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1、灌溉与排水工程学灌溉与排水工程学李仪祉生平 李仪祉（李仪祉（1882188219381938）,原名协，字宜之。陕西蒲城原名协，字宜之。陕西蒲城人人,是我国著名水利学家和教育家，我国现代水利建是我国著名水利学家和教育家，我国现代水利建设的先驱。他创办了我国第一所水利工程高等学府设的先驱。他创办了我国第一所水利工程高等学府南京南京河海工程专门学校和多所院校，为国家培河海工程专门学校和多所院校，为国家培养了一大批水利人才。倡导和修建了陕西的泾惠渠养了一大批水利人才。倡导和修建了陕西的泾惠渠等等水利工程水利工程，树立起现代灌溉工程样板，使陕西百，树立起现代灌溉工程样板，使陕西百万亩农田旱涝保收，造福
2、后代。他主张治理黄河要万亩农田旱涝保收，造福后代。他主张治理黄河要上中下游并重，把我国治理黄河的理论和方略向前上中下游并重，把我国治理黄河的理论和方略向前推进了一大步，治黄导淮、整治运河，贡献卓著，推进了一大步，治黄导淮、整治运河，贡献卓著，被誉为一代水圣。被誉为一代水圣。绪绪 论论1 我国的农田水利事业我国的农田水利事业2 古代新疆灌溉的发展状况古代新疆灌溉的发展状况3 本课程的研究对象及基本内容本课程的研究对象及基本内容4 本课程的基本要求本课程的基本要求我国的农田水利事业（近代）我国的农田水利事业（近代）中国用占全球约中国用占全球约6%6%的淡水资源、的淡水资源、9%9%的耕地的耕地,解
3、决了占世界解决了占世界21%21%人口的粮食问题。目前全世界的灌溉面积为人口的粮食问题。目前全世界的灌溉面积为27 67027 670万万hm2,hm2,中国的灌溉面积占全世界灌溉面积的中国的灌溉面积占全世界灌溉面积的21%,21%,中国正好以占全世中国正好以占全世界界21%21%的灌溉面积养活了全世界的灌溉面积养活了全世界21%21%的人口。的人口。1949年中国的灌溉面积只有年中国的灌溉面积只有1 593万万hm2,新中国成立以新中国成立以来灌溉事业得到了快速的发展。从来灌溉事业得到了快速的发展。从1949年起到现在年起到现在,中国的灌中国的灌溉发展大致可分为三个阶段。溉发展大致可分为三个
4、阶段。1949 1980年为农田水利发展的第一阶段。本阶段年为农田水利发展的第一阶段。本阶段的重点是兴修农田水利工程的重点是兴修农田水利工程,包括修建水库、引水工程、包括修建水库、引水工程、大中型灌区大中型灌区,灌区续建配套。在北方开展了大规模开发利灌区续建配套。在北方开展了大规模开发利用地下水的活动用地下水的活动,1980 年全国配套机井达到年全国配套机井达到229万眼。依万眼。依靠国家的投入和群众的大量投劳靠国家的投入和群众的大量投劳,我国的灌溉面积从我国的灌溉面积从1949年的年的1 593万万hm2 增加到增加到1980年的年的4 889万万hm2,年均增长年均增长106万万hm2。在
5、这一阶段。在这一阶段,我们也经历了黄河下游一些大我们也经历了黄河下游一些大型引黄灌区由于发生次生盐碱化而被迫停灌型引黄灌区由于发生次生盐碱化而被迫停灌,到后来依靠到后来依靠合理引用黄河水、开发利用地下水和兴建配套排水设施恢合理引用黄河水、开发利用地下水和兴建配套排水设施恢复引用黄河水灌溉的发展历程。复引用黄河水灌溉的发展历程。1981 1990年为农田水利发展的第二阶段。本阶段在农村地区进行了年为农田水利发展的第二阶段。本阶段在农村地区进行了改革改革,包括管理体制、农业结构和投入机制等方面的改革包括管理体制、农业结构和投入机制等方面的改革,国家减少了对国家减少了对灌溉工程开发和维护的人力和物力
6、方面的投入灌溉工程开发和维护的人力和物力方面的投入,原有的工程设施老化失修。原有的工程设施老化失修。同时同时,随着工业和城市化的发展随着工业和城市化的发展,灌溉水源、灌溉面积被工业和城市建设灌溉水源、灌溉面积被工业和城市建设占用。导致灌溉面积从占用。导致灌溉面积从1980年的年的4 889万万hm2 减到减到1990年的年的4 839万万hm2,年均递减年均递减5万万hm2。在这一阶段。在这一阶段,在改革的新形势下农田水利在发展战略在改革的新形势下农田水利在发展战略和经营管理上也发生了重大变化和经营管理上也发生了重大变化,从过去单纯为农业从过去单纯为农业,为粮食生产服务扩为粮食生产服务扩大到为
