作物需水量和灌溉用水量

会计学1作物需水量和灌溉用水量一、作物需水量与影响因素第一节作物需水量1．作物需水量农田水分消耗的途径植株蒸腾棵间蒸发深层渗漏或田间渗漏地表径流组成植株体的一部分植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸散到大气中的现象。棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。深层渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。第1页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素1．作物需水量作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。第2页/共106页在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量中很微小的一部分(一般小于1%)，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，即认为作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸腾量”，气象学、水文学和地理学中称为“蒸散量”或“农田总蒸发量”，国内也有人称之为“腾发量”。一、作物需水量与影响因素1．作物需水量第一节作物需水量第3页/共106页一、作物需水量与影响因素1．作物需水量作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。第一节作物需水量需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量），而耗水量是一个实际值，又称实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以m3亩-1或mm水层表示。第4页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素1．作物需水量作物需水量包含生理和生态需水两个方面。作物生理需水：作物生命过程中各种生理活动（如蒸腾作用、光合作用等）所需要的水分。植株蒸腾实际上是作物生理需水的一部分。作物生态需水：指生育过程中，为给作物正常生长发育创造良好的生长环境所需要的水分。棵间蒸发即属于作物的生态需水。第5页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素1．作物需水量作物在不同生长阶段的需水规律为：随着作物的生长和叶面积的增加，需水量值也不断增大，在作物苗期，需水量值较小，当作物进入生长盛期，需水量增加很快，叶面积最大时，作物需水量出现高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚期；谷子的需水高峰为开花―乳熟期；玉米为抽雄―乳熟期。第6页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素1．作物需水量各种作物需水临界期不完全相同，但大多数出现在从营养生长向生殖生长的过渡阶段，例如小麦在拔节至抽穗期，棉花在开花至结铃期，玉米在抽雄至乳熟期，水稻为孕穗至扬花期等，在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物整个生育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的时期称为作物需水临界期或需水关键期。第7页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素1．作物需水量作物需水系数：生产单位产量作物（如1kg小麦）的需水量（mmkg-1）。作物水分利用效率：作物每消耗单位水量所能生产的产量(kg/mm或kg/m3），常表示为:WUE(wateruseefficiency)。第8页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素2．影响作物需水量的主要因素作物需水规律随作物种类、品种、土壤、气候、生产力水平等诸多因素而变化，应结合各地情况来探索作物需水规律。（1）作物因素不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉　米、水稻而言，水稻＞小麦＞玉米；不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；不同生育阶段需水量不同；不同长势的作物需水量不同。第9页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素2．影响作物需水量的主要因素(2)气象因素气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。第10页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素2．影响作物需水量的主要因素(3)土壤因素影响作物需水量的土壤因素主要有质地、含水量、颜色、有机质含量、养分状况等。砂土持水力弱，蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水量就大。就土壤颜色而言，黑褐色土壤吸热较多，其蒸发较大，　而颜色较浅的黄白色土壤反射较强，相对蒸发较少。土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需水量较大；相　反，土壤含水量较低时，作物需水量较少。第11页/共106页第一节作物需水量一、作物需水量与影响因素2．影响作物需水量的主要因素由于上述各种因素的影响，因此，在生产实际中，必须因时、因地、因作物、因气候等各种自然与人为条件确定作物的需水量，以利于指导生产。作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源合理开发、利用所必需的重要资料，同时也是农田水利工程规划、设计、管理的基本依据。