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1、第一章第一章 农田灌溉原理农田灌溉原理(yunl)第一页，共74页。第一节第一节 农田农田(nngtin)土壤水分状况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(hunjng)的核心的核心农田农田(nngtin)水分水分第二页，共74页。一、农田土壤水分存在一、农田土壤水分存在(cnzi)的基本形式的基本形式土土壤壤水水分分存在存在(cnzi)于未被水分占据的土壤于未被水分占据的土壤空隙空隙田间持水率：灌水两天后土壤所能保持田间持水率：灌水两天后土壤所能保持(boch)的含水率，它是重力水的含水率，它是重力水和毛管水、有效水分和过剩水分的分界线。和
2、毛管水、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，容易为农作田间持水率和无效水之间的水，容易为农作物利用，称为物利用，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，地下水位低，地下水位低，水很快排出根系层而不能被使用。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
3、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。第三页，共74页。土壤土壤(trng)含水率：水量与土量的含水率：水量与土量的比值。比值。质量质量(zhling)比：比：体积体积(tj)比：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。第四页，共74页。二、作物生长二、作物生长(shngzhng)对农田水分状对农田水分状况的要求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
4、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）水分可以(ky)调节作物体温。调节作物体温。第五页，共74页。1、旱作物对农田水分、旱作物对农田水分(shufn)状况的要求状况的要求 根系根系(gnx)吸水层的土吸水层的土壤水分壤水分农作物农作物引起水涝引起水涝(shu lo)灾害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水为根系吸水层的田间持水率。层的田间持水率。要求要求：地面不容许积水，地
5、下水位不容许上升到根系：地面不容许积水，地下水位不容许上升到根系吸水层。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第六页，共74页。干旱干旱(gnhn)大气干旱大气干旱土壤土壤(trng)干旱干旱生理干旱生理干旱土壤溶液浓度不超过作物土壤溶液浓度不超过作物(zuw)在各个生育期所容许的最高值在各个生育期所容许的最高值是确定根系吸水层的土壤最低含水率的重要指标。是确定根系吸水层的土壤最低含水率的重要指标。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：
6、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率下限第七页，共74页。2、水稻地区的农田水分、水稻地区的农田水分(shufn)状况要求状况要求田间经常需要田间经常需要(xyo)水水层层生理上要求土壤水分达到饱和生理上要求土壤水分达到饱和(boh)（除萌芽和（除萌芽和成熟期）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
7、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、人为水层的适宜深度：由作物品种、生育阶段、自然环境、人为条件及经验来决定。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第八页，共74页。三、农田三、农田(nngtin)土壤水分运动土壤水分运动1、土壤水分运动基本方程、土壤水分运动基本方程(fngchng)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,
8、z轴向的水流通量为轴向的水流通量为k()土壤土壤(trng)的非饱和导水率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第九页，共74页。dt时间内，流入和流出单元体的土壤水分质量时间内，流入和流出单元体的土壤水分质量(zhling)差差总计为总计为dt时间内单元时间内单元(dnyun)体内土壤水分质量的变体内土壤水分质量的变化量为化量为 由质量守恒定律知两者在数值由质量守恒定律知两者在数值(shz)上相等，即：上相等，即：将（将（12）式代入（）式代入（14），得：），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。第十页，共74页。D()称为扩散度
9、，表示单位含水率梯度称为扩散度，表示单位含水率梯度(t d)下通过单下通过单位面积的土壤水流量。位面积的土壤水流量。则非饱和土壤水运动则非饱和土壤水运动(yndng)方程又可方程又可写为写为式中：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，称为(chn wi)容水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线容水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。上的斜率。第十一页，共74页。2、入渗条件、入渗条件(tiojin)下下土壤水运动土壤水运动入渗前入渗前0很小，地
10、面初始很小，地面初始(ch sh)入渗速度入渗速度i 1很大，短时间很大，短时间内就接近饱和含水率内就接近饱和含水率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，即接近该土壤，即接近该土壤的渗透系数的渗透系数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与时间与时间t的的关系曲线描述入渗规律。关系曲线描述入渗规律。（1）入渗过程）入渗过程(guchng)的的一般规律一般规律第十二页，共74页。2）入渗量的计算：采用公式）入渗量的计算：采用公式(gngsh)计算入渗速度计算