7、整个农村经济服务大到为整个农村经济服务,走集约经营的道路。在农田水利管理单位积极走集约经营的道路。在农田水利管理单位积极推行水费改革推行水费改革,开展综合经营开展综合经营,实行经营承包责任制实行经营承包责任制,逐步提高灌区社会、逐步提高灌区社会、经济效益和本身的财务收益。在这一阶段经济效益和本身的财务收益。在这一阶段,全国机电排灌节能技术改造工全国机电排灌节能技术改造工作取得显著成效作取得显著成效,在泵站推广应用了以节能增效为目的八项技术经济指标在泵站推广应用了以节能增效为目的八项技术经济指标考核考核,显著提高了机电排灌站的效率和效益。显著提高了机电排灌站的效率和效益。从从19911991年至
8、今为农田水利发展的第三阶段。本阶段农年至今为农田水利发展的第三阶段。本阶段农田水利工作的重点是推广应用节水灌溉技术田水利工作的重点是推广应用节水灌溉技术,大力发展节水大力发展节水灌溉面积灌溉面积,改善灌溉管理水平改善灌溉管理水平,改革管理机构以及对大型改革管理机构以及对大型灌区进行更新改造。本阶段国家加大了对农田水利事业的灌区进行更新改造。本阶段国家加大了对农田水利事业的投入投入,灌溉面积从灌溉面积从19901990年的年的4 8394 839万万hm2 hm2 增加到增加到20082008年的年的5 5 847847万万hm2,hm2,年均增长年均增长5656万万hm2hm2。在这一阶段重点
9、研究并推广。在这一阶段重点研究并推广应用了渠道防渗技术、低压管道输水技术、喷灌技术、微应用了渠道防渗技术、低压管道输水技术、喷灌技术、微灌技术和各类非工程节水措施。在全国大型灌区开展了以灌技术和各类非工程节水措施。在全国大型灌区开展了以节水为中心的灌区续建配套建设。节水为中心的灌区续建配套建设。我国农田水利现状（现阶段存在的问题）1）灌溉水源日渐短缺，很多灌区用水得不到保证，随着工业用水和城市生活用水的不断增加，今后缺水问题将日益突出。2）水量浪费较大，全国耕地自然降水利用只有45%，灌溉效率低加剧了灌溉水源供需矛盾。3）现有的工程设施尚未全部配套，很多灌区缺乏田间工程，有的有灌无排，有的设施
10、老化，加上管理体制不健全，管理措施不力，工程效益还未充分发挥。4）新建工程难度越来越大，造价越来越高，需要更多的人力物力投入。古代新疆灌溉的发展状况古代新疆灌溉的发展状况 新疆古称西域。在地理上有狭义和广义之分。狭义上是指玉门关以新疆古称西域。在地理上有狭义和广义之分。狭义上是指玉门关以西、葱岭以东地区；广义是指通过西域所能达到的地区，包括亚洲中部、西、葱岭以东地区；广义是指通过西域所能达到的地区，包括亚洲中部、西部，印度半岛，欧洲东部和非洲北部。西部，印度半岛，欧洲东部和非洲北部。水利开发基本上是中央政府或者地区政府为了军事政治的要以维护水利开发基本上是中央政府或者地区政府为了军事政治的要以
11、维护边陲的稳定，保障守军的供给，最终目的是维护中原地区的稳定，而以边陲的稳定，保障守军的供给，最终目的是维护中原地区的稳定，而以民为本的因素考虑的比较少。民为本的因素考虑的比较少。新疆的河流水源，主要靠山地降水和高山融化的雪水供给。新疆的河流水源，主要靠山地降水和高山融化的雪水供给。全疆常年有水河流全疆常年有水河流320320多条，较大的河流，北疆主要有伊犁河、多条，较大的河流，北疆主要有伊犁河、额尔齐斯河、乌伦古河、玛纳斯河等河流，南疆主要有塔里木额尔齐斯河、乌伦古河、玛纳斯河等河流，南疆主要有塔里木河、叶尔羌河、开都河、孔雀河、阿苏河、和田河等河流。除河、叶尔羌河、开都河、孔雀河、阿苏河、
12、和田河等河流。除额尔齐斯河外，均为内陆河。额尔齐斯河是我国唯一属于北冰额尔齐斯河外，均为内陆河。额尔齐斯河是我国唯一属于北冰洋水系的河流，发源于阿尔泰山南坡在我国境内约洋水系的河流，发源于阿尔泰山南坡在我国境内约550550公里、公里、流域面积约流域面积约5 5万平方公里。塔里木河，过去被称为我国最大陆万平方公里。塔里木河，过去被称为我国最大陆河，现在实际上是指阿克苏河、叶尔羌河、和田河的下游段，河，现在实际上是指阿克苏河、叶尔羌河、和田河的下游段，水量由上述三河补给，本身并不产生径流。水量由上述三河补给，本身并不产生径流。额尔齐斯河额尔齐斯河额尔齐斯河额尔齐斯河额尔齐斯河简介 额尔齐斯河是中
13、国唯一流入额尔齐斯河是中国唯一流入北冰洋北冰洋的的河流河流，源出中，源出中国国阿尔泰山阿尔泰山西南坡，山间两支西南坡，山间两支源头源头。喀依尔特河和。喀依尔特河和库依尔特河汇合后成为额尔齐斯河，自东南向西北库依尔特河汇合后成为额尔齐斯河，自东南向西北奔流出国，一路上将喀拉额尔齐斯河、奔流出国，一路上将喀拉额尔齐斯河、克兰河克兰河、布、布尔津河、哈巴河、别列则克河等北岸尔津河、哈巴河、别列则克河等北岸支流支流汇入后，汇入后，流入流入哈萨克斯坦哈萨克斯坦境内境内斋桑湖斋桑湖，再向北经俄罗斯的，再向北经俄罗斯的鄂鄂毕河毕河注入北冰洋。全长注入北冰洋。全长42484248公里，在中国境内公里，在中国境