第12页/共106页第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算1．水面蒸发量法（蒸发皿法或α值法）：水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：ETc=αE0或ETc=aE0＋b式中：ETc-作物需水量（mm）；E0–表示与ETc同时段的水面蒸发量（mm），采用蒸发皿或蒸发器的测定值。第13页/共106页第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算1．水面蒸发量法（蒸发皿法或α值法）：α—需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值，由实测资料确定，一般水稻田的α=0.9～1.3，旱作的α=0.3～0.7。作物全生育期内各生长阶段的α值是各不相同的，其最大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以在分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取不同的α值。一般水稻用α值法比旱作物用此法好。第14页/共106页（一）直接计算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算2．产量法：作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合作用。在一定条件下，作物需水量将随产量的提高而增加。但是需水量的增加并不与产量成比例，单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小，说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提高产量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其它条件。第一节作物需水量产量Y第15页/共106页2．产量法（K值法）：用作物产量计算作物需水量的表达式为：式中：ET―全生育期的需水量（mm）；Y―作物单位面积的产量（kg亩-1）；K―需水系数（m3kg-1），为单位产量的需水量。此法简便，只要确定 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产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析。第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量的提高而增大，用此法推算较可靠。但对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关系不明确，用此法推算的误差较大。第16页/共106页第一节作物需水量3．以多种因素为参数的作物需水量计算法选取几个影响因素，探求它们与作物需水量之间存在的数量关系。以多种因素为参数推求作物需水量的经验公式在国内外很多，有的选取水面蒸发量和产量作参数，有的以水面蒸发量和土壤含水率作参数，也有选取更多因素作参数的。（一）直接计算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第17页/共106页第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（一）直接计算上述各公式都可估算全生育期作物需水量，也可估算各生育阶段的作物需水量。在生产实践中，习惯采用所谓模系数法估算作物各生育阶段的需水量，即先确定全生育期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即：ETi=KiET式中ETi—某一生育阶段作物需水量；Ki—需水量模比系数，即作物各生育阶段需水量占全生育期作物需水量的百分数，可以从试验资料中取得。第18页/共106页第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）参考作物蒸发蒸腾量：是一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速率，参考作物被假设为高度为12cm，表面阻力为70s/m，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而不缺水的绿色草地。间接计算分为以下两步：第一步是：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参考作物蒸发蒸腾量。第二步是：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参考作物需水量进行调整或修正，而计算出实际需水量。第19页/共106页第一节作物需水量二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（二）间接计算（通过参考作物蒸发蒸腾量进行计算）估算参考作物蒸发蒸腾量的方法包括经验公式法和理论公式法。经验公式法中常采用辐射、温度、水汽压、相对湿度、风速及日照等气象数据作为参数，按照某种与参考作物蒸发蒸腾量的经验函数关系进行估值。理论公式法中综合法最常应用的是Penman法和Penman－Monteith法。第20页/共106页　1）Penman公式Penman公式是国内外应用最普遍的综合法公式。Penman公式是在能量平衡原理的基础上，引用干燥力(DryingPower)的概念，经过简捷地推导，得到了一个用普通气象资料就可计算参考作物蒸发蒸腾量的公式。经多次修正，目前国内外最通用的形式为FAO于1979年推荐的公式，该公式具有较好的理论基础，包括有辐射项与空气动力学项，并考虑了气压与风速修正，其形式为:（1）参考作物蒸发蒸腾量的估算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第21页/共106页式中：P0和P分别为海平面 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压和计算地点的实际气压[hPa]；Δ为饱和水汽压－温度曲线上的斜率[hPa℃－1]；γ为湿度计常数[hPa℃－1]；ea为空气实际水汽压[hPa]；es为饱和水汽压[hPa]；u2为2m高处风速[m/s]；C为风速修正系数。