11、入渗速度i t和和入渗量入渗量I式中：式中：i t是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水层厚度层厚度(mmmin或或cm/h)计；计；i 1是第一单位时间末的入渗速是第一单位时间末的入渗速度；度；t为入渗时间为入渗时间(min或或h)；为经验指数，决定于土壤性质为经验指数，决定于土壤性质(xngzh)和初始含水率和初始含水率,=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，点绘于双对数于双对数(du sh)纸上，可拟合成一条直线，如图所示：纸上，可拟合成一条
12、直线，如图所示：1）考斯加可夫公式）考斯加可夫公式第十三页，共74页。由于由于即即为拟合直线与横轴的夹角的正切值为拟合直线与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(shjin)t的关系的关系式中式中i 0为第一单位时间内土壤为第一单位时间内土壤(trng)渗吸的平均速渗吸的平均速度。度。用式（用式（110）I t第十四页，共74页。2)菲利普入渗公式菲利普入渗公式(gngsh)式中：式中：S为渗吸系数，为渗吸系数，i f 为稳定为稳定(wndng)入渗速度入渗速度 i f=i()第十五页，共74页。3、蒸发条件
13、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：指灌水、降雨入渗刚结束，土壤含水量稳定蒸发阶段：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，此时高，向上输送水分的能力强，此时(c sh)土壤水分的蒸土壤水分的蒸发强度发强度 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
14、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，该阶段又称为大气蒸发力控制时，稳定蒸发阶段结束，该阶段又称为大气蒸发力控制阶段。阶段。E0第十六页，共74页。第二阶段：第二阶段：蒸发强度递减阶段：开始于土壤含水率减少到蒸发强度递减阶段：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
15、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：与土壤性质(xngzh)有关的两个系数有关的两个系数 E0 ：水面蒸发强度。：水面蒸发强度。第十七页，共74页。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，以水汽扩散时，以水汽扩散(kusn)的形式穿过干土层进入大气，此时蒸的形式穿过干土层进
16、入大气，此时蒸发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扩散(kusn)的能力。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。第十八页，共74页。（2）有地下水补给条件）有地下水补给条件(tiojin)下的蒸发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用下有若地下水埋藏较浅，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，土壤水分蒸发强地下
17、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相对平衡状态，就形成稳定蒸度与地下水向上补给的通量处于相对平衡状态，就形成稳定蒸发：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：土壤非饱和水力(shul)传导度。传导度。第十九页，共74页。四、土壤四、土壤植物植物(zhw)大气连续体水分大气连续体水分运移运移 土壤土壤（S）水分连续水分连续(linx)体（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
18、环节能量水平节能量水平(shupng)的变化：的变化：Rsr、Rrl、Rla:分别为土壤水分通过土壤到达根表皮，由根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。表皮到达叶面，由叶面到达空气中各段路径的水流阻力。第二十页，共74页。五、农田五、农田(nngtin)土壤水调控土壤水调控1、农田、农田(nngtin)水分不足的原因及调节措施水分不足的原因及调节措施农田农田(nngtin)水分不足的原因：水分不足的原因：（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
19、。）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。第二十一页，共74页。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：土壤渍害：土壤(t
20、rng)过湿过湿 次生盐碱化：地下水位高、蒸发次生盐碱化：地下水位高、蒸发强强调节措施：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）改善土壤(trng)性能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。第二十二页，共74页。第二节第二节 作物作物(zuw)需水量与灌溉制度需水量与灌溉制度一、作物需水量及影响一、作物需水量及影响(yngxing)因素因素作物根系作物根系(gnx)吸水，也称植株蒸腾吸水，也称植株蒸腾植株间水分蒸发，也称棵间蒸发植株间水分蒸发，也称
21、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第二十三页，共74页。影响作物影响作物(zuw)需水量的因素：需水量的因素：自然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等自然因