14、内546546公公里，流域面积里，流域面积5.75.7万平方公里，万平方公里，年径流量年径流量多达多达119119亿亿立方米、水量仅次于立方米、水量仅次于伊犁河伊犁河居新疆第二位。号称居新疆第二位。号称新新疆疆第二大河第二大河。伊犁河伊犁河 伊犁河大桥伊犁河简介 伊犁河上游在中国新疆境内，发源于新疆天山西段，流域面积约57万平方公里，其水量居新疆众河之首，约154亿方，径流量约占全疆河流径流量的确1/5，大约有3/4的水量流出国境。中、下游在哈萨克斯坦境内。主要支流有特克斯河、巩乃斯河、喀什河，河源均出自天山。经婆罗科努山和天山间盆地西流汇合后称伊犁河。塔里木河干流塔里木河大桥塔里木河简介 塔
15、里木河塔里木河干流干流全长全长13211321公里，自身不产流，历史上公里，自身不产流，历史上塔里木河流域的九大水系均有水汇入塔里木河干流。塔里木河流域的九大水系均有水汇入塔里木河干流。由于人类活动与气候变化等影响，由于人类活动与气候变化等影响，2020世纪世纪4040年代以年代以前，前，车尔臣河车尔臣河、克里雅河、迪那河相继与干流失去、克里雅河、迪那河相继与干流失去地表水联系，地表水联系，4040年代以后年代以后喀什噶尔河喀什噶尔河、开都、开都孔孔雀河雀河、渭干河也逐渐脱离干流。到、渭干河也逐渐脱离干流。到20082008年与塔里木年与塔里木河干流有地表水联系的只有和田河、河干流有地表水联系
16、的只有和田河、叶尔羌河叶尔羌河和阿和阿克苏河三条源流，克苏河三条源流，孔雀河孔雀河通过扬水站从通过扬水站从博斯腾湖博斯腾湖抽抽水经库塔干渠向塔里木河下游灌区输水，形成水经库塔干渠向塔里木河下游灌区输水，形成 四源四源一干一干 的格局。的格局。1.两汉时期 新疆大规模、有组织的水利开发时间始于西汉，地点则新疆大规模、有组织的水利开发时间始于西汉，地点则开始于塔里木河流域。太初四年（公元前开始于塔里木河流域。太初四年（公元前104104年），为供应年），为供应汉武帝在大宛（今乌兹别克共和国费尔干盆地一带）的军队汉武帝在大宛（今乌兹别克共和国费尔干盆地一带）的军队粮食所需，汉政府开始在塔里木河中游的
17、渠犁（今库尔勒之粮食所需，汉政府开始在塔里木河中游的渠犁（今库尔勒之西境）、轮台（在今轮台县境之玉古尔）一带开凿沟渠，进西境）、轮台（在今轮台县境之玉古尔）一带开凿沟渠，进行屯田。近代以来，在南疆的库车、焉耆、罗布泊、若羌等行屯田。近代以来，在南疆的库车、焉耆、罗布泊、若羌等地发现了多处汉代水利工程遗址，不但灌溉工程较大，而且地发现了多处汉代水利工程遗址，不但灌溉工程较大，而且工程设施比较完备。如在今沙雅县东仍有红土所筑的长达工程设施比较完备。如在今沙雅县东仍有红土所筑的长达100100多公里的渠道，渠宽约多公里的渠道，渠宽约8 8米，深约米，深约3 3米，当地人称为米，当地人称为“汉汉人渠人
18、渠”。若羌县发现了米兰古堡一处汉朝灌溉系统，干支渠。若羌县发现了米兰古堡一处汉朝灌溉系统，干支渠上甚至设有系统的闸门控制，等等。上甚至设有系统的闸门控制，等等。2.魏晋南北朝 屯田地和水利事业主要在吐鲁番地区。此时水利已有相屯田地和水利事业主要在吐鲁番地区。此时水利已有相当规模，在葡萄园集中的地方设当规模，在葡萄园集中的地方设“平水平水”官，在汉代吐鲁番官，在汉代吐鲁番已成为屯田中心，魏晋戊己校尉仍在高昌（在今吐鲁番阿斯已成为屯田中心，魏晋戊己校尉仍在高昌（在今吐鲁番阿斯塔那古城）。南北朝时吐鲁番地区建立高昌政权，当地汉人塔那古城）。南北朝时吐鲁番地区建立高昌政权，当地汉人很多，受中原文化影响
19、较深，水利发展情况也和内地相同。很多，受中原文化影响较深，水利发展情况也和内地相同。3.隋唐时期 隋炀帝大业五年（隋炀帝大业五年（609609年）年）“于西域之地置西海、鄯善、于西域之地置西海、鄯善、且末等郡，谪天下罪人，配为戌卒，大开屯田，发西方诸郡且末等郡，谪天下罪人，配为戌卒，大开屯田，发西方诸郡运粮以给之运粮以给之”。除西海郡外都属今新疆地区。此外，又在玉。除西海郡外都属今新疆地区。此外，又在玉门以外的伊吾（今哈密），大开屯田。虽然经营的时间都不门以外的伊吾（今哈密），大开屯田。虽然经营的时间都不长，却为唐代开发此地准备了条件。长，却为唐代开发此地准备了条件。4.宋元明时期 宋元明时代