1）Penman公式二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第22页/共106页　2）Penman-Monteith公式以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了作物的生理特征，又考虑了空气动力学参数的变化，具有较充分的理论依据和较高的计算精度。经过多年研究改进，1990年FAO－推荐使用的公式形式为：（1）参考作物蒸发蒸腾量的估算二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第23页/共106页ET0—参考作物蒸发蒸腾量[mmday－1];Rn—输入冠层净辐射量[MJm－2day－1];G—土壤热通量[MJm－2day－1];T—2m高处日平均温度[℃]；u2—2m高处风速[ms－1]；es—饱和水汽压[kPa];ea—实际水汽压[kPa];Δ—饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率[kPa℃－1];γ—干湿表常数[kPa℃－1]。2）Penman-Monteith公式二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第24页/共106页参考作物蒸发蒸腾量(ET0)用来表示假定的参考作物的蒸发蒸腾量，其他作物的蒸发蒸腾量是用参考作物蒸发蒸腾量来计算的。用于关联实际作物耗水量与参考作物蒸发蒸腾量的因子称为作物系数(kc)。最早提出并已被FAO作物需水量专家咨询组(Allen等，1997)所采纳和修正的作物系数概念如下：ETc=Kc·ET0计算作物蒸发蒸腾量的上述两种方法，FAO为其分别命名为单作物系数法。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2）作物系数的确定第25页/共106页Kc为综合作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物的群体叶面积指数等因素有关，是作物自身生物学特性的反映。根据各地的试验，作物系数Kc不仅随作物而变化，更主要的是随作物的生育阶段而异。生育初期和末期的值较小，而中期的Kc较大。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2）作物系数的确定第26页/共106页在单作物系数方法中，作物表面和参考表面蒸发、蒸腾速率的差异用作物系数Kc综合考虑，这种方法就是FAO早在70年代推荐，并在国内有关作物需水量研究工作中普遍采用的方法。可通过田间实测的作物蒸发蒸腾量与相同阶段内得到的参考作物蒸发蒸腾量之比获得。这种方法适宜在灌溉系统的规划设计和管理工作中采用。（2）作物系数的确定二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第27页/共106页由于表层土壤水分状况对作物实际蒸发蒸腾量的影响非常显著，尤其在作物苗期和前期生长阶段地面覆盖较小的情况下，因此，要准确估算作物蒸发蒸腾量就需要全面考虑土壤蒸发和作物蒸腾。（2）作物系数的确定二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第28页/共106页对大多数作物来说，在播种和苗期基础作物系数较小，为0.15～0.2；快速生长期迅速增大，为0.3～0.8；当植被完全覆盖地面后达到最大值，接近于1.0；成熟期迅速减小，为0.8－0.15。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（2）作物系数的确定第29页/共106页作物蒸发蒸腾不仅受外界蒸发条件的支配，同时还受作物本身的生理特性以及土壤水分状况的限制。在干旱缺水时，土壤含水量降低，土壤中毛管传导率减小，根系吸水率降低，供水不足，作物遭受水分胁迫，引起叶片含水量减小，气孔阻力增大，从而导致水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾速率低于无水分胁迫时的作物蒸发蒸腾速率。（3）水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算第30页/共106页水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾量ETa是充分供水条件下的作物蒸发蒸腾量ETc和土壤水分胁迫因子Kθ的乘积，即ETa=Kθ·Kc·ET0　　　估算ETa时，需要确定土壤水分胁迫因子Kθ。二、作物需水量（蒸发蒸腾量）的估算（3）水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量估算方法第31页/共106页第二节作物灌溉 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 第二章作物需水量和灌溉用水量第32页/共106页第二节作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法灌溉制度：指特定作物在一定的气候、土壤、供水等自然条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，所制订的向农田灌水的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。包括作物播种前(或水稻栽秧前)及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。灌溉定额：指作物全生育期各次灌水定额之和。灌水定额及灌溉定额常以m3/hm2或mm表示。灌水次数：农作物在整个生育期中实施灌溉的次数。灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。（一）灌溉制度的内涵第33页/共106页一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不同而变化。由于拟建灌区规划设计或已建灌区管理工作的需要，灌溉制度一般都需在灌水季节前加以确定，带有部分估算（预报）性质。因此，必须以作物需水规律和气象条件（特别是降水）等作为主要依据，从当地具体条件出发，针对不同水文年份，拟定湿润年（降雨量频率为25%）、中等年（频率为50%）和中等干旱年（频率为75%）及特旱年（频率为95%）四种类型的灌溉制度。也就是说同一种作物在不同水文年有不同的灌溉制度。一般在灌溉工程规划、设计中多采用中等干旱年的灌溉制度作为标准。第二节作物灌溉制度第34页/共106页一、灌溉制度的内涵及确定方法（一）灌溉制度的内涵灌溉制度是灌溉工程规划设计的基础，是已建成灌区编制和执行用水计划，合理用水的重要依据。灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）和品质的提高，及灌区水土资源的充分利用和灌溉工程设施效益的发挥。第二节作物灌溉制度第35页/共106页（二）制定灌溉制度的方法第二节作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法在灌区规划、设计或管理中，常采用以下几种方法来确定灌溉制度。1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度经过多年的实践、摸索，各地群众都积累了不少确定灌溉制度的经验与方法。这些经验是制定灌溉制度的重要依据，应成为制定灌溉制度最宝贵的资料。灌溉制度调查应根据设计要求的水文年份，仔细调查这些年份不同生育期的作物田间耗水强度[mm/d]及灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额，并由此确定这些年份的灌溉制度。第36页/共106页第二节作物灌溉制度一、灌溉制度的内涵及确定方法（二）制定灌溉制度的方法我国北方地区几种主要旱作物的灌溉制度[调查]第37页/共106页2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度长期以来，我国各地的灌溉试验站已进行了多年灌溉试验工作，积累了一大批相关的试验观测资料，这些资料为制定灌溉制度提供了重要的依据。（二）制定灌溉制度的方法一、灌溉制度的内涵及确定方法第二节作物灌溉制度第38页/共106页3）根据作物的生理、生态指标制定灌溉制度作物对水分的生理反应可从多方面反映出来，利用作物各种水分生理特征和变化规律作为灌溉的指标，能更合理地保证作物的正常生长发育和它对水分的需要。目前可用于确定实时灌水时间的指标除土壤水分外，主要生理指标包括：叶水势、气孔开度、细胞液浓度、冠层－空气温度差（温度胁迫指标）、气孔阻力等。当然，有关作物对土壤水分响应的生理特征与变化规律仍处于积极的探索之中，在不久的将来，这部分研究成果将会对灌溉制度的合理制定提供更为可靠的科学依据。一、灌溉制度的内涵及确定方法（二）制定灌溉制度的方法第二节作物灌溉制度第39页/共106页4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度水量平衡法以作物各生育期内水层变化（水田）或土壤水分变化（旱田）为依据，从对作物充分供水的观点出发，要求在作物各生育期内水层变化（水田）或计划湿润层内的土壤含水量维持在作物适宜水层深度或土壤含水量的上限和下限之间，降至下限时则应进行灌水，以保证作物充分供水。应用时要参考、结合前几种方法的结果，这样才能使得所制定的灌溉制度更为合理与完善。（二）制定灌溉制度的方法一、灌溉制度的内涵及确定方法第二节作物灌溉制度第40页/共106页旱作物的生育期任一时段内，土壤计划湿润层（根系层）H内的水量平衡可表示为：二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度第二节作物灌溉制度（一）农田水量平衡方程K=kt，k为t时段内平均每昼夜地下水补给量(mm或m3/hm2)；ET=et,e为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量（mm或m3/hm2）第41页/共106页W0,Wt—分别为时段初和任意一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量（mm或m3/hm2）；WT—为由于计划湿润层增加而增加的水量（mm或m3/hm2）；P0—为土壤计划湿润层内保存的有效雨量（mm或m3/hm2）；M为时段t内的灌溉水量（mm或m3/hm2）；二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（一）农田水量平衡方程第二节作物灌溉制度第42页/共106页（二）农田水量平衡原理为了满足作物正常生长的要求，土壤计划湿润层内的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范围之内，即通常要求不小于最小允许含水量θmin（或最小允许储水量Wmin）和不大于最大允许含水量θmax（或最大允许储水量Wmax）。当计划湿润层内的平均土壤含水量（或储水量）降低到或接近于最小允许值（θmin或Wmin）时，即需进行灌溉，以补充土壤水分，维持作物的正常生长。第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度第43页/共106页例如某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也无变化，随着时间的推移，土壤储水量将降至下限，其水量平衡方程可写为：第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度土壤计划湿润层(H)内储水量变化（二）农田水量平衡原理第44页/共106页判断是否需要灌时段末的灌水定额（m3／亩）则为（注意单位换算）:确定灌水时间确定灌水量比较θ0（W0）与θmin（Wmin）第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（二）农田水量平衡原理或第45页/共106页（三）水量平衡法资料的确定二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度1、有效降水量P0（1）设计降水量对当地多年降水资料进行频率分析，按25%、50%、75%的降水保证率（指多年期间降水量能够得到充分满足的机率，与"灌溉设计保证率"类似）选定三个降水典型年，根据典型年中的降水量、降水分布情况，设计不同保证率条件下的降水量及其出现的时间。