22、素：气象条件、土壤特征、作物性状等人为因素：农田灌排措施人为因素：农田灌排措施(cush)、农业耕作措、农业耕作措施施(cush)等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）同一作物不同生育阶段(jidun)对水分要求不同对水分要求不同（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水量：作物各生育阶段的需水量占全生育期总需水量的百分数。的百分数。
23、日需水量日需水量：作物每日所需水量。：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用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。水的重要依据。第二十四页，共74页。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(fngf)：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(fngf)；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(fngf)。一般而言，水一般而言，水一般而言，水一般而言，水稻稻稻稻(shu(shu do)do)比旱作比旱作比旱作比旱作物更适用物更适用物更适用物更适用 值法。值法。
24、值法。值法。1、直接、直接(zhji)计算需水量的方法计算需水量的方法（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。第二十五页，共74页。（2）K 值法：以产量值法：以产量(chnling)为参数的需水量计算为参数的需水量计算法法式中：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
25、 代表单位产量的需水量代表单位产量的需水量（m3/kg）。）。K、n、c由实验由实验(shyn)确定。确定。K 值法主要用值法主要用于计算旱作物的需水量。于计算旱作物的需水量。（3）以多因素为参数：）以多因素为参数：选取几个影响因素，推求其与作物需水量之间的关系；如水面选取几个影响因素，推求其与作物需水量之间的关系；如水面蒸发蒸发(shu min zhn f)、土壤含水率。、土壤含水率。第二十六页，共74页。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律，以一物各生育阶段的需水量，然后
26、按照各生育阶段需水规律，以一定比例定比例(bl)进行分配，即进行分配，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 为某阶段需水模系数，为某阶段需水模系数，可以从试验资料中取得。可以从试验资料中取得。第二十七页，共74页。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需水量计算方法理论理论(lln)、实验证明：、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
27、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：目前采用的计算作物需水量方法，大致分为以下两步：第一步：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照第一步：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：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物第二步：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参
28、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。第二十八页，共74页。第一步：参照第一步：参照(cnzho)作物需水量作物需水量ET0 的计算的计算式中：式中：ET0：考虑月份的参照作物蒸发：考虑月份的参照作物蒸发(zhngf)蒸腾量蒸腾量(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）以辐射(fsh)为参数的计算为参数的计算方法方法式中：式中：ETET0 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)
29、；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www.iwmi.org第二十九页，共74页。第二步：实际第二步：实际(shj)作物需水量作物需水量ET 的计算的计算Kc：作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积
30、有关。实测结果表明，有关。实测结果表明，Kc 在作物全生育期的变化规律是：前期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。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响具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有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照(cnzho)作物蒸作物蒸发蒸腾量乘以作物系数得到。发蒸腾量乘以作物系数得到。ET0 的计算只考虑了气象因素的计算只考虑了气象因素(yn s)对需水量的影响，对需水量的影响，实际作物需水量实际作物需水量ET 还应考虑作物与土壤因素还应考虑作物