20、，一方面由于整个中国经济中心逐渐由西北移向东南，宋元明时代，一方面由于整个中国经济中心逐渐由西北移向东南，新疆的水利发展受到一定程度的影响。一方面海上交通日益发达，过去新疆的水利发展受到一定程度的影响。一方面海上交通日益发达，过去作为中西陆路交通的桥梁作为中西陆路交通的桥梁新疆，在交通上的重要性日益下降，这样新疆，在交通上的重要性日益下降，这样也影响到新疆水利的发展。这一时期新疆的水利在北疆得到了一定的发也影响到新疆水利的发展。这一时期新疆的水利在北疆得到了一定的发展。据耶律楚材西游记、长春真人西游记、常德西使记的展。据耶律楚材西游记、长春真人西游记、常德西使记的记载，乌伦古河、伊犁河及楚河一
21、带的农田水利都较为发达。宋朝时，记载，乌伦古河、伊犁河及楚河一带的农田水利都较为发达。宋朝时，在吐鲁番地区还出现了水力驱动的农用加工机械水磑，如宋史在吐鲁番地区还出现了水力驱动的农用加工机械水磑，如宋史高昌高昌传曰：传曰：“有水源出金岭，导之周围国城，以溉田园。有水源出金岭，导之周围国城，以溉田园。5.准格尔时期 此时期是指明末至清朝乾隆中叶的一百多年时间。这一此时期是指明末至清朝乾隆中叶的一百多年时间。这一段时期，新疆的灌溉农业主要集中在天山以南地区，聚居在段时期，新疆的灌溉农业主要集中在天山以南地区，聚居在当地的维吾尔族农民是农业生产的主体力量，在水利技术上，当地的维吾尔族农民是农业生产的
22、主体力量，在水利技术上，他们精通开渠引水之法。北疆地区由于战乱，农业据点大多他们精通开渠引水之法。北疆地区由于战乱，农业据点大多荒弃，荒弃，“逐水草而居逐水草而居”的游牧经济在北疆经济结构上占比重的游牧经济在北疆经济结构上占比重较大，经过准噶尔巴图尔珲台吉、策妄阿拉布坦、噶尔。丹较大，经过准噶尔巴图尔珲台吉、策妄阿拉布坦、噶尔。丹策零三个阶段统治者的努力，北疆的农业经济比重增大，主策零三个阶段统治者的努力，北疆的农业经济比重增大，主要灌溉区主要分布在伊犁河流域及额尔齐斯河流域。要灌溉区主要分布在伊犁河流域及额尔齐斯河流域。本课程的研究对象及基本内容本课程的研究对象及基本内容【农田水利】【农田水
23、利】【农田水利】【农田水利】为为防防治治干干旱旱、渍渍、涝涝和和盐盐碱碱灾灾害害，对对农农田田实实施施灌灌灌灌溉溉溉溉、排排排排水水水水等人工措施的总称。等人工措施的总称。农田水利技术术语农田水利技术术语【农田水利学】【农田水利学】【农田水利学】【农田水利学】是一门研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律是一门研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律是一门研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律是一门研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律及其调节措施、消除水旱灾害和利用水资源发展农业生产而及其调节措施、消除水旱灾害和利用水资源发展农业生产而及其调节措施、消除水旱灾害和利用水资源发展农业生产而
24、及其调节措施、消除水旱灾害和利用水资源发展农业生产而服务的科学。服务的科学。服务的科学。服务的科学。研究对象与基本内容研究对象与基本内容w1 调节农田水分状况调节农田水分状况w（1）灌溉措施：补充水分不足）灌溉措施：补充水分不足w（2）排水措施：控水，排盐）排水措施：控水，排盐w需要研究的内容需要研究的内容w（1 1）农田水盐运动规律）农田水盐运动规律w（2 2）节水灌溉理论与技术）节水灌溉理论与技术w（3 3）灌排系统布置）灌排系统布置w（4 4）灌排系统管理）灌排系统管理研究对象研究对象w2 改变和调节改变和调节地区地区水情水情w（1）蓄水保水措施：水库等）蓄水保水措施：水库等w（2）调水
25、排水措施：渠道等）调水排水措施：渠道等w需要研究的内容需要研究的内容w（1 1）制定水土资源规划）制定水土资源规划w（2 2）水资源合理配置）水资源合理配置w（3 3）洪涝规律）洪涝规律w（4 4）工程经济）工程经济要要 求求w1、懂得水文及水文统计的基本知识w2、对农田排灌规划与设计应该熟练掌握w3、对水土保持有一定的工作能力w4、了解各类水工建筑物的结构形式及应用范围第一章第一章 农田水分状况和土壤水分运动农田水分状况和土壤水分运动w本章主要内容：本章主要内容：w1 农田水分状况农田水分状况w2 土壤水分运动土壤水分运动w3 土壤作物大气连续系统土壤作物大气连续系统1.1农田水分状况 农田