第46页/共106页（三）水量平衡法资料的确定二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度1、有效降水量P0（1）设计降水量选择降水典型年的方法有三种：a）按年降水的频率选择典型年。因降水量在年内分布不均，尤其是在灌溉季节内降水变差大的地区，雨情往往会不　符合设计要求。b)按作物生长时期降水量的频率选择典型年。如果灌区主　要作物的生长期大致相同时，用此法可得到满意的结果。c)按年降水的变化特征分阶段选择典型年，例如可以按干、湿季分别统计计算降水量发生的频率。第二节作物灌溉制度第47页/共106页二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定1、有效降水量P0（2）有效降水量的计算有效降水：能被田间作物有效利用的当地降水。一般认为小于2mm（亦有认为小于5mm）的降水对作物无实际意义，为无效降水；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因此，有效降水量一般采用如下公式计算：P0=P-P径-P渗第二节作物灌溉制度第48页/共106页1、有效降水量P0（2）有效降水量的计算生产实践中通常采用下列简化方法求取P0：P0=σP式中：σ为降水有效利用系数，其值与降水量、降水强度、降水延续时间、土壤性质、作物生长状况、地面坡度及覆盖情况以及计划湿润层深度等因素有关，应根据具体条件通过实验确定。第二节作物灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度第49页/共106页2、土壤计划湿润层深度土壤计划湿润层深度：实施灌水时计划调节、控制土壤　　　　　　　　　　水分状况的土层深度。一般可取为作物的主要根系活动层。计划湿润层深度与作物种类、品种、生育阶段、土壤性质以及地下水埋深等因素有关。对某一特定作物其深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确定。二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定第二节作物灌溉制度第50页/共106页第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定2、土壤计划湿润层深度冬小麦、棉花、玉米各生育期较典型的计划湿润层深度第51页/共106页第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定3、土壤适宜含水量及上、下限的确定土壤适宜含水量：最适宜作物生长的含水量。土壤适宜含水量介于θmax与θmin之间，随作物品种及其生育阶段、土壤性质等因素而变化。冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤适宜含水量第52页/共106页3、土壤适宜含水量及上、下限的确定土壤适宜含水率是确定旱作物灌溉制度的重要依据，应通过试验或总结生产实践经验确定。由于田间作物需水的持续性及农田灌水或降雨的间歇性，计划湿润层内的土壤含水量不可能经常维持在最适宜含水量水平，为了保证作物生长，应将土壤含水量控制在适宜的上限[θmax]与下限[θmin]之间。第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定第53页/共106页3、土壤适宜含水量及上、下限的确定土壤含水量的上限应满足以下两个条件：既不产生深层渗漏，又要满足作物对土壤空气含量的要求，故一般可取为田间持水量。土壤含水量的下限土壤允许最小含水率[θmin]应大于凋萎系数，以作物生长不受抑制为准，一般以占田间持水量的百分数计。根据经验取60%左右的田间持水量比较适宜。第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定第54页/共106页　　4、地下水补给量地下水补给量：地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层内而被作物利用的水量。其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、气象条件、根系层土壤含水量等有关。地下水位越接近根系活动层，毛管作用越强，地下水补给量也越多。一般要通过田间试验来确定地下水对农田的补给强度。地下水（或下部土层）对根系层的补给可在实测两层间土壤含水量（或基质势）变化趋势的基础上，通过计算土壤水分通量获得。第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定第55页/共106页 5、由于计划土壤湿润层深度增加而增加的可利用水量　　作物生育期内计划湿润层的深度是不断变化的。若计算时段内计划湿润层深度无变化，则WT项可设定为零；若时段内计划湿润层变化较大，由于计划湿润层的增加，将增加部分有效水量，此时，WT可近似按下式计算：第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（三）水量平衡法资料的确定或第56页/共106页（四）旱作物播前的灌水定额(M1)的确定第二节作物灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度播前灌水的目的在于保证作物种子发芽和出苗所必须的土壤含水量或储水于土壤中以供作物生育后期之用。播前灌水往往只进行一次。