31、与土壤因素(yn s)进行进行修正。修正。1）土壤水分充足：）土壤水分充足：第三十页，共74页。2）土壤）土壤(trng)水分不足水分不足土壤土壤(trng)含水率对作物蒸发蒸腾的影响可分为两个含水率对作物蒸发蒸腾的影响可分为两个阶段：阶段：第一阶段：土壤第一阶段：土壤(trng)含水率高时，导水率大，土壤含水率高时，导水率大，土壤(trng)水分向根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：当土壤第二阶段：当土壤(trng)含水率低于一定的临界含水含水率低于一定的临界含水率，向根率，向根系供水的速度不能满足作物蒸腾的要求
32、。系供水的速度不能满足作物蒸腾的要求。土壤土壤(trng)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(trng)水分充足时的作水分充足时的作物需水量物需水量ET乘以土壤乘以土壤(trng)水分修正系数水分修正系数K而得到，而得到，即：即：K：土壤水分修正：土壤水分修正(xizhng)系数。系数。第三十一页，共74页。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：是指旱作物播种前农作物的灌溉制度：是指旱作物播种前(或水田栽或水田栽秧前秧前)及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水灌水定额以及灌溉定额。定额以及灌溉定
33、额。灌水定额：是指一次灌水单位面积上的灌水量。灌水定额：是指一次灌水单位面积上的灌水量。灌溉定额：农作物在全生育期各次灌水定额之和。灌溉定额：农作物在全生育期各次灌水定额之和。以以m3hm2或或mm表示表示(biosh)，它是灌区规划，它是灌区规划及管理的依据。及管理的依据。第三十二页，共74页。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
34、 1、2 2种方法的实际资料，种方法的实际资料，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制定(zhdng)(zhdng)方法截然不同。方法截然不同。第三十三页，共74页。1 1、水稻的灌溉、水稻的灌溉(gungi)(gungi)制度制度式中：式中：a1:a1:插秧时田面所需的水层深度插秧时田面所需的水层深度(shnd)(mm)(shnd)(mm)；S1:S1: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;t1:t1:泡田期的天数；泡田期的天数；e1:t1e1:t1时期内田面平均蒸发
35、强度时期内田面平均蒸发强度(mm/d);(mm/d);P1:t1P1:t1时期内的降雨量时期内的降雨量(mm)(mm)；（2 2）水稻生育期内灌溉）水稻生育期内灌溉(gungi)(gungi)制度：水量平衡方制度：水量平衡方程程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：时段内田间：时段内田间耗水量；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
36、溉用水量M M1 1 (mm)(mm)：第三十四页，共74页。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(shngxin)(hmax)(shngxin)(hmax)，经过一，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(hmin)(hmin)，这，这时时如果没有降雨，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：第三十五页，共74页。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
37、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 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Hp,Hp,多余多余(duy)(duy)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 maxh m
38、ax、h minh min、H p H p 以及阶段需水强度以及阶段需水强度e i,e 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。第三十六页，共74页。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土壤水层作为灌水的土壤(trng)计划湿润层计划湿润层(H)，并要求该土层内，并要求该土层内的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。第三十七页，共74页。式中；式中；w0w0、wt wt：时段初和任意：时段初和任意(rny)(rny)时间时间t
39、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；wT wT：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；P0 P0：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=ktK=kt，k k为为t t时段内平均每昼夜地时段内平均每昼夜地下水补给量；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,eET=et,e为为t t时段内平均每时段内平均每昼夜的作物田间需水量。昼夜的作物田间需水量。(1
40、)(1)土壤计划湿润土壤计划湿润(shrn)(shrn)层的水量平衡层的水量平衡方程方程根据作物正常生长对农田水分根据作物正常生长对农田水分(shufn)(shufn)状况的要求，任一时段状况的要求，任一时段内土内土壤计划湿润层内的储水量壤计划湿润层内的储水量Wt Wt 应满足：应满足：w min wt w max w min wt w max W min W min：作物允许的最小储水量：作物允许的最小储水量 W max W max：作物允许的最大储水量：作物允许的最大储水量第三十八页，共74页。有关参数的确定：有关参数的确定：1 1）土壤）土壤(trng)(trng)计划湿润层深度（计划湿