26、水分状况是农田地面水、土壤水和农田水分状况是农田地面水、土壤水和地下水的数量及其在时间上的变化。地下水的数量及其在时间上的变化。农田水利措施的目的在于改变和控制农农田水利措施的目的在于改变和控制农田水分状况。调节土壤中气、热和养分状况，田水分状况。调节土壤中气、热和养分状况，改善田间小气候，使得作物处于良好的生长改善田间小气候，使得作物处于良好的生长条件下，达到提高产量和品质的目的。条件下，达到提高产量和品质的目的。1.1 农田水分状况农田水分状况w1 土壤土壤水存在的形式（水存在的形式（按形态分按形态分）w（1）汽态水：汽态水：孔隙中的水汽孔隙中的水汽w（2）吸着水：吸着水：吸湿水吸湿水&薄
27、膜水薄膜水w（3）毛管水：毛管水：毛管作用下毛管作用下能保持的水能保持的水w（4）重力水：重力水：超出毛管含水率的部分超出毛管含水率的部分1.1 农田水分状况农田水分状况w1 土壤水存在的形式（土壤水存在的形式（按有效性分按有效性分）w（1）无效水：无效水：吸着水吸着水w（2）有效水：有效水：田间持水量田间持水量凋萎系数凋萎系数w（3）过剩水：过剩水：重力水重力水w 不同的土壤质地，吸力特性不同不同的土壤质地，吸力特性不同不同的土壤质地，吸力特性不同不同的土壤质地，吸力特性不同0.74MPa注意：不等注意：不等于毛管水于毛管水一、农田水分存在的形式一、农田水分存在的形式 地面水、地下水和土壤水
28、。土壤水分是农田灌溉研究重点土壤水的形态：1 1、气态水存在于土壤孔隙，数量较少。有利于微生物活动。、气态水存在于土壤孔隙，数量较少。有利于微生物活动。2 2、吸着水吸着水 包括吸湿水和薄膜水。包括吸湿水和薄膜水。wA A、吸湿水吸湿水：被紧紧束缚于土壤颗粒表面，无法在重力和毛：被紧紧束缚于土壤颗粒表面，无法在重力和毛管力作用下移动。吸湿水达到最大时的土壤含水量为管力作用下移动。吸湿水达到最大时的土壤含水量为 吸湿吸湿系数。土壤颗粒对吸湿水的吸附力在系数。土壤颗粒对吸湿水的吸附力在313120002000atm,atm,无法被作无法被作物利用。物利用。wB B、薄膜水薄膜水：吸附于土壤颗粒表面
29、，只能沿土壤表面进行速：吸附于土壤颗粒表面，只能沿土壤表面进行速度较小的移动。薄膜水达到最大时的土壤含水量为土壤最大度较小的移动。薄膜水达到最大时的土壤含水量为土壤最大分子持水率。分子持水率。最外层水分子所受到的吸附力约为最外层水分子所受到的吸附力约为6.256.25atmatm。w3 3、毛管水毛管水毛管水是在重力作用下土壤中能够保持的水分。即重力作用下土壤中超出吸毛管水是在重力作用下土壤中能够保持的水分。即重力作用下土壤中超出吸着水的部分。或者说在毛管力作用下能够保持在土壤中的水分。着水的部分。或者说在毛管力作用下能够保持在土壤中的水分。上升毛管水上升毛管水：地下水能沿土壤毛细管上升的水分
30、。当地下水位较高时，下层：地下水能沿土壤毛细管上升的水分。当地下水位较高时，下层水分可通过毛管上升。水分可通过毛管上升。悬着水毛管悬着水毛管：降雨或灌溉后，上层土壤中由于毛细管作用所能保持在土壤孔：降雨或灌溉后，上层土壤中由于毛细管作用所能保持在土壤孔隙中的水分（由地面渗入。隙中的水分（由地面渗入。毛管悬着水达到最大时的土壤含水量毛管悬着水达到最大时的土壤含水量为田间持水量为田间持水量，此时土壤毛管力在，此时土壤毛管力在0.10.30.10.3atmatm之间。该指标是农田灌溉中应用最广泛的指标之一。之间。该指标是农田灌溉中应用最广泛的指标之一。生产中通常将灌水两后土壤所能够保持的含水量称为田
31、间持水量。生产中通常将灌水两后土壤所能够保持的含水量称为田间持水量。4.重力水重力水w毛管力随着毛管直径的增加而减小。当土壤含水量超过田间毛管力随着毛管直径的增加而减小。当土壤含水量超过田间持水量，多余水分在无法为毛管所保持，在重力作用下沿非持水量，多余水分在无法为毛管所保持，在重力作用下沿非毛管孔隙下渗排除。这部分水分称为重力水。毛管孔隙下渗排除。这部分水分称为重力水。当土壤中全部孔隙为水分所充满时的含水量为当土壤中全部孔隙为水分所充满时的含水量为饱和含水饱和含水量量或全蓄水量。或全蓄水量。土壤水分形态小节土壤水分形态小节土壤水分形态小节土壤水分形态小节1 1 1 1、土壤水分各形态之间并无