一般可按下式计算：或第57页/共106页（五）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度第二节作物灌溉制度以棉花灌溉制度为例：在采用水量平衡图解分析法拟定灌溉制度时，其步骤为：1)根据各旬的计划湿润层深度H和作物所要求的计划湿润层内土壤含水量的上限和下限，求出H土层内允许储水量上限Wmax及下限Wmin，绘于图上。2)绘制作物田间需水量(ET)累积曲线，由于计划湿润层加大而获得的水量(WT）累积曲线、地下水补给量(K)累积曲线以及净耗水量(ET－WT－K)曲线。3)根据设计年雨量．求出渗入土壤的降雨量P0，逐时段绘于图上。第58页/共106页第59页/共106页（五）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度4)自作物生长初期土壤计划湿润层储水量W0,逐旬减去(ET-WT-K)值，即至A点引直线平行于(ET-WT-K)曲线，当遇有降雨时再加上降雨入渗量P0，即得计划湿润土层实际储水量(W)曲线。5)当W曲线接近于Wmin时，即进行灌水。灌水时期除考虑水量盈亏的因素外，还应考虑作物各发育阶段的生理要求，与灌水相关的农业技术措施以及灌水和耕作的劳动组织等。灌水定额的大小要适当，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax，也不宜给灌水技术的实施造成困难。灌水定额值也象降雨入渗量一样加在W曲线上。第二节作物灌溉制度第60页/共106页6)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。7)生育期灌溉定额M2=∑m，M为各次灌水定额。根据上述原理，也可列表计算，计算时段采用一旬或五天。计算也十分简便。把播前灌水定额加上生育期灌溉定额，即得旱作物的总灌溉定额M，即：M＝M1+M2按水量平衡方法估灌溉制度，如果作物耗水量和降雨量资料比较精确，其计算结果比较接近实际情况。对于比较大的灌区，由于自然地理条件差别较大，应分区制定灌溉制度，并与前面调查和试验结果相互核对，以求比较切合实际。二、水量平衡法确定旱作物的灌溉制度（五）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度第二节作物灌溉制度第61页/共106页1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度本世纪40年代以来，传统的灌溉目标主要是获得高额稳定的单位面积产量，并以控制土壤湿度为约束条件。即将一定耕层深度土壤含水量控制在某一适宜区间，对于天然水分不足进行人工补充，做为单位面积高产条件下灌溉设计和灌溉管理的基本理论依据。约束条件一般表达为：θmin≤θ≤θmaxθmin≥θs,wpθmax≤θf第二节作物灌溉制度第62页/共106页在水资源取用不受限制的地面灌溉条件下，灌溉工程规划设计和计划用水管理至今仍继续沿用。水资源的日益紧缺，使得充分供水的灌溉制度已越来越难以实现。非充分灌溉制度是相对于前述充分灌溉而提出的，是对水资源不足或缺水年（季）所采取的一种限额（或控制）灌溉。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第63页/共106页70年代，Penman公式在灌溉领域获得突破性推广，公认影响灌溉产量目标的最佳自变量是蒸发蒸腾量（ET）,对于充分与非充分灌溉的认识，对灌溉划分的概念有了进一步的发展。Woodruff等（1974）称ET亏缺的灌溉（Evapotrans-pirationDeficitIrrigation简称EDI）为非充分灌溉。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第64页/共106页当作物在各个生育阶段所需的水分都得到充分满足，即作物生长发育处于最佳水分环境，配合相应的农业管理技术，使作物产量达到最高，此时大田作物的实际蒸发蒸腾量称ETc，这种灌溉则称为充分灌溉。由此可定义如下：充分灌溉：ETa=ETc=KcET0非充分灌溉：KθKcET0=ETa＜ETc=KcET0第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第65页/共106页非充分灌溉不以追求传统的单产最高为目标，而是求得高效用水条件下的净效益最大或费用目标最小。根据所应用的农田类型和条件不同，在实际中有许多提法，如：在水资源短缺的半干旱地区，为解决有限水量在作物生育期的最优分配问题，根据作物需水关键期进行有限次数或有限量灌溉提出的有限灌溉制度或优化灌溉制度为追求农产品质量或区域持续发展所提出的调亏灌溉它们都是为了提高水分利用效率，达到节水增产，提高经济效益的目的。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第66页/共106页第二节作物灌溉制度§非充分灌溉条件下的灌溉制度效益费用投入水量水量效益关系曲线水量费用关系曲线损失效益EdEmEyWdWmWyWo灌溉水量与效益、费用关系曲线dmy第67页/共106页（1）物种资源中存在着一系列的对水分亏缺的适应机制，可用来增加作物在遭受干旱逆境时的定植、生长、发育和生产能力。这种机制表现为干旱时的逃旱(或避旱)和耐旱(或抗旱)作用。逃旱是指在土壤有效水分耗尽前，提前成熟；耐旱是指可增加对逆境耐性的适应能力，如延迟脱水和增加耐脱水能力。水分生理学研究表明，受水分胁迫的许多作物都表现了脯氨酸(PRO)和脱落酸(ABA)的积累。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第68页/共106页（2）干旱和半干旱地区某些土壤的水分特征，提供了低定额灌溉的可能性。如我国西北地区黄土的水分物理学研究表明，其水分特征曲线在接近θf处，水分有效性下降很快，而在40％～80％θf的范围内，土壤水分为作物利用的有效性下降非常缓慢。在此范围以内的土壤水分对作物的吸收影响，几乎同等有效。表明在西北干旱和半干旱的黄土地区，保持低含水量水平，不会使作物遭受明显干旱而大幅度减产。为非充分灌溉和农业节水并获得中等以上的产量提供了可能。