸发能力不变）稳定蒸发阶段：AB，e 0 k；蒸发强度E0； 0 k取决于土质和大气蒸发能力，毛管
7、破裂点 （50%70%田持）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，计算北方主要作物需水规律：Kc：作物系数；ET0：参考
8、作物腾发量，计算以往常用FAO；ETc=kc ET0作物kcET0ETc冬小麦0.88568500夏玉米1.05358375冬小麦需水强度变化规律：A播种一越冬（10月一11月）：较小越冬期（12月一2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I 旱作水量平衡：（单位：mm, m3/亩，m3/ha） Wt-W
9、0=Wr+P0+K+M-ET WO :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PO: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WO-蒸发消耗至Wmin,灌水I 土壤灌溉用水量的确定：各种作物灌溉定额、种植结构、面积一净需水量渠系利用系数一毛需水量 计划湿润层深度：与作物、生育阶段有关 灌溉工程按照水源分类： 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：河流流量满足灌溉要求，水
10、位较低水库取水：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1水平排水工程：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
11、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 分水闸：上级渠道向下级渠道分水的闸门，同时是下级渠道的进水闸。作用是控制 和调节向下级渠道的配水流量节制闸：垂直渠道中心线布置，其作用是根据需要抬高上游渠道的水位或阻止渠水 继续流向下游渠道进水口渠低高程较高，进水困难，在分水口下游设节制闸下级渠道轮灌时，在轮灌组分界处设节制闸在泄水闸和被保护建筑物之间设节制闸 作用：穿越山岗、河沟、道路类型：隧洞：穿越山岗渡槽：穿越河沟、道路，渠低高程较高倒虹吸：穿越河沟、道路，渠底高程较低涵洞：与道路相交，渠道水位低于路面且流量较小；与河沟相交，河沟洪水
12、 位低、流量小，排洪涵洞桥梁：与道路相交，渠道水位低于路面且流量大、水面宽 渠道通过坡度较大的地段时，为防止渠道冲刷，保持渠道的设计比降，将渠道分为 上下两段，中间用衔接建筑物联结跌水：用于跌差较小的陡坎陡坡：用于跌差较大、地形变化均匀 作用：防止由于沿渠坡面径流汇入渠道或因下级（游）渠道事故停水而使渠道水位 突然升高，进而威胁渠道安全I 位置：重要建筑物和大填方段的上游山洪入渠处的下游 类型：溢流堰，泄水闸 作用：控制和量测水量，以维持灌溉工程的正常运行，实施科学的用水管理I 位置：各级渠道进水口：量测入渠水量 末级渠道：量测进入田间水量退水渠：量测退泄水量 类型： 量水堰（三角形、矩形、梯
13、形薄壁堰）巴歇尔水槽水位一流量流速仪1优点：部分或全部输配水管网埋在地下，少占7%10%耕地，提高土地利用率， 减少对交通和耕作影响输水损失（蒸发、渗漏）小，节约用水，提高灌溉水利用系数有压输水、无压输水，能满足地面灌水方法和喷灌、滴灌、微喷灌等有压灌 水方法的要求使用方便，便于控制，便于与施肥、施农药结合，便于实现自动控制在地形复杂情况下易于布置管道清淤工作量小，无杂草影响I组成：首部枢纽：从水源取水，并进行处理以符合管道系统与灌溉的要求（水量、水压、水质）输配水管网：干管、支管、毛管环状管网：压力均匀，保证率高；管道长 树枝状管网：保证率低；管道短混合管网灌水器：将水均匀地分配到田间和湿润
14、土壤的设备或装置。滴头：滴灌 微喷头：微喷灌灌水方法I渗头：渗灌作物地形水源土壤畦灌沟灌地面全面灌灌溉溉淹灌密植作物、牧草、坡度均匀，0.2%水量充足 部分蔬菜宽行作物、部分蔬坡度均匀，水量充足 菜2%5%水稻平坦或局部平坦中等透水性中等透水性喷灌渗灌漫灌牧草较平坦经济作物、蔬菜、适用于复杂地形 果树 根系较深作物平坦水量丰富水量充足水量较少水量缺乏透水性小，盐碱土中等透水性各种透水性透水性较小局部灌滴灌 溉微喷灌果树、瓜类、宽行较平坦 作物果树、花卉、蔬菜较平坦水量极其各种透水性 缺乏水量缺乏各种透水性I 畦灌：适用作物：小麦、谷子等窄行作物、牧草及某些蔬菜技术要素：根据地面坡度、土地平整情况、土壤透水性能、农机具等因素合理选定积水要素畦田规格：长度30100 m,宽度24 m且为农机具宽度的整倍数,1 亩约510个畦田心坡度：0.0010.003:.入畦单宽流量：36 1/s/m，均匀、不冲刷灌水技术要素的关系：灌水时间t内渗入水量与灌溉定额m相等进入畦田的灌水总量=畦长l上达到m所需水量I沟灌：灌水沟布置：心坡度i : 0.005