32、严格的分界线，其所占比例与土壤质、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占比例与土壤质、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占比例与土壤质、土壤水分各形态之间并无严格的分界线，其所占比例与土壤质地、结构和有机质含量以及温度有关。相同的含水量下，粘土土壤地、结构和有机质含量以及温度有关。相同的含水量下，粘土土壤地、结构和有机质含量以及温度有关。相同的含水量下，粘土土壤地、结构和有机质含量以及温度有关。相同的含水量下，粘土土壤水吸力大于砂土；相同的土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高水吸力大于砂土；相同的土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高水吸力大于砂土；相同的土壤吸力下，有机质多的土壤含水
33、量亦高水吸力大于砂土；相同的土壤吸力下，有机质多的土壤含水量亦高于有机质低的土壤。于有机质低的土壤。于有机质低的土壤。于有机质低的土壤。2 2 2 2、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、无效水和多、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、无效水和多、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、无效水和多、根据水分对作物的有效性，土壤水可分为有效水、无效水和多余水。余水。余水。余水。凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的凋萎系数：当土壤含水量低于吸湿系数的1.52.01.52.01.52.01.52.0倍，土壤吸
34、力在倍，土壤吸力在倍，土壤吸力在倍，土壤吸力在7 7 7 740104Pa40104Pa40104Pa40104Pa时时时时(一般人为在一般人为在一般人为在一般人为在15151515个大气压左右个大气压左右个大气压左右个大气压左右)，土壤中的水分无法，土壤中的水分无法，土壤中的水分无法，土壤中的水分无法被作物吸收，作物发生永久性凋萎。被作物吸收，作物发生永久性凋萎。被作物吸收，作物发生永久性凋萎。被作物吸收，作物发生永久性凋萎。土壤水分特征曲线w土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒对水分的吸附力。是基质势与溶土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒对水分的吸附力。是基质势与溶质势之和的负数。质势之和的
35、负数。w表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲线称为土壤水分特征曲表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线。线。w土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在水和吸水时土壤吸力不同，存土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在水和吸水时土壤吸力不同，存在滞后效应。在滞后效应。w瓶颈作用是产生滞后效应的原因。瓶颈作用是产生滞后效应的原因。土壤水分特征曲线的作用进行含水量和土壤吸力之进行含水量和土壤吸力之进行含水量和土壤吸力之进行含水量和土壤吸力之间的转换间的转换间的转换间的转换间接反映土壤孔隙的大小间接反映土壤孔隙的大小间接反映土壤孔隙的大小间接反映土壤孔隙的大小 s=4s=4s=
36、4s=4d d d d分析不同质地土壤的持水分析不同质地土壤的持水分析不同质地土壤的持水分析不同质地土壤的持水性能性能性能性能为土壤水分定量分析提供为土壤水分定量分析提供为土壤水分定量分析提供为土壤水分定量分析提供参数。参数。参数。参数。1.1 农田水分状况农田水分状况w2 旱作地区农田水分运动的几个过程旱作地区农田水分运动的几个过程w（1）灌水、降雨入渗灌水、降雨入渗w（2）水分再分布（向着水分低处）水分再分布（向着水分低处）w（3）灌溉水、降雨补给地下水灌溉水、降雨补给地下水w（4）地下水向上补给土壤水，甚至腾发地下水向上补给土壤水，甚至腾发w根系是作物的吸收器官，毛管水是作物水分的最主根