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第69页/共106页（3）作物具有一种有限缺水效应，在适度的水分亏缺情况下并不一定会显著降低产量。作物在适度水分亏缺的逆境下，对于有限缺水具有一定的适应和抵抗效应，在经受了短期和适度水分胁迫影响，虽对生长和发育产生了一定抑制，但经过灌水的补救，一段时间后又会加快生长，表现为一种补偿生长的效应。如我国总结棉花和玉米的“蹲苗”、水稻的控水“落干”增产经验。Turner(1989)研究认为，早期适度水分亏缺，对小麦、玉米、向日葵、花生、豆科牧草也会有利于增产。第二节作物灌溉制度1．非充分灌溉的基本概念及基本原理§非充分灌溉条件下的灌溉制度第70页/共106页第二节作物灌溉制度2．作物水分生产函数作物水分生产函数：指农业生产水平基本一致的条件下，作物所消耗的水资源量与作物产量之间的函数关系。作物水分生产函数为灌溉系统的规划设计或某地区进行节水灌溉制定优化配水计划提供基本依据。作物水分生产函数的模式很多，主要有两大类：一是作物产量与全生育期总蒸发蒸腾量的关系；二是作物产量与各生育阶段蒸发蒸腾量的关系。§非充分灌溉条件下的灌溉制度第71页/共106页1)上述作物水分生产函数的一般形式可以用R·J·Kanks(1974)模型表示：式中Ya、Ym——分别表示作物的实际产量和潜在产量；ETa、ETm——分别表示作物全生育期实际腾发量和潜在腾发量；ETa/ETm——需水系数，以W表示。§非充分灌溉条件下的灌溉制度第二节作物灌溉制度第72页/共106页2）作物产量与各阶段蒸发蒸腾量的关系在不同的生育阶段缺水对产量的影响很复杂，最简单的形式就是假定在每一个生育阶段缺水对产量的影响是相互独立的，几个阶段缺水对产量的组合影响通过假设这些影响是相加或相乘的方式来 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。在这一基础上提出的几种水分生产函数已用于灌溉优化模型中。几种比较著名的作物水分生产函数列于下表。第二节作物灌溉制度2．作物水分生产函数第73页/共106页2）作物产量与各阶段蒸发蒸腾量的关系我国最常用的是Blank（相加模式）模型和Jensen（相乘模式）模型第二节作物灌溉制度2．作物水分生产函数第74页/共106页第二节作物灌溉制度3．作物非充分灌溉制度非充分灌溉制度是在有限灌溉水量条件下，为获取最佳的水分利用效率与产量目标，对作物灌水时间和灌水定额进行最优分配的优化灌溉制度。对于一定种类的作物，不仅灌溉总量对产量具有影响，而且相同的灌溉总量条件下，灌溉水量在各阶段的分配对产量亦产生较大影响。因此，必须以水分生产函数为依据制定优化灌溉制度，亦即确定优化灌溉制度为作物水分生产函数的最基本用途之一。§非充分灌溉条件下的灌溉制度第75页/共106页优化灌溉制度的确定方法非充分灌溉条件下，作物的灌溉制度是对有限的可供水量在作物全生育期内进行灌水时间和灌水定额的最优分配。由于作物每一生育阶段的灌水决策与时间有关，因此，这种最优化过程是与作物生育阶段密切相关的多阶段决策过程，常用的求解方法是动态规划法.。第二节作物灌溉制度§非充分灌溉条件下的灌溉制度第76页/共106页第三节灌溉用水量和灌水率第二章作物需水量和灌溉用水量第77页/共106页一、灌溉用水量在灌溉工程的规划设计中，要进行来、用水量的配合，以确定灌溉工程的类型、规模及灌溉　面积，确定渠道及渠系建筑物的尺寸；在灌溉工程管理运行中，也需要进行来、用水量的配合，以便制定水库的控制运行计划、灌　溉用水计划等。都需要在制定灌溉制度的基础上，计算灌溉用水量。灌溉用水量与灌水率第78页/共106页灌溉用水量：指灌区灌溉面积上要求水源供给的总灌溉水量。其大小及其在多年和年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积、作物种植结构、土壤、水文地质、气象条件以及渠系输水和田间灌水的水量损失等因素有关。确定灌溉用水量，须先取得以上这些基本资料。一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第79页/共106页若为已建工程的管理运用而确定灌溉用水量，如制定水库调度计划，渠系配水计划等等，则需要以该运用年份内各种作物灌溉的基本资料，如灌溉制度、灌溉面积和水量损失等情况为依据。若为新建工程的规划设计而确定灌溉用水量，则需要以多年系列或设计年份内的这些基本资料为依据。一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第80页/共106页农作物生长发育过程中消耗的水量主要来自于灌溉、降雨及地下水补给。由于降雨量年际及年内分配差异，各年灌溉用水量差异也很大。在规划、设计灌溉工程时，首先确定某一特定的水文年份做为规划设计的依据，通常将其称为设计典型年。根据设计典型年的气象资料计算出来的灌溉制度称为设计典型年的灌溉制度（简称设计灌溉制度）。相应的设计用水量称为设计灌溉用水量。1.设计典型年的选择一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第81页/共106页1.设计典型年的选择一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率确定灌溉设计保证率：某灌溉工程在长期使用工程中灌溉用水得到保证的年数占总年数的百分数。P＝50％（中等年）、75％中等干旱年。频率计算：列出历年的降雨量资料（年降雨量或灌溉季节降雨量、灌溉用水量），进行频率分析，确定不同干旱程度的典型年份。根据设计标准，选择合适的典型年。第82页/共106页例如，灌溉设计保证率为75％，则选择降雨（或用水量）频率为75％的年份作为设计典型年。相同或相近降雨量的年份可能有多个，这时应选择降雨分配对作物生长不利的年份作为设计典型年。一、灌溉用水量1.设计典型年的选择第83页/共106页灌溉用水量推算有直接推算法和间接推算法两种。当已知各种作物种植面积及灌溉制度时，可采用直接推算法。2.典型年灌溉用水量过程线一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第84页/共106页1）直接推算法某种作物（i）的某次灌水，田间净灌溉用水量可用下式计算：2.