41、润层深度（H H）:系指计划调节控制系指计划调节控制土壤土壤(trng)(trng)水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(trng)(trng)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及允许适及允许maxmax、min:min:适通过试验或由生产实践经验确定。适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 min max min max maxmax：以灌水不造成深层渗漏为原则，取田间：以灌水不造成深层渗漏为原则，取田间(tin jin)(tin ji
42、n)持持水率水率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0.6f0.6f第三十九页，共74页。3)3)有效有效(yuxio)(yuxio)降雨降雨量量(P0)(P0)：式中：式中：降雨：降雨(jin y)(jin y)有效利用系数，其值采用有效利用系数，其值采用0.70.70.90.9；P P：实际降雨：实际降雨(jin y)(jin y)量。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：指地下水借土壤毛细管作用(zuyng)(zuyng)上升至作物根系吸水层内而被作物所利用的水量，上升至作物根系吸水
43、层内而被作物所利用的水量，与作物种类、作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。与作物种类、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。第四十页，共74页。若某时段内没有若某时段内没有(mi yu)(mi yu)降雨的补给，其水量平衡方降雨的补给，其水量平衡方程为：程为：W min:W min:土壤土壤(t
44、rng)(trng)计划湿润层内允许最小储水量计划湿润层内允许最小储水量(m3/hm2(m3/hm2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:相应相应(xingyng)(xingyng)的的灌水定额灌水定额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）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。作物播前灌水定额和生育期的灌溉制度。第四十一页，共74页。第四十二页，共74页。（
45、2 2）旱作物）旱作物(zuw)(zuw)播前灌水定额（播前灌水定额（M 1 M 1）的确定的确定式中：式中：00：播前：播前H H土层土层(t cn)(t cn)内的平均含水率。内的平均含水率。（3 3）根据水量平衡，采用图解法拟定旱作物生育期的灌溉制度）根据水量平衡，采用图解法拟定旱作物生育期的灌溉制度(zhd)(zhd)的步骤：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层内土和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率的上限壤含水率的上限maxmax和下限和下限minmin，求出，求出H H土层内允许储水量上限土层内允许储水量上限W W maxm
46、ax（7 7）曲线及下限曲线及下限W W minmin（6 6）曲线，绘于图曲线，绘于图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、由于计划湿润累积曲线、由于计划湿润层加大而获得的水量层加大而获得的水量(W WT T )（3 3）累积曲线、地下水补给量累积曲线、地下水补给量(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）（1-3-41-3-4）累积累积曲线；曲线；第四十三页，共74页。3)3)由设计年各时段降雨量求出渗入土壤由设计年各时段降雨量求出渗入土壤(trng)(trng)的有效降雨量
47、的有效降雨量P0 P0（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w0w0，逐旬减去，逐旬减去(ET-WT-K)(ET-WT-K)值，即自值，即自A A点引直线平行于点引直线平行于(ET-WT-K)(ET-WT-K)曲线，当遇曲线，当遇有降雨时再加上有效降雨量有降雨时再加上有效降雨量P0 P0，即得计划湿润土层，即得计划湿润土层(t cn)(t cn)实实际储水量际储水量(W)(5)(W)(5)曲线；曲线；5)5)当当w w 曲线接近干曲线接近干w minw min时，即进行灌水，灌水定额时，即进行灌水，灌水定额(dng(
48、dng)值也同有效降雨量值也同有效降雨量P0P0一样加在一样加在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。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，即得旱作物的，即得旱作物的总灌溉定额总灌溉定额M M，即，即第四十四页，共74页。第四十五页，共74页。第三节第三节 非充分灌溉原理与作物水分生产非充分灌溉原理与作物水分生产(sh
49、ngchn)(shngchn)函数函数一、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，不得不从根本上探讨水资源的最合理长，不得不从根本上探讨水资源的最合理(hl)利用方利用方式，着式，着重提高水的有效利用率，即产生了非充分灌溉理论。重提高水的有效利用率，即产生了非充分灌溉理论。第四十六页，共74页。
50、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A0A0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A0A0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入量增加幅度，即幅度小于水投入量增加幅度，即“报酬报酬(bo chou)(bo chou)递减递减”。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，