37、系是作物的吸收器官，毛管水是作物水分的最主要来源。各种形态的水分转化成土壤水才能被作物要来源。各种形态的水分转化成土壤水才能被作物根系所吸收。根系所吸收。w重力水和凋萎系数以上的水分无法利用。重力水和凋萎系数以上的水分无法利用。w地面积水和地下水位过高会引起渍、涝灾害。地下地面积水和地下水位过高会引起渍、涝灾害。地下水位必须在根系吸水层以下才能保持良好的通气和水位必须在根系吸水层以下才能保持良好的通气和热状况。热状况。不同条件下的土壤入渗w1、地下水埋深较大和上层土壤干燥时，降雨或者灌溉水首先湿润表层，并逐渐向土壤下层入渗。土壤上湿下干。w停止灌溉后，在重力和毛管力作用下，上层停止灌溉后，在重
38、力和毛管力作用下，上层土壤含水量降低，下层含水量增加。土壤含水量降低，下层含水量增加。w在水分重新分布过程中，由于蒸发作用和根在水分重新分布过程中，由于蒸发作用和根系吸收，上层土壤含水量开始降低，土壤吸系吸收，上层土壤含水量开始降低，土壤吸力增加，入渗逐渐停止，可能出现零通量面力增加，入渗逐渐停止，可能出现零通量面(该断面水通量为该断面水通量为0)0)。其后下层土壤水可能向。其后下层土壤水可能向上运动，也可能向下运动。零通量面是分界上运动，也可能向下运动。零通量面是分界线。线。w2 2、地下水位较浅时土壤水入渗、地下水位较浅时土壤水入渗w下层受毛管上升水影响，上层受灌溉或降雨影响。下层受毛管上
39、升水影响，上层受灌溉或降雨影响。w入渗增加了土壤中悬着水的数量，同时毛管上升水入渗增加了土壤中悬着水的数量，同时毛管上升水也增加。当地面供水超过田间持水量时，水分补给也增加。当地面供水超过田间持水量时，水分补给地下水，造成地下水位升高和水分的浪费。地下水，造成地下水位升高和水分的浪费。w高地下水位的危害高地下水位的危害w陕西宝鸡峡灌区不合理灌溉造成大量农田沼泽化陕西宝鸡峡灌区不合理灌溉造成大量农田沼泽化w盐碱化盐碱化干旱的种类及其原因w根系吸收水分破坏植物体内水分平衡和协调称为干旱根系吸收水分破坏植物体内水分平衡和协调称为干旱w大气干旱大气干旱:大气温度过高或者辐射过强，干热风等导致蒸发大气温
40、度过高或者辐射过强，干热风等导致蒸发大于吸水速度，所形成的干旱。西北和华北地区较多。此时大于吸水速度，所形成的干旱。西北和华北地区较多。此时土壤含水量不一定很低。土壤含水量不一定很低。w防止方法：微灌、遮阳网等防止方法：微灌、遮阳网等w土壤干旱：土壤水分过少，植物无法正常吸收以补偿叶片蒸土壤干旱：土壤水分过少，植物无法正常吸收以补偿叶片蒸发所形成的干旱。是对植物危害最大的干旱。发所形成的干旱。是对植物危害最大的干旱。w其他其他 生理干旱生理干旱：其他非土壤水分条件引起的植物干旱。如其他非土壤水分条件引起的植物干旱。如土壤溶液浓度过大土壤溶液浓度过大(PEGPEG试验试验)、土壤通气不佳（二氧化
41、碳浓、土壤通气不佳（二氧化碳浓度过高度过高)等。等。土壤盐分浓度与植物吸收水分w1、含水量减少，土壤溶液浓度增加，土壤溶液渗透压力提高。若其高于根系细胞液的渗透压力，细胞失水，造成生理干旱。w盐碱地、溶液胁迫(peg or salt)、盐水滴灌处理措施w2、溶液中某些离子对植物有毒害作用，并可能引起土壤结构恶化。如Fe离子、CL离子等。w根系吸水层土壤含水量的临界值:w minS/C100 S可溶性盐数量（百分比)，C允许盐类溶液浓度(占水的百分数)水稻地区农田水分状况w传统淹灌处在烤田期外，其他时间均维持水层存在，传统淹灌处在烤田期外，其他时间均维持水层存在，w地下水较浅地区，深层渗漏可使地
42、下水位上升，与地面地下水较浅地区，深层渗漏可使地下水位上升，与地面水连为一体，土壤处于饱和状态。水连为一体，土壤处于饱和状态。w地下水位较深地区，或出流条件较好，地下水位保持在地下水位较深地区，或出流条件较好，地下水位保持在一定深度。土壤水分至上而下存在梯度，土壤不一定饱一定深度。土壤水分至上而下存在梯度，土壤不一定饱和。和。w水稻可以在一定水层中生存。水层对改善田间小气候和水稻可以在一定水层中生存。水层对改善田间小气候和抑制杂草有一定作用。但是若水层过深，土壤通气和热抑制杂草有一定作用。但是若水层过深，土壤通气和热控制恶化，处于还原状态，所产生有害物质对生长不利。控制恶化，处于还原状态，所产
43、生有害物质对生长不利。水稻覆膜旱种技术(苗期)旱种水稻的生长状况农田水分状况的调节措施w 不良土壤水分状况及其原因不良土壤水分状况及其原因w1 1、土壤水分过多、土壤水分过多 原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理 灌溉灌溉w2 2、农田水分不足、农田水分不足 原因原因:降雨不足降雨不足(主要原因主要原因)；降雨径流损失；降雨径流损失(水土水土保持较差保持较差)；土壤保水性能差；土壤保水性能差(有机质少有机质少)过度蒸发过度蒸发(原因和防治方法原因和防治方法)w几中有关农田水分状况的灾害几中有关农田水分状况的灾害w干旱干旱：农田水分不足：农田水分不足(或其他原因引