典型年灌溉用水量过程线mi为第i种作物某次灌水的灌水定额（m3/hm2）；Ai为第i种作物的灌溉面积（hm2）。一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第85页/共106页1）直接推算法全灌区任何一个时段内的净灌溉用水量（M净），是该时段内各种作物净灌溉用水量之和：2.典型年灌溉用水量过程线据此可求得典型年全灌区净灌溉用水量过程线。一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第86页/共106页1）直接推算法灌溉水由水源经各级渠道输送至田间，有部分水量损失掉了（主要是渠道渗漏和田间灌水损失），故要求水源供给的毛灌溉用水量为净灌溉用水量与损失水量之和，这样才能满足作物在田间得到净灌溉水量的要求。2.典型年灌溉用水量过程线一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率通常用净灌溉用水量M净与毛灌溉用水量M毛之比值η水（又称为灌溉水利用系数）作为衡量灌溉水利用效率或反映灌溉水损失情况的指标。第87页/共106页1）直接推算法全灌区任何一个时段内的毛灌溉用水量（M毛）为：2.典型年灌溉用水量过程线据此可求得典型年全灌区毛灌溉用水量过程线。一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第88页/共106页2）间接推算法任何时段内全灌区的综合净灌水定额，是该时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值：2.典型年灌溉用水量过程线全灌区某时段内的净灌溉用水量为：一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率ai各种作物灌溉面积占全灌区面积的比值第89页/共106页2）间接推算法计入水量损失后，全灌区该时段相应的综合毛灌水定额为：2.典型年灌溉用水量过程线全灌区某时段的毛灌溉用水量为：一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第90页/共106页2）间接推算法当已知灌区内作物种植比例时，可通过间接推算法求得灌区内综合毛灌溉定额M综,毛，根据水源情况确定灌区的灌溉面积。2.典型年灌溉用水量过程线一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第91页/共106页2）间接推算法优点：m综有利于与自然条件及作物种植比例类似灌区进行对比，便于发现m综是否合理；可利用m综推算自然条件及作物种植比例类似的局部灌区的灌溉用水量。2.典型年灌溉用水量过程线一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第92页/共106页在用长系列法进行大、中型灌溉水源工程的规划设计或作多年调节水库的规划及控制运用计划时，必需求得多年的灌溉用水量系列。常按逐年推求法推求多年灌溉用水量。3.多年灌溉用水量的确定一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第93页/共106页当多年的灌溉用水量系列确定之后，可以应用数理统计原理求得年灌溉用水量的理论频率曲线。应用：推求代表年灌溉用水量；可用它与来水频率曲线进行组合去推求多年调节兴利库容或用于其它水文水利计算问题。4.灌溉用水量频率曲线及应用一、灌溉用水量灌溉用水量与灌水率第94页/共106页第95页/共106页§灌水率灌水率：指灌区单位面积（例如以l00hm2计）上所需灌溉的净流量qd。又称灌水模数。注意：这里所指的灌溉面积不是某次灌水时的实际受水面积，而是指该工程控制范围内的总灌溉面积。即就是把实际受水面积上所需要的灌水流量分摊到整个灌溉面积上去。灌溉用水量与灌水率第96页/共106页灌水率是根据作物灌溉制度得到的，利用它可以确定渠首引水流量和灌溉渠道的设计流量。由于灌区内种植有多种作物，灌水率应分别根据灌区各种作物的每次灌水定额逐一计算，作物i第k次灌水的灌水率为：灌溉用水量与灌水率§灌水率第97页/共106页灌水延续时间：指灌区某种作物某次灌水的持续天数。它直接影响着灌水率的大小，也影响着渠道的设计流量和渠道及渠系建筑物的造价。因此应慎重选择。灌水延续时间T与作物种类、生育期、种植面积及农业技术措施有关。T越短，作物对水分需求容易得到满足，但这将加大渠道的设计流量，从而提高建筑物尺寸和造价，使劳动力紧张；但太长将不能满足作物的正常需水要求。灌溉用水量与灌水率§灌水率第98页/共106页不同作物允许的灌水延续时间不同，对主要作物的关键性灌水，延续时间不宜过长；次要作物可允许延长一些。灌水延续时间的长短必须根据具体情况进行综合分析确定。为了确定设计灌水率以便推算渠首引水流量或灌溉渠道设计流量，通常可先针对某一设计代表年计算出灌区各种作物每次灌水的灌水率，并可将所得灌水率绘成直方图，称为初步灌水率图。灌溉用水量与灌水率§灌水率第99页/共106页灌水率计算示例灌溉用水量与灌水率§灌水率第100页/共106页北方某灌区初步灌水率图灌溉用水量与灌水率§灌水率第101页/共106页在修正灌水率图时，以不影响作物需水要求为原则，一般常用以下方法：尽量保持主要作物关键用水期的各次灌水时间不动或稍有移动（前后移动不应超过3天）。在允许范围内适当调整各次灌水时间，延长或缩短，要使修正后的灌水率图比较均匀连续。为了减少输水损失，应使渠道工作制度比较平稳，在调整时不应使q相差过大，一般qmin＞40%qmax。应避免短期停水现象。灌溉用水量与灌水率§灌水率第102页/共106页灌溉用水量与灌水率 北方某灌区修正后灌水率图§灌水率第103页/共106页设计渠道用的设计灌水率值，应选取延续时间较长的最大灌水率值。这样做主要是为了不因短暂的大流量输水而扩大整个渠道，以节省渠道工程量。在渠道运用过程中如果需要短时间输送较大流量，可通过渠堤超高部分的断面去满足。灌溉用水量与灌水率§灌水率第104页/共106页思考题：1.简述灌溉用水量概念、计算方法与其在生产实际中的作用。2.灌水率的含义是什么?在灌溉工程规划设计中，如何对灌水率图进行修正，修正的原则与方法是什么?第105页/共106页