44、起作物水分失调或其他原因引起作物水分失调)。干旱是我国北方。干旱是我国北方农业上层的主要灾害农业上层的主要灾害w涝灾：涝灾：旱田积水或水田淹水过深，导致农业减产。旱田积水或水田淹水过深，导致农业减产。w渍害：渍害：地下水位过高或土壤上层滞水，土壤潮湿，影响作物生长发育和地下水位过高或土壤上层滞水，土壤潮湿，影响作物生长发育和产量。产量。w渍涝灾害是南方农业生产的主要灾害渍涝灾害是南方农业生产的主要灾害调节农田水分的措施w灌溉措施灌溉措施：调节土壤水分状况和田间小气候。：调节土壤水分状况和田间小气候。w灌水方法灌水方法:地面灌溉：目前最主要的灌水方法地面灌溉：目前最主要的灌水方法 喷喷 灌：模拟
45、降雨灌：模拟降雨 微灌（渗灌）（微润灌）：局部灌溉微灌（渗灌）（微润灌）：局部灌溉灌水方法漫灌灌水方法喷灌非灌溉措施调节农田水分w1 1、地膜覆盖、地膜覆盖w2 2、秸秆还田、秸秆还田w3 3、中耕、中耕w4 4、增加土壤有机质、增加土壤有机质w5 5、采用保水剂、采用保水剂排水措施w目的：排除土壤多余水分，改善土壤通气和热状况，目的：排除土壤多余水分，改善土壤通气和热状况，起到以水调气、以水调肥和以水调温的作用。这种起到以水调气、以水调肥和以水调温的作用。这种作用在灌溉和排水措施中均有明显效果。作用在灌溉和排水措施中均有明显效果。w排水方法：排水方法：开挖排水明沟、地下鼠洞、埋设地下暗管等。
46、通过开挖排水明沟、地下鼠洞、埋设地下暗管等。通过井群进行水平排水等。井群进行水平排水等。农田排水竖井排水土壤水分运动的基本方程w根据扩散方程，利用势能理论根据扩散方程，利用势能理论(土壤水分有势土壤水分有势能高的点向势能低的点运动能高的点向势能低的点运动)，研究土壤水分，研究土壤水分在时间和空间上的变化。在时间和空间上的变化。w由边界条件和初始条件可以获得任意在任意由边界条件和初始条件可以获得任意在任意时间的水分状况，如含水量或土壤吸力。时间的水分状况，如含水量或土壤吸力。土壤水分入渗土壤水分入渗（1）水分进入土壤的过程称为入渗水分进入土壤的过程称为入渗 （2）入渗公式）入渗公式 t为入渗时间
47、；为入渗时间；i为入渗强度；为入渗强度；I为单位土壤面积上的为单位土壤面积上的累积入渗量；累积入渗量；k、为入渗参数，为入渗参数，0.20.7。蒸发条件下土壤水分运动w1 1、土壤蒸发、土壤蒸发w影响蒸发强度的因素：影响蒸发强度的因素：A A 外界蒸发能力外界蒸发能力B B土壤输水能力土壤输水能力 土壤蒸发发生在土壤表层，当土壤表层含水量较高土壤蒸发发生在土壤表层，当土壤表层含水量较高(高高于临界含水量于临界含水量cc。该值近似于毛管断裂点的含水量，约为。该值近似于毛管断裂点的含水量，约为田间持水量的田间持水量的50507070)，或土壤输水能力高于大气蒸发能，或土壤输水能力高于大气蒸发能力时
48、，蒸发强度取决于外界蒸发能力。在灌溉后到土壤含水力时，蒸发强度取决于外界蒸发能力。在灌溉后到土壤含水量达到量达到cc之前，土壤蒸发强度稳定，近似于水面蒸发。之前，土壤蒸发强度稳定，近似于水面蒸发。w原因原因:地表水汽压力梯度和土壤吸力变化增加了供水能力地表水汽压力梯度和土壤吸力变化增加了供水能力.w当外界蒸发能力大于土壤供水能力时当外界蒸发能力大于土壤供水能力时,蒸发强度由后者决定。蒸发强度由后者决定。w原因：土壤导水率降低、吸力梯度变化路径变化增加了长原因：土壤导水率降低、吸力梯度变化路径变化增加了长度度描述土壤水分运动存在的问题w(1)(1)模型参数不容确定模型参数不容确定:过程复杂、空间变过程复杂、空间变异性大。异性大。w(2)(2)在有作物条件下，根系吸水项不容确定。在有作物条件下，根系吸水项不容确定。w(3)(3)边界条件难以决定。边界条件难以决定。土壤作物大气系统（土壤作物大气系统（SPAC）简介）简介w作物根系吸取土壤水作物根系吸取土壤水 水分在作物体内依水分在作物体内依靠根压及叶水势的作用向叶面输送靠根压及叶水势的作用向叶面输送 叶面叶面水分向大气蒸腾水分向大气蒸腾w（蒸腾蒸腾transpiration、蒸发、蒸发evaporation、腾、腾发蒸散发蒸散evapotranspiration）演讲完毕，谢谢观看！